5G NR數(shù)字移動通信綜合測試儀校準方法的應(yīng)用探索

謝堅戈，黎永濤

（1.廣東省計量科學(xué)研究院東莞計量院，廣東 東莞 523343；2.廣東省無線智能互聯(lián)設(shè)備產(chǎn)業(yè)計量測試中心，廣東 東莞 523343）

0 引言

5G NR通信技術(shù)已經(jīng)在2020年開始大規(guī)模應(yīng)用，各大品牌手機廠商均發(fā)布了5G NR通信制式的手機。東莞作為華為、OPPO、VIVO三大品牌的生產(chǎn)基地，其品牌多種型號的手機均帶有5G NR通信制式。在手機制造過程中，手機廠商的生產(chǎn)線上需裝配有5G NR制式信號輸出和測量功能的數(shù)字移動通信綜合測試儀（以下簡稱“綜測儀”），以便于對手機進行測試。該測試過程的結(jié)果關(guān)系到手機產(chǎn)品質(zhì)量，手機生產(chǎn)廠家也非常重視綜測儀的性能是否正常。要確保所有綜測儀的性能，就必須對儀器進行定期的校準，防止儀器“帶病”工作。

1 技術(shù)難點

現(xiàn)在手機生產(chǎn)廠商所使用的數(shù)字移動通信綜合測試儀，通常有GSM、CDMA、TD-SCDMA、WCDMA、LTE、藍牙、無線局域網(wǎng)、5G NR的信號發(fā)射和測量功能，如需對其進行計量，需要對應(yīng)技術(shù)依據(jù)，但數(shù)字移動通信綜合測試儀校準規(guī)范所覆蓋的通信制式有GSM、CDMA、TD-SCDMA、WCDMA、LTE、藍牙、無線局域網(wǎng)，唯獨缺少5G NR通信制式的校準規(guī)范，成為整個計量行業(yè)開展帶5G NR制式綜測儀校準的難點。

東莞計量院作為東莞的唯一法定計量機構(gòu)，同時也是廣東省無線智能互聯(lián)設(shè)備產(chǎn)業(yè)計量測試中心所屬部門，有責任也有義務(wù)幫助手機生產(chǎn)企業(yè)解決帶5G NR制式綜測儀的校準問題。

2 5G NR校準方法

在2019年，我院開展了5G NR計量校準科研項目，如采購5G NR通信制式計量所需的標準器，學(xué)習(xí)5G NR的相關(guān)技術(shù)、調(diào)試廠家所用的各種型號的帶5G NR綜測儀。

5G NR綜測儀的校準工作，有必要研究其物理層技術(shù)，這樣才能科學(xué)地編制合適的校準方法、正確配置標準器和5G NR綜測儀。5G NR物理層在很大程度上與LTE的類似，如5G NR也支持頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）雙工方案，但也有其不同之處，如控制信道采用了極化編碼，數(shù)據(jù)信道采用LDPC編碼等。

5G NR旨在支持各種不同的業(yè)務(wù)，不僅最終用戶數(shù)據(jù)速率和系統(tǒng)容量得到進一步提高，而且業(yè)務(wù)的性質(zhì)也變得更加多樣。為了滿足峰值數(shù)據(jù)速率和容量要求，5G NR部署了比LTE 更高的帶寬，但由于頻譜資源的缺乏，高帶寬只能部署在頻譜較高的頻段。5G NR設(shè)計在兩個主要的頻段進行部署，分別為RF1[1]和RF2[2]，其中RF1使用450MHz至7.125GHz的頻譜，可用最大帶寬100MHz；RF2使用24.25GHz至52.6GHz的頻譜，可用最大帶寬為400MHz，因此在校準時，需要針對不同的頻率設(shè)置不同的帶寬。為了應(yīng)對多樣性的業(yè)務(wù)，5G NR物理層設(shè)計引入了靈活的參數(shù)集[3]，如使用各種不同的子載波間隔（SCS）的能力，具體如表1所示。

表1 5G NR 物理層的參數(shù)集

3 自編5G NR校準方法

為了制定適合5G NR綜測儀的技術(shù)依據(jù)，在學(xué)習(xí)和研究5G NR技術(shù)后，發(fā)現(xiàn)載波信號的相位噪聲、雜散發(fā)射、I/Q偏移、DC泄露、功率平坦度等，這些特性都會對整體的EVM性能產(chǎn)生影響[4]。因此必須對5G NR綜測儀的晶振、端口駐波比、射頻信號發(fā)生器和射頻分析儀等射頻信號的性能進行校準；其次再對5G NR制式信號的調(diào)制和解調(diào)的進行校準。

基于對5G NR技術(shù)的學(xué)習(xí)，同時參考《JJF 1443-2014LTE數(shù)字移動通信綜合測試儀校準規(guī)范》[5]，針對5G NR綜測儀具有射頻信號發(fā)生器、射頻分析儀、5G NR信號的調(diào)制和解調(diào)功能，同時對儀器的外觀、晶振和端口的駐波比也設(shè)了相應(yīng)的校準項目，具體如表2所示。通過這些項目所得的校準數(shù)據(jù)與儀器的技術(shù)指標進行比較，就可以判斷出儀器的健康情況。

表2 5G NR 校準方法的校準項目[10]

此文以R&S的信號源（SMW200A）和頻譜信號分析儀（FSW）作為標準器來展示5G NR參數(shù)設(shè)置的復(fù)雜性[6]，因被測儀器型號較多，不便于具體介紹。在日常的校準過程中，建議按型號開發(fā)5G NR綜測儀的自動化校準程序，方便日常校準工作。

4 5G NR校準方法的應(yīng)用

在自編5G NR校準方法后，依據(jù)我院的標準器，針對不同型號的5G NR綜測儀，利用C#編程語言開發(fā)自動校準系統(tǒng)[10]且已成功調(diào)試了多款5G NR綜測儀。截至2021年8月，我院為客戶提供了2147臺件帶5G NR制式綜測儀的校準服務(wù)，涉及的品牌和型號如表3所示，該數(shù)據(jù)統(tǒng)計不包括校準過程中發(fā)現(xiàn)問題的綜測儀。

表3 5G NR 綜測儀校準數(shù)量統(tǒng)計表

通過實踐證明，此校準方法經(jīng)可用來校準5G NR制式綜測儀，可滿足手機制造產(chǎn)業(yè)中5G NR制式綜測儀急迫的校準需求。對于該校準方法所得到的校準數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)存在問題的綜測儀，客戶也認可所得到的結(jié)論。