5G終端電磁兼容測試研究

呂哲

（中國電子科技集團公司第三十三研究所 山西省太原市 030000）

中國移動網絡通信系統研發、升級、優化與創新等研究歷程已將近40年，電磁兼容測試問題一直貫穿于移動通信網絡建設發展進程。隨著我國當代社會移動通信網絡系統在工業生產、航空航天甚至民用經濟中的快速發展與騰飛，增強移動帶寬、增強可靠性、強化通信能力以及擴大機器內通信的技術應用范圍，將移動通信網絡廣泛應用于智能家居、智能工業制造、智能城市建設以及自動駕駛等諸多領域，在無限網絡技術相互連接所構造的設備通信復雜電磁環境下，想要實現先進的技術保障和優良的產品性能，電磁兼容能力不可忽視。因此，對各領域中5G 移動網絡通信終端設備進行電磁兼容測試及性能評估，降低移動網絡通訊系統中由于電磁兼容問題而造成產品性能下降或功能喪失，將會為5G 網絡通信在各行各業中的應用奠定堅實的技術基礎。因此，本文對5G 終端設備兼容測試的相關研究與探討，也就具備重要理論意義和現實價值。

1 5G終端電磁兼容問題

1.1 5G終端設備特性

與2G、3G 甚至4G 無線移動網絡通信設備終端相比，5G 移動網絡通信設備展現出大量的技術革新。整體而言，5G 移動網絡無線通信設備工作頻率更高、測試頻率更高，產品形態更加復雜、面臨的電磁環境更加復雜，工作狀態更多、配置更加多元化，技術參數更多、設置更加復雜。

就工作狀態多、配置組合多而言，5G 移動網絡通信無線終端設備組網方式主要可分為獨立組網和非獨立組網兩大類別。不同組網方式下，又可進一步分單載波與多載波聚合模式，且載波聚合還可進一步分為帶內載波聚合和帶間載波聚合。圖1即為5G 無線終端設備獨立組網模式結構示意。

就技術參數多、設置非常復雜而言，為了滿足5G 移動網絡通信系統可靠性要求以及其他應用需要，5G 設備技術參數較多，參數設置靈活多變且復雜程度高，存在著不同參數設置模式和選擇模式。

1.2 5G終端電磁兼容問題分析

5G 終端電磁兼容問題主要體現在增強移動帶寬、海量機器內部通信困難度增大和高可靠與低時延業務同時涵蓋等三大方面。就高可靠和低時延業務同時涵蓋而言，由于5G 網絡通信技術應用廣泛的重要原因即較高的可靠性和較低的業務時延，無人駕駛、遠程駕駛甚至智能工廠建設等在該特性上得以發展。也就是說，高可靠與低時延業務是5G 移動網絡通信系統發展的重要支撐，該特性也就給終端設備電磁兼容帶來了巨大挑戰，使利用5G 網絡通信技術的相關電子設備必須具備良好的抗干擾性能，直接淘汰了部分抗干擾性能較差的電子設備，使其無法應用于5G 移動網絡通信的智能發展。

2 5G終端電磁兼容測試的必要性

電磁兼容是保障終端設備使用功能正常發揮的基礎和前提，例如在手機維修時，維護檢修人員第一步即將以電磁兼容測試判斷手機設備的運行路線，排除電磁兼容問題后再查找其他原因維修手機故障，由此可見電磁兼容在終端設備功能正常發揮中的重要價值。全球諸多國家正致力于發展5G 移動網絡通信系統，也就必須具備強大的技術支撐，拓寬當代工業經濟與社會經濟發展。5G 移動網絡通信系統影響廣泛，能推動諸如航空航天、智能城市與智能工業等諸多領域的同頻進步，電磁兼容作為5G 移動通信發展的重要內容，在通信系統組成過程中，終端設備所占據的較大比例遠遠超過其他基站設備。同時，在5G 移動通信技術快速發展的同時，終端產品種類較多，情況復雜度隨之提升，產品電磁兼容問題進一步凸顯。解決移動網絡通信系統終端設備電磁兼容問題，不僅是為了提升不同設備之間的兼容性，更為穩定5G 移動網絡電磁環境，為5G移動通信技術與終端設備彼此良好適應、共同發展做鋪墊。

3 5G終端電磁兼容標準

3.1 5G終端電磁兼容標準

從傳統模式下的移動網絡通信設備終端系統的電磁兼容測試經驗來看，絕大部分是通過產品電磁兼容測試結果，制定相對應的產品標準。目前，全世界范圍內的諸如歐洲電信標準化協會、中國通信標準化協會等諸多組織，正不懈努力制定適合5G 移動網絡通信終端的電磁兼容標準。一般而言，移動網絡通信終端產品電磁兼容標準的制定主要參考無線網絡通信系統中無線傳輸接收標準，再結合產品電磁兼容問題以及電磁兼容測試時被測設備的工作狀態及性能參數，判別相關通信指標，制定符合無線網絡通信系統終端產品參數信息以及無線傳輸和接收標準的電磁兼容標準。

3.2 ETSI的5G終端電磁兼容標準

歐洲電信標準化協會早在2019年已完成第一版5G 移動網絡通信系統終端產品接入無線電頻譜協調標準的草稿文件，該標準5G終端電磁兼容標準的制定提供了相關依據。同時，歐洲電信標準化協會將2G、3G 甚至4G 蜂窩通信終端設備的電磁兼容標準由傳統的多個標準合并為統一標準，在該統一標準上進一步增加了5G 移動網絡通信終端電磁兼容測試方法、測試要求以及測試參數等內容，不再為5G 移動網絡終端產品電磁兼容設置單獨標準。

3.3 3GPP的5G終端電磁兼容標準

3GPP 在2017年首次凍結了5G NR 標準，而該被凍結的標準中，與5G 移動網絡終端電磁兼容標準緊密相聯的即為TS 系列標準，所有系列標準都是5G 移動網絡通信系統中用戶設備無線傳輸和接收時的規范，而該系列標準進一步將5G 頻率劃分為兩個頻率范圍。在此過程中，FR1 部分頻率為450MHz～6000MHz，而FR2 部分頻率為24250MHz～52600MHz，完成的FR1 部分中的相關規范，涵蓋了諸多關于電磁兼容測試時的帶寬參數、資源塊參數、調制方式以及速率參數等，為以后進一步完善5G 移動網絡終端電磁兼容標準提供了可能。

3.4 CCSA的5G終端電磁兼容標準

中國通信標準化協會終端電磁兼容標準依賴于《蜂窩式移動通信設備電磁兼容性的要求和測試方法》18 部分中關于5G 移動網絡用戶設備和輔助設備這一章節，相關通信參數參考5GN 標準中的TS 系列標準。該5G 終端電磁兼容標準在2018年9月完成第一版初稿，并于2019年3月完成征求意見，強化了對FR1 部分的編寫，但并未編寫FR2 部分。同時，中國通信標準化協會中關于5G 終端FR1 部分的騷擾類測試參數比起第四代移動網絡通信系統中終端電子設備騷擾類測試存在些微變化，除輻射傘狀測試限值發生變化外，其他測試項目、測試方法以及測試場地和限制等均未發生。此外，由于騷擾類測試的基礎標準并未發生變化，因此5G 移動標準基礎仍舊適用。

4 5G終端電磁兼容測試

4.1 雙連接頻段的配置

在5G 移動網絡通訊系統終端電磁兼容測試過程中，雙連接頻段的配置及其兼容測試，應對其帶內連接和帶間雙連接配置模式均進行測試。針對帶內雙連接模式，在輻射雜散騷擾測試中，被測試的終端通信設備均支持所有頻段的配置，因此，應將所有頻段設備進行單獨測試。針對帶間雙連接頻段模式，支持頻段數量的高中低值進行分別測試。例如，選擇兩個頻段、四個頻段或六個頻段的雙連接方式，進行分別測試。當進行連續騷擾抗擾度試驗時，應支持頻段數量的高值和低值，對其分別測試并探究。

4.2 被測設備參數的設置

在5G 移動網絡通信終端電磁兼容測試時，被測設備的參數設置應進行嚴格考量，結合不同參數設置方式進行電磁終端設備的兼容測試。

4.3 雙連接配置示例

在5G 移動網絡通信系統以非獨立組網模式進行設備連接時，設備的電磁兼容測試中雙連接頻段的配置以及參數設置應進行一一對應組合，且對每個組合進行不同測試。以輻射雜散騷擾測試為例，當雙連接配置中5G 移動網絡通信系統被測設備支持3GPPTS 中所規定的雙連接配置時，則輻射雜亂騷擾測試中帶內雙連接模式的配置參數。針對輻射雜亂騷擾測試，5G 移動網絡通訊系統終端被測試設備應根據相對應的標準規定進行參數設置，且按照其建議的測試方式最少測試27 次左右。

4.4 OTA終端測試

OTA 終端測試是現階段常用的主流測試方式，也是各大運營商常用且主推的重要測試方法，主要是為了驗證無線終端設備與網絡的連接能力以及終端第三方使用者對輻射和接收性能的影響，主要借助三維空間測試方式完成測試內容。在任意方面測試過程中，僅僅需要自由空間和帶人頭模型兩種情況下的測試結果，即可得出輻射功率和接收靈敏度最終測試結果。但當天線存在時，則還需增加天線拔出和縮回兩種狀態下的測試數據，為最終輻射功率和接受靈敏度測試提供數據支持，圖2即為OTA 測試系統圖。

圖1：5G 無線終端設備獨立組網模式結構示意

圖2：OTA 測試系統圖

5 電磁兼容測試面臨的問題

在5G 移動網絡通信設備電磁兼容測試過程中，由于5G 系統終端設備剛進入實際應用階段，即產品應用處于需求滿足初級階段，技術及其配套設施等可能影響電子設備的進入測試。因此，電磁兼容測試過程中還存在一定問題，例如，測試標準有待完善、設備配置選擇困難度較高、鏈接鏈路建立困難、性能指標實時監控困難以及支持的應用組合較少等諸多問題。以鏈路鏈接建立困難而言，由于5G 移動網絡通信系統中無線終端設備與5G 綜合測試儀均處于技術不斷變化階段，測試5G 設備終端與測試儀器很難進行一對一的通信連接，很容易出現各種狀況而需進行不斷調試。

6 結論

5G 移動網絡通信技術作為無線網絡通信發展的重要節點，全球各個國家正積極發展5G 移動網絡通信技術，為擴大其應用場景和應用范圍作出不懈努力。中國、美國、歐盟等一直致力于5G 移動網絡通信技術的不斷進步，電磁兼容作為5G 移動網絡通信發展的重要技術支撐和發展契機，OTA 終端測試、雙連接配置等技術水平的提升，測試標準不夠完善、設備配置選擇困難度高、鏈接鏈路建立困難等電磁兼容問題的解決，能為5G 移動網絡通信技術的發展做出重要貢獻。