5G基站射頻傳導測試應用

摘要：文章就5G基站射頻傳導測試應用開展研究，首先對我國5G發展現狀進行分析，其次進行5G基站技術的介紹，最后針對5G發射機、接收機的測試方法、測試結果加以研究。希望能夠供為我國從事5G基站相關技術研發的單位提供借鑒、參考，提升其5G基站射頻傳導測試技術的水平，推動我國5G基站建設技術良性發展。

關鍵詞：5G基站；發展現狀；發射機測試；接收機測試

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.06.045

中圖分類號：TN 929.5" " " " " " 文獻標志碼：A" " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）06-0-03

Abstract： This article conducts research on the application of 5G base station RF conduction testing. Firstly， the development status of 5G in China is analyzed， followed by an introduction of 5G base station technology. Finally， the testing methods and results of 5G transmitters and receivers are studied. It is hoped that it can provide reference for relevant technical units of 5G base stations in China， improve their mastery of 5G base station RF conduction testing technology， and promote the sound development of 5G base station construction technology in China from a macro perspective.

Key words： 5G base station; development status; transmitter testing; receiver test

1" 我國5G發展現狀分析

2019年6月，我國工信部面向中國移動、中國電信、中國聯通、中國廣電四家移動通信企業頒發5G商用牌照，隨后我國5G基站便開啟大范圍、高效率建設進程。到2020年，短短1年時間內，我國建成5G基站71.8萬個，在全球5G基站占比達到70%。目前，我國5G網絡已經實現全國所有縣城以上地市的全方位覆蓋，且隨著5G網絡業務、應用的擴展，5G技術應用場景已經延伸到醫療、工業、娛樂、交通等傳統領域，且已經與各領域的技術實現深度融合[1]。

2" 5G基站概述

2.1 5G基站技術概述

作為5G網絡的核心設備，5G基站在網絡中主要負責提供無線網絡覆蓋，以實現有線通信、無線終端二者之間的數據傳輸。5G基站的架構與形態，對于5G網絡的部署有著直接影響，頻率越高，傳輸過程中信號衰減越大，因此5G網絡基站的密度近期始終在不斷提升。2022年5月，我國5G基站建成數量接近160萬個，成為全世界范圍內首個以5G網絡獨立組網為基礎的國家。2022年，我國新增88.7萬個5G基站，5G基站總數已突破230萬個，占全球5G基站總數量60%，同時為支持組網架構的靈活性，能夠適配不同的應用場景。基于應用需求的多樣化，目前5G基站已經存在多種架構、多種形態設備。從設備架構設計角度劃分，目前5G基站包含BBU-AAU架構、體化gNB架構、CU-DU-RRU-Antenna架構以及CU-DU-AAUBBU-RRU-Antenna架構等，而從設備形態角度劃分，當下5G基站包括射頻設備、基帶設備、一體化gNB設備等。

2.2 5G基站分類

在5G網絡提供信息傳輸服務階段，5G基站的作用在于面向網絡提供5G空口協議功能，并支持核心網、用戶設備二者之間的通信。從功能邏輯角度劃分，5G基站的射頻單元、基帶單元可基于“通用公共無線電接口”或是“增強型通用公共無線電接口”實現互聯。從5G基站射頻測試角度分析，5G基站目前可劃分為1-C類、1-O類、1-H類以及2-O類。不同類型基站以及工作頻段、匹配測試方法具體見表1。

如表1所示，在工作頻段方面，FR1即1頻率范圍，為450 MHz?6 GHz。FR2表示2頻率范圍，為24 GHz?52 GHz[2]。

3" 5G基站射頻傳導測試的應用研究

3.1 射頻測試標準

關于對5G基視頻測試的標準，3GPP組織制定了一致性標準，包括射頻技術具體要求、射頻傳導測試方法要求、射頻OTA測試方法要求。目前，國內面向5G基站的射頻測試主要以《5G數字蜂窩移動通信網6 GHz以下頻段基站設備技術要求》《5G數字蜂窩移動通信網6 GHz以下頻段基站設備測試方法》文件為依據，上述兩項文件涵蓋了國內移動通信頻率的具體規劃形式，充分考慮了不同通信制式、共存共址場景，對于3GPP規范所提出的部分測試項目、測試指標，結合國內情況做出了合理的調整。

3.2 測試應用

3.2.1 發射機測試方法與應用

面向5G基站發射機的傳導測試，可搭建如圖1所示的連接模式。

如圖1所示，該連接配置能夠滿足5G基站輸出功率、輸出動態范圍、調制質量、鄰道抑制比、基站占用帶寬、頻譜發射模塊等一系列項目的測試要求。在測試階段，為了避免測試結果受到外界干擾，在操作時可將系統搭建在屏蔽室環境中。綜合分析，對發射機的傳導測試主要遵循以下流程。

第一步，按照圖1進行測試鏈路配置建設，隨后準備射頻線纜，將基站的天線連接器經過衰減器同信號分析儀建立連接。

第二步，按照最低工作頻率表、最大工作帶寬進行基站配置，按測試模式3.2.2進行并發射信號。

第三步，啟動信號分析儀，讓設備進入ChannelPower模式，對5G基站發射功率的數值進行讀取，并利用ACP模式讀取鄰道抑制比數值，隨后利用設備的SEM模式，對頻譜發射模板進行測試。

第四步，對5G基站更改測試模式，完成模式所對應的測試項。

第五步，調整不同基站工作頻率與帶寬，重復進行第三步、第四步測試操作，直至完成所有基站頻率、帶寬以及不同測試模式下的項目。

在具體操作階段，結合測試的要求，可以將被測對象基站的時鐘、同步信號利用線纜一并同信號分析儀設備進行連接，在信號分析儀上進行外部時鐘、外部觸發設置，確保信號分析儀設備的解調功能更加精準。

在發射機射頻傳導測試方法應用方面，在充分考慮不同基站產品生產廠家、產品類型、端口數量以及頻段等各項因素基礎上，最終選取兩家不同類型、不同頻段的6個5G基站產品開展射頻傳導實際測試應用。表1為6個5G基站產品相關參數。表2、表3為不同基站產品發射機的射頻傳導測試結果。

結合對6個5G基站運用該方法的測試結果，基于表2數據可發現，采用相同測試方法，6個基站發射功率誤差均滿足范圍要求，且測試階段觀察得出EVM調制質量均小于8%，符合規范要求。同時，6個測試對象的頻率誤差均滿足指標要求，產生這一結果是因時鐘同步，可確保二者本振頻率高度一致。由鄰道抑制比測試結果可知，6個5G基站均高于45 dB，滿足標準提出的要求。同發射載波頻偏1倍帶寬部位的數值相比2倍帶寬部位數值較差，這一現象符合“頻譜上距離載波越遠、受到調制載波的干擾越小”規律。

基于表3雜散輻射測試結果分析可發現，1、2、3三個編號的5G基站均為1-C類型，其發生功率均高于1-H類型的4、5、6號基站，雜散數值也略微高于后者。發射功率大小直接影響雜散輻射，9～15 kHz、151 kHz～30 MHz兩個頻段雜散處于低頻范圍，因此受到被測設備電源特性的影響。在實際測試階段更換高品質電源，可明顯改善這一測試結果[3]。

3.2.2 接收機測試方法與應用

針對接收機的測試，利用有用信號發生器、干擾信號發生器、調制干擾信號發生器、衰減器、合路器連接組成測試鏈路即可完成測試目標。對于接收機的互調，主要依靠三個信號發生器，其余測試項目則運用兩個信號發生器。以鄰道選擇性為例，接收機測試的基本過程如下。

第一步，按照圖2搭建測試鏈路，在指定頻點、速率、帶寬以及指定的功率電平配置有用信號發生器。

第二步，針對指定的頻點、速率以及帶寬參數進行基站接收相關數據統計，以保證測試階段鏈路的暢通性，同時保證BLER誤塊率（傳輸塊經過CRC校驗后的平均差錯率）符合相關要求。

第三步，啟動調制干擾信號發生器，按照測試要求進行信號頻率、功率電平等各種參數的配置。

第四步，統計基站接收機的BLER，在記錄誤塊率同時對測試結果進行判斷。

在操作階段，為確保測試結果的精確性，將測試鏈路布置在屏蔽室環境之中。

應用上述測試方法，針對前文相同的6個5G基站測試對象進行接收機靈敏度測試。在本次測試中，接收機測試配置設置為100 MHz帶寬，30 kHz子載波間隔，物理資源塊數量均采用51，參考測量信道采用G-FRI-A1-5。表4為面向接收機的測試結果。

從表4對6個不同被測5G基站接收機靈敏度測試結果可以得出，在標準規定參考靈敏度電平環境中，6個被測5G基站接收機吞吐量均已滿足參考測量信道理論速率，說明在物理層不存在任何誤塊，故該項測試結果判定合格。與此同時，為對6個5G基站接收機極限狀態進行測試，在測試環境中逐漸對有用信號發生器的輸出功率進行下調，讓基站所接收到的電平逐漸下降，直至6個基站的誤塊率達到5%，吞吐量下降至理論值95%。測試結果顯示，1-C類基站在降低7 dB左右后達到靈敏度的極限值，而1-H類基站的覆蓋范圍相比1-C類基站略低。在實際應用場景中，1-H類型基站相比1-C基站有著更多的通道，因此能夠基于波束賦形來提升覆蓋范圍率，最終讓二者實際覆蓋范圍達到一致[4]。

4" 結束語

5G網絡發展速度不斷加快，多通道5G基站使用頻率不斷提升，我國面向5G基站的射頻傳導測試工作量將不斷加大，故而未來傳統的手動測試將無法應對基站測試數量不斷增多的要求。因此，未來相關部門可加強面向5G基站射頻傳導測試自動化方面的研究，如加強天線一體化基站的應用研究，推動傳導測試向OTA測試轉變，并積極探索如何提升射頻OAT測試精度，從而進一步提升我國5G基站測試水平。

參考文獻

[1] 沙長濤，邢榮欣．5G射頻元器件測試平臺和技術[J]．電子元器件與信息技術，2022（11）：29-33.

[2] 楊健．面向5G通信的射頻關鍵技術探析[J]．中國新通信，2022（19）：13-15.

[3] 劉江濤．面向5G通信應用的射頻功放研究[J]．中國新通信，2022（16）：8-11.

[4] 劉傳利，桂麗，楊波．5G基站射頻傳導測試研究與應用[J]．移動通信，2021（2）：113-118.