5G NR基站的OTA幅度一致性测试

2021-07-04宫长波

科学与财富 2021年7期

摘要：5G NR基站具有多个天线辐射单元，通过单元之间相位加权形成不同波束指向。只有精确已知各单元之间的幅度和相位差异，才能够准确地做相应的补偿，从而实现精确波束成形。如何准确地实现单元间的幅度和相位差异测试，或者称为幅相一致性测试，将是保证基站整体辐射性能的关键。

关键词：5G NR基站;波束指向; 幅相一致性;OTA

前言：

对于5G NR基站单元间幅相一致性测试，主要包括闭环测试和空间测试（Over The Air，OTA）两种类型。对于闭环测试，其优点是工作稳定、精度高、不受外界环境影响，但是这种方式没有包含天线的幅相一致性公差、安装误差、连接电缆不一致的影响等，因此这种测试方式并没有实现最终整个基站幅相一致性的配平。为此，对于整个天线阵列来说，采用空间测试（OTA）的方式进行幅相一致性的配平是其必要的一个测试环节，该方法的优点是不需要闭环测试复杂的开关网络，系统连接简单，可全面校准影响天线阵列通道间幅相一致性的各个环节。本文以5G NR基站幅度校准为例，介绍一种适用于产线的OTA幅度一致性测试方法。

一、电波暗箱设计

OTA测试在屏蔽暗箱内进行，暗箱整体布局如图1所示，采用2mm镀锌钢板屏蔽处理，屏蔽效能不小于70dB，钢板之间安装采用拼装工艺，方便拆卸、运输和安装。

5G NR基站放置于暗箱内黄色底板上方，底板下面有传送带，每个基站天线辐射单元M×N个，每个单元均为±45°双极化，在暗箱前后留有开口，一端为进料口，一端为出料口，暗箱侧方有屏蔽气动小门，顶部开口用于安装探头阵列，探头阵列与基站辐射单元阵列呈镜像关系，即探头阵列亦为M×N个，并且采用±45°双極化探头，探头阵列通过射频开关矩阵进行控制，射频开关端口数为至少为2M*2N。

暗箱内部安装聚氨酯型吸波材料，吸波材料反射电平<-35dB@ FR2，暗箱顶部和底部安装通风波导窗，底部为自然进风口，顶部采用风扇进行排风，带动暗箱内部气体流动，对基站天线进行冷却。电缆进出暗箱通过墙体信号接口板，接口板预留射频接口、RJ45、光纤接口等，方便与暗箱内基站天线进行通信及供电。

二、测试流程

1. 探头一致性校准

测试前需要对探头阵列进行幅度一致性校准，排除探头间差异对测试造成的影响。校准原理如图3所示。

校准示意如图4所示，将喇叭天线分别置于每个探头下方，控制开关矩阵切换喇叭对应探头，测得每个探头的幅度即相位，测试中采用矢量网络分析仪，若探头之间幅度差异较大，通过调节探头、电缆及开关无法减小探头接收差异，则可以对每个探头通道进行幅度补偿。

补偿时为了减少人为操作误差，建议重复测试几组探头数据，采用平均值校平探头差异。

本文采用4×8探头阵列，其幅度分布如图5所示，探头接收功率峰峰值有2.5dB差异，选择最大值-38.74dB（也可以选其他值）对探头幅度进行归一化，得到补偿数据如图6所示。

2. 基站单元幅度一致性测试步骤

测试示意如图7所示，将基站置于暗箱内黄色底板上，置于探头组正下方。

1）将基站天线通过进料口送入暗箱内，连接电源线及控制线，确保暗箱风扇及基站天线工作;

2）控制开关矩阵及基站天线辐射单元，测试中确保基站同一时刻只有一个辐射单元工作，其他单元处理关闭状态，开关切换至对应探头进行信号接收，随后切换至下一通道，最终得到基站某一频率下阵面幅度分布;

3）对采集到的数据进行探头补偿求得基站单元幅度分布，对基站单元幅度进行计算，按照阵面天线配平数据格式，生成幅度误差校准数据矩阵，对基站进行配平;