5G基站帶外雜散OTA測試方法
2025-08-29 00:00:00李勇虞小鵬韓持宗冉君
中國新通信 2025年11期
一、引言
3GPP協議規定，5G基站類型按頻段[可分為FR1sub6G頻段、FR2頻段（ 24.24GHz～52.6GHz ），隨著3GPPrelease21將制定6G技術標準規范將引入了新的頻譜資源，以滿足頻譜資源緊張的需求。無線基站建設也隨著頻段的增多，布局的密度也越來越大，基站之間的干擾問題越來越多，為了更好模擬實際的共址基站環境，ITU- ?R[2] 和射頻一致性標準 TS38.141-2[3] 分別對5G基站給出了空口雜散測試的建議，并定義了相應的OTA測試標準。目前適合基站雜散測試的電波暗室有緊縮場[4或者混響室[5]。
混響室適合多徑環境的測試，但是混響室多徑和反射效應強烈，難以獲得理想、無干擾的測試結果，對高頻測試的準確性有限。緊縮場可提供一個無反射、無干擾的電磁環境。無論是混響室還是緊縮場，電磁波在空間中都會有不同程度的衰減，對于共址雜散，實際雜散電平遠大于指標要求，本文就是通過增加高增益放大器和濾波模塊，解決實際信號過小而不能被頻譜儀準確測量的問題。
二、基站空口雜散發射測試標準
雜散發射測試的主要目的是測量移動基站本身發射的最大功率載波信號在其他基站上行頻段上對相應的共址基站的影響（如GSM、WCDMA、NR、E-UTRA基站）。相關標準包括3GPP、FCC、ETSIEN和CISPR等國際規范，這些標準規定了設備在特定頻段外的雜散發射限值范圍和測試環境規范。嚴格的測試實施有助于驗證設備的電磁兼容性和共存能力，確保多設備基站共址條件下符合規范。根據3GPP空口射頻測試協議38.141-2章節6.7.5雜散發射的定義，移動基站雜散包括通用雜散（GeneralSpuriousEmissions）、共存雜散（Co-Existence SpuriousEmissions）和共址雜散（Co-LocationSpuriousEmissions）。其中，通用雜散發射頻段為 30MHz～26GHz 。雜散發射規范如表1所示，類型A功率幅度上限為 -13+XdBm ，類型B功率幅度上限為30MHz～1GHz 為 -36dBm ， 1GHz～26GHz 為 30+X dBm，這兩種類型由緊縮場或者混響室用常規頻譜分析儀就能完成測試。但是測試共址雜散時，其最高電平要求為 -113.9dBm ，測試要求將更加嚴苛。在這種情況下，對選擇測試方案和頻率分析儀的動態范圍頻譜儀底噪都提出了很高的要求。
三、空口雜散測試方案
（一）混響室通用雜散測試方案
混響室是一個電大尺寸且具有高導電反射墻面構成的屏蔽腔室，由升降轉臺、旋轉葉片、參考天線、接收天線、反射墻面構成。通過旋轉葉片的擺動改變腔室的邊界條件，進而在腔室內形成統計均勻、各向同性和隨機極化的電磁環境，這樣就可以獲得大量的不相關采樣數據?；祉懯业囊淮髢烖c就是空間利用率很高、重復性和穩定性好，攪拌良好的混響室可以非常穩定地測量TRP?；祉懯襎RP計算公式如下：
表1通用雜散發射指標
其中， η 為基站一體化天線輻射效率， M1（r） 為失配系數， P（r） 歸一化功率值， PBS 定義如下：
UBS 是基站在射頻打開測量接收的電壓，混響室采集多個不相關的樣本值進行平均就可以得到TRP值。本實驗通用雜散測試采用的混響室尺寸為： 4.43m （L）×3.34m （W） ×52.91m （H）。
根據自由空間傳播損耗公式：
F 為頻率， D 為測試距離，頻率越高，距離越遠，損耗越大。假設 F=3.5GHz ， EIRP=77dBm ， D=1m 1 OSS=-43.33dB ；實際接收功率為 33.67dBm ，FSW26儀表不開預放底噪大概為 -159dBm/Hz ，歸一化到 1MHz 儀表底噪典型值為： 99dBm/1MHz ，根據空口損耗儀表最終底噪為： 54.67dBm/1MHz 。根據章節2中提及的測試標準，常規測試類型A和B雜散測試，儀表完全能測到3GPP對于雜散的測試要求。當測試共址雜散發射時（最高電平指標為 -113.9dBm ），要求頻譜儀有較低的底噪。按照上述測試條件，將頻譜儀底噪歸一化到 100kHz ，即為 -109dBm/100kHz ，若將儀表預放打開，最終底噪在 -120dBm/100kHz 左右。實際空口環境測試中的儀表底噪為 -120dBm/100kHz+43.33 ，即為 -76.67dBm/100kHz 。考慮到路徑損耗和測量余量，在實際測試中頻譜儀底噪大于 -76.67dBm/100kHz 。如果采用電波混響室測試方案，難以實現對共址雜散發射（ -113.9dBm/100kHz ）的準確測量。
（二）CATR空口共址雜散測試方案
緊縮場是通過拋物面反射器將被測天線發出的球面波轉換為準平面波，模擬遠場條件。整個空間覆蓋吸波材料，可以最大限度地消除電磁波的反射，可以為雜散發射提供一個無干擾的測試環境，他是通過球面掃描若干點EIRP，根據公式計算TRP值，天線一體化基站球面笛卡爾坐標定義：
EIRP（θn，?m） 這是在離散點 （θn，?m） 上的等效全向輻射功率。它代表天線在這些特定方向上的輻射強度，這里認為參考角步長 Δ?ref 和 Δθref 不能小于 15° ，當直徑小于約四個波長時， 15° 步長由公式（5-6）得出
從上面公式可以看出，使用精細的分辨率掃描整個球面，將得到更精確的TRP值，這樣就需要耗費大量時間，嚴重影響測試效率。根據公式（3）可得， 3.5GHz 頻段自由空間損耗接近 43.33dB ，即使外接放大模塊難以使用頻譜儀準確測量結果。本實驗按照3GPP章節6.7.5.5要求，分對CLTA（Co-LocationTestAntenna）7個位置分別測試，所用CATR尺寸為 10.66m （L）×7.67m（W）×5.08m（H） ，頻段范圍為 0.69GHz～6GHz
根據DNAL公式： Pnoise=-174dBm/Hz+NF+（NF-1）/ Gain，可以看出，外接LNA并不能降低儀表底噪，也不能增加儀表動態范圍，如果LNA有差的噪聲系數，還將提高儀表的DNAL。但是在儀表底噪下限時，通過外接LNA可以降低動態范圍之內的儀表底噪。Colocation雜散測試采用的是雙工器和低噪聲系數的高增益放大器，采用高抑制度雙工器，頻率范圍覆蓋 n78 （ 3.4GHz～3.8GHz ），如圖1所示，用傳導測試方法將天線口連接射頻同軸線，然后通過雙工器將輸出信號一分為二，通過TX通帶鏈路端口被負載吸收。RX帶阻鏈路載波信號經過 -80dBc 抑制后經LNA（ 0.1GHz～6GHz ，30dB增益，NF為 1.2dB ）低噪放連接到帶阻濾波器，最后通過頻譜分析儀測試。此時，儀表預放不打開和外接LNA儀表最大底噪為：-159dBm/Hz+1.2dB ，即為 -107.8dBm/100kHz 。假設考慮雙工器5dB插損和 5dB 線損或ATT在5dB左右，則頻譜儀底噪為 -97dBm/100kHz ，通過外接LNA，儀表最終底噪為 -107.8dBm/100kHz ，此時儀表預放打開，底噪為 -120dBm/100kHz 左右，完全可以測到 -113.9dBm/100kHz ，所以測試方案滿足測試需求。實際測試過程中，可以動態調整ATT和使用不能增益的LNA，只要ATT小于LNA增益的情況下，都可以滿足動態范圍內底噪的調整。
圖1CATR共址雜散連接示意圖
（三）帶外雜散發射數據分析
根據混響室和緊縮場實測數據對比，測試的準確性和選擇合適的測試方法5對測試結果影響非常大，混響室可以快速測試通用雜散和共址雜散需求，緊縮場可以最大限度地提供無干擾環境共址雜散的測試。
但是電磁波在自由空間的多徑效應，按照混響室測試方法無法測試真實的雜散要求，只能通過雙工器和低噪放、濾波器的方法，解決頻譜儀的動態范圍之內底噪不足的問題。
四、結束語
實驗測試結果展示了OTA雜散發射混響室和緊縮場測試結果，混響室可以在較小空間模擬復雜多徑傳播環境，適用于指標要求不高的通用雜散和共址雜散測試，但是混響室無法模擬自由空間的遠程特性，不能提供高精度方向性測試。緊縮場相對于混響室可以模擬遠場特性，提供高精度方向性測試，但是測試空口衰減大，提高了頻譜儀的底噪，只能通過外加雙工器和高增益低噪聲系數LNA、濾波器去降低頻譜儀動態范圍內的底噪，相對于傳導測試，環境的變化和器件的性能直接影響測試結果，同時更低的雜散發射要求，對頻譜儀動態范圍和底噪性能提出了更高的要求，但是在測試共址雜散時，測試不同接收頻段需要更換對應頻段的天線，降低了測試效率，如果提供多頻段一體化天線，將會極大增加測試效率。
通過放置不同的天線位置，測試接收天線功率電平。
作者單位：李勇 浙江大學 諾基亞通信系統技術（北京）有限公司虞小鵬 浙江大學韓持宗冉君諾基亞通信系統技術（北京）有限公司
參考文獻
[1]3GPP TS 38.141-2 Base Station （BS）radio transmisson and reception，Part 2： Radiated conformance testing.
[2]G.Ji，J.Zhang，G.JiangandJ.Feng，\"ResearchonVehicleAntenaCATROTATestandEvaluationforonectedVehice245th Inteatiolroaleligee，twkgdfio（gna4，.
[3] ITU-R Recommendation SM.329： \"Unwanted emissions in the spurious domain\".
[4]3GPP TS37.145-2ActiveAntenna System（AAS）BaseStation（BS）conformance testing; Part2： Radiatedconformance testing.
[5]宮劍，張宇.5G毫米波終端測試方法及分析[J].電信科學，2023，39（2）：171-177.
[6]喻春，王成宇，胡波.5G 基站天線一體化空口性能測試場適用性分析[J].電子制作，2024，32（4）：38-40，31.
[7]3GPP.3rdGenrationartshiproecttecicalspecifcatiogroupdioaces etwork;adioeqency（R）onformaetesting background for radiated Base Station （BS） requirements： TR 37.941 V16.3.0[S].2024.6.
