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5G设备设计与测试（二）

2020.10.13

03 天线系统的革新

MIMO 和 Beamforming 是 5G 当中被谈论得最多的技术，IMT2020 希望它的引入能够带来 100X 的数据吞吐率和 1000X 的信道容量。

为此 5G NR 标准提供物理层帧结构、新的参考信号和新的传输模型来支持 5G eMMB 的数据吞吐率，同时也给终端设计工程师带来了新的难题。这些难题包括：

3D 天线波束方向图设计和验证

3D 波束性能验证包括构建并验证天线的 3D 辐射方向图并确保整个工作频段和带宽范围内能够产生正确的增益、旁瓣和零点。由于毫米波原型系统构建价值不菲，仿真必不可少并提前发现系统存在的重大问题。而合理构建天线系统并结合信道模型和基站连接进行仿真能够在原型设计阶段中减少重复和反复性的工作和花费。

系统级的仿真系统 SystemVue 可帮助设计者在原型阶段快速迭代和验证

在设计打样出来之后，设计师则可以通过实际的环境来评估和验证终端 / 设备是否在工作频段和带宽范围内产生了正确的波瓣宽度、足够的零点深度以及增益来实现最大化的辐射效率。而这需要用到的就是 OTA 的测试方法。

毫米波链路完整性

为了克服因为使用窄波束所导致的位置确认问题，R15 定义了新的接入初始化流程。由于基站通过扫描的方式在同步信道中传送信道信息，终端则会判断和决定最合适的信道并告知基站，从而最终将通信链路建立起来。

5G 接入初始化和波束管理流程

在这里定义了波束同步、跟踪、管理和失败恢复等程序。而当混合的参数集在其中被使用时，连接的建立可能要花费更多的时间。设计师需要实施、验证和优化所有这些功能，否则用户端可能产生掉话等不良体验。

真实环境下的终端性能评估和优化

吞吐率和时延是无线通信系统的关键性能指标。协议堆栈的不同层必须相互配合才能实现 5G 系统的时延和吞吐率目标。这里面需要理解终端在波束管理各状态下的表现，包括波束同步、切换以及回落回 4G。

一种评估端到端吞吐率最有效的方式，就是使用网络模拟器来控制 DUT 并测量其反馈信号。网络模拟器可以配置小区连接、更改同步和参考信号的功率、设置 Beamforming 参数和控制发射和接收的资源块。此外，通过在系统中串入信道模拟器，更能够在实验室环境下模拟真实的信号传输问题，包括路径损耗和多径衰落等问题，从而表征真实环境下的系统性能。

基站模拟器 UXM 搭配信道模拟器 PropsimF64，

让你评估真实环境下的终端性能

04 OTA 测试难题

由于毫米波、MIMO、波束控制和管理等技术的引入，对于设备和终端的整体性能的评估和测试已离不开 OTA 方案，这包含：射频性能、吞吐率、RRM 和信令。

该如何综合考虑路径损耗、测试场地的尺寸等选择一个合适的 OTA 方案亦成为一个难题。典型的 OTA 测试方案包含：暗室、探头或天线以及测试设备。目前对于终端 OTA 测试，主要有三种方案：

① 直接远场法（DFF）

对于直接远场法，被测件被固定于一个可以在水平和垂直角度转动的转台上面，从而可以在 3D 的投影面上进行任意角度的测量。虽然直接远场法可以获得最直接、综合的天线远场测试结果，但是需要最大尺寸的暗室。对于一个 15cm 尺寸的被测件，在 28GHz 频段需要长达 4.2m 的暗室来支持远场测试，从而带来难以接受的测试路径损耗。