【抄録】
5G基地局の大規模MIMOアクティブアンテナOTA試験方法に関する5G基地局アンテナOTA試験研究の研究方法。本論文では、5G基地局アンテナのための統合OTA試験の必要性を分析した。遠距離場、コンパクト場、マルチプローブ近距離場および単一プローブ近距離場のような異なるOTA試験方式を紹介した。各テストスキームの長所と短所は実際のテストを通じてテストされます。比較解析は、現在の5G基地局アンテナOTAテストが直面する問題を指摘し、解決策を提案します。
[キーワード] 5G;基地局アンテナ。 OTAテスト
はじめに
５Ｇ移動体通信技術は、高速、大容量、高信頼性、および低待ち時間などの急成長中の移動体通信サービスに対する人々のニーズを満たすことができる。 5G移動通信の重要技術の1つである大規模MIMOアクティブアンテナ技術は、空間多重化によるスペクトル利用効率を大幅に向上させることができ、新しい符号化技術を組み合わせることによって通信システム容量を大幅に向上させることができます。そして通信速度。したがって、大規模ＭＩＭＯアクティブアンテナ技術は、５Ｇ移動通信基地局で一般的に使用されている技術であるが、５Ｇ基地局アンテナをどのようにテストするかという問題が続いている。
従来の基地局では、アンテナとRRU（Radio Remote Unite）は互いに分離されています。これらはRFケーブルで接続されています。これらは比較的独立しており、パフォーマンスへの影響はありません。それぞれのパフォーマンスは独立してテストできます。検査を実施してください。アンテナの放射性能試験は、遠距離法または近距離法を介してマイクロ波暗室で行うことができます。パッシブアンテナの遠距離または近距離試験は、アンテナ性能の試験に広く使用されている成熟した試験方法です。 RRUのRF仕様は、伝導によって実験室で測定することができます。
従来の基地局試験モードを参照すると、アンテナ放射性能試験およびＲＦ伝導試験をそれぞれ実行するために、能動アンテナシステムを受動アンテナアレイおよびＲＲＵに分割する方式を提案することは容易である。実際、実験室試験の経験によれば、「パッシブアンテナアレイ＋電力分割ネットワーク＋信号源」によって測定されたビーム形成パターンは、５Ｇ基地局アクティブアンテナ統合ＯＴＡ（Over the Air）試験と統合されている。結果は一貫していません。 「RRU +カップリングボード」のRF性能伝導試験結果も、統合OTAによって測定されたRF放射インジケータとは異なります。その理由は、5G基地局アンテナの場合、アンテナはRRUと統合されているためです。一方では、電磁結合や能動定在波などの干渉要因を完全に排除することはできません。一方、アクティブアンテナの校正と振幅および位相の重み付けは、それぞれのRFチャネルを通過します。一連の能動素子の組み合わせは、受動アンテナアレイが受動電力分割ネットワークを介して振幅重み付けを実行する方法とは全く異なる。したがって、大規模MIMOアクティブアンテナ技術を使用する5G基地局の場合、統合OTAテストモードはその性能指標を効果的に反映できます。特にミリ波帯では、周波数帯が広く、デバイスサイズが小さく、電磁干渉の問題がより顕著であり、分割試験は非常に困難であり、統合ＯＴＡ試験ソリューションしか採用することができない。
5G基地局のすべてのRF性能指標に対するOTAテスト仕様は、2017年12月に凍結された3GPP 5G新しい無線インタフェースプロトコルで書かれています。つまり、5G基地局アンテナの統合OTAテストが5G基地局の主なソリューションになるでしょう。ハードウェアパフォーマンステストしかしながら、現在のRF指標のOTAテストは依然として多くの困難に直面しています。本論文では、大規模能動アンテナシステムのOTA試験法を深く研究し、試験は遠距離場、コンパクト場、マルチプローブ球面近距離場および単一プローブ近距離場のような異なる分野で実施した。各テストスキームの長所と短所を比較します。分析は直面した問題と対応する解決策を提示した。
2. 5G基地局アンテナOTAテストソリューション
アンテナの放射性能は通常、近距離または遠距離領域でOTA方式でテストされます。アンテナ放射の近距離場と遠距離場との間の境界は、ソースアンテナによって放射された球面波面が測定されるべきアンテナの中心に到達し、波経路差がλ／ １６であることである。距離に基づく判断は、ｄ ＝ ２Ｄ 2 ／λであり、ここで、ｄはプローブ点と被試験アンテナとの間の距離であり、Ｄは被試験アンテナの開口部であり、そしてλは放射される電磁波の波長である。被試験アンテナ
これによれば、アンテナテストは遠距離テストと近距離テストの2つのカテゴリに分類され、テスト計画が異なるとテスト結果に違いが生じます。ここにいくつかの古典的なアクティブアンテナOTAテストソリューションがあります。
（1）遠距離試験計画
ファーフィールドテストは最も直接的なテスト方法です。試験距離が十分に遠いとき、入射波は受信面上の平面波に近似する。図1は、遠距離試験システムを示しています。被試験デバイスは垂直面と水平面で360°回転させることができます。テストプローブは定位置に固定されており、回転および回転が可能です。テストシステムは、5G基地局アンテナのビームフォーミングパターンとEIRP（実効等方性放射電力）、EVM（誤差ベクトル振幅）、占有帯域幅、およびEIS（実効等方性感度）をテストできます。全方向感度およびその他のRF放射インジケータ
図1。遠距離試験システム
（2）コンパクトフィールドテスト計画
コンパクトフィールドテストは、ミラーまたはレンズを使用して、焦点でのフィードからの球面波を平面波に変換し、有限の物理的空間でのファーフィールドテストを実現する方法です。図2は、5G基地局アンテナのビームフォーミングパターン、EIRP、EVM、占有帯域幅、ACLR（隣接チャネル漏洩電力比）、EISやACSなどの高周波放射インジケータ（隣接チャネル選択性）をテストできるパラボラシングルミラーコンパクトフィールドテストシステムです。 ）
図2シングルミラーコンパクトフィールドテストシステム
（3）マルチプローブ球形近接場試験法
近距離試験は、被試験アンテナの近距離領域の振幅および位相情報を取得し、次に取得したデータを近距離場変換アルゴリズムによって遠距離場パターンに変換する。マルチプローブ球形近接場試験システムを図3に示します。多数のプローブが被測定物の近距離場に円周方向に配置され、測定対象は放射球全体のデータを収集するために１８０°だけ回転させる必要がある。システムは、CW（Continuous Wave）モードで5G基地局アンテナのビーム形成パターンをテストできます。
図3マルチプローブ球形近接場試験システム
（4）シングルプローブニアフィールドテストシステム
単一プローブ近接場試験は、マルチプローブ球状近接場試験よりも効率が低いが、その構造はより単純であり、より少ないスペースしか必要としない。図４に示す小型近接場試験システムに示すように、被試験装置を水平面内で回転させることができ、プローブを垂直面内で回転させることができ、システムは協力して放射球のデータを収集することができる。 2つの回転シャフトの。システムは、ＣＷモードで５Ｇ基地局アンテナのビーム形成パターンをテストすることができ、サービス信号モードでＲＦ放射指数もテストすることができるが、テスト結果の処理はさらなる分析を必要とする。
図4シングルプローブ近接場試験システム
3.各テスト計画の長所と短所の比較
遠距離場試験の利点は、受信アンテナが送信アンテナからの遠距離場基準よりも大きいので、送信アンテナが受信アンテナに伝播するときに電磁波が平面波に近似され、収集されたデータが伝播しないことである。遠距離場で変換する必要があり、テストデバイスは高電力信号を送信できます。変調された広帯域信号をテストし、マルチユーザーテストなどをサポートします。不利な点は、試験距離が遠距離場基準よりも大きくなければならないので、試験場所が広い面積と高い建設費を有することである。一例として直径１ｍのアンテナを用い、３．５ＧＨｚ帯で動作する場合、遠距離場条件は、遠距離場基準式に従って２５ｍ以上と計算される。試験距離が遠ければ遠いほど、電磁波放射は平面波に近くなりますが、同時にスペース損失が大きすぎるという問題を引き起こします。さらに、遠距離場試験は一般にプローブを１つしか持たないので、単一の試験はアンテナ放射球の一部分しか描くことができない。放射球全体の3Dパターンを取得したい場合は、さまざまなセクションで複数回測定する必要があります（テスト時間）。そしてテストのコストは劇的に増加しました。
コンパクトフィールドテストの利点は、次のとおりです。遠方のフィールドと比較してサイトサイズが大幅に縮小され、サイトの建設コストと測定経路の損失が大幅に削減されます。テスト結果は直接遠方界テストに最も近く、CW波とビジネス信号をテストできます。経路損失が減少したおかげで、遠方界ソリューションよりも多くのRF放射を測定できます。短所テストと同様に、3Dパターンテストは効率が悪く、もう1つはミラーコストとメンテナンス後のコストです。
マルチプローブ球形近接場テストの利点は以下のとおりです。フットプリントが小さい、3Dパターンを与えるシングルテスト、高いテスト効率、低いスペースロス、そしてCWモードでのパターンテストの結果は、ファーフィールドテストの結果に近くなります。欠点は、テストシステムの受信電力の上限が低いことです。 5G基地局がフルパワー伝送についてテストされている場合、受信側デバイスは事前フェーダー処理されている必要があります。測定データは、遠距離場変換のために後処理を必要とする。近距離場変換には基準位相が必要です。現在のところ、サービス信号モードにおける測定結果は、基準位相の問題のために依然として満足のいくものではない。
シングルプローブニアフィールドテストの利点は、設置面積が小さいこと、暗室の建設費が安いこと、ターンテーブルの構造が簡単であること、被試験装置の取り付けと分解が簡単であること、スペースロスが少ないこと、およびテスト結果の比較です。遠方界試験の結果はCWモードです。閉じる。欠点は以下のとおりです。構造上の理由から、アンテナバックフラップのデータ取得は不完全です。テストプローブは1つしかないため、3Dパターンのテスト効率はマルチプローブ球のテスト効率よりも低くなります。収集されたデータには、遠近界変換が必要です。
問題と解決策
現在のOTAテストソリューションは、遠距離ソリューションでも近距離フィールドソリューションでも、CWモードで5G基地局アンテナの放射パターンをテストできます。しかしながら、無線周波数インジケータの放射性能試験に関しては、現在の遠距離場方式は大きな経路損失によって制限され、ＥＩＲＰ、ＥＶＭ、占有帯域幅、およびＥＩＳなどの高電力レベルを有するパラメータのみを試験することができる。 ACLR、スイッチング時間テンプレート、スプリアスエミッションなど、特に電力レベルが低いダウンリンクRFインジケータの場合、長距離のテスト距離の後でテストして低ノイズレベルに減衰させることは困難です。アップリンクインジケータを測定するとき、補助信号源によって送信された干渉信号は、遠距離場の経路によって減衰され、ＡＣＳ、帯域内ブロッキング、および帯域幅遮断などのＲＦインデックステストに必要な電力レベルに達することは困難である。コロケーションブロッキング、これもテストに困難をもたらします。近距離場試験方式の経路損失は遠距離場の経路損失よりはるかに低いが、広帯域サービス信号モードで基準位相をとる方法は依然として問題があり、期待値ＲＦ放射試験結果は依然として遠くから遠い。
ラボのR＆Dテスト段階でのテスト検証に必要な指標は包括的であるため、このタイプのテストにはコンパクトまたは損失を減らすという遠距離テスト方法を採用する必要があります。遠距離試験距離を短くし、ホーンアンテナ利得を増加させ、低損失のRFケーブルを使用し、そしてRFラインの配線距離を一定の範囲内で短くすることにより、経路損失を大幅に減少させることができます。 ACLRやACSなどのRFインデックスをテストするように拡張されました。コンパクトフィールド自体の経路損失は、ファーフィールドの経路損失よりはるかに小さく、ファーフィールドよりも多くのRFターゲットを測定できます。ただし、独自の電力が原因で特に低いRF指標がまだいくつかあります。パス損失を減らす方法は十分ではありません。この段階では、伝導によってのみテストできます。生産ラインテストでは、テストコストが低く、効率が高く、スペースが小さく、そして代表的なインデックスをテストできます。単一プローブ近接場試験方式がより適しています。将来の5Gハイバンドテストに関しては、より高い周波数とより深刻な損失のために、遠方界テストはそれほど適切ではなくなり、伝導テストはより困難になるでしょう。 。遠距離場変換アルゴリズムは基準信号を必要とし、それは機器製造業者および測定機器製造業者が装置から基準信号を取り出すという問題を解決することを必要とする。
5.結論
本論文は5G基地局のための大規模MIMOアクティブアンテナOTA試験法を研究した。ユニットの5G基地局装置を用いて、遠距離場、コンパクト場、マルチプローブ近距離場および単一プローブ近距離場のような異なるOTA試験方式を研究し、各サイトの建設費、試験能力および試験効率を分析した。現在および将来の5G基地局アンテナOTAテストのための参照を提供するテストで直面する問題と対応する解決策を提案します。