技术要点 | 5G OTA测试场的选择
KEYSIGHTCN2018-01-31
5G OTA整体的测试系统场的选择至关重要
目前主要的方案有远场、近场以及紧缩场
01
远场的优势和挑战
远场，是大家比较熟悉的一个测试环境，这个环境比较接近真实环境的场的传播环境。我们在远场的条件下，比较容易来做和天线相关的测试，包括方向图和辐射功率、灵敏度等。同时在远场，也可以做各种射频指标的测试。基于远场环境，我们可以较为容易地创建干扰源，来测试基站在干扰情况下的性能。另外，对于远场的测试环境，创建多用户的空间信道环境也比较容易。
但是，远场所遇到的困难在于，从上图中能够看出，远场随着待测件尺寸的增加，它对测试距离的要求会变得非常大。远场的环境，包括场地，整体的解决方案都会变得极其昂贵。并且随着场的尺寸的增加，远场带来的问题，还在于路径损耗会非常大。另一方面，在OTA测试中，我们对射频指标测试的动态范围有着非常高的要求，在这样大的一个路径损耗的前提下，如何满足高的动态范围要求，会变成非常大的一个挑战。
02
近场的优势和挑战
最后来谈谈近场测试系统。对于近场测试系统，在天线的测试里面得到了广泛的应用。近场有以下几种不同的形式，包括平面扫描近场，柱面扫描近场和球面扫描近场。不同的场适合不同天线的性能测试。
平面扫描近场，适合高增益的天线测试。
柱面扫描近场，对于波束的扫描范围，在柱状区的情况是比较适合的。
球面扫描近场比较适合低增益的天线。
这种近场的系统的优势在于。这些场通常都比较小。那么对于场地的要求，得到了极大的放宽。同时，对于无源器件的这些相关测试都能够满足。包括比如说 方向图的测试、功率测试、灵敏度测试。
但是，近场系统在进行5G OTA测试的时候也遇到了很大的挑战。
第一，市面上已经有的这些系统，都需要进行进一步地升级，来支持对有源射频指标的测试。那么对于有源射频指标测试中遇到的困难是这样的。平面扫描近场系统的基本原理是，它可以在连续波的情况下，把近场测量的方向图通过远近场变换的方法，得出远场测试的结果。但是对于有源指标测试，因为是调制信号，怎么样把近场测量的结果推广到远场呢？在目前的学术界和工业界还是一个开放的问题。
第二，因为是一个近场的测试环境。所以在这个近场测试环境中，很难添加或者模拟一个其他的干扰源。所以基于这样的一个限制。这种近场环境也是非常难地区模拟我是有多个用户不同的空间信道的传播环境的情况。
第三，目前讨论的这几种近场环境它的探头都是单探头的。所以支持多用户的测试，这也是系统方面的一个限制。那么除了刚才提到的基于扫描的近场。业界还有多探头的近场方式的系统。这些系统，不同厂家的方案是有一些差异的。但是共性在于都会有一组测试探头的，探头和待测件之间的距离都是小于远场的要求的。那么不同的系统创建起来是做不同的测试。比如说有这种多探头的系统，它是用来专注于无源的天线方向图的测试以及对于比较小的这种终端的有源的端到端性能测试。包括多探头的OTA测试系统。也有近场的测试系统，它利用的是两阶段的方法来支持这种对于手机终端的OTA测试。那么现在的这些多探头的近场系统，他们用来做端到端的系统的时候，他们的原理都是去创建一个端到端的辐射信道。那么这个空间辐射信道的测试区域大小，是一个非常关键的问题。那么对于基站这样尺寸大小的待测件。它对测试区域的要求是非常大的。包括随着频率的升高，传统的多探头的测试区域会急剧的缩小。那么这个带来了一个很大的挑战。
总结一下，这种多探头的测试系统，他们要求测试的速度会非常的快。他们在做无源方向图的测试时候，它们可以很好地解决这方面的问题。他们也可以用来做Beamforming和波束指向这样的一些验证。但是现在的这样的多探头系统呢，用来解决刚才我们提到的基站OTA测试，无论是射频指标测试，还是说端到端的性能测试。这种方案都还有一些需要解决的问题。就像我们刚才提到的，对于调制信号，把它的近场测量结果推广到远场。包括如何保证这个测试系统的测试区域。使得能够支持像基站这样尺寸的待测件。或者在这样一个条件下，怎么样去创建多用户的一个空间模拟。来同时克服近场的一个效应。来做到端到端的性能测试等等。
03
紧缩场的优势和挑战
紧缩场的思路：就是利用一个金属的反射面，强制地把一个球面场转换为一个平面场，从而极大地减小对测试场尺寸的要求。紧缩场有很多好处，因为整个场的尺寸的变小。它的路径损耗和远场相比要小得多。在紧缩场里面，对天线指标的测试基本都可以支持。比如说方向图、辐射功率和灵敏度等。紧缩场的测试速度也可以满足测试要求。
但是，紧缩场所带来的几个挑战在于↘↘↘
1、紧缩场对于探头天线的位置和方向有非常高的要求。所以很难创建假如我有一个干扰源，同时来测试基站的场景。另外，由于这个限制，在紧缩场中，也很难创建多用户的场景。
2、紧缩场的尺寸虽然变小了，但是整个场的成本，也相对比较高。主要是由于紧缩场里反射面的成本，目前还是特别高的，同时，对于反射面的安装、维护也都有比较高的要求。