隨著移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，5G憑借著高速率、低時(shí)延、高移動(dòng)性等諸多優(yōu)勢(shì)，逐漸進(jìn)入社會(huì)的各個(gè)角落，與每個(gè)人緊密相連。而由于5G引入了天線陣列、波束賦形等技術(shù)使得終端設(shè)備的日益復(fù)雜化，終端的研發(fā)與認(rèn)證對(duì)于測(cè)試環(huán)境的要求和以往有很多的不同。本文主要討論Sub-6G下的終端OTA測(cè)試方案。
為什么要進(jìn)行OTA測(cè)試
以往的研發(fā)階段測(cè)試，由于射頻模塊與天線分開(kāi)，傳導(dǎo)方法可以簡(jiǎn)單直接地驗(yàn)證終端的射頻指標(biāo)。但是傳導(dǎo)測(cè)試無(wú)法將天線因素對(duì)整機(jī)性能的影響考慮在內(nèi)，甚至無(wú)法完整驗(yàn)證出整機(jī)內(nèi)部不同功能單元的干擾情況。如果需要驗(yàn)證終端無(wú)線空口性能的場(chǎng)景以及驗(yàn)證人體對(duì)手持、可穿戴類設(shè)備的影響，往往需要用到OTA測(cè)試。
OTA測(cè)試是被測(cè)設(shè)備通過(guò)OTA（over the air）即空中接口的方式實(shí)現(xiàn)與測(cè)試儀表連接，對(duì)被測(cè)物的天線性能進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)OTA測(cè)試我們可以評(píng)估被測(cè)物作為一個(gè)整體的輻射和接收性能。由于OTA測(cè)試相比于射頻傳導(dǎo)測(cè)試更接近產(chǎn)品的實(shí)際使用場(chǎng)景，可以完整驗(yàn)證各種因素對(duì)整機(jī)性能的影響，最終為終端產(chǎn)品的無(wú)線性能優(yōu)化提供依據(jù)與方向，所以O(shè)TA測(cè)試是終端檢測(cè)中必不可少的一環(huán)。
如下圖所示，OTA測(cè)試在終端的研發(fā)和認(rèn)證環(huán)節(jié)中占比逐漸增多， 5G毫米波階段的測(cè)試都會(huì)采用OTA方法進(jìn)行測(cè)試。
5G的測(cè)試需求日漸增多，OTA測(cè)試主要參考的3GPP與CTIA的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在不斷更新。現(xiàn)如今已經(jīng)有多家運(yùn)營(yíng)商將Sub-6G OTA測(cè)試納入認(rèn)證范疇，如北美的AT&T，T-Mobile，歐洲的Vodafone等。隨著認(rèn)證法規(guī)的逐步完善， OTA測(cè)試受到通信行業(yè)的廣泛關(guān)注與重視。
OTA測(cè)試場(chǎng)
為了避免空間干擾信號(hào)與多徑效應(yīng)，OTA測(cè)試會(huì)在微波暗室中進(jìn)行。依靠微波暗室提供空曠的“自由空間”條件，在暗室內(nèi)測(cè)試可以免受雜波干擾，提高被測(cè)設(shè)備的測(cè)試精度和效率 。
4G時(shí)代的OTA暗室主要有兩種：?jiǎn)翁筋^暗室和多探頭暗室。單探頭暗室中只有一個(gè)探頭用于測(cè)量被測(cè)物的性能指標(biāo)。多探頭暗室則是有多個(gè)探頭對(duì)被測(cè)物進(jìn)行測(cè)量。相比于單探頭暗室，多探頭暗室測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)試時(shí)間短，可以支持測(cè)量更多的測(cè)試場(chǎng)景，在4G時(shí)代是主流的測(cè)試暗室。
5G引入了更高的頻率，更寬的頻譜范圍，對(duì)測(cè)試環(huán)境有了更高的要求；波束賦形技術(shù)與大規(guī)模天線陣列等新的技術(shù)使得測(cè)試的難度大大提升。由于OTA測(cè)試主要在輻射場(chǎng)中測(cè)量，而輻射場(chǎng)又根據(jù)距離分為輻射近場(chǎng)和輻射遠(yuǎn)場(chǎng)。按照輻射場(chǎng)劃分，目前5G主要的測(cè)試場(chǎng)有三種：
近場(chǎng)暗室：近場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)是占地小，測(cè)試路徑的損耗較??；劣勢(shì)則是由于距離過(guò)短，近場(chǎng)的特性導(dǎo)致近場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果往往是不可預(yù)測(cè)的，會(huì)隨著天線周圍環(huán)境的微小變化（例如，饋線的電路）和位置變化而變化。[ZW10] 對(duì)于有源指標(biāo)難以推廣到遠(yuǎn)場(chǎng)得出遠(yuǎn)場(chǎng)的結(jié)果，近場(chǎng)環(huán)境也難以添加干擾源使得近場(chǎng)難以進(jìn)行干擾測(cè)試。
近場(chǎng)暗室示意圖
遠(yuǎn)場(chǎng)暗室：遠(yuǎn)場(chǎng)比較接近真實(shí)的環(huán)境的場(chǎng)的傳播環(huán)境，在遠(yuǎn)場(chǎng)條件下的測(cè)試更易于測(cè)量天線相關(guān)的指標(biāo)；但是由于測(cè)試距離隨著被測(cè)物尺寸的增加而變得很大，遠(yuǎn)場(chǎng)環(huán)境及場(chǎng)地的成本會(huì)非常高昂，同時(shí)測(cè)量路徑損耗也會(huì)很大，對(duì)測(cè)量的結(jié)果會(huì)有相當(dāng)大的影響。
緊縮場(chǎng)暗室：緊縮場(chǎng)是等效的遠(yuǎn)場(chǎng)，利用金屬反射面將球面場(chǎng)轉(zhuǎn)換為平面場(chǎng)，與遠(yuǎn)場(chǎng)環(huán)境相比極大的減小了對(duì)測(cè)試場(chǎng)地的要求；劣勢(shì)則是對(duì)于波束的要求較高，難以創(chuàng)建多用戶的場(chǎng)景，同時(shí)對(duì)于反射面的工藝要求高，增加了安裝與維護(hù)的成本。
OTA測(cè)試指標(biāo)
OTA考量天線的性能，主要有兩個(gè)部分：發(fā)射端和接收端。
發(fā)射端主要測(cè)量功率相關(guān)的指標(biāo)。
TRP：總?cè)蜉椛涔β剩═otal Radiated Power），通過(guò)不同的角度的位置(θ, φ)測(cè)量EIRP，得到整個(gè)輻射球面的發(fā)射功率，再進(jìn)行面積分得到TRP。TRP反映被測(cè)整機(jī)的發(fā)射功率情況，與手機(jī)在傳導(dǎo)情況下的發(fā)射功率和天線輻射性能相關(guān)。
EIRP：等效全向發(fā)射功率（Equivalent Isotropic Radiated Power），即某個(gè)方向天線的發(fā)射功率，為T(mén)RP的基本構(gòu)成單元。
接收端主要測(cè)量靈敏度相關(guān)的指標(biāo)。
TIS：總?cè)蚪邮侦`敏度（Total Isotropic Sensitivity），通過(guò)不同的角度的位置(θ, φ)測(cè)量 EIS，得到整個(gè)輻射球面的接收靈敏度，再進(jìn)行面積分得到TIS。TIS與被測(cè)設(shè)備的傳導(dǎo)靈敏度相關(guān)，天線的輻射性能以及天線隔離度會(huì)影響到TIS的性能。
EIS：等效全向接收靈敏度（Equivalent Isotropic Sensitivity），即某個(gè)方向天線的接收靈敏度，為T(mén)IS的基本構(gòu)成單元。
吞吐量測(cè)試：測(cè)量特定場(chǎng)景下（SISO/MIMO）的數(shù)據(jù)吞吐量。
靈敏度衰減測(cè)試（Desense）：測(cè)量不同信號(hào)間的無(wú)線干擾情況。
Sub-6 GHz OTA測(cè)試解決方案
安立公司的MT8000A支持5G NSA與SA兩種組網(wǎng)方式，模擬基站功能，實(shí)現(xiàn)射頻、協(xié)議、波束測(cè)試及波束賦形評(píng)估等測(cè)試方案。MT8000A與ETS-Lindgren、MVG、BlueTest、GTS等主流廠家廠商合作，提供完備的5G OTA測(cè)試解決方案，并且支持在現(xiàn)有的4G OTA系統(tǒng)上進(jìn)行升級(jí)。安立公司的MT8000A已為國(guó)內(nèi)主流終端廠商、天線廠商、認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室等提供成熟的OTA解決方案，并獲得一致好評(píng)。
