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首款5G手机热销的背后:需要攻破这些5G关键难关

2019-08-19 11:51
来源: 芯智讯

就接收器路径而言,难点在于设计低噪音系统并分析天线增益对于接收器噪声、温度或G/T的影响。这增加了接收链路在设计和测试方面的负担。此外,天线与LNA之间的损耗会直接降低接收器灵敏度。

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图:每个天线阵列元件的平均接收功率

然而暗室内的材料,例如RF吸收泡沫和机械定位器部件,可能会由于频繁的温度和湿度波动而受到损坏。OTA特性分析的一部分难点在于进行有效的热测试,以最小化热质量并避免损坏暗室或干扰RF测量。

空间扫描测试挑战

3GPP标准规定的OTA测试程序可帮助工程师根据波束中心、波束宽度、EIRP、TRP和灵敏度确定新的波束成形性能。

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图:OTA TX和RX测试程序

OTA校准程序

首先是使用增益已知的馈送天线和基准天线来校准测量值。校准过程需要测量整个发射和接收路径的复合损耗。这包括所有天线和放大器增益,以及信号通过空中接口、电缆、开关和组合器等的损耗。工程师针对每个测量路径和每个极化重复校准测量。

3D天线方向图

系统校准后,工程师将调制的5G测试信号馈送到DUT,并使用如下图所示的网格分别对每个正交极化执行空间扫描。之后测量系统返回DUT的3D天线方向图和发射波束峰值方向。然后工程师驱动DUT,使其在后续测试期间保持锁定在该特定方向。

辐射功率和调制测试

工程师不仅需要通过测量特定方向的EIRP来分析设备的特性,而且其测试解决方案还必须整合每个极化的网格上每个点处测量得到的功率,以便计算TRP。 除获得这些结果所面临的技术挑战外,EVM、ACLR和频谱发射等传统测量现在也与空间密切相关。测试区域(静区)中的反射信号必须进行衰减,直至测量不确定性(MU)维持在预设值以下。例如,3GPP关于测试方法5的研究指出, 为了测量EVM,工程师必须: 使用预定义的网格,通过3D EIRP扫描找到TX波束峰值方向;在测试期间将波束锁定在该方向上;测量EVM以获得调制信号的Φ和θ极化 。

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图:OTA空间扫描网格

接收器测试

在测试完整的5G无线电时,测量系统通过下行信号来与DUT建立连接。测试系统必须确定每个极化的功率电平(吞吐量超过指定参考测量信道的要求时的θ和?值)。然后系统返回接收波束峰值方向,此方向的EIS最小。基于这一接收波束峰值方向,可分析接收器的动态范围及其在θ和?极化下抑制通道内分块信号的能力。这便提出了一个挑战:同步生成5G信号来连接DUT和宽带干扰源。

细空间网格和测试时间挑战

当工程师使用3GPP指定的网格进行OTA分析和验证测试时,他们可能会发现其测量精度需要提高。这是因为波束峰值方向可能无法与空间中的采样点完全对齐,从而产生测量误差。

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图: 粗采样网格引起的波束峰值测量误差

毫米波测量 - 不确定性挑战

采用OTA测试解决方案的工程师应综合考虑这些因素,才能为所有测量结果计算误差范围。这些不确定性来源可分为系统误差、校准测量误差、DUT测量误差三大类。而减小OTA测量不确定性的更深一层解决方案是,将不确定性来源分离到系统子组件中:测量设备、暗室、定位器、测量和基准天线。

测量设备挑战

在校准毫米波设备OTA测试系统的总路径损耗时,工程师必须准确地测定宽带RF功率。在毫米波频率下校准功率测量值首先需要使用多个二极管传感器来覆盖所需的频率范围,但这项技术正在转向基于热电偶技术的宽带功率传感器。工程师可以校准从24 GHz到52 GHz的5G毫米波频段的宽带功率。此外,使用单一连接可减少使用多个传感器可能产生的误差。

当使用矢量信号发生器和分析仪切换到连续波和调制波形测量时,由于仪器的插入损耗、输出和输入阻抗匹配以及平坦度和幅值精度规范,工程师必须考虑信号路径上的总体不确定性。此外还需要考虑在低信噪比测试场景中,噪声作为系统误差源产生的影响。

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