《5G/6G毫米波测试技术白皮书》未来移动通信论坛

背景

移动通信产业链基站、芯片、终端的研发、生产、验收等各环节都离不开测试仪器与测试技术的支撑。测试技术的特点是交叉性强，跨学科、高性能、应用广。测试技术伴随着每一代移动通信技术的演进，从2G、3G到4G，系统的工作频段均在6GHz以下、信号带宽在百兆以内，测试仪器的核心技术指标没有发生巨大的变化，测试技术和测试仪器并没有受到太大挑战，甚至同一硬件平台进行软件升级就可以应对满足新一代的测试需求。但是在5G时代，由于带宽、通道数、频段都有了数量级的飞跃，测试技术的后向兼容性被打破了，测试原理需要重新被探索，测试仪器性能需要极大地提升。

5G毫米波给测试技术带来的巨大挑战主要体现在以下方面：

在系统通道校准方面，针对高达256通道以上的大规模天线和射频组件，如何进行合理有效的校准是影响测试效果的前提，如何进行快速高效测试也是影响测试成本和效率的关键问题。

在高频段的射频指标测试方面，5G毫米波天线与收发信机（Tx/Rx）甚至数模/模数（DAC/ADC）转换电路将一体化设计与加工，无法单独对射频前端进行测量。并且，射频电路的带宽、噪声系数、灵敏度等诸多性能指标与天线的特性相互影响，难以单独评估。OTA测试是主要的测试手段。但是，OTA测试也面临着挑战。一方面，毫米波频率高，空间传输损耗大，致使仪器接收到的待测信号功率较小，影响测试的精度。尤其是针对设备带外杂散等指标测试时，往往较难准确捕捉到待测频率的信号。另一方面，大规模多波束天线阵在方向图上，既非全向辐射也不是一个简单的定向波束，因此传统天线的增益、波束宽度等性能指标已无法准确描述其行为特征。同时，传统通信系统中定义的部分系统指标，如最大辐射功率等，在多波束条件下也需要重新定义。在测试方法选择方面，针对射频指标测试的远场、近远场变换、紧缩场的方法各有利弊，针对多天线性能测试的混响室法、两步法、多探头法在毫米波频段仍然存在巨大挑战，甚至有的测试方法不适用毫米波设备的测试。

在测试平台的实现方面，大规模多通道和大带宽带来极大的数据流量，测试平台的数据处理能力面临很大压力，需要在硬件和算法架构有新的突破。

总之，相比传统的天线与射频测试，5G毫米波面临测试指标体系、测试原理与方法、测试平台的重大变革。当前迫切需要研究此类基础性、先导性的科学问题，针对一体化毫米波天线阵的行为特征，修正或构建新的参数定义与测试指标体系，探索科学的测试原理，研制高效的测试平台。