閆旭鵬，張亞寧，劉 梅

（中國信息通信研究院泰爾系統(tǒng)實驗室，北京 100045）

0 引言

2019年6月6日，工業(yè)和信息化部頒發(fā)5G牌照，中國移動、中國聯(lián)通、中國電信、中國廣電四家運營商獲得5G牌照。2020年3月4日，中共中央政治局常務(wù)委員會會議上，強調(diào)要加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進度。截至今年2月底，三大運營商基站建設(shè)80%的5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)按計劃實施，中國移動、中國聯(lián)通、中國電信相繼表示，2020年實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國地級市以上城市，預(yù)示著運營商5G進入商用元年隨后大規(guī)模建設(shè)時期即將到來。在5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，農(nóng)村覆蓋和室內(nèi)覆蓋將是兩個關(guān)鍵點，運營商在繼續(xù)延伸5G網(wǎng)絡(luò)能力覆蓋的同時，開始關(guān)注深度的覆蓋。由于5G運行在較高頻段，信號穿透能力不好，樓內(nèi)信號很差的情況普遍存在，成為運營商深度覆蓋的一個瓶頸。由于現(xiàn)階段無源室分頻段普遍為800 MHz-2700 MHz并不包含現(xiàn)階段5G頻段，并且如何利舊現(xiàn)有室分資源是擺在運營商面前的一個難題。因此，深度覆蓋、利舊現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)將是運營商5G網(wǎng)絡(luò)部署的痛點。

1 標準依據(jù)

截至2020年3月，中國通信標準化協(xié)會已經(jīng)制定完成了數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)多輸入多輸出（MIMO）單纜覆蓋系統(tǒng)行業(yè)標準的制定，并已經(jīng)報備工業(yè)和信息化部。2020年1月，工業(yè)和信息化部科技司進行了行業(yè)標準發(fā)布。

⊙YD/T 3706-2020數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)多輸入多輸出（MIMO）單纜覆蓋系統(tǒng)技術(shù)要求和測試方法。

⊙YD/T 3720-2020數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)多輸入多輸出（MIMO）單纜覆蓋系統(tǒng)網(wǎng)管接口技術(shù)要求。

⊙YD/T 3721-2020數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)多輸入多輸出（MIMO）單纜覆蓋系統(tǒng)網(wǎng)管接口測試方法。

⊙3GPP TS 38.141-1：" NR； Base Station （BS）conformance testing Part1：Conducted conformance testing（Release 15） "。

日前，5G-NR多輸入多輸出單纜覆蓋系統(tǒng)技術(shù)要求和測試方法、5G-NR多輸入多輸出單纜覆蓋系統(tǒng)網(wǎng)管接口技術(shù)要求和測試方法，準備在中國通信標準化協(xié)會TC5 WG11組立項，討論稿已經(jīng)在起草中。

2 5G-NR多輸入多輸出單纜覆蓋系統(tǒng)工作原理

5G-NR多輸入多輸出單纜覆蓋系統(tǒng)采用變頻技術(shù)，利用一根饋線實現(xiàn)雙流及以上MIMO的5G信號傳輸?shù)囊痪€式室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)。系統(tǒng)分為有源合路器、遠程饋電單元和有源天線三部分組成：有源合路器對兩路5G信號分別進行下變頻（有源支路）和基站信源其他信號2/3/4G接入（無源支路）的合路；遠程饋電單元通過取電器、饋電器和同軸電纜給遠端的有源天線進行供電并進行射頻信號傳輸，在室內(nèi)分布過程中要用到可通過直流電流給室內(nèi)分布系統(tǒng)提供饋電通道的合路器、耦合器等器件；有源天線完成對有源支路信號的上變頻和無源支路的信號發(fā)射。5G-NR多輸入多輸出單纜覆蓋系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。

圖1 5G-NR多輸入多輸出單纜覆蓋系統(tǒng)

有源合路器、遠程饋電單元、有源天線組成5G-NR多輸入多輸出單纜覆蓋系統(tǒng)，可實現(xiàn)星形連接、鏈型連接等多種組合狀態(tài)，實現(xiàn)一路MIMO下變頻信號混合直流、本振信號、網(wǎng)管信號與RRU信號合路通過RF電纜傳至遠端有源天線，遠端天線把信號分離發(fā)射。

（1）直流信號：提供遠端有源天線供電輸入。

（2）網(wǎng)管信號：對有源合路器、遠程饋電單元、有源天線各個節(jié)點實時監(jiān)控，確保網(wǎng)絡(luò)正常運行。

（3）功率補償：在有源合路器端通過傳感器檢測功率大小后增加功率補償機制，使變頻路和未變頻路信號發(fā)射功率均衡。

（4）功率自適應(yīng)：在有源發(fā)射天線端自動平衡發(fā)射功率，使雙通路功率均衡發(fā)射。

3 射頻測試簡析

3.1 頻段劃分

工業(yè)和信息化部公布的運營商5G試驗頻段分配情況如表1所示：

表1 運營商5G頻段分配表

現(xiàn)階段移動、聯(lián)通、電信3家運營商使用的無源室分器件包含：POI、合路器、功分器、耦合器、電橋、負載等使用頻段為：800 MHz-2700 MHz，均不包含表1所述的頻段。

3.2 射頻測試

3.2.1 有源支路測試

有源支路測試項目具體詳見表2：

表2 有源支路測試項目表

3.2.1.1 測試連接圖

測試連接圖如圖2所示：

圖2 測試連接圖

3.2.1.2 輸出功率、增益及增益調(diào)節(jié)范圍、帶內(nèi)波動、MIMIO功率控制

（1）定義。輸出功率是指5G-NR多輸入多輸出單纜覆蓋系統(tǒng)有源變頻支路能夠輸出的最大功率；增益是指該系統(tǒng)在線性工作范圍內(nèi)對設(shè)備信號的放大能力；調(diào)節(jié)范圍是指該系統(tǒng)對設(shè)備信號放大能力的調(diào)節(jié)能力；帶內(nèi)波動是對系統(tǒng)設(shè)計濾波器帶寬及有用帶內(nèi)信號放大后平坦度的考量。

（2）物理意義。輸出功率、增益及增益調(diào)節(jié)范圍、帶內(nèi)波動測試是確保5G-NR多輸入多輸出單纜覆蓋系統(tǒng)在設(shè)備不失真的情況下的設(shè)備功放性能的放大能力、平坦度等指標的考量，確保系統(tǒng)要符合覆蓋范圍、負荷能力等設(shè)計的需求。

（3）測試分析。由于該系統(tǒng)存在功率自適應(yīng)及功率平衡等特性，在測試輸出功率、增益及增益調(diào)節(jié)范圍測試要確保無源支路的鏈路差損是在恒定的狀態(tài)下進行測試，由于測試過程中要進行功率平衡測試，需在測試系統(tǒng)無源支路中串行接入可調(diào)衰減器，調(diào)節(jié)可調(diào)衰減器驗證是否達到功率自適應(yīng)平衡。

5G-NR多輸入多輸出單纜覆蓋系統(tǒng)采用了移頻技術(shù)實現(xiàn)單纜覆蓋，在單獨測試有源支時輸入頻段和輸出頻段不一致，需要去確認輸出信號移頻后頻段的帶內(nèi)平坦度。

3.2.1.3 時延、EVM、頻率誤差、噪聲系數(shù)

（1）定義。時延是指基站RRU輸出信號經(jīng)過最簡單系統(tǒng)處理后輸出信號的時間差；矢量幅度誤差（EVM）是指發(fā)射信號與理論信號的矢量誤差，是平均誤差矢量信號功率與平均參考信號功率之比的均方根值；頻率誤差是指實際輸出頻率與理論輸出頻率的偏差；噪聲系數(shù)是指系統(tǒng)正常工作輸入信噪比和輸出信噪比的比值。

（2）物理意義。時延、EVM、頻率誤差、噪聲系數(shù)衡量5G-NR多輸入多輸出單纜覆蓋系統(tǒng)設(shè)備經(jīng)過放大后信號的質(zhì)量因素，是發(fā)射機測試的關(guān)鍵指標，時延衡量設(shè)備端到端時間處理能力，5G尤其時延要求更加嚴格，高可靠、低時延是對該系統(tǒng)的嚴峻考驗；頻率誤差是對工作帶內(nèi)發(fā)射的要求，不能進行帶內(nèi)互干擾；噪聲系數(shù)是衡量經(jīng)過設(shè)備后發(fā)射信噪比不能對接收信號產(chǎn)生干擾造成上行接收信號的失真，影響基站基帶單元對信號的處理能力。

（3）測試分析。高可靠、低時延、低功率大連接是5G通信的特征，所以對射頻質(zhì)量就會提出更高的要求，EVM、時延、頻率誤差、噪聲都是對射頻質(zhì)量各個維度的測量，測量該系統(tǒng)需要有對應(yīng)的5G儀表選件，頻譜儀、信號源要接入10 MHz參考同步，觸發(fā)Trigger時鐘同步，在儀表選件界面找到相應(yīng)測試項目（見圖3）。噪聲系數(shù)需對設(shè)備工作頻段的低邊帶、中心頻率、高邊帶選取三個點進行測試，保證整個工作帶內(nèi)都能滿足要求。

圖3 矢量幅度誤差、頻率誤差測試圖

3.2.1.4 帶外發(fā)射及雜散輻射

（1）定義。帶外發(fā)射是指由于設(shè)備的非線性導(dǎo)致的信道帶外的不期望的發(fā)射，主要為鄰道抑制比（ACLR）和頻譜發(fā)射模板（SEM）。雜散發(fā)射是指工作帶外的信號發(fā)射，包括諧波發(fā)射、寄生發(fā)射、互調(diào)產(chǎn)物發(fā)射及變頻造成的產(chǎn)物發(fā)射。

（2）物理意義。在數(shù)字通信系統(tǒng)中工作信道信號泄露到鄰道功率會對該信道信號傳輸產(chǎn)生干擾，ACLR指標用來保證不會對相鄰信道產(chǎn)生影響，保證相鄰信道信號接收。區(qū)別于鄰道抑制比是對系統(tǒng)自身來說不對其他載波信道產(chǎn)生干擾，頻譜發(fā)射模板SEM是考慮不對工作在相鄰頻段的其他通信系統(tǒng)信號產(chǎn)生干擾。雜散發(fā)射是確保該系統(tǒng)發(fā)射信號對全頻段其他通信制式信號不產(chǎn)生干擾。

（3）測試分析。ACLR測試和SEM測試需要確保設(shè)備是在線性最大輸出功率、最大增益時進行測試。雜散發(fā)射需要將設(shè)備的Trigger狀態(tài)設(shè)置為Free Run狀態(tài)，保證設(shè)備任何頻段發(fā)射的雜散輻射信號能被頻譜儀捕捉到，測試特殊頻段雜散時由于外接衰減器過大降低了頻譜儀的量程，使特殊頻段要求的小功率雜散信號淹沒在底噪中，所以需要將經(jīng)過系統(tǒng)放大后的有效信號進行阻隔，減小外接衰減器，提高頻譜儀的測試量程ACLR和SEM測試圖形（見圖4、圖5）。

圖4 鄰道抑制比（ACLR）測試圖

圖5 頻譜發(fā)射模板（SEM）測試圖

3.2.2 無源支路、過流耦合器等無源器件測試

無源支路、過流耦合器等無源器件測試項目具體詳見表3：

表3 無源支路、過流耦合器等無源器件測試項目表

（1）定義。5G-NR多輸入多輸出單纜覆蓋系統(tǒng)無源支路直通RRU輸入信號和變頻路信號合路輸出；過流耦合器等無源器件將射頻鏈路進行延伸，將信源經(jīng)過無源器件饋送到覆蓋區(qū)域，同時將覆蓋區(qū)域接收的終端信號返回至基站端。

（2）物理意義。無源支路和過流耦合器等無源器件組成的室內(nèi)分布系統(tǒng)構(gòu)建中，根據(jù)饋送信號路徑長短以及覆蓋信號的設(shè)計范圍來選取相應(yīng)器件，所采用的設(shè)備和器件應(yīng)都符合相對應(yīng)的無源器件的技術(shù)要求。

（3）測試分析。過流耦合器等通過直流的無源器件測試過程中注意保護儀表增加隔直器，且要經(jīng)過耦合器的過流過壓測試；功率容量測試需具備高頻功放的要求、互調(diào)測試需滿足系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)和間的二、三五階互調(diào)測試。

4 結(jié)束語

2020年尤其新型冠狀病毒肺炎疫情期間，工信部密集發(fā)布與5G相關(guān)通知、公告。加快促進5G相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能加速落地，使5G+新經(jīng)濟新形態(tài)加速構(gòu)建，5G室內(nèi)分布市場是一個主要戰(zhàn)場，該系統(tǒng)技術(shù)能很好的實現(xiàn)在一根電纜上傳輸雙路至多路的5G 信號，且基本不改變原有室內(nèi)分布的情況下實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)落地，符合運營商增效減負、節(jié)能減排的政策導(dǎo)向。本文圍繞5G-NR多輸入多輸出單纜覆蓋系統(tǒng)射頻測試，對相關(guān)的關(guān)鍵指標測試進行了分析，并對測試中所需的注意事項進行了闡述。