5G終端MIMO OTA測(cè)試方法研究現(xiàn)狀與展望

馬楠,，余菲，楊曉麗，許曉東，張治

專題：移動(dòng)通信（5G）測(cè)試

5G終端MIMO OTA測(cè)試方法研究現(xiàn)狀與展望

馬楠1,2,3，余菲1，楊曉麗1，許曉東4，張治1

（1. 北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100876； 2. 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司數(shù)據(jù)鏈技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710068； 3. 無(wú)線通信測(cè)試技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100102； 4. 北京郵電大學(xué)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100876）

MIMO（multi-input multi-output）OTA（over-the-air）測(cè)試是評(píng)估天線系統(tǒng)輻射性能的重要方法，也是設(shè)備在研發(fā)、生產(chǎn)階段必經(jīng)的步驟之一。隨著5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的到來(lái)，毫米波等新特性的引入，為傳統(tǒng)MIMO OTA測(cè)試方法帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，也使得OTA測(cè)試成為5G毫米波終端唯一可行的測(cè)試解決方案。首先論述了5G OTA測(cè)試所面臨的挑戰(zhàn)，分析了4G移動(dòng)通信系統(tǒng)OTA測(cè)試方法在5G OTA性能測(cè)試中的適用性，并探究了如何將低頻測(cè)試方法擴(kuò)展到毫米波終端測(cè)試。然后總結(jié)了3GPP對(duì)于MIMO OTA測(cè)試的研究現(xiàn)狀，詳細(xì)闡述了簡(jiǎn)單扇形排列的多探頭吸波暗室（simple-sectored multi-probe anechoic chamber，SS-MPAC）的系統(tǒng)模型、測(cè)試原理以及性能評(píng)價(jià)指標(biāo)等，并驗(yàn)證了SS-MPAC配置中利用更少的探頭仍可以獲得合理的測(cè)試精度。最后對(duì)未來(lái)的研究趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

5G；多天線終端；SS-MPAC；空口測(cè)試

1 引言

為了滿足網(wǎng)絡(luò)社會(huì)的需求，5G移動(dòng)通信系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)容量、數(shù)據(jù)速率和時(shí)延等方面將帶來(lái)革命性的改進(jìn)，顯著提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和效率。毫米波（mmWave）和大規(guī)模 MIMO（multi-input multi-output）等5G的關(guān)鍵技術(shù)[1]，在顯著提高通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量和頻帶利用率的同時(shí)，其應(yīng)用也帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。首先，相對(duì)于6 GHz以下頻段，毫米波信號(hào)的路徑損耗與衰減更大。一方面是由于理論上自由空間的電波傳播損耗與工作頻率的平方成正比；另一方面，氧氣、水蒸氣對(duì)毫米波信號(hào)的吸收衰減更大。此外，毫米波信號(hào)繞射，穿透能力差，反射效應(yīng)強(qiáng)，毫米波信道的角度擴(kuò)展更小，功率空間分布更集中，信號(hào)傳輸過(guò)程中障礙物對(duì)其的阻礙效應(yīng)也更為明顯。為了克服毫米波信號(hào)傳輸過(guò)程中面臨的上述挑戰(zhàn)，5G毫米波終端將天線陣列與波束成形（beamforming）技術(shù)[2]相結(jié)合，通過(guò)引入天線陣列增益增加設(shè)備的等效全向輻射功率（effective isotropic radiated power，EIRP）以克服毫米波頻段的高路損，并通過(guò)自適應(yīng)波束成形算法實(shí)時(shí)優(yōu)化陣列中每個(gè)天線單元饋入信號(hào)的幅度和相位權(quán)值，控制波束指向期望的輻射方向，從而實(shí)現(xiàn)波束的掃描及覆蓋。其次，5G系統(tǒng)充分利用無(wú)線電信號(hào)的傳播空間特性，傳播模型從二維（2D）水平面拓展到三維（3D）。因此，4G移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的2D信道模型不再能夠很好地描述信號(hào)的傳播特性，采用3D信道模型可以為5G多種應(yīng)用場(chǎng)景提供支撐，但也使測(cè)試的信道復(fù)現(xiàn)過(guò)程變得更加復(fù)雜。

5G時(shí)代的測(cè)試原理及測(cè)試技術(shù)也面臨革命性的變革[3]。5G毫米波終端將采用封裝天線（antenna-in-package，AiP）解決方案，這種多通道射頻模塊與天線陣列深度融合的系統(tǒng)架構(gòu)意味著天線與射頻鏈路之間沒(méi)有可連接儀器的測(cè)試端口，天線輻射特性指標(biāo)與射頻指標(biāo)無(wú)法分別獨(dú)立測(cè)試[4]。因此，空口（over-the-air，OTA）測(cè)試將取代傳統(tǒng)的傳導(dǎo)測(cè)試，成為5G終端唯一可行的測(cè)試解決方案[5]。基于信道模擬器的MIMO OTA測(cè)試可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過(guò)模擬目標(biāo)信道功率譜、極化、時(shí)域和頻域等方面的特性，使被測(cè)設(shè)備（device under test，DUT）仿佛置身于真實(shí)的信道環(huán)境中。在不需要對(duì)DUT進(jìn)行任何破壞和有線連接的情況下，提供了一個(gè)可控、可調(diào)試和可重復(fù)的測(cè)試環(huán)境。采用MIMO技術(shù)的移動(dòng)終端需要通過(guò)測(cè)試評(píng)測(cè)用戶通過(guò)移動(dòng)終端訪問(wèn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)的性能，而MIMO OTA測(cè)試可以針對(duì)移動(dòng)終端設(shè)計(jì)中的所有關(guān)鍵部分，包括天線、射頻前端、基帶處理單元等，進(jìn)行全面測(cè)試。因此，探究適用于5G終端的MIMO OTA測(cè)試方法至關(guān)重要。

2 MIMO OTA測(cè)試研究現(xiàn)狀

2.1 4G MIMO OTA測(cè)試方法對(duì)于5G終端測(cè)試的適用性

此前針對(duì)4G終端的OTA測(cè)試提出的3種OTA測(cè)試方法[6]分別為：混響室（reverberation chamber，RC）法[7]、輻射兩階段（radiated two-stage，RTS）法[8]和多探頭吸波暗室（multi-probe anechoic chamber，MPAC）法[9]。

混響室是一個(gè)配備模式攪拌器（stirrer）和轉(zhuǎn)臺(tái)的封閉金屬腔，其原理是通過(guò)運(yùn)行模式攪拌器對(duì)電磁波進(jìn)行擾動(dòng)，從而在工作區(qū)域（working volume）內(nèi)產(chǎn)生大量具有隨機(jī)相位的信號(hào)，模擬出瑞利衰落環(huán)境，從而對(duì)DUT進(jìn)行測(cè)試。采用RC法可以有效地分析與角度擴(kuò)展無(wú)關(guān)的天線輻射參數(shù)，廣泛應(yīng)用于電磁兼容性測(cè)試、SISO（single-input single-output）OTA天線輻射性能測(cè)試及吞吐量性能測(cè)試，其缺點(diǎn)是無(wú)法準(zhǔn)確模擬空間角度。由于在毫米波頻段上的信道具有高度稀疏的特點(diǎn)，因此該方法不適合對(duì)5G 終端進(jìn)行測(cè)試。

RTS方法是第三代合作伙伴計(jì)劃（the 3rd Generation Partnership Project，3GPP）、美國(guó)無(wú)線通信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)（Cellular Telecommunication and Internet Association，CTIA）、中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（China Communications Standards Association，CCSA）等國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化組織批準(zhǔn)的MIMO OTA測(cè)試方法[10]。該方法的基本原理是將OTA測(cè)試分為兩個(gè)步驟[11]：第一步獲取DUT的天線方向圖，第二步根據(jù)測(cè)量得到的天線方向圖求解校準(zhǔn)矩陣的逆矩陣，然后應(yīng)用測(cè)量到的方向圖和逆矩陣進(jìn)行吞吐量測(cè)量。參考文獻(xiàn)[12]分析了將RTS方法擴(kuò)展到5G設(shè)備的可行性，證明了其對(duì)于毫米波終端測(cè)試的局限性，該方法的缺點(diǎn)主要有兩方面：首先，它只適用于靜態(tài)毫米波天線的測(cè)試，在動(dòng)態(tài)信道條件下DUT的天線方向圖很可能會(huì)發(fā)生改變，因此它不適用于動(dòng)態(tài)信道條件下的測(cè)試；其次，該方法所需的OTA探頭天線的數(shù)量等于DUT上的接收天線數(shù)量，導(dǎo)致系統(tǒng)成本隨著天線數(shù)量的增加而顯著增長(zhǎng)。

圖1　不同頻率下構(gòu)造一定大小的測(cè)試區(qū)域所需的探頭數(shù)

由圖1可以看出，為了模擬高頻信道環(huán)境以及創(chuàng)建出更大的測(cè)試區(qū)域，測(cè)試系統(tǒng)可能需要大量的探頭才能滿足需求。此外，由于5G應(yīng)用場(chǎng)景更加復(fù)雜，信道模型由二維擴(kuò)展為三維，在毫米波頻段下，無(wú)法用傳統(tǒng)的二維MPAC方法模擬出三維信道環(huán)境。因此，直接將MPAC方法擴(kuò)展到毫米波頻段的測(cè)試并不可行。

綜上所述，現(xiàn)有4G MIMO OTA測(cè)試方法并不適用于毫米波頻段的測(cè)試，找到適合毫米波終端的OTA測(cè)試方法是目前亟待解決的問(wèn)題。

2.2 3GPP MIMO OTA測(cè)試研究現(xiàn)狀

目前3GPP已經(jīng)逐步對(duì)5G OTA測(cè)試進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化：參考文獻(xiàn)[14]對(duì)0.5～100 GHz頻率的信道模型進(jìn)行了研究，其中規(guī)定了毫米波終端測(cè)試適用的信道模型，參考文獻(xiàn)[15]規(guī)定了5G新無(wú)線電（new radio，NR）的用戶端射頻（radio frequency，RF）、無(wú)線資源管理器（radio resource management，RRM）和解調(diào)等的OTA測(cè)試方法，為了進(jìn)一步測(cè)試多天線用戶設(shè)備的接收性能，參考文獻(xiàn)[16]定義了5G運(yùn)行的兩個(gè)頻段：（1）450～7.125 GHz為頻率范圍1 （frequency range 1，F(xiàn)R1）；（2）24.25 ～52.6 GHz為頻率范圍2（frequency range 2，F(xiàn)R2），并驗(yàn)證了FR1和FR2頻段下進(jìn)行MIMO OTA測(cè)試的輻射指標(biāo)和端到端測(cè)試方法。其中，MPAC和RTS方法已在標(biāo)準(zhǔn)中被認(rèn)定為5G FR1的測(cè)試方法。此外，簡(jiǎn)單扇形排列的多探頭吸波暗室（simple-sectored multi-probe anechoic chamber，SS-MPAC）法也被確定為毫米波5G終端的測(cè)試方案。

2.2.1 FR1測(cè)試方法

對(duì)于低頻 MPAC OTA系統(tǒng)，允許采用16個(gè)等間距雙極化探頭配置進(jìn)行測(cè)試，適用于最多采用4×4 MIMO且大小在20 cm內(nèi)的設(shè)備，對(duì)于大小超過(guò)20 cm的設(shè)備，其測(cè)試方案仍待進(jìn)一步研究。研究結(jié)果表明測(cè)試距離可以不滿足遠(yuǎn)場(chǎng)要求，在測(cè)試區(qū)大小為20 cm時(shí)測(cè)試距離只需大于1.2 m即可。

FR1頻段下的MIMO OTA測(cè)試模擬的信道傳播環(huán)境為二維無(wú)仰角模型，與參考文獻(xiàn)[15]中確定的基準(zhǔn)信道模型相比，參考文獻(xiàn)[16]更新了不同場(chǎng)景下的信道參數(shù)：采用城市宏小區(qū)信道模型進(jìn)行2×2 MIMO終端的測(cè)試，采用城市微小區(qū)測(cè)試4×4 MIMO終端。

2.2.2 FR2測(cè)試方法

根據(jù)參考文獻(xiàn)[16]，進(jìn)行毫米波 MIMO OTA測(cè)試的SS-MPAC系統(tǒng)配置如圖2所示，在距離測(cè)試區(qū)域中心最小半徑為0.75 m的扇區(qū)上放置6個(gè)雙極化探頭（由圖2中的黑色圓點(diǎn)表示）組成的SS-MPAC系統(tǒng)可用于5G毫米波終端測(cè)試，每個(gè)探頭的位置在信道模型坐標(biāo)系下的坐標(biāo)見(jiàn)表1。SS-MPAC系統(tǒng)目前支持的最大測(cè)試區(qū)域大小為20 cm。

對(duì)于MIMO OTA測(cè)試來(lái)說(shuō)，實(shí)際SS-MPAC系統(tǒng)的校準(zhǔn)和SS-MPAC配置中仿真信道模型的驗(yàn)證是必要的過(guò)程。信道驗(yàn)證測(cè)試的目的是確保目標(biāo)信道模型在測(cè)試區(qū)域內(nèi)能夠正確實(shí)現(xiàn)。FR1信道模型驗(yàn)證測(cè)試主要包括功率時(shí)延分布（PDP）、多普勒/時(shí)間自相關(guān)函數(shù)、空間相關(guān)性、交叉極化、功率驗(yàn)證；FR2信道模型驗(yàn)證與FR1的不同之處在于去掉了空間相關(guān)驗(yàn)證，新增了PAS總變距指標(biāo)。

圖2 進(jìn)行毫米波 MIMO OTA測(cè)試的SS-MPAC系統(tǒng)配置

表1 SS-MPAC中的探頭位置

3 針對(duì)5G毫米波終端的MIMO OTA測(cè)試方法

在毫米波頻段下，終端測(cè)試的挑戰(zhàn)之一在于如何用更少的OTA探頭和信道模擬器實(shí)現(xiàn)一個(gè)足夠大的測(cè)試區(qū)域。由于毫米波頻段下信道高度稀疏且具有很強(qiáng)的反射性，并且信道被通信鏈路另一端的波束成形操作過(guò)濾后會(huì)使終端所處的毫米波信道更具有指向性，因此用有限數(shù)量的探頭構(gòu)成的SS-MPAC配置，可以在降低系統(tǒng)成本的同時(shí)再現(xiàn)目標(biāo)三維信道模型；同時(shí)，由于可以自由選擇有源探頭，因此保留了再現(xiàn)真實(shí)、動(dòng)態(tài)信道模型的能力。本節(jié)將進(jìn)一步分析SS-MPAC的系統(tǒng)模型、目標(biāo)信道與SS-MPAC配置的信號(hào)模型、SS-MPAC信道重構(gòu)方法以及相應(yīng)的系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)因子。

3.1 SS-MPAC系統(tǒng)模型

圖3　SS-MPAC系統(tǒng)模型示意圖

3.2 目標(biāo)信道與SS-MPAC配置的信號(hào)模型

3.3 SS-MPAC信道重構(gòu)方法

參考文獻(xiàn)[18]中介紹了兩種不同的信道重構(gòu)方法，分別為平面波合成（plane ware synthesis，PWS）和預(yù)衰落合成（prefaded signal synthesis PFS）技術(shù)，參考文獻(xiàn)[19]針對(duì)這兩種方法對(duì)SS-MPAC的適用性進(jìn)行了比較，證明了PFS比PWS更準(zhǔn)確，并且PWS屬于相干合成技術(shù)，需要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)探頭的輻射功率和相位進(jìn)行精確校準(zhǔn)，因而目前SS-MPAC基本采用PFS方法。

預(yù)衰落合成技術(shù)基于多徑信道模型中“簇”的概念，針對(duì)每簇信道響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)特征，控制暗室內(nèi)測(cè)試探頭使得其輻射信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性與經(jīng)歷目標(biāo)信道環(huán)境衰落后的信號(hào)統(tǒng)計(jì)特征一致，如平均功率時(shí)延、多普勒頻譜、垂直水平極化比等。每簇信道都具有一定的來(lái)波角度分布，通常使用中心來(lái)波角、角度擴(kuò)展等參數(shù)描述其平均功率隨入射角度的分布，也稱功率角度譜（power azimuth spectrum，PAS），因此為了這種角度散布效果，系統(tǒng)需要使用多個(gè)不同方位角度的探頭，其中各個(gè)探頭福射信號(hào)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，且分布特性均與目標(biāo)簇信道的統(tǒng)計(jì)特征相同，同時(shí)通過(guò)優(yōu)化控制多個(gè)探頭的發(fā)射功率權(quán)值模擬目標(biāo)簇信道功率隨方位角度散布的特征。在某種程度上，可理解為系統(tǒng)使用離散的、有限個(gè)探頭對(duì)目標(biāo)信道連續(xù)的功率角度譜進(jìn)行了“采樣”和“再現(xiàn)”。由于信道的角度功率譜與衡量測(cè)試精確度的評(píng)價(jià)指標(biāo)密切相關(guān)，因此預(yù)衰落合成技術(shù)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就在于優(yōu)化探頭的發(fā)射權(quán)值精確模擬預(yù)期信道模型的來(lái)波角和角度擴(kuò)展等功率角度譜特性[20-21]。

3.4 系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)因子

任何測(cè)試系統(tǒng)或測(cè)試方法都需要特定的評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)估測(cè)試的準(zhǔn)確度，目前對(duì)于5G 毫米波終端測(cè)試的評(píng)價(jià)因子主要有以下5種[22]。

（1）空間相關(guān)誤差（spatial correlation error）

該評(píng)價(jià)因子通過(guò)計(jì)算OTA配置中特定測(cè)試區(qū)域內(nèi)的空間相關(guān)性誤差，間接地評(píng)估再現(xiàn)的PAS與目標(biāo)PAS之間的偏差。該指標(biāo)對(duì)于低頻段 MIMO OTA測(cè)試至關(guān)重要。由于毫米波頻段將更關(guān)注波束選擇過(guò)程，因此空間相關(guān)指標(biāo)對(duì)于毫米波測(cè)試顯得沒(méi)有那么重要。但需要指出，當(dāng)相關(guān)系數(shù)接近于1時(shí)，即使計(jì)算出的偏差很小也會(huì)對(duì)空間復(fù)用性能等指標(biāo)產(chǎn)生很大的影響；而在相關(guān)系數(shù)本身的值就很小的情況下，即使產(chǎn)生很大的誤差也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能造成很大的影響。因此通過(guò)加權(quán)可以對(duì)不同大小的相關(guān)值區(qū)別化處理，使計(jì)算出的誤差更加精準(zhǔn)。

（2）波束峰值距離（beam peak distance）

波束峰值距離是指波束的概率加權(quán)平均方向之間的角距離，該角距離以度為單位，計(jì)算式可表示為：

（3）波束分布總變化距離（total variation distance ofbeam allocation distributions）

波束分布總變化距離與波束峰值距離一樣，都屬于波束選擇性指標(biāo)，計(jì)算二維波束分布總變化距離的計(jì)算式為：

（4）固定波束功率損耗（fixed beam power loss）

（5）PAS總變化距離（total variation distance of PAS）

該評(píng)價(jià)因子用于評(píng)估OTA配置重建目標(biāo)PAS的能力，目前在3GPP中已被廣泛討論[16]，是一項(xiàng)重要的信道仿真精確度評(píng)價(jià)指標(biāo)。功率角度譜的總變化距離定義如下。首先，利用經(jīng)典的Bartlett波束形成器和假設(shè)的DUT陣列來(lái)估計(jì)PAS，這相當(dāng)于利用DUT陣列有限的孔徑對(duì)傳輸信道的實(shí)際功率角度分布進(jìn)行濾波。對(duì)理論參考模型進(jìn)行PAS估計(jì)可以通過(guò)以下計(jì)算式計(jì)算：

圖4　CDL-B信道模型下的角度功率譜對(duì)比

4 MIMO OTA測(cè)試前景展望

目前3GPP對(duì)于5G MIMO OTA測(cè)試系統(tǒng)配置的設(shè)計(jì)都是基于“黑盒”法，即DUT天線陣列信息未知，假設(shè)天線陣列覆蓋整個(gè)終端。而實(shí)際上DUT內(nèi)的天線只會(huì)放置在終端內(nèi)某幾個(gè)大小有限的位置上，如果將整個(gè)被測(cè)物都視為天線陣列會(huì)忽視天線陣列偏移對(duì)測(cè)試的影響，并且可能會(huì)為測(cè)試系統(tǒng)帶來(lái)不必要的硬件成本。對(duì)此，Spirent在已知DUT內(nèi)天線陣列信息的假設(shè)下比較了擺放在不同位置天線對(duì)于測(cè)試性能的影響[23]，該提案證明了在同一個(gè)信道模型和縮放場(chǎng)景下，不同位置天線陣列中計(jì)算出的PAS相似百分比差異很大。隨后，Keysight在參考文獻(xiàn)[24]中討論了DUT偏移對(duì)于性能因子的影響，并在參考文獻(xiàn)[25]中比較了“白盒”法與“黑盒”法對(duì)測(cè)試方法的影響。考慮到“白盒”法為測(cè)試性能的提升帶來(lái)的潛力，或許可以成為進(jìn)一步研究的方向。由于目前測(cè)試系統(tǒng)僅能測(cè)試尺寸在20 cm內(nèi)的設(shè)備，對(duì)測(cè)試大于20 cm的設(shè)備還需要進(jìn)一步研究。

從研發(fā)到一致性測(cè)試、生產(chǎn)、安裝和維護(hù)，測(cè)試系統(tǒng)在5G設(shè)備的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。為了評(píng)估多天線終端的輻射性能需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行MIMO OTA測(cè)試，但在5G NR系統(tǒng)中應(yīng)用毫米波頻率、可控陣列、有源波束成形等技術(shù)會(huì)使終端設(shè)備的測(cè)試面臨新的挑戰(zhàn)。而且，由于毫米波的引入，5G終端的天線將是小型且高度集成的單元，因此OTA測(cè)試成為5G終端唯一可行的測(cè)試方法。本文針對(duì)MIMO OTA測(cè)試方法進(jìn)行了相關(guān)研究，首先討論了4G OTA測(cè)試方法對(duì)于5G終端測(cè)試的適用性，雖然其中的MPAC方法和RTS方法適用于5G低頻段終端測(cè)試，但如果擴(kuò)展到毫米波頻段仍存在許多挑戰(zhàn)。隨后通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的綜述，分析了5G毫米波終端在信道環(huán)境、系統(tǒng)配置等方面的測(cè)試需求，并從系統(tǒng)模型、測(cè)試原理、系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)因子方面詳細(xì)闡述了目前毫米波終端MIMO OTA測(cè)試方法。最后，基于3GPP的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，總結(jié)了MIMO OTA測(cè)試的研究現(xiàn)狀，并對(duì)未來(lái)的研究方向進(jìn)行了展望。由于目前對(duì)于5G OTA測(cè)試的大部分研究工作仍在理論分析階段，為了確定未來(lái)毫米波終端測(cè)試解決方案，仍需要進(jìn)行實(shí)際的測(cè)試驗(yàn)證。

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Research status and prospect of MIMO OTA test methods for 5G terminals

MA Nan1, 2, 3, YU Fei1, YANG Xiaoli1, XU Xiaodong4, ZHANG Zhi1

1. State Key Laboratory of Networking and Switching Technology, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China 2. Key Laboratory of Data Link Technology, CETC, Xi’an 710068, China 3. Beijing Key Laboratory of Wireless Communication Testing Technology, Beijing 100102, China 4. National Engineering Laboratory for Mobile Network Technologies, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China

MIMO (multi-input multi-output) OTA (over-the-air) testing is an important method to evaluate the radiation performance of the antenna system, as well as an indispensable step of research & development (R&D) and mass production stages. With the advent of the 5G mobile communication system, the introduction of millimeter wave (mmWave) and other new technologies brings new challenges to the traditional MIMO OTA test method, and meanwhile makes OTA testing the only feasible solution for testing future 5G devices. Firstly, the challenges faced by 5G OTA testing was described. Then the applicability of the 4G mobile communication system OTA test method to the 5G OTA performance test was analyzed, and how to extend the low-frequency test method to the mmWave terminal test was studied. Then the current status of 3GPP’s research on MIMO OTA testing was summarized, and the system model, test principle, and performance evaluation indexes of simple-sectored multi-probe anechoic chamber (SS-MPAC) were explained in detail. In addition, smaller setup sizes can still yield reasonable measurement accuracy was verified. Finally, future research trends were prospected.

5G, multi-antenna terminal, SS-MPAC, over-the-air testing

TP393

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2021035

2020?11?16；

2021?02?07

國(guó)防基礎(chǔ)科研計(jì)劃資助項(xiàng)目（No.JCKY2017210A001）

Defense Industrial Technology Development Program (No.JCKY2017210A001)

馬楠（1979? ），男，博士，北京郵電大學(xué)講師，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司數(shù)據(jù)鏈技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室流動(dòng)研究人員，無(wú)線通信測(cè)試技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線通信測(cè)試技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)。

余菲（1996? ），女，北京郵電大學(xué)碩士生，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線通信測(cè)試技術(shù)。

楊曉麗（1990? ），女，北京郵電大學(xué)博士生，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線通信測(cè)試技術(shù)。

許曉東（1980? ），男，博士，北京郵電大學(xué)教授，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線組網(wǎng)及通信測(cè)試技術(shù)。

張治（1977? ），男，博士，北京郵電大學(xué)教授，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線信號(hào)智能檢測(cè)與高效通信技術(shù)。