閆旭鵬，張亞寧，劉 梅

（中國信息通信研究院泰爾系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(dòng)、中國聯(lián)通、中國電信、中國廣電四家運(yùn)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(huì)會(huì)議上，強(qiáng)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(jìn)度。截至今年2月底，三大運(yùn)營商基站建設(shè)80%的5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)按計(jì)劃實(shí)施，中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國電信相繼表示，2020年實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國地級(jí)市以上城市，預(yù)示著運(yùn)營商5G進(jìn)入商用元年隨后大規(guī)模建設(shè)時(shí)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，運(yùn)營商在繼續(xù)延伸5G網(wǎng)絡(luò)能力覆蓋的同時(shí)，開始關(guān)注深度的覆蓋。由于5G運(yùn)行在較高頻段，信號(hào)穿透能力不好，樓內(nèi)信號(hào)很差的情況普遍存在，成為運(yùn)營商深度覆蓋的一個(gè)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(yùn)營商面前的一個(gè)難題。因此，深度覆蓋、利舊現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)將是運(yùn)營商5G網(wǎng)絡(luò)部署的痛點(diǎn)。

1 標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

截至2020年3月，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)已經(jīng)制定完成了數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)多輸入多輸出（MIMO）單纜覆蓋系統(tǒng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，并已經(jīng)報(bào)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(jìn)行了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。

⊙YD/T 3706-2020數(shù)字蜂窩移動(dòng)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(cè)試方法。

⊙YD/T 3720-2020數(shù)字蜂窩移動(dòng)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(dòng)通信網(wǎng)多輸入多輸出（MIMO）單纜覆蓋系統(tǒng)網(wǎng)管接口測(cè)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(cè)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(cè)試方法，準(zhǔn)備在中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)TC5 WG11組立項(xiàng)，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(shí)現(xiàn)雙流及以上MIMO的5G信號(hào)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(yuǎn)程饋電單元和有源天線三部分組成：有源合路器對(duì)兩路5G信號(hào)分別進(jìn)行下變頻（有源支路）和基站信源其他信號(hào)2/3/4G接入（無源支路）的合路；遠(yuǎn)程饋電單元通過取電器、饋電器和同軸電纜給遠(yuǎn)端的有源天線進(jìn)行供電并進(jìn)行射頻信號(hào)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(duì)有源支路信號(hào)的上變頻和無源支路的信號(hào)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(yuǎn)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(shí)現(xiàn)星形連接、鏈型連接等多種組合狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)一路MIMO下變頻信號(hào)混合直流、本振信號(hào)、網(wǎng)管信號(hào)與RRU信號(hào)合路通過RF電纜傳至遠(yuǎn)端有源天線，遠(yuǎn)端天線把信號(hào)分離發(fā)射。

（1）直流信號(hào)：提供遠(yuǎn)端有源天線供電輸入。

（2）網(wǎng)管信號(hào)：對(duì)有源合路器、遠(yuǎn)程饋電單元、有源天線各個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。

（3）功率補(bǔ)償：在有源合路器端通過傳感器檢測(cè)功率大小后增加功率補(bǔ)償機(jī)制，使變頻路和未變頻路信號(hào)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(dòng)平衡發(fā)射功率，使雙通路功率均衡發(fā)射。

3 射頻測(cè)試簡析

3.1 頻段劃分

工業(yè)和信息化部公布的運(yùn)營商5G試驗(yàn)頻段分配情況如表1所示：

表1 運(yùn)營商5G頻段分配表

現(xiàn)階段移動(dòng)、聯(lián)通、電信3家運(yùn)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(fù)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(cè)試

3.2.1 有源支路測(cè)試

有源支路測(cè)試項(xiàng)目具體詳見表2：

表2 有源支路測(cè)試項(xiàng)目表

3.2.1.1 測(cè)試連接圖

測(cè)試連接圖如圖2所示：

圖2 測(cè)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(dòng)、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(duì)設(shè)備信號(hào)的放大能力；調(diào)節(jié)范圍是指該系統(tǒng)對(duì)設(shè)備信號(hào)放大能力的調(diào)節(jié)能力；帶內(nèi)波動(dòng)是對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)濾波器帶寬及有用帶內(nèi)信號(hào)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(dòng)測(cè)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(biāo)的考量，確保系統(tǒng)要符合覆蓋范圍、負(fù)荷能力等設(shè)計(jì)的需求。

（3）測(cè)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(cè)試輸出功率、增益及增益調(diào)節(jié)范圍測(cè)試要確保無源支路的鏈路差損是在恒定的狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試，由于測(cè)試過程中要進(jìn)行功率平衡測(cè)試，需在測(cè)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(yàn)證是否達(dá)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(shí)現(xiàn)單纜覆蓋，在單獨(dú)測(cè)試有源支時(shí)輸入頻段和輸出頻段不一致，需要去確認(rèn)輸出信號(hào)移頻后頻段的帶內(nèi)平坦度。

3.2.1.3 時(shí)延、EVM、頻率誤差、噪聲系數(shù)

（1）定義。時(shí)延是指基站RRU輸出信號(hào)經(jīng)過最簡單系統(tǒng)處理后輸出信號(hào)的時(shí)間差；矢量幅度誤差（EVM）是指發(fā)射信號(hào)與理論信號(hào)的矢量誤差，是平均誤差矢量信號(hào)功率與平均參考信號(hào)功率之比的均方根值；頻率誤差是指實(shí)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(shí)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(hào)的質(zhì)量因素，是發(fā)射機(jī)測(cè)試的關(guān)鍵指標(biāo)，時(shí)延衡量設(shè)備端到端時(shí)間處理能力，5G尤其時(shí)延要求更加嚴(yán)格，高可靠、低時(shí)延是對(duì)該系統(tǒng)的嚴(yán)峻考驗(yàn)；頻率誤差是對(duì)工作帶內(nèi)發(fā)射的要求，不能進(jìn)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(duì)接收信號(hào)產(chǎn)生干擾造成上行接收信號(hào)的失真，影響基站基帶單元對(duì)信號(hào)的處理能力。

（3）測(cè)試分析。高可靠、低時(shí)延、低功率大連接是5G通信的特征，所以對(duì)射頻質(zhì)量就會(huì)提出更高的要求，EVM、時(shí)延、頻率誤差、噪聲都是對(duì)射頻質(zhì)量各個(gè)維度的測(cè)量，測(cè)量該系統(tǒng)需要有對(duì)應(yīng)的5G儀表選件，頻譜儀、信號(hào)源要接入10 MHz參考同步，觸發(fā)Trigger時(shí)鐘同步，在儀表選件界面找到相應(yīng)測(cè)試項(xiàng)目（見圖3）。噪聲系數(shù)需對(duì)設(shè)備工作頻段的低邊帶、中心頻率、高邊帶選取三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，保證整個(gè)工作帶內(nèi)都能滿足要求。

圖3 矢量幅度誤差、頻率誤差測(cè)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(hào)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(hào)泄露到鄰道功率會(huì)對(duì)該信道信號(hào)傳輸產(chǎn)生干擾，ACLR指標(biāo)用來保證不會(huì)對(duì)相鄰信道產(chǎn)生影響，保證相鄰信道信號(hào)接收。區(qū)別于鄰道抑制比是對(duì)系統(tǒng)自身來說不對(duì)其他載波信道產(chǎn)生干擾，頻譜發(fā)射模板SEM是考慮不對(duì)工作在相鄰頻段的其他通信系統(tǒng)信號(hào)產(chǎn)生干擾。雜散發(fā)射是確保該系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)對(duì)全頻段其他通信制式信號(hào)不產(chǎn)生干擾。

（3）測(cè)試分析。ACLR測(cè)試和SEM測(cè)試需要確保設(shè)備是在線性最大輸出功率、最大增益時(shí)進(jìn)行測(cè)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(hào)能被頻譜儀捕捉到，測(cè)試特殊頻段雜散時(shí)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(hào)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(hào)進(jìn)行阻隔，減小外接衰減器，提高頻譜儀的測(cè)試量程ACLR和SEM測(cè)試圖形（見圖4、圖5）。

圖4 鄰道抑制比（ACLR）測(cè)試圖

圖5 頻譜發(fā)射模板（SEM）測(cè)試圖

3.2.2 無源支路、過流耦合器等無源器件測(cè)試

無源支路、過流耦合器等無源器件測(cè)試項(xiàng)目具體詳見表3：

表3 無源支路、過流耦合器等無源器件測(cè)試項(xiàng)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(hào)和變頻路信號(hào)合路輸出；過流耦合器等無源器件將射頻鏈路進(jìn)行延伸，將信源經(jīng)過無源器件饋送到覆蓋區(qū)域，同時(shí)將覆蓋區(qū)域接收的終端信號(hào)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(hào)路徑長短以及覆蓋信號(hào)的設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)的無源器件的技術(shù)要求。

（3）測(cè)試分析。過流耦合器等通過直流的無源器件測(cè)試過程中注意保護(hù)儀表增加隔直器，且要經(jīng)過耦合器的過流過壓測(cè)試；功率容量測(cè)試需具備高頻功放的要求、互調(diào)測(cè)試需滿足系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)和間的二、三五階互調(diào)測(cè)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(jìn)5G相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能加速落地，使5G+新經(jīng)濟(jì)新形態(tài)加速構(gòu)建，5G室內(nèi)分布市場(chǎng)是一個(gè)主要戰(zhàn)場(chǎng)，該系統(tǒng)技術(shù)能很好的實(shí)現(xiàn)在一根電纜上傳輸雙路至多路的5G 信號(hào)，且基本不改變?cè)惺覂?nèi)分布的情況下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)落地，符合運(yùn)營商增效減負(fù)、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(cè)試，對(duì)相關(guān)的關(guān)鍵指標(biāo)測(cè)試進(jìn)行了分析，并對(duì)測(cè)試中所需的注意事項(xiàng)進(jìn)行了闡述。