寻求验证:无线5G测试
随着无线公司、科技初创公司和移动服务提供商的投资数百亿美元投入5G网络，下一代连接方式终于在路上了。正如5G本身仍在探索和开发，支持它的流程也在探索和开发中——比如5G无线测试——这将使更广泛的世界享受到它的高速、低延迟和大量的连接。
该技术分为三个频谱频段，其中最具创新性和最受欢迎的5G频谱是其顶级高频段，或称毫米波(mmWave)。高频带频谱将实现闪电般的速度5克的速度预计它将为无线领域的新应用(或“杀手级应用”)打开大门连接．虽然毫米波的波长很短，而且在地理上仅限于城市地区或靠近无线电的地区，但它可以向最终用户提供多个千兆比特的数据速率。5G网络连接，特别是在较高的毫米波频率，使用天线技术大规模多输入多输出(MIMO)。
大规模MIMO在一台无线电上使用多个收发器在基站和用户设备(如智能手机或其他物联网设备)之间形成一个或多个波束。在毫米波的频率(24至42 GHz)，信号往往很快被吸收到空气中，因此使用大规模MIMO来克服高信号损失。波束形成在该技术中，多个发射器发射相同的信号，以产生更长、更强、更集中的波束，这也可以通过大规模MIMO实现。一个波束可以覆盖多个终端，波束之间可以重复使用频谱。
让5G成为现实的最重要步骤之一是测试。在一项全新的无线技术向消费者和企业推出之前，它的性能必须通过严格的测试来验证，这些测试必须重现射频在现实世界中遇到的典型情况。
然而，无线技术越复杂，测试就越复杂。根据5克的调查捷普和SIS国际研究公司在2021年秋季就5G部署相关的挑战和机遇对193个电信利益相关者进行了调查，超过四分之一(27%)的受访者表示，缺乏测试和管理工具是他们在部署5G时面临的最艰巨的技术挑战。
在4G和4G LTE性能测试中，无线电可以通过电缆连接到测试设备，由两个或四个发射器向两个或四个接收器发送信号。出于多种原因，5G毫米波需要一种不同类型的验证。首先，考虑毫米波的物理特性;信号通过空气传播和传递。其次，通过电缆测试数百个收发器对几乎是不可能的。然后，在毫米波基站无线电上，收发器和天线集成在一块板上，并密集地打包在一起，因此甚至没有连接测试电缆的地方。
什么是5G无线测试?
为了验证5G无线电收发器或天线元件形成波束(波束形成)并引导它们(波束转向)的能力，设计人员执行了无线测试．在这些测试中，他们可以测量2D和3D的波束模式，以找到它们的宽度、旁瓣水平、零深度和对称性，这些都无法在前一代使用电缆的测试中完成。
所有新的5G设备都必须符合国家安全局制定的新规范3 gpp在商业化之前。空中测试方法是检查这些问题的必要方法，包括:
- 射频性能(信号强度)
- 解调(数据吞吐量)
- 无线电资源管理
- 生产的校准和验证
一部分新的5G新无线电(或5G NR)标准，毫米波属于频率范围2 (FR2)，这比频率范围1 (FR1)的频率更具挑战性。FR1频率与4G LTE相似，可以通过空中或电缆进行测试。然而，通过空中测试4G LTE设备比测试5G NR F2设备更简单，因为前者通常用于MIMO模式，而不是波束形成模式——一种更简单的OTA测试，主要涉及无线电和接收信号的设备(如智能手机)之间的空间关系。5G NR F2测试分析功率角频谱相似百分比(PSP)，或作为验证UE MIMO性能的一种方式。
OTA测试可以在近场(天线波束的几个波长内)或远场(称为夫琅和费距离，计算为2D)进行2/λ)。远场是指用户在现实世界中如何遇到5G，当无线电信号从发射塔或小蜂窝发送到智能手机或物联网设备时。但正如我将解释的那样，最准确的远场测试通常需要大量的空间，这在制造环境中很难获得。
OTA测试系统包括四个主要部分:一个定位器，保持被测设备(DUT)，一个或几个天线探头放置在远离DUT的远场，一个测量仪器连接到探头产生/接收射频(RF)信号，以及一个消声室。该试验室内内衬无反射、吸收性材料，外部有屏蔽，以防止外界干扰影响试验。
捷普公司5G无线测试室内正在测试的设备(DUT)。
OTA测试的目标是精确测量DUT的射频性能，就好像它通过远场的完美通道连接到测量仪器一样。DUT射频性能的任何退化都归因于其设计或制造缺陷。建立这样一个“干净”的OTA测试系统在工程实验室中并非易事，在工厂这样的大批量生产环境中更是难上加难。
5G无线测试的挑战
作为一种能够实现日常通信、帮助企业运行并可能为拯救生命的数字医疗设备供电的技术，5G无线电的性能必须从工厂车间到手机发射塔都是可靠和可重复的。
设计师和工程师最大的挑战之一是确保这些无线电的制造和测试的一致性，它们必须生产和运行一致。在制造开始之前，尽早为制造和测试无线电设计进行设计，有助于防止在验证新的5G无线电时出现意外。
对于一个典型的毫米波基站无线电，其远场距离被认为是任何超过8米的距离。在工厂中建造一个足够大的房间来容纳跨越这一距离的OTA是昂贵的。基于反射器的紧凑型天线测试靶场(CATR)允许无线电在更短的距离上进行测试，但也昂贵且难以安装。此外，这些直接和间接远场室需要有人在每次测试时走进并将DUT挂在定位器上。当每周生产和测试数百或数千台收音机时，这不是一个非常有效的系统。
最后，在工厂设置之外，收音机将根据安装的位置经历一系列的温度和气候。当受到不同温度的影响时，无线电的行为会发生变化，因此仅仅在气候控制的环境中进行测试并不能提供它在实际使用中如何表现的准确图像。
面对所有这些挑战，开发5G技术的无线原始设备制造商最终可能会遇到一个问题:如何在控制环境的同时测试与无线电相结合的辐射5G天线?在Jabil，答案是开发我们自己的测试解决方案。
独一无二的5G OTA温度测试
当Jabil团队开始开发自己的无线5G测试设备时，解决温度问题至关重要。5G无线电可能会被放置在内华达州拉斯维加斯灼热的阳光下，或者芬兰赫尔辛基寒冷的空气中。为了确保设备在两种工作方式完全相同，我们开发了一个设计验证测试(DVT)室，在-40°C(-40°F)到70°C(158°F)的温度范围内测试毫米波无线电。这是首个针对5G基站设备的温度测试解决方案，供工业原始设备制造商在设计进入制造之前使用。
热罩覆盖DUT，并在测试室内创建一个真实的温度设置。
创新并未止步于此。我们还开发了一个比平均生产验证测试(PVT)室，只有2米高，半米宽，1米深。该测试室设计为用户友好型，比现有的OTA测试室更省时。它的一侧有一个抽屉，操作员可以插入收音机，按下两个按钮，然后开始测试。以安全第一的心态制作，需要双手关闭抽屉并按下启动按钮。
为了解决5G OTA测试中的另一个重大挑战，我们正在为一种更准确的解决方案申请专利，该解决方案可以根据近场性能计算远场性能，而无需将测试带出制造设施。原始设备制造商在其工厂中没有时间和空间在多个位置测试无线电，因此该解决方案将有助于提高无线电性能，而无需在额外验证上花费更多资源。捷普团队也正在扩展我们的OTA解决方案，以覆盖汽车行业的车辆雷达测试。
随着5G潜力的增长，支撑和实现5G的技术也在不断发展。从5G无线电和设备开发到OTA验证，捷普将不断创新，将这些新理念变为现实。
空中测试是5G无线电开发的最后一块拼图
对于5G毫米波无线电，空中测试是商业化之旅的最后一站;没有其他方法来验证它们的设计和性能。在生产之前，在最现实、最可控的空间中测试无线电设计，有助于原始设备制造商最大限度地减少浪费，并迅速将无线电推向市场，以利用5G中日益增长的机会。为制造和测试而设计，加上主动的OTA验证，将在生产线开始生产之前解决潜在的挑战。
随着未来几年5G部署速度的加快，空中测试的需求只会更大。尖端毫米波测试能力是开启5G时代的关键组成部分。你的公司准备好联网了吗?
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