CN110730045A - 一种无线设备的带外无用发射指标的空中ota性能测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无线设备的带外无用发射指标的空中OTA性能测试系统，包括暗室、转台、被测无线设备、信号探测组件、频谱分析仪和控制装置，其中，暗室的路径损耗低于被测无线设备的带外无用发射指标的要求值与频谱分析仪的底噪值之间的差值。本发明采用了具有特定路径损耗值的暗室作为测试场地，通过单个信号探测组件作为探头和可进行水平和竖直旋转的转台配合进行被测无线设备的带外无用发射指标的近场测试，可以有效地保证场地路径损耗和线缆损耗在频谱分析仪上的总体offset补偿值足够小，从而使整个测试系统的底噪可被有效控制，进而获得稳定、良好的带外无用发射指标测试结果，有利于被测无线设备通过指标要求。本测试系统占地面积小、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及无线设备的测试技术领域，特别是一种无线设备的带外无用发射指标的空中OTA性能测试系统。
背景技术
目前，在相关的国际和国内标准中虽然已经给出了关于无线设备(如5G基站)的带外无用发射OTA(Over the Air，空中)测试的方法的一些建议，但至今还没有详细的测试方法的说明。由于频率资源的日益紧张，为了避免不同系统间的相互干扰，国内无线电管理局对于无线发射设备(尤其是6GHz以下的5G基站)提出了非常严格的带外无用发射OTA测试指标，但并没有针对这一严格指标给出明确的利于测试通过的方法建议。
现有技术中，采用普通的方法测出来的带外无用发射指标通常并不能真实的反映被测无线设备的实际带外无用发射水平。例如，假设标准要求被测无线设备的带外无用发射指标不能大于-40dBm/MHz，被测无线设备的实际带外无用发射水平也许能达到-50dbm/MHz，但使用不同的测试方法测到的带外无用发射指标结果有可能是-10dBm/MHz、-38dBm/MHz、-47dBm/MHz等，无法反映出被测无线设备的真实水平，甚至造成被测无线设备无法通过标准的带外无用发射指标限值要求，妨碍了被测无线设备的应用。
因此，亟需一种标准的、切实可行的无线设备的带外无用发射指标的测试方案，以获得更好的带外无用发射指标测试结果，使得带外无用发射指标测试结果可满足指标限值要求。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的无线设备的带外无用发射指标的空中OTA性能测试系统。
根据本发明实施例的一方面，提供了一种无线设备的带外无用发射指标的空中OTA性能测试系统，包括：
暗室；
转台，设置在所述暗室内，用于在控制装置的控制下进行水平和竖直方向的旋转；
被测无线设备，安装在所述转台上并随同所述转台进行旋转，用于发射指定频段内的无线信号；
信号探测组件，设置在所述暗室内距所述被测无线设备预定距离处，用于接收所述被测无线设备在旋转时发射的无线信号；
频谱分析仪，与所述信号探测组件连接，用于采集、记录和分析来自所述信号探测组件的信号，得到所述被测无线设备在预定旋转位置处的带外无用发射数据；以及
所述控制装置，分别与所述转台和所述频谱分析仪连接，用于控制所述转台的旋转，并基于所述频谱分析仪得到的所述被测无线设备在预定旋转位置处的带外无用发射数据，根据预设算法得到所述被测无线设备的带外无用发射指标；
其中，所述暗室的路径损耗低于所述被测无线设备的带外无用发射指标的要求值与所述频谱分析仪的底噪值之间的差值。
可选地，所述被测无线设备为5G基站。
可选地，所述带外无用发射数据为带外无用发射的有效全向辐射功率EIRP，所述带外无用发射指标为带外无用发射的总辐射功率TRP。
可选地，所述暗室的路径损耗小于或等于50dB。
可选地，所述系统还包括：
陷波器，设置在所述信号探测组件与所述频谱分析仪的连接路径上，用于对来自所述信号探测组件的信号进行频率过滤，并将过滤后的信号传送给所述频谱分析仪。
可选地，所述陷波器的通带插损小于或等于2dB；
所述陷波器的阻带抑制度大于或等于80dB。
可选地，所述频谱分析仪的底噪值小于或等于-169dBm/Hz。
可选地，所述信号探测组件包括：
天线支架；和
设置在所述天线支架上的测量天线；
或者，
所述信号探测组件包括：
反射面，与所述被测无线设备相对设置，用于反射所述被测无线设备在旋转时发射的无线信号；和
馈源天线，设置在所述反射面的焦点处，用于接收从所述反射面反射至的所述被测无线设备发射的无线信号。
可选地，所述转台包括：
转台底座；和
设置在所述转台底座上的极化轴支撑杆，其中，所述被测无线设备安装在所述极化轴支撑杆上。
可选地，所述暗室包括：
屏蔽壳体；和
设置在所述屏蔽壳体的内表面上的吸波材料。
本发明实施例提出的无线设备的带外无用发射指标的空中性能测试系统采用了具有特定路径损耗值的暗室作为测试场地，通过单个信号探测组件作为探头和可进行水平和竖直旋转的转台配合进行被测无线设备的带外无用发射指标的近场测试。由于本系统中暗室的路径损耗低于被测无线设备的带外无用发射指标的要求值与频谱分析仪的底噪值之间的差值，具体地，小于或等于50dB，可以有效地保证场地路径损耗和线缆损耗在频谱分析仪上的总体offset补偿值足够小，从而使整个测试系统的底噪可被有效控制，进而获得稳定、良好的带外无用发射指标测试结果，有利于被测无线设备通过指标要求。同时，由于采用了单探头的近场测试暗室，本发明实施例的测试系统具有占地面积小、成本低的优点。
进一步地，本发明实施例提供的测试系统还包括设置在信号探测组件与频谱分析仪的连接路径上的陷波器。通过选择具有特定通带插损(小于或等于2dB)和阻带抑制度(大于或等于80dB)的陷波器，能够有效保证频谱分析仪在最佳的底噪情况下工作，并且能够进一步降低频谱分析仪上的总体offset补偿值，使整个系统的底噪可被控制得更低。另外，配合选取动态范围性能高(底噪值小于或等于-169dBm/Hz)的频谱分析仪，能够获得更好的带外无用发射指标测试结果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本发明一实施例的无线设备的带外无用发射指标的空中性能测试系统的结构示意图；
图2示出了根据本发明另一实施例的无线设备的带外无用发射指标的空中性能测试系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如今，相关的国际和国内标准已经对无线发射设备的带外无用发射OTA测试指标提出了愈加严格的通过限值要求。以5G基站为例，其带外无用发射指标的要求比以往更加苛刻，不再像以往那样，带外无用发射指标的限值可比实测值高出十几甚至几十dB，这样，很多被测发射系统的带外无用发射指标实测值都会相当接近要求限值或者余量不高。
发明人发现，带外无用发射指标测试结果易受测试系统的底噪性能的影响，这样，在当前很多被测发射系统的带外无用发射指标实测值相当接近要求限值或者余量不高的情况下，测试系统的底噪所引起的带外无用发射指标实测值的波动就会成为决定测试是否通过的关键。然而目前还没有一种标准的、切实可行的无线设备的带外无用发射指标的测试方案，使得测出来的带外无用发射指标能够真实的反映被测无线设备的实际带外无用发射水平，从而有利于被测无线设备通过严格的指标要求。
为解决上述技术问题，本发明实施例提出一种无线设备的带外无用发射指标的空中(OTA)性能测试系统。
图1示出了根据本发明一实施例的无线设备的带外无用发射指标的空中性能测试系统10的结构示意图。参见图1所示，该系统10至少可以包括：暗室7、转台5、被测无线设备6、信号探测组件4、频谱分析仪2和控制装置3。
暗室(也称电波暗室)7是一种用于辐射测量的密闭屏蔽室。暗室7可包括屏蔽壳体71，以及设置在屏蔽壳体71的内表面上的吸波材料72。吸波材料72例如可以为锥形含碳(如石墨烯、炭黑、碳纳米管等)聚氨酯泡沫型海绵吸波材料，本发明对此不作限制。本发明实施例利用暗室作为测试场地来实现近场测试。
转台5设置在暗室内，且转台5与控制装置3连接，使得转台5可在控制装置3的控制下进行水平和竖直方向的旋转。被测无线设备6安装在转台5上并随同转台5进行旋转，用于发射指定频段内的无线信号。具体地，转台5可在控制装置3的控制下进行水平方向360度和垂直方向180度旋转，从而带动被测无线设备6旋转以模拟形成一辐射球面。被测无线设备6可以是发射指定频段信号的无线发射设备，例如5G基站等。
如图1所示，转台5一般地可包括转台底座51，以及设置在转台底座51上的极化轴支撑杆52。此时，被测无线设备6安装在极化轴支撑杆52上，具体地，可安装在极化轴支撑杆52的远离转台底座51的末端，从而使被测无线设备6可自如地随同转台5进行旋转。
信号探测组件4固定设置在暗室7内距被测无线设备6预定距离处，用于接收被测无线设备6在旋转时发射的无线信号。如图1所示，信号探测组件4一般地可包括天线支架42，以及设置在天线支架42上的测量天线41。本发明实施例中采用单一信号探测组件作为探头对被测无线设备发射的信号进行测量，简化测试系统的结构。在应用中，信号探测组件4与被测无线设备6之间的距离可根据信号频率、信号强度、天线的接收灵敏度等进行设置。典型地，信号探测组件4与被测无线设备6之间的距离可设置为2.5m左右。
频谱分析仪2与信号探测组件4通过例如射频电缆连接，用于采集、记录和分析来自信号探测组件4的信号，得到被测无线设备6在预定旋转位置(即，上述辐射球面上的预定点)处的带外无用发射数据。
控制装置3可以是内置控制软件程序的装置，其分别与转台5和频谱分析仪2连接，用于控制转台5的旋转，并基于频谱分析仪2得到的被测无线设备6在预定旋转位置处的带外无用发射数据，根据预设算法得到被测无线设备6的带外无用发射指标。在实际应用中，控制装置3可以集成在频谱分析仪2中，也可以独立设置于频谱分析仪2之外，本发明对此不作限制。
本发明实施例提供的无线设备的带外无用发射指标的OTA性能测试系统可用于带外无用发射总辐射功率(Total Radiated Power，TRP)测试、杂散TRP测试等。
如背景技术中所指出的，测试系统的底噪(也称背景噪声)性能对带外无用发射指标的测试结果是至关重要的，尤其在频率资源日益紧张，使得各频段的无线设备的使用情况更复杂的现如今，为了避免不同频段的设备或系统之间的相互干扰和提升兼容性，对于无线设备的带外无用发射指标的要求比以往更加苛刻。在这种情况下，为了尽可能得到更好的带外无用发射测试结果以满足愈加苛刻的指标要求，控制测试系统的底噪成为决定无线设备的带外无用发射测试是否能通过标准指标要求的关键。而影响测试系统的底噪的因素主要包括测试场地的路径损耗、频谱分析仪的动态性能(如，可达到的最低底噪值)、以及陷波器的性能等。在本发明实施例中，暗室7的路径损耗低于被测无线设备6的带外无用发射指标的要求值与频谱分析仪2的底噪值之间的差值。如此，可以有效地保证场地路径损耗和线缆损耗在频谱分析仪上的总体offset补偿值足够小，从而使整个测试系统的底噪可被有效控制，进而获得稳定、良好的带外无用发射指标测试结果，有利于被测无线设备通过指标要求。
本发明实施例提出的无线设备的带外无用发射指标的空中性能测试系统采用了具有特定路径损耗值的暗室作为测试场地，通过单个信号探测组件作为探头和可进行水平和竖直旋转的转台配合进行被测无线设备的带外无用发射指标的近场测试。由于本系统中暗室的路径损耗低于被测无线设备的带外无用发射指标的要求值与频谱分析仪的底噪值之间的差值，可以有效地保证场地路径损耗和线缆损耗在频谱分析仪上的总体offset补偿值足够小，从而使整个测试系统的底噪可被有效控制，进而获得稳定、良好的带外无用发射指标测试结果，有利于被测无线设备通过指标要求。同时，由于采用了单探头的近场测试暗室，本发明实施例的测试系统占地面积小、成本低。
下面以被测无线设备6为5G基站为例，对暗室7的路径损耗值的选取进行说明。
当被测无线设备6为5G基站时，优选所测的带外无用发射指标为5G基站的带外无用发射的TRP。在此测试场景下，5G基站由转台5带动进行水平方向360度和垂直方向180度旋转，并在旋转的同时发送6GHz以下(大致2-6GHZ范围内)的无线信号(电磁波信号)。信号探测组件4对5G基站发射的无线信号进行接收，并将信号传输给频谱分析仪2。频谱分析仪2对信号进行扫描分析，得到5G基站在不同的预定旋转位置处(即，辐射球面上的预定点)的带外无用发射的有效全向辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power，EIRP)。最后，控制装置3对上述得到的5G基站在辐射球面上的各预定点的带外无用发射的EIRP进行球面积分，得到5G基站的带外无用发射的TRP测试值。辐射球面各点上的EIRP的扫描测量以及TRP的积分计算的操作是本领域技术人员所熟知的，此处不另赘述。
目前国内外标准对于5G基站的带外无用发射的TRP的限值为-40dBm/MHz，这就意味着必须保证扫描得到的5G基站的辐射球面上各点的最小EIRP在-40dBm/MHz(单极化测量结果为-43dBm/MHz)以下，被测5G基站才能有通过限值要求的可能。目前来说，一般频谱分析仪在内置衰减器为0、预放大器(或称前置放大器)打开的情况下，其底噪可以达到-170dBm/Hz到-160dBm/Hz，即-110dBm/MHz到-100dBm/MHz。对于本发明实施例提供的测试系统，在测试中需要补偿到频谱分析仪的offset值包含场地路径损耗(即暗室2的路径损耗)和射频线缆损耗。根据计算可知，若假设频谱分析仪2的底噪为-100dBm/MHz，则场地路径损耗和射频线缆损耗在频谱分析仪2上的总体offset补偿值必须控制在57dB以下。考虑到射频线缆损耗的影响，当暗室2的路径损耗小于或等于50dB时，可以有效地控制整个测试系统的底噪，进而获得稳定、良好的带外无用发射指标测试结果。进一步地，通过实际测试结果表明，采用路径损耗约45dB的暗室2作为测试场地，在频谱分析仪2上的offset补偿值更小，使测试系统的底噪被控制得更低，可以取得更好的带外无用发射TRP测试结果。
在一些实施例中，继续参见图1，本发明提供的空中性能测试系统10还需要包括陷波器1。陷波器1设置在信号探测组件4与频谱分析仪2的连接路径上，也就是说，频谱分析仪2通过陷波器1与信号探测组件4连接。陷波器1用于对来自信号探测组件4的信号进行频率过滤，并将过滤后的信号传送给频谱分析仪2。通过陷波器1消除其他频段信号对带外无用发射信号检测的干扰。
当测试系统中包括陷波器1时，则在测试中需要补偿到频谱分析仪2的offset值应包含场地路径损耗(即暗室2的路径损耗)、陷波器1的通带损耗(即，通带插损)和射频线缆损耗。因此，为了保证频谱分析仪上的offset补偿值足够小，使测试系统的底噪被控制得更低，应使用通带插损尽可能小的陷波器。优选地，本发明实施例中，陷波器1的通带插损小于或等于2dB。表1中示例性地列出了与信号频率(2515-2675GHz)对应的陷波器的插损值。
表1
| 信号频率(GHz) | 插损(dB) |
| 2.4835 | 1.2649 |
| 2.50 | 2.3738 |
| 2.515 | -74.776 |
| 2.675 | -89.684 |
| 2.70 | 1.6908 |
| 2.90 | 0.7940 |
此外，陷波器的阻带抑制特性也会对TRP测试结果产生影响，更深的阻带抑制度对测试结果更加有利。6GHz以下的5G基站的峰值EIRP一般大于74dBm(最大峰值EIRP能达到77dBm以上)，如果陷波器的阻带抑制度不够大，则进入到频谱分析仪的信号就会较大，可能导致频谱分析仪的预放大器无法打开，内置衰减器不能为0，这种情况下无法保证频谱分析仪在最佳底噪情况下工作，进而可能导致无法满足带外无用发射TRP的OTA测试条件。因此，阻带抑制度越大的陷波器，越有利于发挥频谱分析仪的最佳底噪能力。例如，对于2.515GHz频率的信号，推荐使用的陷波器的阻带抑制度为约74dB，而对于2.675GHz频率的信号，推荐使用的陷波器的阻带抑制度为约89dB。优选地，本发明实施例中，陷波器1的阻带抑制度大于或等于80dB，以保证频谱分析仪2发挥更好的底噪性能。
另外，在5G基站的带外无用发射指标测试中，低频段的有用信号与被测带外无用发射信号的间隔只有15MHz，高频段的有用信号与被测带外无用发射信号的间隔只有25MHz，在此间隔下需要满足通带插损2dB到阻带抑制70-80dB的过渡，这对陷波器的制作提出了更高的要求。
在一些实施例中，还可以选用底噪值小于或等于-169dBm/Hz的频谱分析仪2，从而进一步保证整个测试系统的底噪可被控制得更低，获得更好的带外无用发射指标测试结果。
在一些实施例中，前述信号探测组件4还可以由信号探测组件8代替。图2示出了根据本发明另一实施例的无线设备的带外无用发射指标的空中性能测试系统20的结构示意图。参见图2所示，该系统20至少可以包括暗室7、转台5、被测无线设备6、信号探测组件8、频谱分析仪2和控制装置3。信号探测组件8一般地可包括反射面81和馈源天线82。反射面81可为反射镜面，与被测无线设备6相对设置，用于将被测无线设备6在旋转时发射的无线信号反射至馈源天线82进行接收。馈源天线82设置在反射面81的焦点处，用于接收从反射面81反射至的被测无线设备6发射的无线信号。暗室7、转台5、被测无线设备6、频谱分析仪2和控制装置3如前文所述，此处不另赘述。通过采用基于反射面+馈源天线的紧缩场测试系统替代前述的近场测试系统，无需近-远场教学变换即可实现无线设备的带外无用发射指标的OTA性能测试，简化数据分析和处理过程。
进一步地，继续参见图2，该系统20还需要包括陷波器1。陷波器1亦如前文所述，此处不再另行介绍。
根据上述任意一个可选实施例或多个可选实施例的组合，本发明实施例能够达到如下有益效果：
本发明实施例提出的无线设备的带外无用发射指标的空中性能测试系统采用了具有特定路径损耗值的暗室作为测试场地，通过单个信号探测组件作为探头和可进行水平和竖直旋转的转台配合进行被测无线设备的带外无用发射指标的近场测试。由于本系统中暗室的路径损耗低于被测无线设备的带外无用发射指标的要求值与频谱分析仪的底噪值之间的差值，具体地，小于或等于50dB，可以有效地保证场地路径损耗和线缆损耗在频谱分析仪上的总体offset补偿值足够小，从而使整个测试系统的底噪可被有效控制，进而获得稳定、良好的带外无用发射指标测试结果，有利于被测无线设备通过指标要求。同时，由于采用了单探头的近场测试暗室，本发明实施例的测试系统具有占地面积小、成本低的优点。
进一步地，本发明实施例提供的测试系统还需要包括设置在信号探测组件与频谱分析仪的连接路径上的陷波器。通过选择具有特定通带插损(小于或等于2dB)和阻带抑制度(大于或等于80dB)的陷波器，能够有效保证频谱分析仪在最佳的底噪情况下工作，并且能够进一步降低频谱分析仪上的总体offset补偿值，使整个系统的底噪可被控制得更低。另外，配合选取动态范围性能高(底噪值小于或等于-169dBm/Hz)的频谱分析仪，能够获得更好的带外无用发射指标测试结果。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种无线设备的带外无用发射指标的空中OTA性能测试系统，其特征在于，包括：
暗室；
转台，设置在所述暗室内，用于在控制装置的控制下进行水平和竖直方向的旋转；
被测无线设备，安装在所述转台上并随同所述转台进行旋转，用于发射指定频段内的无线信号；
信号探测组件，设置在所述暗室内距所述被测无线设备预定距离处，用于接收所述被测无线设备在旋转时发射的无线信号；
频谱分析仪，与所述信号探测组件连接，用于采集、记录和分析来自所述信号探测组件的信号，得到所述被测无线设备在预定旋转位置处的带外无用发射数据；以及
所述控制装置，分别与所述转台和所述频谱分析仪连接，用于控制所述转台的旋转，并基于所述频谱分析仪得到的所述被测无线设备在预定旋转位置处的带外无用发射数据，根据预设算法得到所述被测无线设备的带外无用发射指标；
其中，所述暗室的路径损耗低于所述被测无线设备的带外无用发射指标的要求值与所述频谱分析仪的底噪值之间的差值。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述被测无线设备为5G基站。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述带外无用发射数据为带外带外无用发射的有效全向辐射功率EIRP，所述带外无用发射指标为带外无用发射的总辐射功率TRP。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述暗室的路径损耗小于或等于50dB。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，还包括：
陷波器，设置在所述信号探测组件与所述频谱分析仪的连接路径上，用于对来自所述信号探测组件的信号进行频率过滤，并将过滤后的信号传送给所述频谱分析仪。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述陷波器的通带插损小于或等于2dB；
所述陷波器的阻带抑制度大于或等于80dB。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述频谱分析仪的底噪值小于或等于-169dBm/Hz。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号探测组件包括：
天线支架；和
设置在所述天线支架上的测量天线；
或者，
所述信号探测组件包括：
反射面，与所述被测无线设备相对设置，用于反射所述被测无线设备在旋转时发射的无线信号；和
馈源天线，设置在所述反射面的焦点处，用于接收从所述反射面反射至的所述被测无线设备发射的无线信号。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转台包括：
转台底座；和
设置在所述转台底座上的极化轴支撑杆，其中，所述被测无线设备安装在所述极化轴支撑杆上。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述暗室包括：
屏蔽壳体；和
设置在所述屏蔽壳体的内表面上的吸波材料。
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