由于暗室的引入，OTA測試系統(tǒng)非常復(fù)雜，系統(tǒng)搭建時間長，硬件設(shè)備多，而OTA系統(tǒng)指標(biāo)測試需要在所有硬件都就緒的情況下才能展開，一旦發(fā)現(xiàn)待測件OTA系統(tǒng)性能無法滿足3GPP要求，就需要重新返工，這導(dǎo)致產(chǎn)品系統(tǒng)集成的成本很高，風(fēng)險極大。

（1）應(yīng)對OTA測試帶來的挑戰(zhàn)

為了應(yīng)對OTA測試帶來的挑戰(zhàn)，在硬件設(shè)備準(zhǔn)備齊全之前，可以先通過進(jìn)行OTA仿真，在產(chǎn)品研發(fā)階段提前快速獲取系統(tǒng)OTA指標(biāo)性能上限，在仿真環(huán)境下確保產(chǎn)品滿足OTA各項(xiàng)指標(biāo)要求后，再進(jìn)行后續(xù)開發(fā)和硬件測試，這樣可以大大降低設(shè)計(jì)風(fēng)險，避免不必要的返工，減少反復(fù)測量的次數(shù)。

5G NR OTA測試是對整機(jī)的測試，需要綜合考量基帶、射頻及天線共同作用下的性能指標(biāo)，因此需要一款能夠同時考量這三方面，并且能夠測量OTA所需的系統(tǒng)指標(biāo)，如EVM, ACLR, Throughput等的仿真軟件。

（2）Keysight Pathwave SystemVue

Keysight Pathwave SystemVue 是用于電子系統(tǒng)級(ESL)設(shè)計(jì)的專業(yè)EDA軟件，是業(yè)界唯一可以完整的進(jìn)行5G NR 基站/手機(jī)的基帶、射頻及天線整機(jī)OTA仿真和系統(tǒng)驗(yàn)證的工具。

對于5G基帶系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

SystemVue提供基于3GPP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的5G NR基帶算法參考庫，包括上行/下行信號的物理層發(fā)射和接收算法，覆蓋0.5GHz ~ 100GHz的3D毫米波信道模型，發(fā)射及接收OTA暗室模型等；

對于射頻子系統(tǒng)的考量

SystemVue內(nèi)提供豐富的射頻行為級模型，支持通過器件射頻參數(shù)模擬實(shí)際射頻器件，或?qū)肫骷腟參數(shù)、X參數(shù)模型，或直接與Keysight Pathwave ADS (Advanced Design System) 專業(yè)的射頻電路級設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真；

對于天線性能的考量

可以通過在SystemVue的信道模型或OTA暗室仿真模型內(nèi)導(dǎo)入仿真或測量得到的天線遠(yuǎn)場方向圖文件—Antenna Pattern (可通過Keysight Pathwave EMPro 三維電磁場仿真軟件仿真并提取)，用以將天線輻射特性反映在實(shí)際傳輸信號中。

圖 2

在早期設(shè)計(jì)階段

通過系統(tǒng)級仿真獲取系統(tǒng)性能的上限，完成射頻模組及天線的系統(tǒng)級定標(biāo)。SystemVue提供符合3GPP一致性測試標(biāo)準(zhǔn)的仿真模板，設(shè)計(jì)者不需要花費(fèi)時間研究協(xié)議的具體內(nèi)容與物理層實(shí)現(xiàn)方式，只需通過帶入測試用例所需基本參數(shù)，即可通過OTA仿真獲取EVM/ACLR/靈敏度等指標(biāo)，在設(shè)計(jì)初期快速定位問題，降低系統(tǒng)集成的風(fēng)險。

在產(chǎn)品驗(yàn)證階段

通過與ADS等專業(yè)電路級仿真工具進(jìn)行聯(lián)合仿真，或?qū)肷漕l器件仿真或測量模型，如S參數(shù)、X參數(shù)等，并導(dǎo)入EM仿真或暗室測量得到的天線方向圖文件，以進(jìn)一步使仿真結(jié)果貼近真實(shí)產(chǎn)品性能，提前驗(yàn)證系統(tǒng)OTA性能指標(biāo)，縮短OTA驗(yàn)證時間，節(jié)約暗室測量時間與成本。并且，SystemVue可與Keysight儀表無縫連接，支持快速搭建參數(shù)可配置的原型樣機(jī)系統(tǒng)，加速硬件驗(yàn)證流程。

另外，SystemVue也可仿真驗(yàn)證基于RTS兩步法的OTA測量方法和MPAC OTA測量方法，并助力了標(biāo)準(zhǔn)化制定過程。

Keysight積極參與標(biāo)準(zhǔn)化定制過程，在3GPP協(xié)會針對MPAC OTA測量的探頭擺放位置的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程討論中，Keysight結(jié)合F64信道模擬器，利用系統(tǒng)級仿真工具SystemVue及其OTA暗室模型，仿真評估了不同探頭天線擺放位置下系統(tǒng)的吞吐量，提出了最優(yōu)的探頭擺放方案并通過了提案(R4-1912104)。

關(guān)于FR2的測量中，Keysight基于SystemVue中進(jìn)行的吞吐量仿真提出了RTS測量中的暗室隔離度指標(biāo)建議，詳情請?jiān)L問3GPP網(wǎng)站下載R5-198264提案。

5、使用SystemVue軟件進(jìn)行OTA仿真的流程

圖 4

SystemVue中的OTA仿真流程根據(jù)測量需要，主要分為兩類：發(fā)射端測量流程 和 接收端測量流程。

所需模塊包括：

5G NR基帶算法模型

用于產(chǎn)生并發(fā)射、接收解調(diào)、解碼、測量5G NR上行/下行數(shù)據(jù)；

OTA暗室仿真模型

用于模擬OTA測量環(huán)境，支持任意排布的天線陣列，天線方向圖的導(dǎo)入，任意方向的探頭位置等；

根據(jù)3GPP TR 38.901 建立的3D MIMO 信道模型

用于Performance Test等需要的衰落信道，完成協(xié)議要求的吞吐量(Throughput)測試，或模擬動態(tài)波束賦形和波束跟蹤在LOS信道下的性能。

- 發(fā)射端測量流程：

基帶信號產(chǎn)生 ? 射頻模塊 ? Tx相控陣處理 ? 暗室Tx OTA模型(最終輸出空口信號的EVM/ACLR等測量指標(biāo))

- 接收端測量流程：

(虛擬發(fā)射端信號產(chǎn)生，終端測量時，即為模擬基站發(fā)射信號) ? 暗室Rx OTA模型 ? Rx相控陣處理 ? 射頻模塊 ? 基帶接收機(jī)(包括同步，信道估計(jì)，譯碼等過程，最終輸出吞吐量/靈敏度等測量指標(biāo))

6、OTA仿真案例

SystemVue 提供根據(jù)協(xié)議搭建的基站及UE終端仿真模板，分別包括對發(fā)射端、接收端所需各項(xiàng)指標(biāo)的仿真和驗(yàn)證，以及SISO/MIMO場景下的各項(xiàng)指標(biāo)驗(yàn)證，并支持根據(jù)用戶所需場景靈活調(diào)整系統(tǒng)架構(gòu)。以下是基站和UE終端的兩個OTA仿真模板。

（1）基站下行發(fā)射端測量