5G NR数字移动通信综合测试仪校准方法的应用探索

谢坚戈，黎永涛

（1.广东省计量科学研究院东莞计量院，广东 东莞 523343；2.广东省无线智能互联设备产业计量测试中心，广东 东莞 523343）

0 引言

5G NR通信技术已经在2020年开始大规模应用，各大品牌手机厂商均发布了5G NR通信制式的手机。东莞作为华为、OPPO、VIVO三大品牌的生产基地，其品牌多种型号的手机均带有5G NR通信制式。在手机制造过程中，手机厂商的生产线上需装配有5G NR制式信号输出和测量功能的数字移动通信综合测试仪（以下简称“综测仪”），以便于对手机进行测试。该测试过程的结果关系到手机产品质量，手机生产厂家也非常重视综测仪的性能是否正常。要确保所有综测仪的性能，就必须对仪器进行定期的校准，防止仪器“带病”工作。

1 技术难点

现在手机生产厂商所使用的数字移动通信综合测试仪，通常有GSM、CDMA、TD-SCDMA、WCDMA、LTE、蓝牙、无线局域网、5G NR的信号发射和测量功能，如需对其进行计量，需要对应技术依据，但数字移动通信综合测试仪校准规范所覆盖的通信制式有GSM、CDMA、TD-SCDMA、WCDMA、LTE、蓝牙、无线局域网，唯独缺少5G NR通信制式的校准规范，成为整个计量行业开展带5G NR制式综测仪校准的难点。

东莞计量院作为东莞的唯一法定计量机构，同时也是广东省无线智能互联设备产业计量测试中心所属部门，有责任也有义务帮助手机生产企业解决带5G NR制式综测仪的校准问题。

2 5G NR校准方法

在2019年，我院开展了5G NR计量校准科研项目，如采购5G NR通信制式计量所需的标准器，学习5G NR的相关技术、调试厂家所用的各种型号的带5G NR综测仪。

5G NR综测仪的校准工作，有必要研究其物理层技术，这样才能科学地编制合适的校准方法、正确配置标准器和5G NR综测仪。5G NR物理层在很大程度上与LTE的类似，如5G NR也支持频分双工（FDD）和时分双工（TDD）双工方案，但也有其不同之处，如控制信道采用了极化编码，数据信道采用LDPC编码等。

5G NR旨在支持各种不同的业务，不仅最终用户数据速率和系统容量得到进一步提高，而且业务的性质也变得更加多样。为了满足峰值数据速率和容量要求，5G NR部署了比LTE 更高的带宽，但由于频谱资源的缺乏，高带宽只能部署在频谱较高的频段。5G NR设计在两个主要的频段进行部署，分别为RF1[1]和RF2[2]，其中RF1使用450MHz至7.125GHz的频谱，可用最大带宽100MHz；RF2使用24.25GHz至52.6GHz的频谱，可用最大带宽为400MHz，因此在校准时，需要针对不同的频率设置不同的带宽。为了应对多样性的业务，5G NR物理层设计引入了灵活的参数集[3]，如使用各种不同的子载波间隔（SCS）的能力，具体如表1所示。

表1 5G NR 物理层的参数集

3 自编5G NR校准方法

为了制定适合5G NR综测仪的技术依据，在学习和研究5G NR技术后，发现载波信号的相位噪声、杂散发射、I/Q偏移、DC泄露、功率平坦度等，这些特性都会对整体的EVM性能产生影响[4]。因此必须对5G NR综测仪的晶振、端口驻波比、射频信号发生器和射频分析仪等射频信号的性能进行校准；其次再对5G NR制式信号的调制和解调的进行校准。

基于对5G NR技术的学习，同时参考《JJF 1443-2014LTE数字移动通信综合测试仪校准规范》[5]，针对5G NR综测仪具有射频信号发生器、射频分析仪、5G NR信号的调制和解调功能，同时对仪器的外观、晶振和端口的驻波比也设了相应的校准项目，具体如表2所示。通过这些项目所得的校准数据与仪器的技术指标进行比较，就可以判断出仪器的健康情况。

表2 5G NR 校准方法的校准项目[10]

此文以R&S的信号源（SMW200A）和频谱信号分析仪（FSW）作为标准器来展示5G NR参数设置的复杂性[6]，因被测仪器型号较多，不便于具体介绍。在日常的校准过程中，建议按型号开发5G NR综测仪的自动化校准程序，方便日常校准工作。

4 5G NR校准方法的应用

在自编5G NR校准方法后，依据我院的标准器，针对不同型号的5G NR综测仪，利用C#编程语言开发自动校准系统[10]且已成功调试了多款5G NR综测仪。截至2021年8月，我院为客户提供了2147台件带5G NR制式综测仪的校准服务，涉及的品牌和型号如表3所示，该数据统计不包括校准过程中发现问题的综测仪。

表3 5G NR 综测仪校准数量统计表

通过实践证明，此校准方法经可用来校准5G NR制式综测仪，可满足手机制造产业中5G NR制式综测仪急迫的校准需求。对于该校准方法所得到的校准数据和发现存在问题的综测仪，客户也认可所得到的结论。