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一文读懂5G射频测试RX接收指标(最全图文)

发布时间:2020-06-15 发布时间:
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本文章主要按照3GPP 38.101和38.521 5G接收部分的测试方法和指标进行解释说明,尽可能用图文的形式做说明,讲5G接收指标之前,先了解下以下几个射频参数的含义,为后续阅读扫除障碍:

REFSENS:Reference Sensitivity,参考灵敏度;

F_DL_LOW:The lowest frequency of the downlink operating band;

F_DL_High:The highest frequency of the downlink operating band;

CW:Continuous Wave,连续波,一般是指的正弦波;

5G NR:5G New Radio,5G特有的射频称呼;

接收灵敏度,应该是射频领域中最基本的概念之一,是表示接收机能够在不超过一定误码率的情况下识别的最低信号强度。这里说误码率,和LTE一样,是沿用GSM和WCDMA CS(Circuit Switched,电路域交换)时代的定义作一个通称。在多数情况下,BER(Bit Error Rate,误比特率)或PER(Packet Error Rate,误包率)用来考察灵敏度。而5G NR和LTE一样用Throughput(吞吐量)来表征灵敏度,用吞吐量不低于95%的最小信号表征5G NR的灵敏度。

  

先来看下灵敏度的计算公式:

Sensitivity=10log10(KT0)+10log10(BW)+NF+CNRmin

其中10log10(KT0)表示的是室温25℃的底噪-174dBm,在绝对零度-273℃时我们认为电子是不运动的,这个时候的底噪是-174dBm,室温下电子有活动了,但底噪增加的非常有限,为了计算方便,室温下的底噪还记做-174dBm。

BW:Band Width,带宽;

NF:Noise Figure,系统的噪声系数,一般指第一个低噪放的噪声系数;

CNRmin:Minimum Carrier Noise Ratio Allowed,系统解调所允许的最小载波噪声比;

以5G NR的20MHz业务为例,讲解下5G NR灵敏度的由来。

Sensitivity(LTE)=10log10(KT0)+10log10(BW)+NF+CNRmin

=-174dbm+10log10(19.08*10^6)+6db+(-1)dB

=-174dBm+72.8+6dB+(-1)dB

=-96.2dBm

BW=20MHz业务实际占用带宽19MHz

NF=6db(这里的NF对系统来说就是第一级LNA之前的插损加上该LNA自身的噪声系数NF)

CNRmin:-1dB

  

 

7.4 Maximum input level最大输入电平

测试方法:上行功率设置为最大功率-4dB,DFT-S-OFDM QPSK,RB设置见下图提到的表(在文档38.521-1中),下行配置成CP-OFDM 64QAM和CP-OFDM 256QAM

测试最大输入电平时的上下行配置

要求在输入如下表格中大小的干扰信号时,吞吐量throughput不小于95%。

7.5 Adjacent channel selectivity临道选择性

Adjacent channel selectivity(ACS)is a measure of a receiver's ability to receive an NR signal at its assigned channel frequency in the presence of an adjacent channel signal at a given frequency offset from the centre frequency of the assigned channel.ACS is the ratio of the receive filter attenuation on the assigned channel frequency to the receive filter attenuation on the adjacent channel(s).

邻道选择性测试的是在主信道相邻的信道加一个干扰信号,主信道灵敏度恶化的情况能否满足要求。ACS指标是终端抑制相邻信道干扰信号的能力,分别在主信道和相邻信道输入相同大小的信号,主信道接收的信号大小的对比指,反映的是系统的基带部分的窄带数字矩形滤波器的陡峭滤波能力。

测试方法:

2700MHz的频段

Case1:主接收信号的电平设置为REFSENS+14dB,干扰功率大小REFSENS+32.5dB,干扰信号带宽5MHz,干扰信号的频率±52.5MHz。

  

Case2:主接收信号的电平设置为-43.5dBm,干扰功率大小-25dBm,干扰信号带宽5MHz,干扰信号的频率±52.5MHz。

3300MHz的频段

Case1:主接收信号的电平设置为REFSENS+14dB,干扰功率大小REFSENS+45.5dB,干扰信号带宽BW,干扰信号的频率±BW。

  

Case2:主接收信号的电平设置为-56.5dBm,干扰功率大小-25dBm,干扰信号带宽BW,干扰信号的频率±BW。

 

注意,以上的干扰信号都是和主信号一样SCS设置的5G NR信号。

指标要求:

  

ACS指标的来源于ACLR类似,ACLR是根据小区的平均吞吐量和5%CDF用户(小区边缘用户)的吞吐量下降不超过5%的原则制定的。在整个通讯系统中,上行的ACLRue是决定因素,下行中ACSue是决定因素,因为基站的指标要求比终端要严格的多,同时基站对于器件尺寸,成本等没那么敏感,所以做起来指标也容易好一些。

7.6 Blocking characteristics阻塞特性

The blocking characteristic is a measure of the receiver’s ability to receive a wanted signal at its assigned channel frequency in the presence of an unwanted interferer on frequencies other than those of the spurious response or the adjacent channels,without this unwanted input signal causing a degradation of the performance of the receiver beyond a specified limit.The blocking performance shall apply at all frequencies except those at which a spurious response occurs.

阻塞特性反映的是接收机在除了杂散响应或者临道频率干扰信号下接收正常信号的能力

7.6.2 In-band blocking带内阻塞

测试方法:下行CP_OFDM QPSK 1/3 coderate;

<2700MHz的频段,BW带宽有用信号,功率:REFSESN+16dB

Case1:在有用信号中心频率±(BW/2+7.5MHz)的位置发送功率为-56dBm,带宽5MHz的干扰信号;

Case2:在有用信号中心频率±(BW/2+12.5MHz)的位置一直到频段上下15MHz的位置,发送功率为-44dBm,带宽5MHz的干扰信号;

 

  

3300MHz的频段,有用信号带宽BW,功率:REFSESN+6dB

Case1:在有用信号中心频率±(BW+150MHz)的位置发送功率为-56dBm,带宽BW的干扰信号;

Case2:在有用信号中心频率±(BW+250MHz)的位置一直到频段上下3*BW的位置,发送功率为-44dBm,带宽BW的干扰信号;

 

  

7.6.3 Out-of-band blocking带外阻塞

RRC连接状态下,在频段内任选一位置,仪器设置较小的下行功率,以min(BW/2,5MHz)的频率步进测试不同位置的连续波(CW)干扰信号,控制手机上行功率“最大功率-4dB”

下行设置:CP-OFDM QPSK 1/3 code rate;上行设置:DFT-S-OFDM QPSK

2700MHz的频段,有用信号带宽BW,功率大小:REFSENS+16dB;

干扰range1:频段边缘上下15~60MHz的位置发送功率-44dBm的干扰信号;

干扰range2:频段边缘上下60~85MHz的位置发送功率-30dBm的干扰信号;

干扰range3:频段下边缘1~85MHz,频段上边缘85MHz~12.75GHz的位置发送功率-15dBm的干扰信号;

注意:频段上边缘6GHz以上的干扰信号功率设置成-20dBm。

  

 

3300MHz的频段,有用信号带宽BW,功率大小:REFSENS+9dB;

干扰range1:频段边缘上下3*BW~60MHz的位置发送功率-44dBm的干扰信号;

干扰range2:频段边缘上下MAX(60,3BW)~200MHz的位置发送功率-30dBm的干扰信号;

干扰range3:频段边缘上下MAX(200,3BW)之外的位置发送功率-15dBm的干扰信号;

注意:频段上边缘6GHz以上的干扰信号功率设置成-20dBm。

  

  

7.6.4 Narrow band blocking窄带阻塞

RRC连接状态下,设置CW干扰信号,功率-55dBm,频点位置在信号带宽的上下边缘

上行:CP-OFDM QPSK 1/3 code rate,有用信号带宽20MHz,功率REFSENS+16dB,CW干扰信号功率-55dBm,距离中心位置±10.2075MHz

  

Narrow band blocking设置要求

7.7 Spurious response杂散响应

测试方法:

RRC连接下,与OOB测试同样的配置,针对OOB测试中不满足要求的频率位置使用-44dBm的连续波CW干扰信号进行测试。

2700MHz的频段,100MHz有用信号,下行功率设置为REFSENS+16dB,干扰CW大小-44dBm;

3300MHz的频段,100MHz有用信号,下行功率设置为REFSENS+9dB,干扰CW大小-44dBm;

合格与否的标志,是吞吐量Throughput不低于95%。

由于互调、时钟、晶振等各种频率分量引起的干扰信号过多,允许终端在一些频率位置上不满足OOB的指标要求,而满足相对宽松的杂散响应要求,这也是杂散响应的含义所在。

7.8 Intermodulation characteristics交调特性

Intermodulation response rejection is a measure of the capability of the receiver to receiver a wanted signal on its assigned channel frequency in the presence of two or more interfering signals which have a specific frequency relationship to the wanted signal

The wide band intermodulation requirement is defined using a CW carrier and modulated NR signal as interferer 1 and interferer 2 respectively.

交调响应反映的是射频接收器在有特定频率关系的连续波(CW)和已调制5G NR信号交调干扰下的抗干扰能力。

具体指标和测试要求:

2700MHz的频段,FR1 CP-OFDM QPSK 1/3 coderate,

--有用信号:100Mhz带宽,功率大小:REFSENS+16dB

--干扰信号1:CW干扰信号,功率-46Bm,与有用信号中心频点的关系:±(BW/2+7.5MHz)

--干扰信号2:5MHz带宽的NR信号,功率-46dBm,与有用信号中心频率点的关系:±(BW+15MHz)

3300MHz的频段,FR1 CP-OFDM QPSK 1/3 coderate,

--有用信号:100Mhz带宽,功率大小:REFSENS+6dB

--干扰信号1:CW干扰信号,功率-46Bm,与有用信号中心频点的关系:±2BW

--干扰信号2:100MHz带宽的NR信号,功率-46dBm,与有用信号中心频率点的关系:±4BW

5G射频测试RX接收指标的图文释义

特定频率关系的CW和NR信号交调干扰主信号

7.9 Spurious emissions杂散辐射

The spurious emissions power is the power of emissions generated or amplified in a receiver that appear at the UE antenna connector.

杂散辐射是由接收器产生或者放大在射频座位置测试到的噪声。由定义可知,在测试接收杂散辐射的时候,终端的发射电路,包括射频发射器的本振LO和射频功率放大器PA必须关闭,

下面这张表是接收杂散辐射的频率范围、测试带宽以及指标要求

  

  

以上的图描述了接收响应特性的关系,以小于2700MHz的频段为例,第一个5MHz是ACS区域,第二个5MHz是In-band blocking case1,第三个一直到带外上下15MHz都是In-band blocking case2。再往外走就是OOB(Out of band blocking)区域,其中OOB的Range2和Range3都Spurious Response区域,下限频率是1MHz,上限频率是F_DL_HIGH+12750MHz。

总结一下:本文章讲解5G NR射频接收指标的规定和测试方法以及相应的意义,和所有通讯系统的要求类似,主要包含接收灵敏度、临道选择性、带内阻塞响应、带外阻塞响应,杂散响应等。其中接收灵敏度反映的是系统接收带内有用信号的能力,而阻塞响应类指标反映的是系统应对各种干扰的能力。


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