1. 5G射频测试全景与R&S仪表家族
5G射频性能测试不是单一仪表的孤立操作,而是一条从芯片、模组、终端到基站,从研发验证到型号核准、再到批量生产的完整链路。理解这条链路,首先要建立三个坐标:频段坐标(FR1/FR2)、规范坐标(3GPP TS 38.101/38.104/38.521)和仪表坐标(R&S CMX500、CMW500、FSW、SMW200A、NRQ、ATS1000)。三者交叉,才决定"用什么设备、测什么项目、判什么限值"。
一、频段坐标:FR1与FR2的物理差异决定测试架构
3GPP将5G NR频谱划分为两个频率范围。FR1为410 MHz~7125 MHz,即通常所说的Sub-6 GHz,信道带宽最大100 MHz,采用OFDM子载波间隔15/30/60 kHz;FR2为24250 MHz~52600 MHz,即毫米波,信道带宽最大400 MHz,子载波间隔60/120 kHz,且必须使用波束赋形与波束扫描。
这一划分直接改变测试架构。FR1测试以传导为主,被测件通过射频线缆连接仪表,测试端口参考面明确,路径损耗可校准。FR2由于频段高、路径损耗大、天线高度集成(AiP,Antenna in Package),传导测试需要专门的变频与波导接口,OTA(Over-The-Air)测试成为主流,测试距离、暗室静区、EIRP/EIS测量成为核心。因此,FR1与FR2不是"频率不同"这么简单,而是传导与OTA两套测试方法学的分界。
二、规范坐标:38.101、38.104、38.521各管什么
3GPP TS 38.101系列是终端(UE)射频规范,其中38.101-1对应FR1、38.101-2对应FR2、38.101-3对应FR1与FR2互操作。它规定UE发射功率、功率控制、频率误差、EVM、频谱发射模板、邻道泄漏比、杂散、接收灵敏度、阻塞等指标及限值。
TS 38.104是基站(BS)射频规范,规定BS类型(1-O、1-H、2-O、2-H)、输出功率、ACLR、SEM、杂散、接收参考灵敏度、动态范围等。TS 38.521则是终端射频一致性测试规范,把38.101的限值转化为可执行的测试用例,明确测试配置、测试点、测试容差与判定准则,是认证实验室直接使用的"操作手册"。
三者的关系可以概括为:38.101/38.104定义"要求是什么",38.521定义"怎么测、测哪些点、允许多少不确定度"。做研发自测时通常参考38.101/38.104,做入网认证时必须严格按38.521执行。
三、仪表坐标:从研发到生产的选型逻辑
R&S在5G射频测试中的设备可按"被测对象×测试阶段"定位。
CMX500是5G NR信令综测仪,支持FR1与FR2,内置NR信令栈,可建立小区并与UE完成注册、承载建立,从而在真实信令连接下测量发射功率、EVM、ACLR、吞吐量。它主要面向研发与认证阶段的信令类测试,如射频一致性中的发射机测试、接收机测试以及端到端吞吐量验证。
CMW500是经典的多制式非信令/信令综测平台,在5G时代更多承担LTE/5G NSA、以及非信令快速测量任务,广泛用于产线校准与终检。它的优势是测量速度快、多端口并行、脚本成熟,适合大批量生产。
FSW是高端信号与频谱分析仪,频率覆盖可达毫米波,具备极低的相位噪声与高动态范围,用于杂散、SEM、ACLR、相位噪声、EVM(配合矢量解调)等高精度频谱类测量,是研发与认证实验室的"标尺"。
SMW200A是矢量信号发生器,可生成5G NR FR1/FR2信号,支持多通道、载波聚合、MIMO与衰落模拟,用于接收机灵敏度、阻塞、互调等测试中的干扰与有用信号生成。
NRQ是5G NR OTA测试解决方案,面向FR2毫米波,配合暗室与CATR(紧缩场)实现EIRP、EIS、波束赋形方向图等OTA测量,是FR2终端与基站OTA认证的核心设备。
ATS1000是面向毫米波终端的OTA测试暗室系统,集成CATR反射面、定位转台与吸波材料,为NRQ等仪表提供标准化的OTA测试环境,解决FR2无法传导测试的问题。
四、一个具体的选型推演示例
假设要为一款FR1 n78(3.3~3.8 GHz)终端做研发阶段发射机验证。第一步确定频段:FR1,传导测试。第二步确定规范:研发阶段参考38.101-1,重点看最大输出功率、EVM、ACLR、SEM、杂散。第三步选仪表:需要信令连接以进入正确发射状态,选CMX500建立NR小区;EVM与ACLR可用CMX500内置矢量分析测量,但若需高精度杂散与SEM,则用FSW在传导端口直接测量。若还要验证接收灵敏度,则用SMW200A生成带衰落的下行信号,配合CMX500或FSW做误块率统计。
如果换成FR2 n257(28 GHz)模组,传导端口往往不存在,必须走OTA。此时CMX500可配合变频模块做FR2信令,但EIRP/EIS与波束方向图必须由NRQ+ATS1000在CATR暗室中完成。测试距离、静区尺寸、转台角度步进(例如每5°一个切面)都会影响结果,需在测试计划中明确。
五、测试项目与限值的对应关系
| 测试项目 | 规范条款 | 典型仪表 | 关键判据 |
|---|---|---|---|
| 最大输出功率 | 38.101-1 §6.2 | CMX500 / FSW | 功率等级对应限值 |
| EVM | 38.101-1 §6.5 | CMX500 / FSW | QPSK 17.5%、256QAM 3.5% |
| ACLR | 38.101-1 §6.6 | FSW / CMX500 | 一般-30 dBc量级 |
| 频谱发射模板 | 38.101-1 §6.6 | FSW | 按带宽与偏移查表 |
| 杂散发射 | 38.101-1 §6.6 | FSW | -36 dBm/MHz等 |
| 参考灵敏度 | 38.101-1 §7.3 | SMW200A + CMX500 | 吞吐量≥95% |
| EIRP(FR2) | 38.101-2 §6.2 | NRQ + ATS1000 | 波束峰值与方向 |
六、把三坐标串成一条工作流
实际工作中,建议按以下顺序推进:先确认被测件是UE还是BS、是FR1还是FR2,锁定38.101或38.104;再确认测试阶段是研发、认证还是生产,决定用信令还是非信令、用传导还是OTA;最后按测试项目选择仪表组合,并核对仪表频率范围、分析带宽、EVM底噪、相位噪声是否满足规范余量。例如测256QAM EVM要求3.5%,若仪表自身EVM底噪只有2%,余量不足,测量结果不可信,应改用FSW或优化测试配置。