2. 5G NR射频测试基础

5G NR的射频测试与LTE时代最大的不同,在于NR把“灵活性”写进了空口设计本身。频段、带宽、子载波间隔(SCS)、帧结构这四件事不是彼此独立的参数,而是相互约束、共同决定测试配置的一组耦合变量。理解它们之间的换算关系,是后续做发射功率、EVM、ACLR、SEM、杂散等测试的前提。

一、NR频段:FR1与FR2的分界

3GPP把NR频段划分为两大频率范围:FR1为410 MHz~7125 MHz,FR2为24250 MHz~52600 MHz。FR1中又常按频段号细分,例如n41(2496~2690 MHz)、n77(3300~4200 MHz)、n78(3300~3800 MHz)、n79(4400~5000 MHz)是国内常见的TDD中频段;n1、n3、n8等为FDD低频段。FR2即毫米波,典型如n257(26500~29500 MHz)、n258(24250~27500 MHz)。

频段对测试的第一个影响是测试频点选择。以n78为例,测试通常取低、中、高三个信道,如3300 MHz、3500 MHz、3800 MHz附近,用于覆盖滤波器边缘和中心特性。第二个影响是双工方式:FDD频段上下行同时存在,测试时要区分TX与RX端口;TDD频段上下行共用频率,测试必须与上下行时隙配比同步,否则测到的不是满功率发射段。第三个影响是杂散与谐波落点:低频段二次谐波可能落入中频段接收带,毫米波则要关注本振泄漏与镜像。

二、带宽:从信道带宽到占用带宽

NR定义了多种信道带宽(Channel Bandwidth),FR1常见为5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、90、100 MHz;FR2常见为50、100、200、400 MHz。需要注意,信道带宽不等于实际发射的占用带宽。以100 MHz信道、SCS=30 kHz为例,可用传输带宽配置(Transmission Bandwidth Configuration)为273个RB,实际占用约98.28 MHz,两侧各留保护带。

测试中要区分三个概念:信道带宽是小区配置的标称带宽;传输带宽配置是实际分配的RB数;占用带宽是仪器按99%功率积分测得的带宽。做ACLR时,邻道中心频率由信道带宽决定;做SEM时,频谱模板的拐点位置由SCS和带宽共同决定。因此带宽选错,整个限值曲线都会错位。

三、子载波间隔:NR灵活性的核心

NR支持多种SCS:15、30、60 kHz(FR1,其中60 kHz也可用于FR2)、120、240 kHz(FR2)。SCS与OFDM符号长度成反比:SCS越大,符号越短,时隙越短,调度粒度越细,但覆盖能力下降、相位噪声敏感度上升。

SCS与带宽共同决定最大RB数。以FR1为例:SCS=15 kHz、20 MHz信道对应106 RB;SCS=30 kHz、100 MHz对应273 RB;SCS=60 kHz、100 MHz对应135 RB。这个对应关系来自3GPP TS 38.104的传输带宽配置表,是测试配置的硬约束。若在100 MHz、SCS=30 kHz下配置超过273 RB,仪器会直接报配置非法。

SCS对射频测试的另一个影响是EVM与相位噪声。SCS越大,子载波越宽,对相位噪声的积分带宽越宽,但符号越短,对时域误差越敏感。毫米波120 kHz SCS下,EVM限值通常比FR1更宽松,但相位噪声和IQ不平衡的贡献更突出。

四、帧结构:TDD配比与测试同步

NR帧长固定为10 ms,分为10个子帧,每个子帧1 ms。一个时隙(slot)包含14个OFDM符号。时隙长度随SCS变化:SCS=15 kHz时1 ms,30 kHz时0.5 ms,60 kHz时0.25 ms,120 kHz时0.125 ms。

TDD频段需要配置上下行时隙配比,常见如“DDDSU”结构:D为下行时隙,U为上行时隙,S为特殊时隙(含下行导频、保护间隔、上行导频)。以2.5 ms双周期、SCS=30 kHz为例,一个周期内可包含多个时隙,测试时必须让功率计或频谱仪的测量窗口落在上行时隙内,否则测到的是下行或保护间隔,功率结果会明显偏低。

此外,NR支持灵活时隙,即同一时隙内符号可动态分配上下行。这要求测试仪器具备时隙同步触发能力,通常通过外部触发或根据SSB位置推算帧定时。若测试不同步,EVM和功率都会出现随机波动。

NR频段 / 带宽 / SCS / 帧结构 耦合关系与测试影响 频段 FR1 / FR2 FR1: 410–7125 MHz FR2: 24250–52600 MHz n41/n77/n78/n79 n257/n258 毫米波 信道带宽 CBW FR1: 5–100 MHz FR2: 50–400 MHz 传输带宽配置 N_RB 占用带宽 99% 积分 子载波间隔 SCS 15 / 30 / 60 kHz (FR1) 120 / 240 kHz (FR2) 符号长度 ∝ 1/SCS EVM / 相位噪声敏感 帧结构 TDD 10 ms 帧 / 10 子帧 14 符号 / 时隙 DDDSU 配比 测量窗口须同步 测试影响:频点选择 · 双工方式 · ACLR/SEM 限值 · EVM 预算 · 时隙同步触发

五、四者耦合对射频测试的具体影响

把上述参数放在一起,可以形成一条清晰的测试配置链:先确定频段和双工方式,再选信道带宽,然后根据带宽和SCS查表得到最大RB数,最后按TDD配比确定测量时隙。任何一步选错,后续测试结果都不可信。

举一个教学示例:在n78、100 MHz、SCS=30 kHz、DDDSU配比下测试终端最大发射功率。配置为273 RB、30 kHz SCS,占用带宽约98.28 MHz。测试仪器需设置为中心频率3500 MHz、分析带宽100 MHz、触发方式为外部时隙触发,测量窗口对准上行时隙。若误将SCS设为15 kHz,则最大RB数变为106,占用带宽约19.08 MHz,功率积分带宽不足,测得的功率会偏低约7 dB以上,这是典型的配置错误。

再如EVM测试:SCS=30 kHz、256QAM下,EVM限值通常为3.5%。若SCS改为120 kHz,符号缩短,相位噪声积分带宽增大,EVM可能恶化0.5~1 dB,此时需要检查本振相位噪声和IQ不平衡,而不是简单归因于终端。

做NR射频测试前,先确认三件事:频段与双工方式、信道带宽与SCS组合是否合法、TDD时隙配比与测量窗口是否对齐。这三项确认后,再谈限值和余量才有意义。

六、常见配置速查

频段信道带宽SCS最大RB数占用带宽(约)
n41100 MHz30 kHz27398.28 MHz
n78100 MHz30 kHz27398.28 MHz
n79100 MHz60 kHz13597.20 MHz
n120 MHz15 kHz10619.08 MHz
n257100 MHz120 kHz6695.04 MHz
n258400 MHz120 kHz264380.16 MHz

表中数据来自3GPP TS 38.104传输带宽配置表,实际测试应以当前版本规范为准。掌握这张表背后的换算逻辑,比死记数字更重要:RB数由带宽和SCS共同决定,占用带宽由RB数和SCS相乘得到,而测试限值又随带宽和SCS变化。把这条链走通,NR射频测试的配置就不再是碰运气。