移动通信测试仪器仪表面临什么挑战？

未来 5G-A 乃至 6G 网络性能的突破和技术的发展，对测试仪器仪表也提出了更高的要求：

1.高频率

在 4G 之前，通信频段主要集中在 6GHz 以内，这也是目前射频类仪器主要覆盖的频段。随着通信频率的提高，尤其是到了毫米波、太赫兹频段，甚至可见光，传统的仪器无法连续覆盖 6GHz 到 10THz 频段及可见光，只能采用变频的方式间接测量。仪器需要配合特殊的毫米波或太赫兹前端才能满足测量需求。这导致了测试已经由传统的单一设备演变为了测试系统，对测量准确度和成本均需要重新考虑。另外，高频率还会带来的测试效率下降、功率误差恶化等问题需要解决。以频谱分析仪为例，一般在 4G 以上的频段设计中会引入电调滤波器，其幅度误差相对于低频段大幅增加，且存在磁滞效应，从而导致测量速度明显变慢。

2.大带宽

带宽的增加给仪器仪表带来的挑战可能更大。4G 之前，通信带宽一般在100MHz 以内，5G 的通信带宽增加到 400MHz 以上，毫米波的带宽增加到20GHz以上，而 6G 由于引入太赫兹及可见光，通讯带宽达到了1THz 以上。由于射频器件的性能影响，大带宽直接带来了链路平坦度的恶化，影响到通信信号的EVM（误差矢量幅度），进而恶化了通信系统的峰值流量。而仪器内部的平坦度恶化也会产生同样的问题，影响对通信信号的指标测试。以信号源为例，输出2GHz带宽的毫米波频段调制信号，要保证信号的调制质量，对其射频链路的平坦度，放大器的非线性，频综的相位噪声要求极高，这对仪器的性能、校准算法提出了巨大的挑战。

3. 超大规模 MIMO 测试

引入超大规模 MIMO 和波束赋形技术后，对于 5G 的实验室测试和外场测试都带来巨大挑战。 5G 的实验室测试主要采用 OTA 测试方法，这确实利于对设备整体的性能进行评估，但同时 OTA 测试也带来了一些问题：首先，基站的发射功率、天线BF增益、灵敏度等各项射频指标互相影响，难以单独评估，如何更好的覆盖产品的各个部分以及生产的各个环节，已经成为仪器厂商重要的研究课题。其次，频段的空间损耗和波动程度远大于有线损耗，这会影响测试系统的动态范围，从而影响到测量精度，尤其是到了毫米波、太赫兹频段，空间损耗将继续增加，对测试工作提出了更大的挑战。再次，MU-MIMO 的多用户性能测试，需要模拟用户在空间位置分布，特别是用户的相对移动，给 OTA 转台和探头设计带来巨大挑战。最后，不同厂家的暗室和测试仪器之间的匹配也是一个全新的问题，有些仪器厂商已经提出了整套解决方案来应对。

5G 的外场测试挑战是，如何满足外场快速准确的评估Massive MIMO水平和垂直方向性能的需求，如何满足外场快速准确的评估Massive MIMO室外对室内覆盖以及各种遮挡环境损耗的需求。为了解决这些问题，需要借助无人机进行测试，通过无人机搭载测试仪表完成水平和垂直方向的性能测试，使用可调衰减矩阵对于各种环境损耗的模拟，通过地面控制系统完成对无人机路线、仪表、信号衰减矩阵的一体化控制。

另外，超大规模 MIMO 测试需要真正的多端口仪表，例如多端口矢量网络分析仪。多端口矢量网络分析仪能够同时测试多端口的S 参数，有效减少了测量时间；同时，每个测试端口都配备独立的源、参考接收机和测量接收机，可并行测试多个被测件，提高测试效率。多端口仪表的主要挑战包括大规模多端口幅相一致性的快速校准、多通道间的串扰抑制以及并行多路信号实时同步的处理等。

 4.多制式支持

不同网络制式的兼容性不单对网络和终端非常重要，未来对测试仪器仪表的要求也会越来越高。过去仪器仪表厂商只能提供满足某几种标准的测试仪表, 而5G/6G 测试仪器仪表的发展趋势是要兼容满足所有异构网络标准的测试需求。

5.超大规模连接仿真

下一代移动通信技术如使用太赫兹以上的频谱，将可提供高达万/m³级的用户连接密度，将对未来终端模拟器和核心网协议性能测试仪都提出了更高的协议性能要求和海量用户的仿真需求。除此之外，还需要考虑各种业务模拟和业务质量的评估算法，由于 ToB、ToC 场景下不同业务有差异化SLA（Service-Level agreement）需求，终端、无线接入、核心网的测试仪表都需要有灵活的业务模拟能力和对业务质量进行客观评价的能力。 未来这类测试仪器仪表需要在提供超大规模连接仿真的基础上，实现海量信令流程的实时处理及丰富的业务模拟。这就要求具有宏大的仪器资源规模，能赋予用户前所未有的测量、分析、处理及存储能力。

6.无线信道仿真

除高频率、大带宽、超大规模 MIMO 带来复杂的信道仿真硬能力需求外，空天地一体化、智能超表面等技术的引入，使得无线信号的传播距离、相对速度、传播路径等发生巨大变化，这就要求信道模型及模拟仿真算法也需要有相应的突破创新。