背景

過去，大多數(shù)無線通信系統(tǒng)使用寬波束或者全向天線發(fā)射機(jī)，可以很容易的對(duì)發(fā)射機(jī)功率進(jìn)行直接測(cè)量，例如使用吸收式功率計(jì)或其他測(cè)量?jī)x器進(jìn)行直連測(cè)量。由于發(fā)射天線波束較寬，能量不集中，很難在空口搜尋到峰值EIRP輻射功率。并且RRU和天線一般采用分立設(shè)計(jì)，且MIMO天線數(shù)量有限。因此對(duì)發(fā)射機(jī)的輻射功率測(cè)量，往往采用直連傳導(dǎo)測(cè)試，而不采用空口方式的EIRP測(cè)量。

但是對(duì)于5G NR，由于采用了更為復(fù)雜的AAU結(jié)構(gòu)，以及Massive MIMO天線陣列，傳統(tǒng)的直連傳導(dǎo)測(cè)試很難做到（除非基站廠家支持）。隨著有源天線在5G基站中的大量應(yīng)用，以及AAU單元結(jié)構(gòu)上的改變，需要工程師能夠使用更有效的方法對(duì)發(fā)射機(jī)輻射功率進(jìn)行測(cè)量。

EIRP通常用來在空口衡量帶有方向性的發(fā)射機(jī)的定向輻射功率。相對(duì)于沒有增益的全向天線輻射功率，EIRP更能準(zhǔn)確的評(píng)估具備方向性的發(fā)射機(jī)實(shí)際發(fā)射功率。其公式表示如下：

EIRP = Pt + Loss - Ga

Pt：接收功率(dBm)

Loss：空氣中的路徑損耗 (dB)

Ga：接收天線增益 (dBi)

圖 1 EIRP定義圖解

為什么是EIRP?

為了實(shí)現(xiàn)良好的設(shè)計(jì)性能，5G基站必須使用可動(dòng)態(tài)控制的有源定向天線，同時(shí)向多個(gè)方向發(fā)射信號(hào)波束。這個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)必須依賴于天線矩陣或陣列天線，每個(gè)天線矩陣或陣列天線饋入不同相位的信號(hào)。在距天線的最小距離處，這些信號(hào)組成不同輻射方向的波束信號(hào)。

圖 2有源天線陣的波束成形

綠色波面表征同相陣元產(chǎn)生的信號(hào)面；橙色波面表征不同相位的陣元產(chǎn)生的信號(hào)面

有源天線不僅可以動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)波束方向，還可以進(jìn)行波束賦形，以縮小功率聚焦范圍，將能量集中到所需的方向上，或者將波束擴(kuò)展到更多的廣播中。這樣做會(huì)改變?cè)鲆?，從而影響輸入功率。因此，業(yè)內(nèi)認(rèn)為，外場(chǎng)測(cè)試的時(shí)候，最有用的功率測(cè)量方法是EIRP。因?yàn)榭紤]到路徑損耗，EIRP為操作人員提供了一個(gè)可靠的信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)，顯示出小區(qū)內(nèi)任何位置的信號(hào)強(qiáng)度。

MS2090A的EIRP測(cè)量

安立公司的Field Master Pro MS2090A手持式頻譜分析儀，在5G基站的EIRP測(cè)量方面有著諸多獨(dú)到之處。這包括足夠的帶寬對(duì)100MHz或更寬的信號(hào)進(jìn)行精確測(cè)量，以及更高的靈敏度和更低的噪聲電平，這些都有助于精確的EIRP測(cè)量。

安立MS2090A提供的EIRP測(cè)試功能優(yōu)點(diǎn)：

1、通過手動(dòng)測(cè)量位置距離基站天線距離，便可自動(dòng)得到發(fā)射信號(hào)的路徑損耗；

2、輸入接收天線增益，電纜損耗等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)扣減；

3、圖形化測(cè)試界面，測(cè)量結(jié)果一目了然；支持多種顯示模式，Quick View (圖3)，以及Channel spectrumpower vide (圖 4)

4、支持3GPP TS38.141 規(guī)定的雙極化EIRP功率測(cè)量。通過手動(dòng)改變單極化測(cè)試天線的極化方向，儀表自動(dòng)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)，并將兩個(gè)極化方向功率合成為總EIRP功率。

5、支持時(shí)域同步觸發(fā)EIRP功率測(cè)量；

6、支持限制線告警功能；

圖3 EIRP-Quick View 測(cè)量界面

圖 4 EIRP 信道頻譜測(cè)量模式

通過峰值EIRP的搜索，能夠測(cè)量到5G NR的波束掃描和功率覆蓋范圍。利用此功能可測(cè)量5G基站跨扇區(qū)掃描的多達(dá)8個(gè)廣播波束中的EIRP。

在實(shí)際測(cè)量當(dāng)中，由于基站實(shí)際發(fā)射功率根據(jù)服務(wù)終端的數(shù)量，數(shù)據(jù)下載業(yè)務(wù)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，因此峰值EIRP很難通過對(duì)當(dāng)前基站測(cè)量得到。如果需要評(píng)估峰值EIRP，需要基站工作在滿數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模式。

圖 5波束掃描示意圖

隨著5G NR和波束賦形技術(shù)的日益成熟，傳統(tǒng)的測(cè)量基站發(fā)射功率的方法既不切實(shí)際，同時(shí)對(duì)于希望進(jìn)行外場(chǎng)測(cè)量和優(yōu)化信號(hào)覆蓋范圍的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來說，也沒有太大用處。所以，新一代的外場(chǎng)測(cè)試儀表，如Anritsu Field Master Pro MS2090A，就可以在遠(yuǎn)場(chǎng)方便快捷的進(jìn)行EIRP測(cè)量，同時(shí)獲取最大波束輻射角度。

結(jié)論

安立公司最新的頻譜分析儀平臺(tái)，內(nèi)置多種測(cè)量功能，包括高達(dá)110MHz實(shí)時(shí)帶寬的頻譜分析儀、5G NR下行信號(hào)解調(diào)分析、5G基站識(shí)別和覆蓋等功能，能夠滿足多種復(fù)雜的外場(chǎng)測(cè)試需求和應(yīng)用需求。