有源天线及Massive MIMO天线介绍及测试探讨

线测试面临巨大挑战。 目前均未有清晰的技术途径，3gpp标准上也在技术研讨中。

同时，Massive MIMO天线大阵列形态，可实现扇区更密集劈裂（垂直、水平或二维面混合劈裂等）、同频多波束覆盖、3D-beamforming等特性。这些特性实现对天线波束赋型、干扰抑制以及指向精度要求相比传统天馈系统要求更高。

图 4

因此，在天线波束辐射特性趋于复杂场景下，其辐射性能测试面临问题同样复杂：

1、如何准确评估天线业务波束指向准确性、副瓣、波宽等；
2、如何选择业务状态下多波束辐射测试场景；
3、多波束天线的测试效率问题；
4、如何通过辐射特性评估覆盖性能。

针对以上的测试需求建议通过以下研究分析和明确测试要求：

1、需要重新评估Massive MIMO天线指标要求；
2、研究分析覆盖区域指标要求，定义3D辐射指标要求 ；
3、在真实业务信号下评估多波束辐射性能 。

此外，Massive MIMO天线能很好的解决高频覆盖问题，作为5G的扩展频段，提供容量保障。其有几个关键特征：超高频、大带宽、超大阵列。

这些关键特征也给测试提出新的述求：

· 高频天线辐射指标的判断容差如何要求，需要重新分析定义；
· 测试仪器、场地支持大口径超高频天线的测试，尤其是辐射特性的测试；
· 测试仪器需要支持超高频、超宽带信号的测试。

3、天线系统演进对测试指标和要求探讨

从天线的发展趋势看，射频模块与天线集成化是技术发展趋势，并且演进趋势为多通道的系统集成。因此，有源天线测试指标应该包含射频指标以及天线相关辐射指标。

模块RF指标在天线一体化之后，很多都需要重新分析和定义其测试要求。尤其是Massive MIMO天线，由于其多通道射频架构、3D-beamforming特性以及多波束特性，其射频指标的测试要求与容差、空口测试要求和方向图测试要求均需要重新分析和定义。

有源天线的方向图关键指标与射频关键指标如下表所示：

从产品形态、测试准确性以及简易性和标准定义来看，

一体化有源天线

建议辐射指标按一体化整机进行测试，其包括传统天线辐射指标以及3gpp已经定义的EIRP和EIS指标；

射频指标参照传导测试方式进行测试。

Massive MIMO天线

辐射指标测试可参考一体化有源天线方式进行测试，天线辐射指标由于前述其波束的特点，可考虑部分指标通过三维进行定义，通过三维方向图测试以准确描述波束特性。

射频指标也通过空口测试，要求定义和测试方法待进一步研究。

4、总结

随着网络的持续演进，天线与射频模块将深度融合，Massive MIMO有源天线将是未来天线的发展主流。传统的测试方式在对有源天线真实辐射性能和射频指标进行测试将会面临新的挑战，一体化测试和空口测试（OTA）可能成为未来测试的演进方向；相比于传统天线和射频测试，面临测试指标以及判断体系，测试原理和方法、测试平台等重大挑战，需要进行深入的探索和研究。

参考文献：

[1]  TS 37.105，"Technical Specification Group Radio Access Network; Active Antenna System (AAS) Base Station (BS) radio transmission and reception"，3GPP.
[2]  IMT-2020(5G)推进组-5G愿景与需求白皮书.

关于作者：

伍裕江，博士，高级工程师，华为技术有限公司天馈业务部首席专家，无线通信领域工作超过20年，主要研究方向包括天线设计、无线信道建模、天线阵列信号处理、电磁场数值方法等。