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未来几年将有更多无线用户连接到无线网络。无线用户希望所有设备都具有更高的质量和可访问性。因此，运营商需要在网络和设备中提供更好的可靠性。结果：因此，测试需要进一步发展以更接近地模拟实际使用条件。无线（OTA）测试对于工程师评估和认证移动和固定位置无线设备的可靠性和性能特征至关重要。 测试支持5G的组件将与4G / LTE大不相同。通过电缆将移动设备连接到测试设备既方便又经济，但不能模拟这些设备遇到的实际情况。OTA测试让工程师可以看到当无线电波从用户设备传播到基站并返回时，真正发生了什么。 两个主要驱动因素将需要进行OTA测试。被测设备（DUT）的集成度将显着提高，特别是当设备添加天线阵列时。更大的集成将使DUT通过物理上不可能的电缆连接到测试设备。其次，在毫米波频率下，信号吸收率要高得多，需要光束聚焦或成形以提高增益。光束表征和检查光束采集和光束跟踪性能需要测试设置。OTA测试将变得至关重要。
许多监管机构，标准组织，工业机构和运营商都要求OTA测试无线设备的OTA测试的当前状态。为了实现移动系统的全球访问和互操作性，已经开发了认证测试，以便全世界的制造商在所有新移动设备中提供相同水平的质量。
蜂窝电话行业协会（CtiA）为3G和4G / LTE设备的OTA测试制定了标准，并在全球设有认证实验室。已经根据发射机功率电平和接收机灵敏度水平定义了OTA行为的最低性能要求。在美国，无线运营商还建立了设备在网络上运行之前必须满足的行业性能要求。 OTA测试通常在研发阶段用于辐射电磁波的所有设备。例如，在当前的移动电话中，测试旨在确保信号是均匀的，因为从所有方向发送或接收相同的信号（图1）。重要的是天线在所有方向上辐射，使得移动设备用户不需要面向特定方向以获得良好信号，也不应当在用户经过高层建筑物时丢弃呼叫。
图1.今天的移动电话经过设计和统一测试。 以厘米和毫米波频率
进行的OTA测试为了使无线行业为这些额外用户提供空间以及所需的更宽带宽和更高数据速率，移动运营商需要接入更高频率。在进入30,40,50,60甚至90 GHz的频率时，设备进入cmWave和mmWave范围。随着波长变短，给定功率水平的传输距离也会缩小。5G技术必须补偿自由空间路径损耗，大气吸收等损耗，由于雨水和气体散射，以及视线问题。用于这些应用的新设备将变得如此高度集成，使用电缆连接进行测试将非常困难，如果不是物理上不可能的话，使得OTA测试对于5G来说至关重要。 基于上述损耗，在较高频率下信号吸收变得更高。为了实现必要的通信距离，提供商要么需要增加发射机功率，要么将来自移动设备的辐射能量聚焦成尖锐的窄波束（图2）。
图2.移动设备需要聚焦其发射波束，以便在mmWave频率下最大化发射功率。 创建窄波束需要新的天线结构和阵列，以确保光束聚焦。聚焦光束将具有空间或方向分量，这可以确保光束指向正确的方向并且如果存在被阻挡的通信信道则切换光束。该波束形成技术将通过同时向不同用户设备发送数据来扩展称为多输入多输出（MIMO）的多天线概念。这样做可以利用他们不相关的位置。梁的成型也会降低能耗; 它将针对个人用户设备，特别是用其指定的信号遗漏其他用户设备。
图3.波束成形可以在需要的地方引导功率，同时最大限度地减少对其他设备的干扰。 使用连接器进行测试是不实际的，因为它们具有高成本，高损耗和耦合程度。此外，在大规模MIMO系统的情况下，无线电收发器直接与天线集成（图4），导致RF测试端口丢失，这意味着DUT无线电和天线性能只能通过空中测量。
图4.具有5G功能的设备可能包含一系列极化天线，使得有线测试端口不切实际或不可能。 OTA测试将是新设计及其认证的先决条件。对于5G测试系统，基本组件预计基本保持不变，但它们必须适应更高的频率，这意味着更小的天线。 OTA测量
OTA性能测试系统的关键组件是测试室，定位设备，用于生成和分析信号的测试仪器，测量天线，以及用于自动测量的控制和报告软件。在被测设备和测量天线之间建立通信，以确保设备正确地发送和接收信号。OTA测试目前在消声室内的完美（即屏蔽和封装）环境中进行（图4）设计为非反射和无回声。腔室的大小随着测试的物体和频率范围而变化，并且衬有泡沫金字塔，其吸收反射信号。测试考虑了设备的辐射特性，同时消除了任何其他传输的干扰。
图5. OTA测试需要一个腔室来阻止外部干扰。 诸如在室内或室外使用移动设备，在城市或乡村环境中，在开放区域或森林中，静止或移动，或在其他无线设备存在的情况下的各种环境都是现实世界的条件，无法量化以进行测试目的。但是，我们可以通过移动网络测试来解决现实问题，该测试目前也正在进行5G应用的转型。认证测试在指定的测试室中完成，可以产生准确，可重复和可重复的测量。 通过OTA测试，工程师可以测量性能因素，如信号路径，天线增益和模式，辐射功率，以及设备对内部组件和其他设备的灵敏度，以及可靠性和安全性问题。CTIA的无线设备无线性能测试计划，2015年5月，仅规定了功率和性能的测试和设置程序以及测量方法。 今天的一些关键OTA测试测量包括设备的总辐射功率（TRP），总各向同性灵敏度（TIS，每个CTIA规范），总辐射灵敏度（TRS，根据3GPP规范），等效全向辐射功率（EIRP）和辐射中间通道的灵敏度（RSIC）。TRP是发射机性能的指标，而TIS / TRS是接收机性能的指标。进行附加测量以表征天线方向图和效率。进行共存测量以评估当多个无线技术同时操作时发生的灵敏度降低。OTA测试可用于在发现问题的区域中提高设备性能。
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5G OTA测量
中的挑战OTA测量和建立OTA测试系统存在一些挑战。一组挑战涉及天线系统。随着技术向5G系统发展，找到适当的3-D天线设置和定位来测试移动光束，同时考虑干扰和散射，将是困难的。必须包括新的测量尺寸空间或功率与离开方向。 设备必须考虑的一个特殊因素是人体对辐射模式的阻挡效应，通过在OTA测试期间使用模型，如图5所示。测量三维天线模式的OTA测试可以在任一个中执行近场或远场（图6）。近场测量允许较小的消声室用于测量，但需要能够以高位置精度测量相位和幅度的设置以及用于近场到远场变换的附加后处理。
图6.近场和远场OTA测量需要不同的测试设置。 第二个挑战是有源天线系统中的每个单独收发器需要通过OTA接口进行表征，并对发射器和接收器进行测量。每个收发器必须打开以进行单独验证，或者必须打开一组收发器才能进行联合评估。 第三个挑战特别涉及波束形成。由于mmWave无线系统的高路径损耗和有限的范围，移动用户需要精确的波束生成以及跟踪和快速采集。然而，对于现有蜂窝技术的天线实现，静态模式表征就足够了，mmWave系统将需要动态波束测量来精确表征波束跟踪和波束控制算法。 其他挑战涉及测试RF一致性设备，现在依赖于充分表征的有线测试端口连接以允许可重复的测量。需要在OTA环境中定义这样的测试设置和必要的校准，因为5G RF设备将缺少可通过连接器访问的测试端口。 生产测试带来更多挑战。必须为每个启用无线功能的设备执行辐射设备测试。鉴于设备的生产速度，OTA测试系统需要灵活，快速适应未来和不可预见设备的测试需求，同时不会牺牲测试方法的任何质量或深度。工程师需要校准天线系统以确保射频信号路径之间的不对准低于规定的极限，并且必须执行完全组装的单元的功能测试。 结论
5G技术为OTA测试带来了新的挑战，因为尚未最终确定的移动设备设计将需要新的测试方法和设备。 随着5G无线技术的发展，OTA测试的作用将变得更加重要。对于更高的集成度和mmWave频率，使用测试端口进行的测量并不总是可行的。设备设计人员和制造商需要依靠OTA测试来验证设备性能。此外，随着5G设备设计的最终确定，OTA测试系统供应商将需要与RF /无线工程师密切合作，开发新的测试方法。
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