5G TF 波束赋形功能测试的 OTA 设置
白皮书
摘要 — 本白皮书提出了一种实现多到达角（AoA）波束赋形空中（OTA）测试的新方法，具体来说，就是使用现有的 6 GHz 以下网络仿真器、毫米波射频前端和双极化喇叭天线，对多个同时传输的下行链路波束进行空中测试。
传统的 3GPP 无线接入技术（RAT），例如 WCDMA 和 LTE，在 6 GHz 以下频段中运行，而支持对这些 RAT 进行功能测试的网络仿真器平台则主要关注所执行的设置。然而，Verizon 5G 技术论坛（5G TF）和 3GPP 5G 新空口（NR）等新标准将在更高的毫米波（mmWave）频率下运行，如 28 GHz，并且将采用波束赋形作为支柱性技术之一。本文中提出了一种新方法，利用同时传输的多个下行链路波束的多个到达角（AoA）来执行波束赋形空中（OTA）测试。这种新方法结合 6 GHz 以下频段网络仿真器、毫米波射频前端和双极化喇叭天线，可以很好地解决波束赋形 OTA 测试难题。
采用毫米波无线技术（如 5G TF 和 3GPP 5G NR 所指定的无线技术）的无线通信系统有望成为下一代无线通信系统，因为它们能够解决网络容量增加所导致的带宽不足的问题。然而，信号在高频电磁波中传输时，其传播损耗、衍射、叶簇和结构穿透损耗都显著增加。为了克服这种较高的路径损耗，并为信元边缘用户提供足够的带宽，运营商可以传输经过波束赋形的信号，这种信号在指定的方向上有很高的方向性。
从概念上来说，波束赋形是通过对天线单元阵列发射的波形进行相位和增益调整来实现的，这样做可以在特定的空间方向上提供高增益。数字、模拟或混合波束赋形的实现方法在控制波束形状和方向性、波束数量、成本/复杂性以及可实现的 MIMO 配置等方面提供了不同的灵活度。
5G TF 和 NR 标准已经采用混合波束赋形作为支持技术，因为其波束赋形非常灵活，实施成本适中，并且能够同时支持 SU-MIMO（单用户）和 MU-MIMO（多用户）。混合波束赋形兼具模拟和数字波束赋形系统的优点，降低了硬件的总体复杂性。在这种混合结构中，基带和射频部分都进行了预编码和组合。混合波束赋形使得射频链和模数转换器（ADC）及数模转换器（DAC）的总数大大减少，在性能上与数字波束赋形相当，但需要的功率更少，复杂程度更低。参见图 2。
波束赋形参考信号
当用户设备（UE）初始接入时，下行链路中由 5G 节点发射的波束参考信号（BRS）用作 5G TF 波束赋形的基础。用户设备使用 BRS 来识别在给定时刻收到的唯一波束索引。BRS 的配置支持最多 8 个天线端口，最大可配置的 BRS 传输周期为 4 个子帧。每个子帧包含 14 个 OFDM 符号，每个符号有不同的逻辑波束组，因此支持最多 8 x 4 x 14 = 448 个逻辑波束。帧结构定义为 10ms 的无线帧，其中包含 50 个子帧，#0 和 #25 子帧是同步子帧，OFDM 符号支持 BRS 传输，最多可同时传输 8 个下行链路波束。
在实际的网络部署中，每个 OFDM 符号的 8 个下行链路波束可以映射到 4 对双极化（水平+垂直）传输，并使用天线阵列实现，以在特定空间方向上提供高度的方向性。通过沿着覆盖区域的方位面和俯仰面扫描窄波束，可以实现整个信元范围的覆盖。
信元搜索和波束采集
在 LTE 中，波束赋形仅适用于 3GPP 传输模式 5/8/9/10 支持的特定用户设备的信号和信道。但是，在 28 GHz 频段上的 5G TF 实施要求对所有物理层信号和信道使用波束赋形。这包括主同步信号（PSS）、辅同步信号（SSS）和扩展同步信号（ESS）等信号，它们都嵌入有物理层信元 ID 和时间信息。诸如 xPBCH 等广播信道传送基本的系统信息，比如 MIB（主信息块）。这些信道也要进行波束赋。BRS、PSS、SSS、ESS、xPBCH 均在同步子帧内相同的 OFDM 符号中进行了频域多路复用（FDM），并通过波束扫描在覆盖区域内传输。
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