Demystifying 5G NR Measurements with a Spectrum Analyzer

EXFO，www.EXFO.com

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5G正在扩展无线通信的边界，实现Gbps数据速率、超低延迟和超高可靠性的应用。这些严格的要求需要增加移动网络的密度，安装和激活许多新的基站和小基站。为了保证服务质量和网络性能，移动网络运营商必须准确高效地部署和验证这些5G基站。当他们转向5G时，运营商仍然需要支持、维护和测试现有的无线技术，即3G、LTE以及5G-NR。这反映在EXFO最近的一项调查中，超过40%的受访者回答说，他们所在地区部署的无线频段包括亚2.4GHz、亚6GHz和毫米波。

5G现场测试的挑战

5G正在为移动网络运营商、承包商和现场服务技术人员验证网络带来新的挑战。光纤和射频环境之间的分离正变得模糊不清；一个结束、另一个开始的地方也不太清楚。这种不断变化的环境给5G现场测试带来了主要挑战：

·         现在部署了新的空中接口，像mMIMO和波束赋形这样的先进技术使射频环境的检测更加复杂。

·         对网络同步有更严格的限制，任何时间问题都会影响射频性能：用户设备（UE）在时分双工（TDD）系统中同时发射无线电，基站之间相互干扰，交接问题以及慢到没有吞吐量。

·         分析频谱可能是困难的，因为更宽的带宽和更多的干扰落在信道内，使故障排除成为一个更长的过程。像TDD这样的间歇性信号增加了频谱分析的复杂性。

·         为了更快地部署5G，第一批非独立（NSA）5G设施使用4G上行链路。由于4G为驱动这些NSA网络，4G网络上的问题会降低5G体验。

这些运营挑战要求新的、创新的测试流程。为了从投资中获得最大收益，运营商需要以现场为重点的RF测试解决方案，这些解决方案既能扩展，又能随着网络的变化而调整。为了满足这一市场需求，EXFO开发了一种创新的、模块化的RF测试解决方案，可随着网络的发展进行调整。

EXFO的5GPro频谱分析仪是业界首款针对现场进行技术优化、可升级的射频频谱分析仪，可提供准确的射频空中（OTA）测量。它是唯一能够分析LTE和5G NR环境的模块化射频测试解决方案，能够使用一个紧凑的、可现场升级的仪器来分析亚6GHz（FR1）和毫米波（FR2）频段。5GPro频谱分析仪设计得很简单，使现场技术人员和承包商能够轻松识别和解决问题，并更快地完成工作。

5GPro支持几个复杂的测试场景：

捕捉瞬时干扰信号——实时频谱分析（RTSA）可以显示被掩盖在较大信道带宽内的信号。RTSA使用各种颜色反映信号强度，使干扰信号能够被快速检测出来（图1）。5GPro频谱分析仪是一个具有100MHz分析带宽的RTSA，可连续采集射频信号。利用RTSA的持久性和频谱图视图，可以快速表征无线信号和检测间歇性干扰。

图1 RTSA很容易识别干扰信号。

5GPro频谱分析仪还通过一个智能用户界面为射频测试带来了创新和智能，它具有内置的专业知识和正在申请专利的功能，如智能峰值检测和"捕捉峰值"。有了捕捉峰值功能，现场技术人员可以使用触摸屏，通过一个可移动的窗口来识别干扰，使用户能够轻松搜索到最高振幅的干扰，并加上标记。

5G NR信号分析仪——5GPro的5G NR信号分析仪功能可以分析复杂的技术，如mMIMO和波束赋形。快速检查同步信号块的功率参数可以验证是否所有波束都在传输。作为一个例子，图2显示了3.5GHz左右的CBRS频段的信号。如果基站运行正常，信号分析仪应该收到八个波束（0至7），每个波束都有RSRP、RSRQ和SINR。

图2 5G NR信号分析仪支持mMIMO和波束赋形表征。

5GPro频谱分析仪支持5G NR信号的解调，可以验证基站的OTA性能，以确保与UE的顺利通信。这个应用程序可分析多达64个波束，并显示12个最强的波束，显示相应的功率测量值和波束赋形指标。

由于LTE不会很快消失，5GPro频谱分析仪还能解调LTE信号并提供关键指标，包括扇区和组ID、物理小区ID（PCI）、双工模式（频率或时间）、RSRP（dBm）、RSRQ（dB）和RSSI（dBm）。

使用门控扫频的频谱分析——TDD是一种传输协议，上行和下行信号使用同步的时间间隔在同一频率上传输。TDD的频谱和干扰分析需要使用一种叫做门控扫频（gated sweep）的测量技术，它通过只显示指定时隙范围内的数据来实现上行或下行频谱的可视化。5GPro频谱分析仪可以用简化的门控扫频显示TDD上行或下行信号，在分析频谱或干扰时节省时间。

验证计时和同步——由于5G有更严格的计时要求，必须确保所有网元与正确的时间、频率和相位同步。这需要对1588 PTP协议进行快速检查，以确保与大主站（GM）的有效链接，或者进行高级测试，以确保适当的计时精度。5GPro频谱分析仪是全面的FTB 5GPro测试套件的一部分，具有易于配置的1588 PTP和时间误差测量以及一个高精度GNSS接收器（图3）。EXFO一流的计时和同步功能可帮助运营商节省约90%的故障排除时间。

图3 用来验证网络中各点的计时准确性的时间误差测量。

CPRI上的射频频谱分析——在5G NSA中，CPRI上的射频频谱分析被用来分析作为5G下行链路之锚的4G上行链路。必须解决4G上行链路上的任何无源互调（PIM）或干扰，因为这对5G通信的质量有影响。EXFO的iORF提供了一种在CPRI上进行射频频谱分析的智能和自动化方法，使具有任何技能水平的用户能够在两分钟内检测到外部或内部射频干扰或PIM。如果是外部问题，用户可以从iORF应用程序切换到5GPro频谱分析仪来寻找干扰源。

单一、完整的测试解决方案

EXFO的5GPro频谱分析仪可用于FTB 5GPro测试套件，是验证4G和5G网络的完整一体化解决方案。除了亚6GHz和毫米波频谱测试外，FTB 5GPro还支持光纤检测和鉴定、CPRI、eCPRI、O-RAN、CPRI上的RF频谱分析、高达100G的以太网、计时和同步。这一综合解决方案减少了现场技术人员需要携带的设备数量，加快了工作速度，降低了运营商和承包商的总拥有成本。