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，可以很容易的對發(fā)射機功率進行直接測量，例如使用吸收式功率計或其他測量儀器進行直連測量。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，且MIMO天線數(shù)量有限。因此對發(fā)射機的輻射功率測量，往往采用直連傳導測試，而不采用空口方式的EIRP測量。

但是對于5G NR，由于采用了更為復雜的AAU結(jié)構(gòu)，以及Massive MIMO天線陣列，傳統(tǒng)的直連傳導測試很難做到（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發(fā)射機輻射功率進行測量。

EIRP通常用來在空口衡量帶有方向性的發(fā)射機的定向輻射功率。相對于沒有增益的全向天線輻射功率，EIRP更能準確的評估具備方向性的發(fā)射機實際發(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?

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

圖 2有源天線陣的波束成形

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

有源天線不僅可以動態(tài)地調(diào)節(jié)波束方向，還可以進行波束賦形，以縮小功率聚焦范圍，將能量集中到所需的方向上，或者將波束擴展到更多的廣播中。這樣做會改變增益，從而影響輸入功率。因此，業(yè)內(nèi)認為，外場測試的時候，最有用的功率測量方法是EIRP。因為考慮到路徑損耗，EIRP為操作人員提供了一個可靠的信號強度指標，顯示出小區(qū)內(nèi)任何位置的信號強度。

MS2090A的EIRP測量

安立公司的Field Master Pro MS2090A手持式頻譜分析儀，在5G基站的EIRP測量方面有著諸多獨到之處。這包括足夠的帶寬對100MHz或更寬的信號進行精確測量，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測量。

安立MS2090A提供的EIRP測試功能優(yōu)點：

1、通過手動測量位置距離基站天線距離，便可自動得到發(fā)射信號的路徑損耗；

2、輸入接收天線增益，電纜損耗等參數(shù)進行自動扣減；

3、圖形化測試界面，測量結(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功率測量。通過手動改變單極化測試天線的極化方向，儀表自動記錄測試數(shù)據(jù)，并將兩個極化方向功率合成為總EIRP功率。

5、支持時域同步觸發(fā)EIRP功率測量；

6、支持限制線告警功能；

圖3 EIRP-Quick View 測量界面

圖 4 EIRP 信道頻譜測量模式

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

在實際測量當中，由于基站實際發(fā)射功率根據(jù)服務終端的數(shù)量，數(shù)據(jù)下載業(yè)務量進行動態(tài)調(diào)整，因此峰值EIRP很難通過對當前基站測量得到。如果需要評估峰值EIRP，需要基站工作在滿數(shù)據(jù)業(yè)務模式。

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)的測量基站發(fā)射功率的方法既不切實際，同時對于希望進行外場測量和優(yōu)化信號覆蓋范圍的網(wǎng)絡(luò)運營商來說，也沒有太大用處。所以，新一代的外場測試儀表，如Anritsu Field Master Pro MS2090A，就可以在遠場方便快捷的進行EIRP測量，同時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，內(nèi)置多種測量功能，包括高達110MHz實時帶寬的頻譜分析儀、5G NR下行信號解調(diào)分析、5G基站識別和覆蓋等功能，能夠滿足多種復雜的外場測試需求和應用需求。