5G5G/6G/6G毫米波测试技术白皮书毫米波测试技术白皮书目录
目录........................0
1.背景......................... 2
1.1 5G 毫米波测试现状与标准进展.................... 4
2.5G/6G 毫米波测试系统.....................6
2.1 微波毫米波暗室测试环境.......................6
2.1.1 远场暗室..................... 7
2.1.2 近场暗室..................... 8
2.1.3 紧缩场暗室...................... 10
2.2 5G 毫米波测试仪器........................ 10
3.5G 毫米波设备的特点..................... 12
3.1 毫米波基站设备的特点................. 12
3.2 毫米波终端设备的特点................. 14
4.OTA 射频测试.................... 15
4.1 测试内容.....................15
4.2 测试方法.....................17
4.2.1 直接远场法（Direct Far Field, DFF）................17
4.2.2 间接远场法（Indirect Far Field, IDFF)............... 18
4.2.3 近场（NearField,NF）.................. 21
5.OTA 系统性能测试................... 23
5.1 测试内容.....................23
5.2 测试方法.....................23
5.2.1 混响室法.................... 23
5.2.2 辐射两步法....................... 23
5.2.3 多探头法.................... 25
5.3 3GPP UE 无线资源管理测试方法................30
5.4 3GPP UE 解调测试方法..................32
6.6G 测试技术展望...................... 33
6.1 6G 信道测量...................... 33
6.1.1 6G 信道特点..................... 33
6.1.2 信道测量系统................... 35
6.1.3 信道测量方法................... 37
6.1.4 毫米波信道测量研究进展.................... 40
6.2 太赫兹测试........................43
6.3 超大规模 MIMO 与全数字多波束............... 46
6.4 毫米波卫星通信测试简述.................... 48 6.4.1 卫星通信.................... 48
6.4.2 卫星通信系统测试.................. 50
7.总结....................... 52
参考文献.........................52
缩略语......................56
致谢..........................58 5G/6G 毫米波测试技术白皮书
1. 背景
毫米波技术已在 5G 通信系统中应用，例如毫米波基站采用 Massive MIMO 技术来获得高
增益，以补偿高频引起的信号衰减；毫米波终端采用具有波束合成功能的毫米波模组，实现
空间角度上的覆盖。随着 5G 的大规模商业化，全球移动通信业界已开始筹划6G 移动通信关
键技术的研究。其中，太赫兹技术、超大规模天线阵列、空天地一体化的卫星通信、全频谱
通信、人工智能等技术都有可能成为实现6G 通信的关键技术。毫米波因其丰富的频谱资源，
必将在6G 通信中继续扮演重要角色。
伴随着通信频率的升高，测试技术较以前也发生了翻天覆地的变化。通常测量 2G、3G、
4G 系统，射频与天线有各自独立的指标体系和测量方法，可以分开测试、独立评估。射频指
标一般采用传导测试方法，通过线缆将被测射频组件的端口与仪器直接相连，测量精度主要
取决于仪器的性能；测量天线时，将天线的射频端口与仪器（例如矢量网络分析仪）相连，
进行驻波测量和暗室环境下的天线方向图的测量。在毫米波频段，天线单元与射频单元之间
的毫米波信号传输易受传输线长度、转接匹配等因素的影响，为了性能考虑，毫米波设备的
射频与天线将一体化设计制造，这就导致了天线和射频之间没有可以剥离的测试端口，连基
本的线缆连接都无法实现，天线和射频单元无法分开测试。这对测试原理与方法的提出了极
大的挑战。对此业界已经达成共识，空口（Over-The-Air，OTA）测试将成为 5G 毫米波系统
的主要测试形态，而测试对象将是一体化的毫米波多波束阵，而不是独立的射频和天线组件。
在此条件下，需要建立新的测试指标体系和评估方法。同时可以预见，OTA 测试技术也将会
是 6G 通信设备的主要测试手段。
在毫米波测试进展方面，经过国内外相关标准推进组、运营商、设备商与高校近几年的
努力，毫米波设备的相关测试方法已逐渐明晰，相关测试指标也已逐步达成共识。2020年 7
月定稿的 3GPP R16 在 R15 的基础上，补充了毫米波基站、终端的测试方法和相关指标，对
于终端多天线性能的测试也形成了技术报告，为毫米波设备的测试认证提供了参考依据。虽
然毫米波设备的测试框架已逐渐明朗，但是仍有不少技术指标与测试方法还在研究讨论中，
尚未形成最终的技术规范， 3GPP R17 正对毫米波测试技术进行进一步的讨论。相较于FR1
频段设备的测试，毫米波频段设备的测试由于其测试的复杂性，整体上仍然推进较为缓慢。
2移动通信产业链基站、芯片、终端的研发、生产、验收等各环节都离不开测试仪器与测
试技术的支撑。测试技术的特点是交叉性强，跨学科、高性能、应用广。测试技术伴随着每
一代移动通信技术的演进，从 2G、3G到 4G，系统的工作频段均在 6GHz 以下、信号带宽在
百兆以内，测试仪器的核心技术指标没有发生巨大的变化，测试技术和测试仪器并没有受到
太大挑战，甚至同一硬件平台进行软件升级就可以应对满足新一代的测试需求。但是在 5G
时代，由于带宽、通道数、频段都有了数量级的飞跃，测试技术的后向兼容性被打破了，测
试原理需要重新被探索，测试仪器性能需要极大地提升。
5G 毫米波给测试技术带来的巨大挑战主要体现在以下方面：
在系统通道校准方面，针对高达256 通道以上的大规模天线和射频组件，如何进行合理
有效的校准是影响测试效果的前提，如何进行快速高效测试也是影响测试成本和效率的关键
问题。
在高频段的射频指标测试方面，5G 毫米波天线与收发信机（Tx/Rx）甚至数模/模数
（DAC/ADC）转换电路将一体化设计与加工，无法单独对射频前端进行测量。并且，射频电
路的带宽、噪声系数、灵敏度等诸多性能指标与天线的特性相互影响，难以单独评估。OTA
测试是主要的测试手段。但是，OTA测试也面临着挑战。一方面，毫米波频率高，空间传输
损耗大，致使仪器接收到的待测信号功率较小，影响测试的精度。尤其是针对设备带外杂散
等指标测试时，往往较难准确捕捉到待测频率的信号。另一方面，大规模多波束天线阵在方
向图上，既非全向辐射也不是一个简单的定向波束，因此传统天线的增益、波束宽度等性能
指标已无法准确描述其行为特征。同时，传统通信系统中定义的部分系统指标，如最大辐射
功率等，在多波束条件下也需要重新定义。
在测试方法选择方面，针对射频指标测试的远场、近远场变换、紧缩场的方法各有利弊，
针对多天线性能测试的混响室法、两步法、多探头法在毫米波频段仍然存在巨大挑战，甚至
有的测试方法不适用毫米波设备的测试。
在测试平台的实现方面，大规模多通道和大带宽带来极大的数据流量，测试平台的数据
处理能力面临很大压力，需要在硬件和算法架构有新的突破。
总之，相比传统的天线与射频测试，5G毫米波面临测试指标体系、测试原理与方法、测
试平台的重大变革。当前迫切需要研究此类基础性、先导性的科学问题，针对一体化毫米波
天线阵的行为特征，修正或构建新的参数定义与测试指标体系，探索科学的测试原理，研制
高效的测试平台。