5G信号现场测试方案：SHA860信号分析仪的应用

5G是当前热门的无线通信技术，有望通过极高的速度和极低的延迟提供新的应用程序和服务，从而提供增强的最终用户体验。现在热门的一个话题就是基于O-RAN架构的5G网络。

根据3GPP规定，5G有两个基本频率范围（FR1和FR2）。FR1覆盖450MHz至7.125GHz，而FR2覆盖24.25GHz至52.6GHz。目前国内部署的主要集中在7.125GHz以下。

一、挑战

由于5G的基站部署更为密集，部署的形态也更为丰富，除了传统的多合一的宏基站，还有多天线的Massive MIMO基站、小基站甚至皮基站（PICO cell）。当今热门O-RAN技术极大的降低了运营商的成本，O-RAN的射频单元（RU）可以来自多个不同厂家，不同厂家的产品参数，配置方法会不一样，因此O-RAN和传统网络设备的安装、部署、测试也显得越来越重要。

在部署和安装期间，设备商和运营商常会使用频谱分析仪来测量关键的下行链路参数，排查干扰、测量天线和传输电缆等设备。

5G现场测试常见测试项：

• 信号质量和波束性能验证

• 干扰排除

• 天线和馈线测试

二、解决方案

1、信号质量和波束性能验证

5G NR基站会扫描信号波束，每个波束称为SSB，并具有指定的索引号。每个SSB代表在某个方向上辐射的特定波束。手机检测来自不同基站的各种SSB并进行测量，查找其中最强的波束。一旦手机找到最强信号强度的SSB，会使用该波束进行接入。

部署5G基站时，运营商必须验证其网络质量网络和波束性能，因此的现场测试设备需要一个能够读取和显示附近几个基站的重要指标。这些指标包括信道功率、信号质量、SSB Index和来自不同基站的频率误差。

SHA860手持信号分析仪具有内置LTE和5G NR的关键性能指标，这些指标包括参考信号接收功率 (RSRP)、参考信号接收质量 (RSRQ)、接收信号强度指示器 (RSSI) 等。用户还可以查看附近有多少个LTE和5G小区。此功能对于初期5G非独立（NSA）模式的部署非常重要，NSA模式需要LTE和5G网络之间的协同工作。

SHA860的5G NR OTA模式解调5G NR信号以提供频率、物理小区识别码PCI、SSB索引、频率误差等参数。还提供SSB部分的信号质量EVM测量，并提供星座图显示。

SHA860信号分析仪还提供多个信道功率测量，包括主同步PSS和辅助同步SSS信号。 根据这些信息，用户可以识别任何频率漂移，隔离功率问题并调查性能问题。同时使用5G NR和LTE FDD模式允许验证RAT间切换。这些测量对于优化5G网络覆盖至关重要。能帮助您确定特定区域的5G覆盖范围与LTE覆盖范围。

SHA860信号分析仪支持自动SSB检测，可以检测设定范围内的所有小区和各个波束，并且可以测量每个波束的SSB部分的信号质量EVM。

SHA860信号分析仪可以使用卫星导航GNSS信号的1PPS信号同步内部触发，能稳定的使用Gate扫描模式，稳定的在指定时隙内扫频频谱，用于信道功率、上行干扰分析等场景。

同时还可以精确的测出4G\5G信号的帧头时延。

2、干扰排查

在现代移动网络中，由于小区站点彼此非常接近，并且基站同时进行传输，因此这会在下行链路（从基站到移动设备的方向）上产生更高的噪声水平。移动天线下行链路上的较高噪声水平会触发移动设备增加其输出功率。反过来，这会导致基站天线处的上行链路（从移动设备到基站的方向）噪声水平增加。基站天线的噪声水平较高，会降低蜂窝基站的容量。这些是内部网络干扰的示例。

除了内部干扰外，现在外部干扰也比较普遍。这是由于网络运营商之间的频率保护频带紧张、网络规划、网络优化不善以及非法使用频谱造成的。

5G部署极大地扩展了无线通信使用的频段。5G在当前蜂窝频段（< 2GHz）、中频段 3.5 至4.5GHz以及毫米波频段24GHz以上运行。

地面通信首次使用毫米波频段，给部署带来了独特的挑战。3GPP标准机构将6GHz以下频段称为FR1，将大于24GHz的毫米波频段称为FR2。5G信道带宽从10MHz到400MHz不等。

除了FR1和FR2工作频段外，5G还引入了独立组网（SA）和非独立组网（NSA）两种模式。SA模式是指5G网络完全独立运行；从空中接口的角度来看，用户设备 (UE) 或移动设备仅在5G网络上交换控制和数据信息。虽然SA模式支持5G提供的所有优势，但它是构建5G网络最昂贵的方式。相比之下，NSA模式部署利用现有的LTE网络，其中LTE是网络的锚点。控制信道驻留在LTE网络上，手机终端在5G数据信道上发送和接收流量，如果5G无法提供足够的覆盖范围，手机会回退到LTE。在5G部署的初始阶段，NSA模式更加可靠，并且允许无线运营商比SA模式更早地提供5G服务。当然，如果有干扰信号破坏了NSA模式下的LTE网络，也会影响5G网络。

有几种对干扰进行分类的方法。从信号交互的角度来看，它分为同信道干扰、邻信道干扰和互调（无源和有源）。从网络运行的角度来看，它分为下行干扰、上行干扰和外部干扰。

SHA860信号分析仪可以使用卫星导航GNSS信号的1PPS信号同步内部触发，能稳定的使用Gate扫描模式，稳定的在指定时隙内扫频频谱，用于观察上行干扰信号。

也可以使用1PPS信号同步内部触发，在零扫宽模式，直接观察上行时隙的时域信号。

如果网络中存在干扰问题，系统性能监控工具将报告该问题。这些问题可能是在没有大量流量的情况下上行链路本底噪声的上升、连接故障、高信噪比等。下一步是检测干扰的来源。传统上，带有定向天线的频谱分析仪是检测和定位干扰的首选工具。

传统的扫频式和快速傅立叶变换 (FFT) 频谱分析仪可有效检测相对恒定的信号或使用最大保持观察间歇信号。传统分析仪具有较长的死区时间，在扫描期间，会漏掉其他频率上的信号，而且盲区时间是不可预测的。因此，传统频谱分析仪在处理随机、突发信号、雷达等窄脉冲会有很多信息丢失。

SHA860配备的实时频谱仪RTSA选件可以克服上述困难，该功能在手持频谱仪的平台上，实现了30万次每秒的FFT，实时频谱仪还具有余晖显示，让偶发的信号在屏幕上保留一段时间（甚至可以一直保留—无限余晖模式），瞬态信号不再会丢失。同时具备瀑布图Spectrogram模式，记录信号的时、频域信息，并可以支持12.5万帧的回放。

SHA860的实时频谱模式具备频域模版触发（FMT-Frequency Mask Trigger），可以用指定频率范围出现的信号事件来触发，并记录事件之前和之后一段时间内的IQ信号，用于回放和进一步分析。

上述的功能，对于移动通信网络特别是5G网络环境中的干扰排查都有极大帮助。

3、天线和电缆测量

组件故障会降低整个基站的性能。信号强度降低，影响基站覆盖范围。位于小区边缘的手机出现掉话和低数据速率的情况。这将对客户体验产生负面影响，并可能导致网络运营商的收入损失。极端的天线不匹配情况或者电缆损坏，甚至会损坏发射机。

天线和电缆测量是基站部署、维护的基础工具。SHA860可以对天线系统进行快速、高效的测量，并一次性获得正确结果。可以用单端口方法测试电缆损耗、天线回波损耗或驻波比、故障点诊断DTF以及现场安装和维护无线电传输链路的其他基本测量。

也可以增加选件实现完整的单向（S21和S11）的矢量网络分析仪功能，可以测试器件的幅度和相位响应，以Smith圆图形式显示复数阻抗等。动态范围可达110dB。

三、小结

SHA860系列体积小、重量轻，电池供电可运行2.5小时以上，作为一款户外使用的仪器SHA860的开机时间只有20秒左右，具有很高及时性，开机即用。并且具备传统的天线驻波比、矢量网络分析仪、频谱仪等基本功能，还具备110MHz的分析和实时带宽，可以准确的定位干扰，并具备4G和5G信号的解调、EVM分析、小区扫描等功能。是移动通信基站部署、维护、现场测试的最佳工具。