本白皮书系统阐述了5G和6G毫米波测试技术的理论基础、方法体系和前沿进展，覆盖了从测试环境、仪器设备到OTA射频测试、系统性能测试的完整技术链路，并对6G太赫兹测试、超大规模MIMO测试和卫星通信测试进行了前瞻性展望。

一、背景与挑战

毫米波技术已在5G通信系统中广泛应用，基站采用Massive MIMO技术获得高增益以补偿高频信号衰减，终端采用波束合成模组实现空间覆盖。随着6G研究推进，太赫兹技术、超大规模天线阵列、空天地一体化卫星通信、全频谱通信和人工智能等将成为关键技术，毫米波因其丰富频谱资源将继续在6G中扮演重要角色。

然而，频率升高带来了测试技术的根本性变革。传统2G/3G/4G系统中，射频与天线可分开独立测试；但在毫米波频段，天线与射频一体化设计制造，没有可剥离的测试端口，传统传导测试方法完全失效。业界已达成共识：空口（OTA）测试将成为5G/6G毫米波系统的主要测试形态，需要建立全新的测试指标体系和评估方法。

5G毫米波给测试技术带来的挑战主要体现在：①系统通道校准方面，256通道以上大规模天线和射频组件如何合理有效校准；②射频指标测试方面，OTA测试面临空间传输损耗大、多波束天线方向图复杂等问题；③测试方法选择方面，远场、近远场变换、紧缩场各有利弊；④测试平台方面，大规模多通道和大带宽带来极大数据处理压力。

二、5G/6G毫米波测试系统

测试系统主要包括微波毫米波暗室、测试仪器、相关配件和主控单元。

1. 微波毫米波暗室

白皮书详细介绍了三种暗室类型：

? 远场暗室：在满足远场条件（2D2/λ）的屏蔽房间内测量，提供纯净电磁环境。优点是准确评估辐射特性；缺点是场地需求大、造价昂贵、路径损耗大。

? 近场暗室：在辐射近场区域采集幅度和相位信息，通过近场-远场变换计算远区场特性。优点是精度高、不受距离效应影响、可全天候工作；缺点是相位测量难度大、调制信号变换有待研究。扫描方式分为平面（PNF）、柱面（CNF）和球面（SNF）三种。

? 紧缩场暗室：采用精密反射面将球面波在短距离内变换为平面波。优点是缩短测试距离、减小路径损耗、获得更大动态范围；缺点是精密反射面造价昂贵。

2. 测试仪器

5G毫米波测试仪器（FR2频段24.25~52.6GHz）包括：

? 信号源与信号分析仪：单表最大支持2GHz带宽信号产生和分析，频谱仪可达90GHz
? 矢量网络分析仪：连续波扫描自发自收系统，用于方向图、EIRP和TRP测试
? 终端综测仪：外置毫米波变频模块是主流方案，覆盖24.24~31.8GHz和37~43.52GHz
? 终端模拟器：模拟终端侧物理层和高层协议，支持400/800MHz大带宽
? 基站综测仪：收发一体化仪表，支持TS38.141规定的全部测试例
? 信道模拟器：在实验室模拟无线信道特性，是OTA测试"适配器"的关键设备

三、5G毫米波设备特点

1. 基站设备

5G毫米波Massive MIMO基站采用多通道混合多波束方案，主要特点：天线与射频通道集成、多波束和波束合成技术、天线与射频通道数目众多（256/512通道）、射频前端集成度更高、系统带宽大（400MHz甚至1200MHz载波聚合）、覆盖范围缩减、散热需求提升。

2. 终端设备

5G终端同时支持毫米波和sub-6GHz频段，毫米波终端天线与射频前端高度集成，AiP封装集成天线阵列进一步小型化。3GPP定义了n257、n258、n259、n260、n261、n262等6个毫米波频段，均采用TDD双工。为改善手握对信号的影响，终端通常布局多个不同天线模组，分为Category 1（5cm单孔径）、Category 2（多个不连续5cm孔径）、Category 3（15cm大孔径）三类。

四、OTA射频测试

射频测试主要评估TRP、EIRP、EVM等指标。3GPP TS38.521-2和TS38.521-3定义了终端发射机和接收机测试项目。测试方法主要包括：

? 直接远场法（DFF）：在满足远场距离条件下直接测量，适用于Category 1和2设备
? 间接远场法（IDFF）：包括紧缩场（CATR）和平面波变换（PWC）两种方案，CATR已被3GPP采纳为标准测试方法
? 近场法（NF）：通过近场-远场变换获得远场数据，还有中场（Mid-Field）和极近场等衍生方案

五、OTA系统性能测试

系统性能测试反映设备在不同信道环境下的整体表现。测试方法包括：

? 混响室法（RC）：通过搅拌器模拟瑞利衰落，但难以支持复杂信道特性
? 辐射两步法（RTS）：第一步获取天线方向图，第二步加载到信道模拟器测量吞吐率，已被3GPP采纳为FR1频段可比较方法
? 多探头法（MPAC）：真实提供任意空间信道环境，是FR1和FR2频段的参考方法。分为平面波构建（PWS）和信道预衰落（PFS）两种，PFS因校准简单成为毫米波主要方法

白皮书还介绍了端到端测试和4D-MPAC动态信道测试等前沿方向。

六、6G测试技术展望

1. 6G信道测量

6G信道特点相比5G存在三方面独特性：频率跨度增大（0.5-1000GHz）、通信场景更复杂（空天地多域场景）、技术更多样化（超大规模MIMO、智能超表面、通感一体化等）。信道建模需求从5G的0.5-100GHz扩展到0.5-1000GHz，带宽从2GHz扩展到10GHz。

信道测量系统分为频域测量（VNA）和时域测量两大类。时域测量包括喇叭天线旋转法、时序切换法和相控阵列法，各有优劣。

全球研究机构已在毫米波信道特性方面开展了大量工作，涵盖28GHz、38GHz、60GHz、73GHz等频段。但现有研究仍存在不足：损耗特性方面缺乏全场景多遮挡物建模；时延特性方面频率依赖性无统一定论；空间特性方面角度研究成果较少。

2. 太赫兹测试

太赫兹通信（0.1-10THz）可能是6G关键技术，但测试面临三大挑战：直接远场法不适用、紧缩场反射面制造难度大、近场测量的相位不确定度高。新兴解决方案包括近场无相测量（双扫描技术、先进相位检索方法、双探针扫描、空间导数无相位技术）和全息紧缩场技术（已在40~650GHz获得成功应用）。

3. 超大规模MIMO与全数字多波束

超大规模MIMO测试面临射频通道数、基带处理、测试时间和成本的平衡问题。全数字多波束技术有望成为6G关键技术，但如何在暗室中创建多波束MIMO信道环境是主要挑战。

4. 毫米波卫星通信测试

3GPP R17已立项NTN研究5G卫星融合。低轨卫星星座（Starlink、OneWeb等）采用Ka/Ku频段提供大容量通信。卫星通信系统测试包括通信载荷测试、地面站测试和终端测试。

七、总结

本白皮书全面梳理了5G/6G毫米波测试技术体系，从测试环境、仪器设备到测试方法进行了系统阐述。OTA测试已成为毫米波设备的主要测试手段，3GPP在Rel-15至Rel-18持续推进相关标准。面向6G，太赫兹测试、超大规模MIMO测试、动态信道测试等将面临更大挑战，需要产学研各界协同攻关。