1、什么是OTA测试？
OTA(On the Air)，主要测试无线类产品空中无线射频性能，特别是将产品作为一个整体考虑其整机射频辐射性能。CTIA标准化组织制定了OTA的相关标准。OTA 测试着重对无线通讯终端产品进行整机辐射性能方面的测试，因此现在已经成为手机等无线终端产品厂商重视和认可的主流测试项目。
由于手机是最典型且应用最广泛的无线终端类产品，且手机上集成的无线制式几乎也是最多了，包括2G、3G、4G以及最新的5G，同时还有WIFI、Bluetooth、GPS/Beidou导航、NFC近场支付、FM收音机等多种无线功能，所以手机上有各种不同频段和制式的天线，OTA测试因此显得格外重要。几乎每个手机品牌厂商都拥有多个OTA实验室。
OTA 测试的目的
目前只有通过FTA(Full Type Approval)认证测试的手机型号才能上市销售，在FTA 测试中，射频性能测试主要进行手机在电缆连接模式下的射频性能测试；至于手机整机的辐射发射和接收性能，在FTA 测试中没有明确的规定,而OTA 测试正好弥补FTA 测试在这方面测试的不足。同时，终端生产厂家必须对所生产手机的辐射性能有清楚的了解，并通过各种措施提高手机辐射的发射和接收指标。如果手机辐射性能不好，将产生手机信号不好、语音通话质量差、容易掉线等多方面的问题，严重影响客户体验，所以OTA性能不好的手机几乎必然销量不好，所以这也是所有设备厂家重视OTA的最直接动力。
OTA中的无源测试与有源测试
OTA测试主要是想掌握手机的最终发射和接收性能。目前主要有两种方法对手机的辐射性能进行考察：一种是从天线的辐射性能进行判定，是目前较为传统的天线测试方法，称为无源测试；另一种是用无线综测仪模拟手机基站与手机建立通讯连接，测试手机在不同的工作状态下的辐射功率和接收灵敏度，称为有源测试。无源测试侧重从手机天线的增益、效率、方向图等天线的辐射参数方面考察手机的辐射性能。无源测试虽然考虑了整机环境(比如天线周围器件、开盖和闭盖)对天线性能的影响，但天线与整机配合之后最终的辐射发射功率和接收灵敏度如何，从无源测试数据无法直接得知，测试数据不是很直观。有源测试则侧重从手机整机的发射功率和接收灵敏度方面考察手机的辐射性能。有源测试是在特定的微波暗室中测试整机在三维空间各个方向的发射功率和接收灵敏度，更能直接地反映手机整机的辐射性能。为考察手机的辐射性能，除考察手机天线的无源性能之外，整机的有源性能也是一个重要的考察方面。当前整机有源性能越来越受到终端厂商的重视，因此在手机辐射性能的考察中应将两种辐射性能综合起来考虑。目前终端天线厂商在研发中一般都要求天线供应商提供无源和有源测试报告。
OTA中的SAR测试
SAR的英文全称为Specific Absorption Rate，中文一般称为电磁波吸收比值或比吸收率。是手机或无线产品之电磁波能量吸收比值，其定义为：在外电磁场的作用下，人体内将产生感应电磁场。由于人体各种器官均为有耗介质，因此体内电磁场将会产生电流，导致吸收和耗散电磁能量。生物剂量学中常用SAR来表征这一物理过程。SAR的意义为单位质量的人体组织所吸收或消耗的电磁功率，单位为W/kg。
在真实的手机通话时，由于手握着手机并贴近耳边或面部，人脑靠近手机天线，将降低手机的发射和接收性能，手机整机辐射的发射和接收性能都会降低。因此在手机研发过程中应定量测量人脑对手机的发射和接收性能的影响，进行优化设计，使发射和接收性能降低不能太大，即减少人体和天线的电磁耦合效应。因此在进行OTA的SAR测试时，还需要仿生的模拟人手和模拟人头模型。
OTA中的测试系统的组成(以有源OTA测试为例)
OTA测试系统一般有如下部分组成：
1、首先需要一个OTA全电波暗室
2、照明天线及天线台
3、待测终端的3D转台
4、测试系统，包括矢量网络分析仪、无线综测仪、射频开关矩阵(做射频路径切换)、OTA测试分析软件；
5、可能会用到仿真人头和人手模型；
关于转台和天线说明一下：待测终端的3D转台实际上是要实现对于被测件的360度球面探查，对此业界有两种实现方法。一种是大环法或者叫大圆法，即照明天线不动，被测件在3D转台的带动下实现三维转动，大环法要求暗室尺寸超大造价不菲，进去一看还是很震撼的；另一种方法称为圆锥法，即被测件绕着其长轴做二维旋转，照明天线在另一维度以被测件为中心旋转，圆锥法要求的暗室尺寸就小多了。
OTA测试系统示意图
1、什么是MIMO？
MIMO（Multiple Input and Multiple Output，多输入多输出），是LTE系统的重要技术，它是指在发送端到接收端同时采用多根天线。MIMO能够更好地利用空间维度的资源、提高频谱效率。使信号在空间获得阵列增益、分集增益、复用增益和干扰抵消增益等，从而获得更大的系统容量、更广的覆盖和更高的用户速率。其原理在于，利用基站端和终端的多根天线产生多个空间传输通道，类似于多路传输“管道”，数据可以在这些“管道”中并行传输。MIMO技术的好处在于，它可以在不增加系统带宽和发送功率的情况下，显著提升传输性能。
MIMO发送端同时发送的信息内容是不同。其中“管道”的数量也就是能够支持的并行数据流数（rank），（rank）可分为两类：空间发分集技术（rank=1）和空间复用技术（rank≥1），“管道”的口径也就是每个子信道的传输能力。为了更好的使用这些“管道”达到不同的增强效果，MIMO可以采用如下的不同传输方式：
（1）空分复用（Spatial Mutiplexing）：用并行的“管道”传输并行的数据，传输速率可获的成倍提升。
（2）波束赋形（Beamforming）：利用智能天线技术，将功率集中在最好的“管道”传输。
（3）空间分集（Spatial Diversity）：用并行的“管道”传输冗余的信息。
随着MIMO技术的普及和成熟，MIMO技术不仅仅被LTE、也被其它多个标准接受为基本传输技术，如IEEE802.11n、802.11ac、802.11ad等无线局域网标准和IEEE802.16e、802.16m等无线广域网标准支持空分复用和间分集两种MIMO技术。5G时代提升基站频谱效率的一种方案就是通过基站内的大量天线实现同一频率资源与多台空间上分离的用户终端同时通信，并利用多径传输，这就需要采用128或256乃至更多的天线。这种技术常被称为Massive MIMO（大规模多入多出），可以这么说，采用Massive MIMO是5G的核心技术之一。
2、什么是SISO？
SISO全称是single input single output，即单输入单输出系统，它是采用单根发射天线和单根接收天线的通信系统，即为传统的单天线系统。在通信领域，SISO是相对于MIMO而言的。除了传统的2G/3G/4G技术之外，SISO方式工作的无线终端产品还有当前比较常见的物联网应用类的产品，比如WIFI模块，蓝牙BT模块，Zigbee模块，NB-IoT模块等。
3、什么是SISO OTA测试和MIMO OTA测试？
基本上在5G时代来临之前对于无线终端产品来说的OTA测试测试都可以简单理解为SISO测试系统。此前MIMO OTA的测试方法一直有争议，2017年5月的3GPP 会议终于决定MIMO OTA 测试的RTS (辐射两步法)和 MPAC (多探头法)测试结果一致，因此都可用。
所谓辐射两步法：
第一阶段，先在暗室做方向图的测量，利用终端的上报功能测出待测件的辐射方向图；
第二阶段，把在第一阶段中测到的方向图信息加载到信道仿真器中，模拟出包含了待测机天线特性的无线信道，基站仿真器输出的下行信号先和加载了待测件方向图信息的无线信道进行卷积，然后通过测量天线发射出来，进行接收机的性能测试。
辐射两步法主要由测试仪表厂商Keysight提出，该方法把测试分两步走，第一步先测得到了天线的方向图信息，通过结合需要测量的无线信道模型，可以分析出待测件在方向性信道下，各种姿态以及不同朝向下接收机前端经过天线后收到的多路信号的相关系数，功率不平衡以及总的功率增益。第二步在测量各个朝向下吞吐量 vs 接收到的功率（或信噪比）曲线。根据两步结果之间的对比分析，可以方便查找问题，找到性能优化的方向。值得一提的是辐射两步法是比较便宜的 MIMO OTA 解决方案。辐射两步法基本上可以重用已有的SISO OTA暗室，对传统 SISO 暗室只需要做软件的升级，大大节约了建造新暗室的成本。Keysight 公司的基站仿真器(无线综测仪) UXM E7515A已经内置了适合做 MIMO OTA 的信道仿真器，所以是所有 MIMO OTA 方案中唯一的单个仪表的测量方案，系统搭建和校准非常简单。实在不行还有收购自Anite的专门的信道衰落仿真器，方便今后Massive MIMO OTA测试系统的扩展。
相对于仪表厂商Keysight的辐射两步法，MPAC 多探头法想想就知道主要是由暗室厂商所主导的，因为这个方法之前的SISO暗室想重用很难，所以必须要求新建大暗室，这样自然又可以大赚一笔了。
多探头法主要原理是在吸波暗室里安装多个探头天线，每个探头天线从不同方向发射经历了无线衰落信道的信号给待测件，通过控制各个探头发送的信号功率，可以在暗室直接制造出方向性可控的无线衰落信道。多探头方法对无线信道中多径，PDP(Power Delay Profile)以及多普勒特性的模拟仍然是在信道仿真器中实现的，空间方向性（不同的Angle of Arrival）的模拟是通过安装在不同方向上的探头天线以及功率配比实现的。
图A：超大MIMO OTA暗室及天线架
图B：MIMO OTA测试多探头法示意图
除了上面两种方法之外，还有混响室+信道仿真法（RC+CE），这种MIMO OTA测试方法用的人较少，不做详细说明了。
4、5G时代的无线终端产品为什么要进行MIMO OTA测试？
Massive MIMO能够更好地利用空间维度的资源、提高频谱效率，使信号在空间获得阵列增益、分集增益、复用增益和干扰抵消增益等，从而获得更大的系统容量、更广的覆盖和更高的用户速率。所以说MIMO或Massive MIMO技术给5G无线终端产品（例如5G手机）带来的最大好处是手机上传或下载高质量音频、高清视频等大数据文件速度更快了，给用户带来了更多更好地用户体验。因此在5G时代，无线终端产品要想获得消费者的青睐，必须在产品研发阶段就要做足产品的射频性能测试，并且这一工作并不是终端设备厂商一家的工作，而是从源头开始，从芯片、天线、模组、终端设备各个环节上各个厂商的共同努力，从而保证最终产品整体性能上的卓越，否则就会在市场上丢掉消费者的信赖。
5、什么客户什么产品要做OTA测试或MIMO OTA测试？为什么？
传统的OTA测试我们可以简单理解为SISO OTA测试，那么什么样的产品需要做OTA测试或者是MIMO OTA测试呢？从通讯原理上看，任何一个通讯系统都可以理解为是若干个基站/中继站和数量更为庞大的终端设备组成的。但由于能生产通讯基站的厂商就是华为、中兴、爱立信、诺基亚这么几家，这几家显然早就有了相当高大上MIMO OTA测试系统了，因此并不是我们的客户，其他方面的行业和客户有（案例来源自网络）：
l 科研院所：中国信通院、移动研究院等
l 第三方检测认证实验室：泰尔实验室、凯尔实验室、上海同耀等
l 基站天线厂商：京信、摩比、国人通信、中山通宇等
l 手机厂商：华为、中兴、小米等
l 芯片及方案厂商：展讯、联发科、闻泰等
l 高校：北京邮电大学、上海大学、深圳大学、南方科技大学等
l 智能家居设备厂商：海尔、海信、TCL、格力等
6、MIMO OTA测试系统的典型配置
前文有过介绍，完整的OTA测试系统主要由暗室和测试仪表两部分组成，一般情况下暗室厂商会把3D转台、照明天线及天线架都搭建好，多数情况暗室厂家基本上也都会把测试仪表集成好，对客户而言是一个整体交付的“交钥匙”工程。
业内知名MIMO OTA暗室、仪表及系统集成商如下：
l OTA暗室(包括3D转台、天线及天线架、SAR仿真人头模型等)：代表厂商有——MVG集团(SATIMO)、ETS-Lindgren、深圳新益技术、上海益麦电磁技术等，上述这些公司同时也有测试仪表系统集成能力；
l 无线综测仪：代表厂商有Keysight UXM E7515A、R&S CMW500、Anritsu MT8820C或MT8821C；
l 矢量网络分析仪：代表厂商有：Keysight ENA或PNA 系列矢量网络分析仪，例如ENA E5071C，R&S ZNA或ZNB系列矢量网络分析仪；
l 信道衰落仿真器：Keysight Propsim F32信道衰落仿真器(收购Anite)、Spirent VR5信道衰落仿真器(用的人不多)、R&S方案是CMW500无线综测仪内置信道衰落仿真模块选件；
l 射频开关箱/开关矩阵，用途：用于测试系统射频路径切换，主要是切换几台仪表与多个天线之间的射频路径；
l 功率放大器箱：用于补偿空间和线缆引入的路径和系统系统损耗；
MIMO OTA测试系统仪表机架实物图：左上是Keysight UXM综测仪，右上是Keysight矢量网络分析仪E5071C，右下是Keysight Propsim F32信道衰落仿真器，中间有开关矩阵箱和功放组箱，另外连接各个仪表的相关射频测试线缆；
7、上海伽桀测控产品在MIMO OTA测试系统中的应用机会
l 应用于射频开关矩阵中的Radiall开关，内部大概率还会有功分器、合路器等射频微波器件；
l 伽桀测控自研的功率放大器模块(天华中威代工生产)；
l 射频微波测试电缆：Huber Suhner、Rosenberger、Juncoax(上海军友)
l 上海伽桀测控也可根据客户需求提供定制化的射频开关矩阵，不仅仅只卖Radiall开关、功分器、合路器等器件；
l 上海伽桀测控还可为广大客户提供独立仪表采购服务，也可为用户提供整体测试系统集成服务；