羅德與施瓦茨5G新空口測試方案解析

引言

隨著移動通信系統(tǒng)帶寬和能力的增加，面向個人和行業(yè)的移動應(yīng)用快速發(fā)展。移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，成為5G的主要驅(qū)動力。面向2020年及未來，超高清、3D和浸入式視頻的流行，將會驅(qū)動數(shù)據(jù)速率大幅提升，同時用戶還希望能夠在體育場、演唱會等超密集場所，高鐵、車載、地鐵等高速移動環(huán)境下也能夠獲得一致的業(yè)務(wù)體驗(yàn)；物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，智能家居、智能電網(wǎng)、視頻監(jiān)控、移動醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用對移動通信技術(shù)提出了更嚴(yán)格的低延時、高可靠性、大容量等需求。在新一代移動通信網(wǎng)絡(luò)中，能耗、每比特成本、部署和維護(hù)的復(fù)雜度等可持續(xù)發(fā)展要求也進(jìn)一步加強(qiáng)。

5G關(guān)鍵技術(shù)介紹

目前為止，5G技術(shù)還處在預(yù)研階段，其技術(shù)規(guī)范還沒有統(tǒng)一定義，所以各大公司都在對5G技術(shù)進(jìn)行積極的研究和討論，現(xiàn)階段基本得到業(yè)界認(rèn)可的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下四個方面：

（1）毫米波

所謂毫米波，即波長范圍10毫米到1毫米之間，也就是頻率在30GHz到300GHz之間的無線電波。傳統(tǒng)的移動通信工作頻段主要集中在3GHz以下，使得頻譜資源已經(jīng)十分擁擠，而在高頻段可用頻譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，同時也可以實(shí)現(xiàn)高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。不過毫米波頻段傳輸存在著傳輸距離短、穿透力和繞射能力差、容易受氣候環(huán)境影響等缺點(diǎn)，如果真正想要在毫米波頻段實(shí)現(xiàn)5G的各種業(yè)務(wù)，還有待進(jìn)一步研究和解決這些問題。

（2）大規(guī)模MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于LTE、WLAN等技術(shù)上面，理論上，天線越多，頻譜效率和傳輸可靠性就越高。作為近年來備受關(guān)注的技術(shù)之一，多天線技術(shù)經(jīng)歷了從無源到有源，從二維到三維（3D），從高階MIMO到大規(guī)模天線陣列的發(fā)展，將有望實(shí)現(xiàn)頻譜效率提升至十倍甚至更高，是目前5G技術(shù)重要的研究方向之一。

（3）高帶寬傳輸

根據(jù)香農(nóng)定律可知，信道容量與帶寬和信噪比成正比，為了滿足5G網(wǎng)絡(luò)Gbps級的數(shù)據(jù)速率，需要更大的帶寬。頻率越高，帶寬就越大，信道容量也就越高，因此，高頻段連續(xù)帶寬將成為5G的主流選擇。配合一些有效的提升頻譜效率技術(shù)，比如大規(guī)模MIMO等，在高帶寬模式下可以很容易實(shí)現(xiàn)10Gbps的傳輸速率。

（4）新型空中接口技術(shù)

為了進(jìn)一步提高頻譜利用率以及應(yīng)用的靈活性，業(yè)界普遍認(rèn)為在5G系統(tǒng)中會采用不同于4G的空中接口技術(shù)。目前被廣泛研究的主要包括：新波形技術(shù)比如FBMC、UFMC、F-OFDM等；新多址技術(shù)比如SCMA、MUSA、PDMA等；新型編碼技術(shù)比如Polar、LDPC等；新型的幀結(jié)構(gòu)、參數(shù)集等。目前3GPP針對5G的標(biāo)準(zhǔn)還在討論中，具體哪項技術(shù)能夠在5G系統(tǒng)中發(fā)揮更有效的作用，還有待進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。

R&S針對5G新空口測試方案

雖然目前5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚在討論中，但是作為測試儀表廠商的代表羅德與施瓦茨公司已經(jīng)開始積極的投入到相關(guān)測試技術(shù)及方案研究中。尤其是針對5G新空口技術(shù)，羅德與施瓦茨公司可以提供完整的射頻和功能測試解決方案，以幫助設(shè)備廠家進(jìn)行相應(yīng)5G技術(shù)的驗(yàn)證。

R&S公司的矢量信號分析儀FSW最高頻率可達(dá)到85GHz，同樣配合混頻模塊可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)100GHz信號的接收和分析。FSW自身的分析帶寬為1.2GHz，如果配合RTO示波器，分析帶寬可以達(dá)到2GHz，可以支持客戶實(shí)現(xiàn)5G新型基站的所有射頻測試項目。

R&S FS-K96/K196 通用OFDM信號分析軟件，可以支持主流的5G候選技術(shù)分析包括GFDM、UFMC、F-OFDM、SC-FDMA等，同時還支持客戶自定義子載波間隔、幀結(jié)構(gòu)、參數(shù)集、調(diào)制方式等，按照被測信號形式生成配置文件，對被測信號進(jìn)行解調(diào)和分析。在解調(diào)的基礎(chǔ)上，還可以針對Polar、LDPC等編碼方式進(jìn)行譯碼功能測試。

R&S FS-K96/K196通用OFDM信號分析軟件可運(yùn)行在外部PC機(jī)或者FSW內(nèi)部，通過對IQ數(shù)據(jù)分析，經(jīng)過Burst檢測、時域同步、幀同步、信道估計、調(diào)制方式檢測、EVM測量等步驟，實(shí)現(xiàn)對被測信號的分析，分析流程如圖2所示。

軟件中可以在以時頻域?yàn)榛A(chǔ)，顯示被測信號在時頻域的資源分布，占用的子載波和時域符號，并且以不同顏色區(qū)分不同信號類型，幀結(jié)構(gòu)解析示意如圖3所示。

R&S公司針對5G信號的產(chǎn)生主要通過矢量信號發(fā)生器來完成，目前R&S公司的高頻矢量信號發(fā)生器SMW200A單臺儀表最高可以實(shí)現(xiàn)40GHz信號的產(chǎn)生，如果配合相應(yīng)的外接混頻模塊則可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)100GHz的矢量信號產(chǎn)生。SMW200A自身可以產(chǎn)生2GHz帶寬的信號，帶內(nèi)平坦度小于0.5dB，不僅可用于傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)通信制式信號如GSM、WCDMA、LTE、802.11ac、LTE-A等信號產(chǎn)生，同時SMW200A也支持UFMC、FBMC、GFDM、F-OFDM等5G候選多載波技術(shù)，SCMA多址技術(shù)，LDPC/Polar編碼技術(shù)，客戶可以根據(jù)需要產(chǎn)生相應(yīng)的5G信號，同時SMW200A也支持客戶完全自定義信號格式。用于實(shí)現(xiàn)接收機(jī)靈敏度等測試項目。

小結(jié)

本文簡要介紹了5G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，同時介紹了R&S公司針對5G新空口的測試方案。羅德與施瓦茨公司的矢量信號發(fā)生器（SMW200A），矢量信號分析儀（FSW），配合相應(yīng)的軟件可以完全支持不同設(shè)備廠家完成5G新空口的測試驗(yàn)證，同時R&S公司也將緊跟5G標(biāo)準(zhǔn)，力爭為5G技術(shù)的發(fā)展提供完整優(yōu)質(zhì)的測試方案。