R&S方案：為5G測(cè)試注入強(qiáng)心劑

王立春

隨著移動(dòng)通信系統(tǒng)帶寬和能力的增加，面向個(gè)人和行業(yè)的移動(dòng)應(yīng)用快速發(fā)展。移動(dòng)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(dòng)力。面向2020年及未來，超高清、3D和浸入式視頻的流行，將會(huì)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)速率大幅提升，同時(shí)用戶還希望能夠在體育場(chǎng)、演唱會(huì)等超密集場(chǎng)所，高鐵、車載、地鐵等高速移動(dòng)環(huán)境下也能夠獲得一致的業(yè)務(wù)體驗(yàn)；在新一代移動(dòng)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

目前從5G標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程來看， 3GPP第一個(gè)5G版本Rel.15已經(jīng)于去年12月份正式凍結(jié)，也就是NSA（非獨(dú)立組網(wǎng)）核心標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)凍結(jié)，5G關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下四個(gè)方面：

（1）毫米波

所謂毫米波，即波長范圍10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(dòng)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(shí)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(jí)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，3GPP Release 15定義了新型的5G NR空口技術(shù)規(guī)范，新的空口技術(shù)規(guī)范包括新型編碼技術(shù)和新型參數(shù)集和幀結(jié)構(gòu)。新型編碼技術(shù)，目前3GPP會(huì)議確定在增強(qiáng)移動(dòng)寬帶場(chǎng)景（eMBB）中的數(shù)據(jù)信道使用LDPC編碼技術(shù)，控制信道使用Polar編碼技術(shù)；提到新型參數(shù)集和幀結(jié)構(gòu)，為了應(yīng)對(duì)不同頻段和場(chǎng)景，在5G系統(tǒng)中規(guī)定以15KHz為基礎(chǔ)子載波間隔，可以將子載波間隔配置為15*2n KHz。同時(shí)，系統(tǒng)還需要支持靈活的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，幀結(jié)構(gòu)靈活配置，以支持上下行業(yè)務(wù)速率不同需求的場(chǎng)景。

5G測(cè)試方案

雖然目前第一個(gè)版本的5G規(guī)范剛剛凍結(jié)，作為測(cè)試儀表廠商的代表羅德與施瓦茨公司從幾年前就已經(jīng)開始積極地投入到相關(guān)測(cè)試技術(shù)及方案研究中。針對(duì)5G廣泛認(rèn)可的毫米波、大規(guī)模天線陣、新空中接口等關(guān)鍵技術(shù)，羅德與施瓦茨公司可以提供完整的測(cè)試解決方案，以幫助設(shè)備廠家進(jìn)行相應(yīng)5G研發(fā)測(cè)試。下面將分別介紹R&S;公司針對(duì)5G技術(shù)相應(yīng)的測(cè)試方案。

（1） 毫米波測(cè)試方案

R&S;公司針對(duì)毫米波頻段信號(hào)的產(chǎn)生和分析主要通過矢量信號(hào)發(fā)生器和矢量信號(hào)分析儀來完成，目前R&S;公司的高頻矢量信號(hào)發(fā)生器SMW200A單臺(tái)儀表最高可以實(shí)現(xiàn)40GHz信號(hào)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)更高頻率的矢量信號(hào)產(chǎn)生。SMW200A可以產(chǎn)生2GHz帶寬的信號(hào)，可用于802.11ac、LTE-A等傳統(tǒng)移動(dòng)通信信號(hào)產(chǎn)生，同時(shí)可以滿足802.11ad以及目前5G高寬帶信號(hào)研究的需求。

R&S;公司的矢量信號(hào)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)500GHz信號(hào)的接收和分析。FSW自身的分析帶寬為2GHz，如果配合RTO示波器，分析帶寬可以達(dá)到5GHz。下圖為40GHz頻率，2GHz帶寬信號(hào)的產(chǎn)生及分析測(cè)試環(huán)境：

同時(shí)由于毫米波頻段的信道模型不同于傳統(tǒng)的移動(dòng)通信頻段，所以針對(duì)該頻段的信道探測(cè)需求也越來越突出。R&S;公司可以提供完整的信道探測(cè)方案，帶寬最高可達(dá)2GHz，配合R&S;最新發(fā)布的信道測(cè)量軟件TS-5GCS可以進(jìn)行信道沖擊響應(yīng)、功率時(shí)延特性（PDP）、多普勒時(shí)延特性等參數(shù)測(cè)試。

（2） Massive MIMO測(cè)試方案

MIMO技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在無線和移動(dòng)通信系統(tǒng)中，不過在5G系統(tǒng)中，對(duì)MIMO技術(shù)又做了進(jìn)一步增強(qiáng)，首先天線數(shù)目已經(jīng)不局限在4G階段的2或者4根天線，將會(huì)有大規(guī)模的天線陣列出現(xiàn)，比如8，16或者128根天線；其次三維天線的波束賦形等技術(shù)也將有可能成為現(xiàn)實(shí)。

R&S;公司的矢量信號(hào)發(fā)生器SMW200A為MIMO系統(tǒng)測(cè)試提供了理想的選擇，它可以產(chǎn)生滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的無線和移動(dòng)通信信號(hào)，目前通過擴(kuò)展可支持八根接收天線，頻率最高可達(dá)到20GHz。同時(shí)，SMW200A還可以模擬完整的MIMO傳輸信道，最大支持16條衰落通道，帶寬高達(dá)160MHz。

同時(shí)，在針對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的OTA測(cè)試， 通過R&S;公司的多端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（ZNBT），以及配合相應(yīng)的暗室，可以滿足目前5G系統(tǒng)OTA測(cè)試的需求。R&S;公司的ZNBT可以實(shí)現(xiàn)24端口天線的測(cè)試，頻率可以達(dá)到20GHz。

（3） 新型空中接口技術(shù)測(cè)試方案

之前，為了實(shí)現(xiàn)5G系統(tǒng)大容量、高速率的要求，不同的設(shè)備廠家提出了多種新型空中接口技術(shù)。R&S;公司的5G信號(hào)分析軟件（VSE-K96），可以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(cè)信號(hào)形式生成配置文件，對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和分析。針對(duì)5G系統(tǒng)采用的新型多址接入技術(shù)和新型編碼技術(shù)，基于R&S;公司的后處理軟件也可以在解調(diào)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行解碼功能測(cè)試。同時(shí)R&S;公司的SMW200A也支持客戶完全自定義信號(hào)格式，用于實(shí)現(xiàn)接收機(jī)靈敏度等測(cè)試項(xiàng)目。

隨著3GPP 5G NR NSA標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)，R&S;公司將很快在信號(hào)源SMW200A和信號(hào)分析儀FSW上面支持3GPP 5G NR標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生和分析功能。

（4）OTA（Over The Air）測(cè)試方案

隨著大規(guī)模天線陣列和毫米波技術(shù)的逐漸普及，大規(guī)模天線陣列中的天線陣子的數(shù)量越來越多，天線陣子的尺寸和陣子間的間距越來越小，傳統(tǒng)的傳導(dǎo)測(cè)試變得越來越困難，于是很多的傳統(tǒng)射頻測(cè)試項(xiàng)目將由傳導(dǎo)測(cè)試開始轉(zhuǎn)向OTA測(cè)試。

針對(duì)OTA測(cè)試，R&S;可以提供相應(yīng)的測(cè)試方案，包括：TS7124用于功率OTA產(chǎn)線測(cè)試，桌面型射頻診斷暗室DST200可為研發(fā)人員提供基本的OTA測(cè)試環(huán)境，天線測(cè)試系統(tǒng)ATS1000可用于配合射頻測(cè)試儀表搭建射頻一致性測(cè)試系統(tǒng)。

本文簡要介紹了5G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)介紹了R&S;公司針對(duì)5G系統(tǒng)的測(cè)試方案。目前第一個(gè)5G版本Rel.15的非獨(dú)立組網(wǎng)核心標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)凍結(jié)，所以通信廠商對(duì)于5G設(shè)備研發(fā)測(cè)試需求開始爆發(fā)。羅德與施瓦茨公司的矢量信號(hào)發(fā)生器（SMW200A），矢量信號(hào)分析儀（FSW），矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（ZVA/ZNBT）等儀表可以滿足目前5G研發(fā)測(cè)試的需求，同時(shí)R&S;公司也將緊跟5G標(biāo)準(zhǔn)，力爭(zhēng)為5G技術(shù)的發(fā)展提供完整優(yōu)質(zhì)的測(cè)試方案。