5G無線通信終端空中接口性能測(cè)試

文/郭峰

隨著5G時(shí)代的到來，人們對(duì)通信質(zhì)量的要求正在不斷的提升，無線通信終端中的各種構(gòu)建都需要達(dá)到相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，要保障其性能?？罩薪涌谑瞧渲惺种匾臉?gòu)成部分，其是指用戶終端與無線接入網(wǎng)絡(luò)之間的接口，其性能直接關(guān)乎著用戶使用網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。因此，在5G時(shí)代到來之際，對(duì)無線終端空中接口性能進(jìn)行測(cè)試，可以保障空口的質(zhì)量和性能，為用戶帶去極強(qiáng)的體驗(yàn)和感受。所以，本文對(duì)空中接口性能測(cè)試進(jìn)行分析有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1 空中接口概念與關(guān)鍵技術(shù)

1.1 概念

所謂空中接口，主要是指用戶在終端與無線接入網(wǎng)絡(luò)之間的接口，其是任何一種移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊，同時(shí)也是移動(dòng)性的一種呈現(xiàn)方式。對(duì)于5G無線通信終端而言，其相關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)景主要有三種，其一是廣域場(chǎng)景，小區(qū)覆蓋大，業(yè)務(wù)量為中等。其二是大城市場(chǎng)景，小區(qū)覆蓋為中等，業(yè)務(wù)量高。其三是本地場(chǎng)景，小區(qū)覆蓋小，業(yè)務(wù)量比較多。依據(jù)不用的應(yīng)用場(chǎng)景，空中接口性能有相應(yīng)的要求。

1.2 5G空中接口的架構(gòu)

在即將到來的5G時(shí)代中，空中接口架構(gòu)主要包含了空口波形調(diào)制、天線配置以及傳輸方式等相關(guān)的技術(shù)，并且還包含了調(diào)制編碼糾錯(cuò)和處理多用戶多執(zhí)接入等相關(guān)的技術(shù)?？罩薪涌诘扔谑情_放系統(tǒng)互聯(lián)模型物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的體現(xiàn)，特別偏向于物理層。

而物理層是整個(gè)無線通信系統(tǒng)中基礎(chǔ)，并且最重要的一層，由于此層中包含通信最核心的技術(shù)。物理層技術(shù)是在無線電波之上的，起到了構(gòu)建、維護(hù)與取消連接基站與無線終端的作用，從而讓設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無線接口。在此過程中，其在無線電波發(fā)送與接受比特流。在即將到來的5G時(shí)代中，空中接口標(biāo)準(zhǔn)主要是匯聚在物理層中。因?yàn)槲锢韺又刑炀€配置與傳輸都是比較傳統(tǒng)的技術(shù)，都比較成熟。空口是相對(duì)于有線通信中線路接口而言的。在無線通信中，空口明確了基站與無線終端之間的技術(shù)規(guī)范，讓無線通信可以和有線通信一樣可靠與穩(wěn)定。

2 5G無線通信終端空中接口性能測(cè)試

在國(guó)際上，空中接口性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的制定主要是第三帶合作伙伴計(jì)劃和無線通信與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議等進(jìn)行的。在其中，無線通信與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議是最早制定有關(guān)空中 接口性能測(cè)試的組織之一。我國(guó)國(guó)內(nèi)的空中接口性能測(cè)試主要是中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)制定，為了可以保障電磁環(huán)境與通信安全，此協(xié)會(huì)制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范無限資源的運(yùn)用，還有無線設(shè)備的性能指標(biāo)。在5G時(shí)代到來之際，無線通信終端的空中接口性能測(cè)試方式主要有以下幾種：

2.1 SISO測(cè)試和方式

當(dāng)前的SISO OTA主要包含了總輻射功率與總接收靈敏度測(cè)試。這兩種測(cè)試都是在微波暗室中開展的，在相關(guān)的文件中有詳細(xì)的要求，是全部需要入網(wǎng)的無線設(shè)備必須要測(cè)試的項(xiàng)目。在無線通信與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)頒布的標(biāo)準(zhǔn)中有提出，總輻射功率與總接收靈敏度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方式與備用測(cè)試方式。其中標(biāo)準(zhǔn)方式有著一定的直觀性與精準(zhǔn)性，所以被廣泛運(yùn)用。但是在實(shí)際工作中，測(cè)試所花費(fèi)的時(shí)間比較長(zhǎng)，為研發(fā)與認(rèn)證等工作形成了很大的時(shí)間成本。而備用測(cè)試方式可以快速完成兩種評(píng)估，但是沒有辦法保障結(jié)果的客觀性和真實(shí)性，無法廣泛運(yùn)用。針對(duì)這些問題，相關(guān)企業(yè)研發(fā)出一些創(chuàng)新性的測(cè)試方式，保障了測(cè)試的快速性與精準(zhǔn)性。比如基于回報(bào)的快速OTA測(cè)試方式，以及基于收發(fā)同頻系統(tǒng)的測(cè)試方式，都能夠有效縮短測(cè)試時(shí)間，并且保障OTA的測(cè)試精度。這些測(cè)試方式已經(jīng)被廣泛使用在各種通信系統(tǒng)之中，在未來的5G時(shí)代中，這種測(cè)試方式的使用范圍會(huì)更加廣泛。

2.2 MIMO測(cè)試及方法

MIMO技術(shù)在4G時(shí)代中開始廣泛運(yùn)用，而在即將到來的5G時(shí)代中，也會(huì)在基站與無線終端中被有效使用。MIMO 測(cè)試方式，即為立足于輸入輸出基礎(chǔ)上，對(duì)無線終端的射頻性能做測(cè)量。通過這種方式能夠在特定環(huán)境下，對(duì)設(shè)備的通信速率進(jìn)行檢測(cè)與判斷。其中特定環(huán)境是指不同環(huán)境的通信統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)模型，經(jīng)常使用的數(shù)字模型主要是 UMa與 UMmi，這些都是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)要求必須測(cè)試的項(xiàng)目。此模型中涉及很多無線設(shè)備使用情況模擬的電波傳播，例如折射、反射等等，能夠十分真實(shí)地反映出MIMO條件之下無線設(shè)備使用情況。在經(jīng)過第三代合作伙伴計(jì)劃和無線通信互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)所指定的MIMO測(cè)試文件中有指出，吞吐量，即為天線運(yùn)行時(shí)通信速率用來判斷MIMO關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前通過相關(guān)組織認(rèn)定的國(guó)際性解決方式主要有三種，其中主要是多探頭、混響暗室和輻射兩步這些?；祉懓凳曳绞?，具體是運(yùn)用不具備吸波材料的屏蔽箱，整個(gè)系統(tǒng)十分單一與簡(jiǎn)單，問題主要是可以模擬的信道模擬比較少，會(huì)受到相關(guān)的限制，無法測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)中特定場(chǎng)景，因此廣泛運(yùn)用會(huì)受到一定程度的限制。而多探頭法，其中主要使用多種環(huán)繞被測(cè)件四周天線，以及信道模擬器，模擬相關(guān)的信道，這種方式十分簡(jiǎn)單和直接，不過成本較高，校準(zhǔn)工作難度相對(duì)較大。輻射兩步法，是將測(cè)得的被測(cè)件天線方向圖信息，還有傳播信道模型相融合，并且使用模擬器來計(jì)算信號(hào)，最后把通過結(jié)合的信號(hào)傳輸?shù)浇邮諜C(jī)，這種測(cè)試結(jié)果與多探頭方式有一定的一致性，此方式的經(jīng)濟(jì)性也很高，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量方式。除此之外，輻射兩步法能夠分離整機(jī)測(cè)試之中天線性能測(cè)試與接收機(jī)輻射靈敏度測(cè)試，這是一種有極強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的MIMO測(cè)試方案。和4G相比，5G具備了更高的頻率與更寬的帶寬，同時(shí)也有更加復(fù)雜的波速賦形工作方式，其中的OTA測(cè)試有著很多的挑戰(zhàn)。比如更大的微波暗室，在遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試條件之中，使用在5G無線產(chǎn)品測(cè)試中需要的微波暗室能夠達(dá)到幾十米，甚至于上百米，成本極高，難度很大。還有則是更大的路徑耗損，高頻就表示了路徑耗損的增加，幾十米的測(cè)試距離，在5G工作頻率下，大量的路徑耗損會(huì)為測(cè)試帶去很大的壓力。

2.3 容量測(cè)試

無線通信系統(tǒng)由各種不同的元素構(gòu)成，其中包含了服務(wù)器、分組核心網(wǎng)以及基站等等。在各種不同情境下，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試是十分重要的，比如多個(gè)蜂窩小區(qū)、接入幾千部UE和用戶各種服務(wù)。特質(zhì)容量測(cè)試系統(tǒng)能夠形成大流量空口負(fù)載然后使用不同觀測(cè)點(diǎn)來對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控。并且還能夠做好EPC與服務(wù)器仿真，用環(huán)繞測(cè)試方式來測(cè)試eNOdeB。在大量的智能手機(jī)與電腦增多下，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)處于飽和狀態(tài)，對(duì)用戶語音通話形成了影響，這成為了5G無線通信中所面臨的一大問題。無線通信的發(fā)展讓用戶服務(wù)更加豐富和多樣化，其中包含了語音、視頻和網(wǎng)絡(luò)瀏覽等，數(shù)據(jù)流量發(fā)生了很大的變化。

容量測(cè)試是空口接口性能測(cè)試中最關(guān)鍵的部分，在研發(fā)功能性測(cè)試明確實(shí)際功能之后，容量測(cè)試變相與和運(yùn)營(yíng)商客戶相關(guān)的測(cè)試。測(cè)試使用不用符合組合方式，在增加用戶設(shè)備與小區(qū)使用數(shù)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行。在此過程中，新推出的功能會(huì)增加容量，這些也需要融入到容量測(cè)試工作中。在明確了滿足要求的容量以后，就可以馬上進(jìn)行性能測(cè)試工作，這樣是為了保障獲得網(wǎng)絡(luò)最大效率，也就是獲得單位投資下最大比特傳輸量。經(jīng)過性能測(cè)試之后，最優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)線路要由運(yùn)營(yíng)商來確定，這是因?yàn)楦鱾€(gè)運(yùn)營(yíng)商影響性能的主要運(yùn)算方式都不一樣。為了有效保障網(wǎng)絡(luò)效率和各個(gè)用戶設(shè)備的性能，要做好復(fù)雜的多維度優(yōu)化，測(cè)試工作要加強(qiáng)針對(duì)性，以此適應(yīng)運(yùn)營(yíng)商差異化。比如推出新功能或是提升數(shù)據(jù)速率，優(yōu)化服務(wù)組合或是運(yùn)用方式。在用戶設(shè)備數(shù)量逐漸增加下，保障無線通信網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)性也是一種十分重要的工作。在實(shí)際工作中，保障功能的基礎(chǔ)上增加用戶設(shè)備數(shù)量，并且提升穩(wěn)定性有很大的難度。若是用戶設(shè)備模擬器供應(yīng)商支持多種版本，則不同技術(shù)規(guī)范之間可以相互切換，便于制定有效計(jì)劃。此外，在測(cè)試空中接口的容量時(shí)，測(cè)試設(shè)備也十分重要。很多運(yùn)營(yíng)商認(rèn)為，對(duì)于真實(shí)手機(jī)用戶設(shè)備，使用立足于射頻的用戶設(shè)備模擬器是一種靈活的方式。并且，非射頻用戶設(shè)備模擬器使用不同基帶接口時(shí)，真實(shí)手機(jī)與用戶設(shè)備模擬器之間差異比較大。經(jīng)過對(duì)測(cè)試設(shè)備的使用，對(duì)真實(shí)數(shù)服務(wù)與使用經(jīng)過射頻做容量測(cè)試，以此為實(shí)驗(yàn)室模式真實(shí)環(huán)境來進(jìn)行容量測(cè)試提供技術(shù)支撐。

3 結(jié)束語

對(duì)5G無線通信終端的空中接口性能進(jìn)行測(cè)試，主要是為了保障用戶的使用體驗(yàn)，為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和建設(shè)等工作的質(zhì)量進(jìn)行保障。在實(shí)際測(cè)試過程中，根據(jù)相關(guān)的規(guī)定，對(duì)無線通信終端的空中接口性能進(jìn)行測(cè)試時(shí)，主要使用的方式有SISO 測(cè)試法和MIMO測(cè)試法，從多個(gè)方面與多種方式上進(jìn)行測(cè)試，以此來判斷其性能，保障其質(zhì)量。