解決方案
1、 引言
随着移動通(tong)信系統帶寬和能(neng)力的增加,面向個(gè)人和行業的🐆移動(dong)應用快速發展。移(yí)動互聯網和物聯(lian)網的🌏快速🈲發展,成(cheng)爲5G的主要驅動力(li)。面向2020年及未來,超(chao)高清、3D和浸入式視(shì)頻的流行,将會驅(qu)動數據速率大幅(fú)提升,同時用戶還(hái)希望能夠在體育(yu)場、演唱會等超密(mi)集場⭐所,高鐵、車載(zǎi)、地鐵等高速移動(dong)環境下也能夠獲(huò)得一緻的業務體(ti)驗;物聯網的廣泛(fàn)應用,智能家居、智(zhì)能電👨❤️👨網、視頻監控(kong)、移動醫療、車聯網(wang)等應用對移動通(tong)信技術提出了更(geng)嚴格的低延時、高(gao)可靠性、大🈲容量等(děng)需求。在新一🤞代移(yí)動通信網絡中🔅,能(neng)耗、每比特成本、部(bu)署和🚩維護的複雜(za)度等可持續發展(zhan)要求也👅進一步加(jia)強。
中國IMT-2020(5G)推進組對(dui)5G網絡的性能要求(qiú)和效率需求通過(guo)一株綻放的鮮花(huā)來進行定義,其中(zhōng)花瓣代表5G的六大(da)性能指标,體現了(le)5G滿足未來多樣化(huà)業務與場景需求(qiú)的能力,花瓣頂點(diǎn)代表了💘相應指㊙️标(biao)的最大值;綠葉代(dài)表效率指标✌️,是5G可(kě)持續發展的基本(běn)保障。
圖1 5G性能和效(xiao)率需求
2、 5G關鍵技術(shù)介紹
目前爲止,5G技(ji)術還處在預研階(jie)段,其技術規範還(hái)沒有統一定義,所(suo)以各大公司都在(zài)對5G技術進行積極(jí)的研究和讨論♉,現(xiàn)階段基本得到業(yè)界認可的關鍵技(jì)術主要包括以下(xià)四個方面:
(1) 毫米波(bō)
所謂毫米波,即波(bō)長範圍10到1毫米之(zhi)間,也就是頻率在(zài)30GHz到🤟300GHz之間的無線電(diàn)波。傳統的移動通(tōng)信工作頻段主要(yào)集中在3GHz以下,使🏃得(de)頻💘譜資源已經十(shí)分擁擠,而📞在高頻(pin)段可用頻譜資源(yuan)豐富,能夠有效緩(huan)解頻譜資源緊張(zhang)的現狀,同時也可(ke)以實現高速短距(jù)離通信,支持5G容量(liang)和傳輸速率等方(fang)面的需求。不過毫(háo)米波頻段傳輸存(cun)在着傳輸距離🏃♂️短(duǎn)、穿透力和繞射能(néng)力差、容易受氣候(hou)環境影響等缺點(dian),如果真正想要🚩在(zai)‼️毫米波頻段實現(xiàn)5G的各種業務,還有(yǒu)待進一步研究和(hé)解決這些問題。
(2) 大(dà)規模MIMO技術
MIMO技術已(yǐ)經廣泛應用于LTE,WLAN等(děng)技術上面,理論上(shang),天線越多,頻譜🔱效(xiao)率和傳輸可靠性(xìng)就越高。作爲近年(nian)來備受關注的技(jì)術之一,多天線技(jì)術經曆了從無源(yuán)到有源,從二維到(dào)三維(3D),從高階MIMO到大(dà)規模天線陣列的(de)發展,将有望實現(xian)頻譜效率提升至(zhì)十倍甚至更高,是(shi)目前5G技術重要的(de)研究🌂方向之一。
(3) 高(gāo)帶寬傳輸
根據香(xiang)濃定律可知,信道(dao)容量與帶寬和信(xìn)噪比成正比,爲了(le)滿足5G網絡Gbps級的數(shù)據速率,需要更大(da)的帶寬。頻⛷️率越👣高(gāo),帶寬就越大,信道(dào)容量也就越高,因(yin)此,高頻段連續帶(dài)寬将成爲5G的主流(liú)選擇。配合一些有(you)效的提升頻譜效(xiao)率技術,比如大規(guī)模MIMO等,在高帶寬🈲模(mo)式下可以很容易(yì)實現10Gbps的傳輸速率(lü)。
(4) 新型空中接口技(ji)術
爲了進一步的(de)提高頻譜利用率(lǜ)以及應用的靈活(huo)性,業界普遍認爲(wèi)在5G系統中會采用(yòng)不同于4G的空中接(jie)口技術。目前被廣(guǎng)泛研究的主要包(bāo)括:非正交多址接(jiē)入🌈技術(NOMA)、濾波組多(duo)載波技術(FBMC)、全雙工(gōng)技術(Full Duplex)等。各個廠家(jiā)都在積極的推動(dong)各自主導的新技(ji)術,希望🌈能夠在5G标(biao)準中脫穎而出,成(cheng)爲5G标準技術,不過(guo)這些技術是否能(neng)💞夠在5G系統中發揮(huī)更有效的作用,還(hái)有待進一步研究(jiū)和驗證。
3、 5G測試方案(àn)
雖然目前5G技術标(biao)準尚在讨論中,但(dàn)是作爲測試儀表(biǎo)✉️廠商💜的代表羅德(dé)與施瓦茨公司(簡(jiǎn)稱R&S公司)已經🧑🏽🤝🧑🏻開始(shi)積極的投入到相(xiàng)關測試技術及方(fang)案研究中。針對5G廣(guang)泛認可的毫米波(bo)、大規模天線陣、高(gāo)帶寬等關鍵技術(shu),R&S公司可以提供完(wán)整的測試解✌️決方(fang)案,以幫助設備廠(chǎng)🧡家進行相應5G技術(shu)的研究。下面将分(fen)别❄️介紹R&S公司針對(dui)5G技術相應的測試(shì)方案。
3.1 毫米波測試(shì)方案
R&S公司針對毫(hao)米波頻段信号的(de)産生和分析主要(yào)通過🌐矢量🔞信☀️号🛀發(fa)生器和矢量信号(hào)分析儀來完成,目(mù)前R&S公司的💃高頻矢(shi)量💜信号🏃發生器SMW200A單(dān)台儀表最高可以(yi)實現40GHz信号的産生(shēng),如果配合相應的(de)外接混頻模塊則(zé)可以實現高達🔞100GHz的(de)矢量信号産生。SMW200A自(zi)身可以産生160MHz帶寬(kuan)的信号,可用于802.11ac、LTE-A等(děng)信号産生,如果通(tōng)過外部的模拟IQ輸(shu)入,SMW200A可以實現高達(dá)2GHz帶寬信号的産生(shēng)💘,可以完全滿足🍉目(mù)前5G研究的需♈求。
R&S公(gōng)司的矢量信号分(fen)析儀FSW最高頻率可(kě)達到85GHz,同樣配合❓混(hùn)頻模塊可以實現(xiàn)高達100GHz信号的接收(shōu)和分析。FSW自身的分(fen)析帶寬爲500MHz,如果配(pei)合RTO示波器,分析帶(dài)寬可以達到2GHz。下圖(tú)爲40GHz頻率,500MHz帶寬信号(hào)的産生及分析測(ce)試環境:

圖2 毫米波(bo)信号産生及分析(xī)測試環境
同時由(you)于毫米波頻段的(de)信道模型不同于(yú)傳統的移動通信(xin)頻段,所以針對該(gāi)頻段的信道探測(ce)需求也越🔆來越🥵突(tu)出。R&S公司可以提供(gòng)完整的信道探測(cè)方案,頻率🚶♀️最高可(ke)達100GHz,帶寬最高可達(dá)2GHz,配合相應的測試(shi)軟件可以🌈進行路(lù)徑損耗、路徑時延(yan)、到達♊角度等參♊數(shu)測試。測試💯環境如(ru)下圖所示:
3.2 Massive MIMO測試方(fang)案
MIMO技術已經廣泛(fan)應用在無線和移(yí)動通信系統中,不(bu)過💛在5G系統中,對MIMO技(jì)術又做了進一步(bù)增強,首先天線數(shu)目已經不局👣限在(zai)4G 階段的2或者4根天(tian)線,将會有大規模(mó)的🏃🏻♂️天線陣列出現(xian),比如8,16或者128根天線(xiàn);其次三維天線的(de)波束賦形等技術(shù)也将有可能成爲(wei)現實。
R&S公司的矢量(liàng)信号發生器SMW200A爲MIMO系(xi)統測試提供了理(lǐ)想的選擇♻️,它可以(yǐ)産生滿足标準要(yào)求的無線和移動(dòng)通信信号,目前通(tōng)過擴展可支持八(ba)根接收天線,頻率(lü)最高可達到20GHz。同時(shi),SMW200A還可以模拟完整(zhěng)的MIMO傳輸信道❤️,最大(dà)支持16條衰落通道(dào),帶寬高達160MHz。
圖4 20GHz八天(tiān)線信号産生測試(shì)環境
同時,在針對(duì)大規模MIMO系統中的(de)OTA測試, R&S公司最新推(tui)出的頻率高達40GHz的(de)暗室,可以滿足目(mu)前5G系統OTA測試的需(xū)求
4、 小結
本文簡要(yào)介紹了5G系統的關(guan)鍵技術,同時介紹(shào)了R&S公🔴司✂️針對5G系統(tǒng)的測試方案。雖然(rán)目前5G技術還處在(zài)預研和标準制定(ding)階段,不過各個廠(chǎng)家對于5G技術的測(ce)🏃♂️試需求已經越來(lái)越明顯,R&S公司的矢(shǐ)量信号發生器SMW200A,矢(shi)量信号分析儀FSW,矢(shǐ)量網絡分析儀ZNB等(děng)儀表可以滿🤟足目(mù)前5G預研的需求,同(tóng)時R&S公司也将緊跟(gēn)5G标準,力争爲5G技術(shu)的發展提供完整(zhěng)優質的測試方案(àn)。