解(jiě)決(jué)方案(àn)
1、 引言
随(suí)着移動通信系統帶寬和能力的增加，面向個(gè)人和行業的移動應用快(kuài)速發展。移動互聯網和物聯網的快(kuài)速發展，成爲5G的(de)主要驅動力。面向2020年(nián)及未來，超(chāo)高清、3D和浸入式視頻的流行，将會驅動數(shù)據速(sù)率大幅提升，同(tóng)時用戶還(hái)希望能夠在體育場、演唱(chàng)會等(děng)超密集場所，高鐵、車(chē)載、地鐵(tiě)等高速移動環境下(xià)也能夠獲得一緻(zhì)的業務體驗；物(wù)聯網的廣泛應(yīng)用，智能家居、智能電網(wǎng)、視頻監控、移動醫療、車聯網(wǎng)等應用對移動(dòng)通信技術(shù)提出了更(gèng)嚴格的(de)低延(yán)時、高可(kě)靠性、大容量等需求。在新一代移動通信(xìn)網絡(luò)中，能耗、每比特成本、部署和維護的複雜度等可持續發展要求也(yě)進一步加強。
中國IMT-2020（5G）推進組(zǔ)對5G網絡的(de)性能要求和效率(lǜ)需求通過一株綻(zhàn)放的鮮花來進行定義，其中花瓣代表5G的(de)六大(dà)性能指标，體現了5G滿足未來多樣化業務與場(chǎng)景需求的能力(lì)，花瓣頂點(diǎn)代表了相應指标的最大(dà)值；綠葉代表效率指标，是5G可持續發(fā)展的(de)基本保障。
圖1 5G性能(néng)和效率需求
2、 5G關鍵技術介紹
目(mù)前爲止，5G技術還處在預研階段，其技(jì)術規範(fàn)還沒有統一定義，所以各大(dà)公(gōng)司都在對5G技術進行積極的研究和讨論，現階段基本得到業界認可(kě)的關鍵技術主要包括以下四個方面(miàn)：
（1） 毫米波
所謂毫(háo)米波，即波長範圍10到(dào)1毫米之間，也就是頻率在30GHz到300GHz之間的無線電波。傳統的移動通信工作頻段主(zhǔ)要集中在3GHz以下，使得頻譜(pǔ)資源已經十分擁擠，而在高頻(pín)段可用頻譜資源豐富(fù)，能夠有效緩解頻(pín)譜(pǔ)資(zī)源緊張的(de)現狀，同時也可(kě)以實現高速短距(jù)離通信，支持5G容量和傳輸速率等(děng)方面的需(xū)求。不過毫米波頻(pín)段(duàn)傳輸存在着傳輸距離短、穿透力和繞射能力差、容易受(shòu)氣候環境影(yǐng)響等缺點，如果真正想要在毫米波頻段實現5G的各種業務，還有待進一(yī)步研究和解決這些問題。
（2） 大規模MIMO技術
MIMO技術(shù)已經廣泛(fàn)應用(yòng)于LTE，WLAN等技術上面，理論上，天(tiān)線越多，頻(pín)譜效率和傳輸可靠性就越高(gāo)。作爲近年來備受關注的技術之一(yī)，多天(tiān)線技術經曆了(le)從無源到有源(yuán)，從二維到三維（3D），從高階MIMO到大規(guī)模天線陣列的發展，将有望實現頻譜效率提升至十倍甚至更高，是目前5G技(jì)術重要的研究方向之一。
（3） 高帶寬傳(chuán)輸
根據香(xiāng)濃定律可知，信道容(róng)量與帶寬和信噪比成(chéng)正比，爲了滿足5G網(wǎng)絡Gbps級的數據速(sù)率，需要更大的帶寬。頻率越高，帶寬就越(yuè)大，信道容量也就越高，因此，高頻段連續帶寬将成爲5G的主流選擇(zé)。配合一些有效的提升頻譜效率技術，比如大規模MIMO等，在(zài)高帶(dài)寬模式下可以很容易實現10Gbps的(de)傳輸速率。
（4） 新型空(kōng)中接口技術
爲(wèi)了(le)進一步的提高頻譜利用(yòng)率以及應(yīng)用的靈活性，業界普遍認爲在5G系統中會采用不同于4G的空中(zhōng)接口技術。目前被廣泛研究的主要包括：非正交多址接(jiē)入技術（NOMA）、濾(lǜ)波組多載波技(jì)術（FBMC）、全雙工技術（Full Duplex）等。各(gè)個廠家都(dōu)在積極的推動各自主導的新(xīn)技術，希望能夠在5G标準(zhǔn)中脫穎而出，成爲(wèi)5G标準技術，不過這些(xiē)技術是否能夠在5G系統中發揮更有效的作用，還有待進(jìn)一步研究和驗證。
3、 5G測試方案
雖然目前5G技術标準尚在讨論(lùn)中，但是作爲測試儀表廠商的代表羅德與施瓦茨公司（簡稱R&S公司）已經開始積極的投入到(dào)相關測試技術及方(fāng)案研究中。針對5G廣泛認可的毫米波、大規模(mó)天線陣、高帶寬等(děng)關鍵技術，R&S公司可(kě)以提供完整的測試(shì)解決方案，以幫助設備廠家進行(háng)相應5G技(jì)術的研究。下面将分别介紹R&S公司針對5G技術相應的測試(shì)方案。
3.1 毫米波測試方案
R&S公(gōng)司針對毫(háo)米波頻段(duàn)信号的産生(shēng)和(hé)分析主(zhǔ)要通過矢量信号發生器和矢量信(xìn)号分析儀來完成，目前(qián)R&S公司的高頻矢量信号發生器(qì)SMW200A單台儀表(biǎo)最高可以實現40GHz信号的産生，如果配(pèi)合相應的外接混頻模塊則可以實現高達100GHz的矢量信号産生。SMW200A自身可以産生160MHz帶寬的信号，可用于802.11ac、LTE-A等信(xìn)号産生，如果通過外部(bù)的模拟IQ輸入(rù)，SMW200A可以(yǐ)實現高(gāo)達(dá)2GHz帶寬信号的産(chǎn)生，可以完全滿足目前5G研究的(de)需求。
R&S公(gōng)司(sī)的矢量信号分析儀FSW最高頻率可達到85GHz，同(tóng)樣配合混頻(pín)模塊(kuài)可以實現高達100GHz信(xìn)号的接收和分析(xī)。FSW自(zì)身的分析帶寬(kuān)爲500MHz，如果配合RTO示波器，分析帶寬(kuān)可以(yǐ)達到2GHz。下圖爲40GHz頻率，500MHz帶寬信(xìn)号的産生及分析測試環境：
圖2 毫米波信号産(chǎn)生及分析測試環境
同(tóng)時由于毫米波頻段的(de)信道模(mó)型(xíng)不同于傳(chuán)統的(de)移動通信頻段，所以針對該頻段的(de)信道探測需求也越來越突出。R&S公司可以提供完整的(de)信道探(tàn)測方案，頻(pín)率最高可達100GHz，帶寬(kuān)最高可達2GHz，配合相(xiàng)應的測試軟件(jiàn)可以進行路徑損耗、路(lù)徑時延(yán)、到達(dá)角度等參數測試。測(cè)試環境如下圖所示：
3.2 Massive MIMO測試方案
MIMO技術已經廣泛應用在無線和移動(dòng)通信系統(tǒng)中，不過在(zài)5G系統中，對MIMO技術(shù)又做了進一步增強，首先(xiān)天線數目已經不局限在4G 階段的2或者(zhě)4根天線，将會(huì)有大規模的天線陣列出現，比如8，16或(huò)者128根天線；其次三維天線的波束賦(fù)形等(děng)技術也将有可能成爲現(xiàn)實。
R&S公司的矢量信号發生器SMW200A爲(wèi)MIMO系統測試(shì)提供了理想(xiǎng)的選(xuǎn)擇，它可以産(chǎn)生滿足标準要求的(de)無線和移動通信信(xìn)号，目前通過擴展可支持八根接收(shōu)天線，頻率最高(gāo)可達到20GHz。同時，SMW200A還可以模拟完整的(de)MIMO傳輸(shū)信(xìn)道，最大支持16條衰落通道(dào)，帶寬高達160MHz。
圖4 20GHz八天線信号産生測試環境
同時，在針對大規模MIMO系統(tǒng)中的OTA測試(shì)， R&S公司最新(xīn)推出的頻率(lǜ)高達40GHz的暗室，可(kě)以滿足目前(qián)5G系統OTA測試的需求
4、 小(xiǎo)結
本(běn)文簡要介紹了(le)5G系統的關鍵技術，同(tóng)時介紹了(le)R&S公司(sī)針對5G系統的測試方案。雖然目前5G技(jì)術還處在預研(yán)和标準制定階(jiē)段，不(bú)過各個廠家對于5G技術的測試需求(qiú)已經越來越明顯，R&S公(gōng)司的矢量信号發生(shēng)器SMW200A，矢量信号(hào)分析儀FSW，矢量網絡分(fèn)析儀ZNB等儀表可(kě)以滿足目前5G預研的需求，同時R&S公司也将緊跟5G标準，力(lì)争爲5G技術的發展提供完整優質的測試方(fāng)案。
