R&S方案：為5G測試注入強心劑

王立春

隨著移動通信系統帶寬和能力的增加，面向個人和行業的移動應用快速發展。移動互聯網和物聯網的快速發展，成為5G的主要驅動力。面向2020年及未來，超高清、3D和浸入式視頻的流行，將會驅動數據速率大幅提升，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、地鐵等高速移動環境下也能夠獲得一致的業務體驗；在新一代移動通信網絡中，能耗、每比特成本、部署和維護的復雜度等可持續發展要求也進一步加強。

5G關鍵技術介紹

目前從5G標準化進程來看， 3GPP第一個5G版本Rel.15已經于去年12月份正式凍結，也就是NSA（非獨立組網）核心標準已經凍結，5G關鍵技術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到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要集中在3GHz以下，使得頻譜資源已經十分擁擠，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狀，同時也可以實現高速短距離通信，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、容易受氣候環境影響等缺點，如果真正想要在毫米波頻段實現5G的各種業務，還有待進一步研究和解決這些問題。

（2）大規模MIMO技術

MIMO技術已經廣泛應用于LTE、WLAN等技術上面，理論上，天線越多，頻譜效率和傳輸可靠性就越高。作為近年來備受關注的技術之一，多天線技術經歷了從無源到有源，從二維到三維（3D），從高階MIMO到大規模天線陣列的發展，將有望實現頻譜效率提升至十倍甚至更高，是目前5G技術重要的研究方向之一。

（3）高帶寬傳輸

根據香農定律可知，信道容量與帶寬和信噪比成正比，為了滿足5G網絡Gbps級的數據速率，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，比如大規模MIMO等，在高帶寬模式下可以很容易實現10Gbps的傳輸速率。

（4）新型空中接口技術

為了進一步提高頻譜利用率以及應用的靈活性，3GPP Release 15定義了新型的5G NR空口技術規范，新的空口技術規范包括新型編碼技術和新型參數集和幀結構。新型編碼技術，目前3GPP會議確定在增強移動寬帶場景（eMBB）中的數據信道使用LDPC編碼技術，控制信道使用Polar編碼技術；提到新型參數集和幀結構，為了應對不同頻段和場景，在5G系統中規定以15KHz為基礎子載波間隔，可以將子載波間隔配置為15*2n KHz。同時，系統還需要支持靈活的幀結構設計，幀結構靈活配置，以支持上下行業務速率不同需求的場景。

5G測試方案

雖然目前第一個版本的5G規范剛剛凍結，作為測試儀表廠商的代表羅德與施瓦茨公司從幾年前就已經開始積極地投入到相關測試技術及方案研究中。針對5G廣泛認可的毫米波、大規模天線陣、新空中接口等關鍵技術，羅德與施瓦茨公司可以提供完整的測試解決方案，以幫助設備廠家進行相應5G研發測試。下面將分別介紹R&S;公司針對5G技術相應的測試方案。

（1） 毫米波測試方案

R&S;公司針對毫米波頻段信號的產生和分析主要通過矢量信號發生器和矢量信號分析儀來完成，目前R&S;公司的高頻矢量信號發生器SMW200A單臺儀表最高可以實現40GHz信號的產生，如果配合相應的外接混頻模塊則可以實現更高頻率的矢量信號產生。SMW200A可以產生2GHz帶寬的信號，可用于802.11ac、LTE-A等傳統移動通信信號產生，同時可以滿足802.11ad以及目前5G高寬帶信號研究的需求。

R&S;公司的矢量信號分析儀FSW最高頻率可達到85GHz，同樣配合混頻模塊可以實現高達500GHz信號的接收和分析。FSW自身的分析帶寬為2GHz，如果配合RTO示波器，分析帶寬可以達到5GHz。下圖為40GHz頻率，2GHz帶寬信號的產生及分析測試環境：

同時由于毫米波頻段的信道模型不同于傳統的移動通信頻段，所以針對該頻段的信道探測需求也越來越突出。R&S;公司可以提供完整的信道探測方案，帶寬最高可達2GHz，配合R&S;最新發布的信道測量軟件TS-5GCS可以進行信道沖擊響應、功率時延特性（PDP）、多普勒時延特性等參數測試。

（2） Massive MIMO測試方案

MIMO技術已經廣泛應用在無線和移動通信系統中，不過在5G系統中，對MIMO技術又做了進一步增強，首先天線數目已經不局限在4G階段的2或者4根天線，將會有大規模的天線陣列出現，比如8，16或者128根天線；其次三維天線的波束賦形等技術也將有可能成為現實。

R&S;公司的矢量信號發生器SMW200A為MIMO系統測試提供了理想的選擇，它可以產生滿足標準要求的無線和移動通信信號，目前通過擴展可支持八根接收天線，頻率最高可達到20GHz。同時，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160MHz。

同時，在針對大規模MIMO系統中的OTA測試， 通過R&S;公司的多端口矢量網絡分析儀（ZNBT），以及配合相應的暗室，可以滿足目前5G系統OTA測試的需求。R&S;公司的ZNBT可以實現24端口天線的測試，頻率可以達到20GHz。

（3） 新型空中接口技術測試方案

之前，為了實現5G系統大容量、高速率的要求，不同的設備廠家提出了多種新型空中接口技術。R&S;公司的5G信號分析軟件（VSE-K96），可以支持客戶自定義子載波間隔、幀結構、參數集、調制方式等，按照被測信號形式生成配置文件，對被測信號進行解調和分析。針對5G系統采用的新型多址接入技術和新型編碼技術，基于R&S;公司的后處理軟件也可以在解調分析的基礎上進一步進行解碼功能測試。同時R&S;公司的SMW200A也支持客戶完全自定義信號格式，用于實現接收機靈敏度等測試項目。

隨著3GPP 5G NR NSA標準的凍結，R&S;公司將很快在信號源SMW200A和信號分析儀FSW上面支持3GPP 5G NR標準信號產生和分析功能。

（4）OTA（Over The Air）測試方案

隨著大規模天線陣列和毫米波技術的逐漸普及，大規模天線陣列中的天線陣子的數量越來越多，天線陣子的尺寸和陣子間的間距越來越小，傳統的傳導測試變得越來越困難，于是很多的傳統射頻測試項目將由傳導測試開始轉向OTA測試。

針對OTA測試，R&S;可以提供相應的測試方案，包括：TS7124用于功率OTA產線測試，桌面型射頻診斷暗室DST200可為研發人員提供基本的OTA測試環境，天線測試系統ATS1000可用于配合射頻測試儀表搭建射頻一致性測試系統。

本文簡要介紹了5G系統的關鍵技術，同時介紹了R&S;公司針對5G系統的測試方案。目前第一個5G版本Rel.15的非獨立組網核心標準已經凍結，所以通信廠商對于5G設備研發測試需求開始爆發。羅德與施瓦茨公司的矢量信號發生器（SMW200A），矢量信號分析儀（FSW），矢量網絡分析儀（ZVA/ZNBT）等儀表可以滿足目前5G研發測試的需求，同時R&S;公司也將緊跟5G標準，力爭為5G技術的發展提供完整優質的測試方案。