緊跟5G標準 R&S測試解決方案：滿足5G預研需求

馮宇

隨著移動通信系統帶寬和能力增加，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；物聯網的廣泛應用，智能家居、智能電網、視頻監控、移動醫療、車聯網等應用對移動通信技術提出了更嚴格的低延時、高可靠性、大容量等需求。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

目前為止，5G技術還處在預研階段，其技術規范還沒有統一定義，所以各大公司都在對5G技術進行積極的研究和討論，現階段基本得到業界認可的關鍵技術主要包括以下四個方面。

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。傳統移動通信工作頻段主要集中在3GHz以下，令頻譜資源十分擁擠，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。

大規模MIMO技術

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。

高帶寬傳輸

為了滿足5G網絡Gbps級的數據速率，需要更大的帶寬。因此，高頻段連續帶寬將成為5G的主流選擇。配合一些提升頻譜效率技術，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。

新型空中接口技術

為進一步提高頻譜利用率及應用靈活性，業界普遍認為在5G中會采用不同于4G的空中接口技術。目前被廣泛研究的主要包括新型多載波技術，比如F-OFDM、FB-OFDM、UFMC等；新型多址技術，目前有SCMA、MUSA、PDMA、NOMA等都在3GPP標準討論范圍之內；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；以及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*2^n 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5G技術標準尚在討論中，但是作為測試儀表廠商的代表羅德與施瓦茨公司已經開始積極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技術的研究。下面將分別介紹R&S公司針對5G技術相應的測試方案。

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高達100GHz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100GHz信號的接收和分析。FSW自身的分析帶寬為1.2GHz，如果配合RTO示波器，分析帶寬可以達到2GHz。

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，針對該頻段的信道探測需求也越來越突出。R&S公司可提供完整的信道探測方案，頻率最高可達100GHz，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。

Massive MIMO測試方案

MIMO技術已廣泛應用于無線和移動通信系統中，但在5G系統中，MIMO技術進一步增強，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8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8.5GHz。

新型空中接口技術測試方案

為實現5G系統大容量、高速率要求，不同設備商提出多種新型空中接口技術。R&S公司的5G信號分析軟件（FS-K196）可以支持主流5G新型多載波技術分析，包括UFMC、F-OFDM、FB-OFDM、SC-FDMA等，同時還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。

R&S公司的SMW200A也支持UFMC、FBMC、GFDM、F-OFDM、FB-OFDM等5G候選多載波技術，SCMA、MUSA、PDMA等多址技術，LDPC/Polar編碼技術，客戶可根據需要產生相應5G信號，同時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。

緊跟5G標準提供優質方案

雖然目前5G技術還處在預研和標準制定階段，不過各廠家對5G技術的測試需求已越來越明顯，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預研的需求，同時R&S公司也將緊跟5G標準，力爭為5G技術發展提供完整優質的測試方案。