工程師2 發表於 2018-05-05 09:48:00
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。移動網際網路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;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、部署和維護的複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，其技術規範還沒有統一定義，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，即波長範圍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。
·大規模MIMO技術MIMO技術已經廣泛應用於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。
·高帶寬傳輸根據香濃定律可知，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。
·新型空中接口技術為了進一步的提高頻譜利用率以及應用的靈活性，業界普遍認為在5G系統中會採用不同於4G的空中接口技術。目前被廣泛研究的主要包括：濾波組多載波技術(FBMC)、通用濾波器多載波技術(UFMC)、廣義頻分復用技術(GFDM)、基於濾波的正交頻分復用技術(F-OFDM)等。各個廠家都在積極的推動各自主導的新技術，希望能夠在5G標準中脫穎而出，成為5G標準技術，不過這些技術是否能夠在5G系統中發揮更有效的作用，還有待進一步研究和驗證。
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的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自身可以產生160MHz帶寬的信號，可用於802.11ac、LTE-A等信號產生，如果通過外部的模擬IQ輸入，SMW200A可以實現高達2GHz帶寬信號的產生，可以完全滿足目前5G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500MHz，如果配合RTO示波器，分析帶寬可以達到2GHz。下圖為40GHz頻率，500MHz帶寬信號的產生及分析測試環境：
圖1 毫米波信號產生及分析測試環境
同時由於毫米波頻段的信道模型不同於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，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體TS-5GCS可以進行信道衝擊響應、功率時延特性(PDP)、都卜勒時延特性等參數測試。測試環境如下圖所示：
圖2 Channel Sounding測試環境
· 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。
圖3 20GHz八天線信號產生測試環境
同時，在針對大規模MIMO系統中的OTA測試，通過R&S公司的多埠矢量網絡分析儀(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埠天線的測試，頻率可以達到8.5GHz，示意圖如下：
圖4 ZNBT測試示意圖
· 新型空中接口技術測試方案為了實現5G系統大容量、高速率的要求，不同的設備廠家提出了各自的空中接口技術。R&S公司基於矢量信號發生器(SMW200A)和矢量信號分析儀(FSW)實現了部分典型的新型空中接口技術的信號產生和分析，可以幫助廠家進一步驗證其技術的可行性和射頻指標。下圖為R&S公司針對新型空中接口技術測試方案示意圖：
圖5 新型空中接口技術測試示意圖
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。雖然目前5G技術還處在預研和標準制定階段，不過各個廠家對於5G技術的測試需求已經越來越明顯，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技術的發展提供完整優質的測試方案。
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