工信部5G技术研发测试第二阶段测试(怀柔外场)阶段性结果分析

在2017年6月12号举行的2017年IMT-2020(5G)峰会上，IMT-2020(5G)推进组副主席王晓云在“IMT-2020(5G)推进组工作进展介绍”部分，介绍了目前5G怀柔外场试验的进展和部分测试结果。

本文拟对讲座中所展示的测试结果进行讨论和技术分析，以便大家更好地了解和认识目前外场测试工作的现状和技术内容。

1、外场情况

目前怀柔外场正在进行的是技术研发试验阶段的技术方案验证工作。

第二阶段，要基于统一的测试规范、频谱、平台来进行测试。初步规划是射频和功能测试工作在信通院的MTNET试验室进行，而性能测试工作在怀柔外场进行。未来，各厂家外场的基站需统一接入到位于MTNET的核心网上，实现集中管理。

来自产业链的主要的六家系统厂家参与怀柔外场测试工作，分别为华为、爱立信、中兴、大唐、诺基亚和上海贝尔、三星。计划建设30个基站来完成面向解决方案(单站测试)和面向系统(5个站组网测试)的测试工作，站址信息分布如下：

2、测试进展

讲座指出，“第二阶段进行了连续广域覆盖的测试，低时延高可靠测试，低功耗大连接的测试，还有低频高频的容量测试，以及混合场景的测试，大家可以看到各个厂家基本的进展情况。虽然没有都完成，但是有几家进展比较快”。

可以看到，华为步伐最快，除了高频热点场景外，其余场景都已经测试完成了。中兴各个场景的测试工作也已经开始进行了。其他厂家进展略慢，像Ericsson正在进行连续广域覆盖和低时延高可靠的测试，大唐也正在进行连续广域覆盖的测试工作。Nokia和三星没有出现在图上，其测试进展还有待进一步了解。

MIIT要求的测试场景有7种，图示如下。其中，“其他混合”场景中，包括连续广域覆盖与低时延高可靠的混合(类似eMBB+URLLC)、连续广域覆盖与低功耗大连接的混合(类似eMBB+mMTC)等两大类测试内容。

讲座中提到的6种场景中，没有明确是否包含高低频混合和其他混合场景。从所展示的测试结果上看，华为至少完成了其他混合场景的测试，如eMBB+URLLC+mMTC，后面详细分析。对于高低频混合场景，需要终端同时支持高低频，如果做不到，则此测试就没法进行。

3、性能测试及结果分析

以下借助王晓云副主席讲座中提到的信息，结合一些其他技术信息，来进行相关场景和测试结果的分析。

3.1  连续广域覆盖场景下的吞吐量：

“连续广域覆盖场景下，采用200M带宽，64个端口的大规模天线阵列，实现了单用户峰值3.6G，小区的吞吐量也到了11.79G，如果都换算成下行，可以达到18G的带宽，达到了我们预期的目标” 。

这是华为外场的测试结果。测试环境及配置为：

从图中也可以看到，测试中基站侧采用64通道天线，支持24个流，终端支持8天线，每个终端支持2个流，总共12个终端参与测试，以便评估小区性能。

对于连续广域覆盖测试，设备规范要求的mMIMO参数为天线通道数≧64，支持16流以上数据传输。可见，上述64天线和200MHz带宽满足测试的基本要求，但是24个流则一定程度上超越了测试要求。对于天线振子数，设备规范中没有具体要求，华为是采用192个振子来实现的，相对于128振子来说，可以提供更高的性能增益。

具体到系统参数，其工作频率为3.4~3.6GHz，系统带宽为200MHz，子载波间隔为15KHz，TTI长度为0.5ms，采用TDD模式，上下行配比多数为5:1:1，可见下行约占70%吧。

此场景中所体现的关键技术包括0.5ms TTI的新型参数集、自包含帧结构、24流的大规模天线以及f-OFDM新波形。

还记得华为2015年底在与Docomo联合进行的24流多天线验证吗？

成都外场与怀柔外场的测试配置和性能结果对比如下，以便我们深入分析和了解同配置下系统性能变化情况。

其中，天线阵子数从64增加到192，射频带宽从100MHz增加到200MHz。成都测试的测试支持2天线，怀柔终端支持8天线，终端数从24减少到12。小区峰值速率从3.6Gbps增加到11.79Gbps，增加2倍左右。那么，这个性能增益除了由带宽增加一倍和天线数增加2倍之外，还有哪些影响因素哪？还有待后续深入分析。

3.2  低时延高可靠场景下的时延：

低时延高可靠测试要求在大量数据包的基础上(>10^7)统计空口传送时延和丢包率，以确定时延和可靠性指标。根据ITU要求，空口时延应小于1ms，因此丢包率指标是在1ms时延的基础上进行统计的。比如，用户面下行传输丢包率的计算公式是，以成功传输并满足用户面下行单向时延小于1ms的包的数量除以总的测试包数量，得到下行传输丢包率。

1ms的空口时延大致包括下行传输、上行传输、缓存、UE处理、BTS处理、传输链路时延等阶段。

测试规范中建议采用思博伦仪表进行收发包测试和统计。讲座中提到的测试结果为0.407ms，从图中桌子上华为的标志可以了解到这是华为的测试结果，远低于ITU要求的1ms空口(air interface，图中缩写为AI)时延。

具体到系统参数，其工作频率为3.4~3.6GHz，子载波间隔为30KHz，TTI长度为0.25ms，与上述连续广域覆盖模式参数设置有区别。

此场景中所体现的关键技术包括采用0.25ms TTI的新型参数集、自包含帧结构、Polar新型编码调制以及f-OFDM新波形。

其他资料显示，在实验室和外场，通过第三方仪表，华为公司测试验证用户面时延<1ms，丢包率<10^-9。

3.3  低功耗大连接场景下的连接数密度：

5G概念白皮书(2015年)和5G远景与需求白皮书(2014年)中定义了连接数密度，即单位面积上(km²)支持的在线设备总和。指标要求为每平方公里支持一百万的连接数密度(100万/km²连接数密度)。

讲座中提到，“低功耗大连接场景下，每小区每一个兆赫兹达到了5000万的连接(编者注：图上数据显示为每小时内总数)”。可见，这里是采用 “/MHz/cell” 为单位的，根据小区中所采用的带宽和大致小区覆盖面积应该可以换算到平方公里上去。

讲座中提到的应该是中兴的测试结果，具体所采用的技术及数据计算方式如下。

结合之前中兴的新闻报道可知，该测试使用中兴的多用户共享多接入（MUSA:Multi-User Shared Access）技术。MUSA技术引入了较短的扩展码，可以实现高负载，消除调度操作，将支持的连接数量增加三到六倍。该技术还采用先进的扩频序列和连续干扰消除（SIC：successive interference cancellation）技术。

本次峰会上，中兴通讯股份有限公司无线经营部总工程师朱伏生在演讲中提到，“在mMTC上使用了新的使能技术，在免调度的情况下能够提供一个非常高的过载，在正常的、同样的视频资源内，可以提供3到6倍的连接速度的提升。在免调度的技术情况下，不用一直保持一个同步的方式，整个上行的同步和整个功率控制会做得非常简单，属于在工业实现上也是相对来说比较方便的方式。这样对终端也是对整个系统的功耗也是要求非常低的，也满足了物联网的要求。同时我们采用了先进的设计以及串行SSIC技术，可以非常好的来实现。目前我们的测试结果已经达到了原来在600%的过载情况下可以做到的5300万每小时每赫兹的连接，这是非常令人震惊的数字，它和原来要求相比高了一个数量级。刚才是24个用户承载在8毫秒的时间段内，我们把它折算成1毫秒，再折算成1小时，再测算成1M，再乘于89%，原来是常规设10%，但是那天下雨，下雨的时候码率相对高了一点，大概到了11%多，每小时满调度的数达到5300万，这个也是非常令人惊奇的数据”。

3.4  混合场景(连续广域覆盖eMBB + 低功耗大连接mMTC + 低时延高可靠URLLC)：

讲座中提到，”混合场景的性能测试中，采用切片，在同一个带宽系统上，通过子带宽的方式，根据不同的场景，用切片的技术设置不同的子载波间隔，不同的参数配不同的技术，实现了基于三个不同场景的不同的解决方案，达到了要求的性能”。

基于统一空口支持三种不同场景，实现了以下性能，即峰值>8.29Gbps（全下行> 14Gbps）; 用户连接>400万；时延<1ms。

混合场景下所采用的参数为：

测试结果显示，200MHz带宽中，160MHz用作eMBB，20MHz用作URLLC，20MHz用作mMTC，而这正显示了华为所倡导的f-OFDM的特点，

Filtered-OFDM基于子带滤波的正交频分复用，也称可变子载波带宽的自适应空口波形。F-OFDM将整个频带划分为多个子带，在收发两端均增加了子带滤波器。每个子带可根据实际的业务需求来配置不同的波形参数，如子载波间隔、CP长度、FFT点数等。发送端各个子带的数据通过子载波编号后映射到不同的子载波上，并经子带滤波器进行滤波，抑制邻带频谱泄漏带来的干扰。

结合RAN切片技术，可以采用统一空口实现不同业务间的参数适配和性能优化工作，如华为5G网络架构白皮书中所述(下图) 。

3.5  热点容量场景下的测试(高/低频)

讲座中提到，“在大容量方面，高密度融合方面在低频和高频都做了实验”。

这个对应高低频热点测试场景。测试内容为，在多个传输节点和多个测试终端的条件下，以及多小区多用户移动条件下的虚拟协同性能。要求流量密度>=10Tbps/km²(相当于每平方米10Mbps)。

讲座中提到，在45平方米的屋子采用8个传输节点，利用虚拟小区、干扰一致等技术，实现了每平方米45.1Mbp的流量密度。

根据图上显示的信息，测试面积45平方米，峰值速率为2.03Gbps，则得到上述每平方米45.1Mbps的结果，远高于ITU的每平方米10Mbps的流量密度的要求。

在高频段，采用华为的800M带宽，达到了16.26G的速度。在39G频率下，在1公里处，利用中兴的设备也实现了1.329Gbps的速率。

4、射频和功能测试

射频方面，对每个厂家射频设备的射频效率、杂散、输出功率、带宽等等都进行了测试，应该说基本上满足场景自己提出的相应目标。

5、总结

技术研发试验阶段的技术方案验证工作(即单站外场性能测试)要求在9月份前完成。目前各厂家测试进度不同。根据披露出来的测试结果看，一些厂家利用了自己对技术方面的积累、认识和理解，采用不同的关键技术进行了测试，满足了测试要求，同时验证了关键技术，所以有助于促进后续的技术评估和标准化工作。同时，一些厂家也会加快步伐追赶上来。测试的目的是为了验证关键技术和性能，促进产业发展，相信每个参测厂家都会展示出最好的技术水平，让我们继续关注后续测试进展吧。