R&S多维度5G测试解决方案

随着移动通信系统带宽和能力的增加，面向个人和行业的移动应用快速发展。移动互联网和物联网的快速发展，成为5G的主要驱动力。面向2020年及未来，超高清、3D和浸入式视频的流行，将会驱动数据速率大幅提升，同时用户还希望能够在体育场、演唱会等超密集场所，高铁、车载、地铁等高速移动环境下也能够获得一致的业务体验;物联网的广泛应用，智能家居、智能电网、视频监控、移动医疗、车联网等应用对移动通信技术提出了更严格的低延时、高可靠性、大容量等需求。在新一代移动通信网络中，能耗、每比特成本、部署和维护的复杂度等可持续发展要求也进一步加强。

5G关键技术

目前为止，5G技术还处在预研阶段，其技术规范还没有统一定义，所以各大公司都在对5G技术进行积极的研究和讨论，现阶段基本得到业界认可的关键技术主要包括以下四个方面：

·毫米波

所谓毫米波，即波长范围10到1毫米之间，也就是频率在30GHz到300GHz之间的无线电波。传统的移动通信工作频段主要集中在3GHz以下，使得频谱资源已经十分拥挤，而在高频段可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源紧张的现状，同时也可以实现高速短距离通信，支持5G容量和传输速率等方面的需求。不过毫米波频段传输存在着传输距离短、穿透力和绕射能力差、容易受气候环境影响等缺点，如果真正想要在毫米波频段实现5G的各种业务，还有待进一步研究和解决这些问题。

·大规模MIMO技术

MIMO技术已经广泛应用于LTE，WLAN等技术上面，理论上，天线越多，频谱效率和传输可靠性就越高。作为近年来备受关注的技术之一，多天线技术经历了从无源到有源，从二维到三维(3D)，从高阶MIMO到大规模天线阵列的发展，将有望实现频谱效率提升至十倍甚至更高，是目前5G技术重要的研究方向之一。

·高带宽传输

根据香浓定律可知，信道容量与带宽和信噪比成正比，为了满足5G网络Gbps级的数据速率，需要更大的带宽。频率越高，带宽就越大，信道容量也就越高，因此，高频段连续带宽将成为5G的主流选择。配合一些有效的提升频谱效率技术，比如大规模MIMO等，在高带宽模式下可以很容易实现10Gbps的传输速率。

·新型空中接口技术

为了进一步的提高频谱利用率以及应用的灵活性，业界普遍认为在5G系统中会采用不同于4G的空中接口技术。目前被广泛研究的主要包括：滤波组多载波技术(FBMC)、通用滤波器多载波技术(UFMC)、广义频分复用技术(GFDM)、基于滤波的正交频分复用技术(F-OFDM)等。各个厂家都在积极的推动各自主导的新技术，希望能够在5G标准中脱颖而出，成为5G标准技术，不过这些技术是否能够在5G系统中发挥更有效的作用，还有待进一步研究和验证。

5G测试方案

虽然目前5G技术标准尚在讨论中，但是作为测试仪表厂商的代表罗德与施瓦茨公司已经开始积极的投入到相关测试技术及方案研究中。针对5G广泛认可的毫米波、大规模天线阵、新空中接口等关键技术，罗德与施瓦茨公司可以提供完整的测试解决方案，以帮助设备厂家进行相应5G技术的研究。下面将分别介绍R&S公司针对5G技术相应的测试方案。

·毫米波测试方案

R&S公司针对毫米波频段信号的产生和分析主要通过矢量信号发生器和矢量信号分析仪来完成，目前R&S公司的高频矢量信号发生器SMW200A单台仪表最高可以实现40GHz信号的产生，如果配合相应的外接混频模块则可以实现高达100GHz的矢量信号产生。SMW200A自身可以产生160MHz带宽的信号，可用于802.11ac、LTE-A等信号产生，如果通过外部的模拟IQ输入，SMW200A可以实现高达2GHz带宽信号的产生，可以完全满足目前5G研究的需求。

R&S公司的矢量信号分析仪FSW最高频率可达到85GHz，同样配合混频模块可以实现高达100GHz信号的接收和分析。FSW自身的分析带宽为500MHz，如果配合RTO示波器，分析带宽可以达到2GHz。下图为40GHz频率，500MHz带宽信号的产生及分析测试环境：

　　图1 毫米波信号产生及分析测试环境

同时由于毫米波频段的信道模型不同于传统的移动通信频段，所以针对该频段的信道探测需求也越来越突出。R&S公司可以提供完整的信道探测方案，频率最高可达100GHz，带宽最高可达2GHz，配合R&S最新发布的信道测量软件TS-5GCS可以进行信道冲击响应、功率时延特性(PDP)、多普勒时延特性等参数测试。测试环境如下图所示：

　　图2 Channel Sounding测试环境

· Massive MIMO测试方案

MIMO技术已经广泛应用在无线和移动通信系统中，不过在5G系统中，对MIMO技术又做了进一步增强，首先天线数目已经不局限在4G 阶段的2或者4根天线，将会有大规模的天线阵列出现，比如8，16或者128根天线;其次三维天线的波束赋形等技术也将有可能成为现实。

R&S公司的矢量信号发生器SMW200A为MIMO系统测试提供了理想的选择，它可以产生满足标准要求的无线和移动通信信号，目前通过扩展可支持八根接收天线，频率最高可达到20GHz。同时，SMW200A还可以模拟完整的MIMO传输信道，最大支持16条衰落通道，带宽高达160MHz。

　　图3 20GHz八天线信号产生测试环境

同时，在针对大规模MIMO系统中的OTA测试，通过R&S公司的多端口矢量网络分析仪(ZNBT)，以及配合相应的暗室，可以满足目前5G系统OTA测试的需求。R&S公司的ZNBT可以实现24端口天线的测试，频率可以达到8.5GHz，示意图如下：

　　图4 ZNBT测试示意图

· 新型空中接口技术测试方案

为了实现5G系统大容量、高速率的要求，不同的设备厂家提出了各自的空中接口技术。R&S公司基于矢量信号发生器(SMW200A)和矢量信号分析仪(FSW)实现了部分典型的新型空中接口技术的信号产生和分析，可以帮助厂家进一步验证其技术的可行性和射频指标。下图为R&S公司针对新型空中接口技术测试方案示意图：

　　图5 新型空中接口技术测试示意图

本文简要介绍了5G系统的关键技术，同时介绍了R&S公司针对5G系统的测试方案。虽然目前5G技术还处在预研和标准制定阶段，不过各个厂家对于5G技术的测试需求已经越来越明显，罗德与施瓦茨公司的矢量信号发生器(SMW200A)，矢量信号分析仪(FSW)，矢量网络分析仪(ZVA/ZNBT)等仪表可以满足目前5G预研的需求，同时R&S公司也将紧跟5G标准，力争为5G技术的发展提供完整优质的测试方案。

作者：罗德与施瓦茨（中国）科技有限公司 冯宇