R&S：5G测试解决方案

王立春

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关键技术介绍

目前从5G标准化进程来看， 3GPP第一个5G版本Rel.15已经于今年12月份正式冻结，也就是NSA（非独立组网）核心标准已经冻结，5G关键技术主要包括以下四个方面：

（1） 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。

（2） 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。

（3） 高带宽传输

根据香农定律可知，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。配合一些有效提升频谱效率的技术，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。

（4） 新型空中接口技术

为了进一步提高频谱利用率以及应用的灵活性，3GPP Release 15定义了新型的5G NR空口技术规范，新的空口技术规范包括新型编码技术和新型参数集和帧结构。新型编码技术，目前3GPP会议确定在增强移动宽带场景（eMBB）中的数据信道使用LDPC编码技术，控制信道使用Polar编码技术；提到新型参数集和帧结构，为了应对不同频段和场景，在5G系统中规定以15KHz为基础子载波间隔，可以将子载波间隔配置为15×2nKHz。同时，系统还需要支持灵活的帧结构设计，帧结构灵活配置，以支持上下行业务速率不同需求的场景。

5G测试方案

虽然目前第一个版本的5G规范刚刚冻结，作为测试仪表厂商的代表罗德与施瓦茨公司从几年前就已经开始积极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的5G研发测试。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更高频率的矢量信号产生。SMW200A可以产生2GHz带宽的信号，可用于802.11ac、LTE-A等传统移动通信信号产生，同时可以满足802.11ad以及目前5G高寬带信号研究的需求。

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500GHz信号的接收和分析。FSW自身的分析带宽为2GHz，如果配合RTO示波器，分析带宽可以达到5GHz。

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，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。

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。

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20GHz。

新型空中接口技术测试方案

之前，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多种新型空中接口技术。R&S公司的5G信号分析软件（VSE-K96），可以支持客户自定义子载波间隔、帧结构、参数集、调制方式等，按照被测信号形式生成配置文件，对被测信号进行解调和分析。针对5G系统采用的新型多址接入技术和新型编码技术，基于R&S公司的后处理软件也可以在解调分析的基础上进一步进行解码功能测试。同时R&S公司的SMW200A也支持客户完全自定义信号格式，用于实现接收机灵敏度等测试项目。

随着3GPP 5G NR NSA标准的冻结，R&S公司将很快在信号源SMW200A和信号分析仪FSW上面支持3GPP 5G NR标准信号产生和分析功能。

编辑点评

5G商用 测试为先

罗德与施瓦茨公司的矢量信号发生器、矢量信号分析仪、矢量网络分析仪等仪表可以满足目前5G研发测试的需求，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。

执笔编辑康嘉林endprint