罗德与施瓦茨5G新空口测试方案解析

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引言

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：

（1）毫米波

所谓毫米波，即波长范围10毫米到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l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。

（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，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：新波形技术比如FBMC、UFMC、F-OFDM等；新多址技术比如SCMA、MUSA、PDMA等；新型编码技术比如Polar、LDPC等；新型的帧结构、参数集等。目前3GPP针对5G的标准还在讨论中，具体哪项技术能够在5G系统中发挥更有效的作用，还有待进一步研究和验证。

R&S针对5G新空口测试方案

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。尤其是针对5g新空口技术，罗德与施瓦茨公司可以提供完整的射频和功能测试解决方案，以帮助设备厂家进行相应5G技术的验证。

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1.2GHz，如果配合RTO示波器，分析带宽可以达到2GHz，可以支持客户实现5G新型基站的所有射频测试项目。

R&S FS-K96/K196 通用OFDM信号分析软件，可以支持主流的5G候选技术分析包括GFDM、UFMC、F-OFDM、SC-FDMA等，同时还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。在解调的基础上，还可以针对Polar、LDPC等编码方式进行译码功能测试。

R&S FS-K96/K196通用OFDM信号分析软件可运行在外部PC机或者FSW内部，通过对IQ数据分析，经过Burst检测、时域同步、帧同步、信道估计、调制方式检测、EVM测量等步骤，实现对被测信号的分析，分析流程如图2所示。

软件中可以在以时频域为基础，显示被测信号在时频域的资源分布，占用的子载波和时域符号，并且以不同颜色区分不同信号类型，帧结构解析示意如图3所示。

R&S公司针对5G信号的产生主要通过矢量信号发生器来完成，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2GHz带宽的信号，带内平坦度小于0.5dB，不仅可用于传统标准通信制式信号如GSM、WCDMA、LTE、802.11ac、LTE-A等信号产生，同时SMW200A也支持UFMC、FBMC、GFDM、F-OFDM等5G候选多载波技术，SCMA多址技术，LDPC/Polar编码技术，客户可以根据需要产生相应的5G信号，同时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。

小结

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新空口的测试方案。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），配合相应的软件可以完全支持不同设备厂家完成5G新空口的测试验证，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。