5G测试技术多样2018年5G标准将统一

事实上,5G主流的技术已经确定了对应的测试规范,目前已开始进行测试工作,同时,包括网络切片、控制功能重构等5G网络技术,也在准备进入具体测试环节。

“MVG在3DMIMO、毫米波波束成形、MassiveMIMO三种主流技术上都有深入的研究,目前在国内已经开展了实际的项目和实施工作。”MVG公司亚洲高级销售经理陈国荣告诉记者,其中阵列天线与基站一体化设计是实现这三种技术的主流方向,2016年,MVG对于天线与基站一体化的系统成功实现精确有源测量,为以上三种技术测量提供了奠基石。

MVG公司亚洲高级销售经理陈国荣

是德科技(中国)有限公司无线通信市场拓展工程师马健锐坦言,MassiveMIMO的研究和开发发生在各个方面,但是一方面由于5G标准还在演进,没有标准Massive MIMO基站可用,一方面Massive MIMO原型机仍然是只有少数领先设备厂商才能制造,数量有限并且造价昂贵,其实也未必足够灵活地适合研究开发的目的。针对这样的需求,目前是德科技基于商用现货的测量级产品,推出了兼顾成本和性能的Massive MIMO Real Time Beamforming原型机参考方案。该方案具有强大的功能和灵活的可扩展性,可根据天线阵列的形态提供灵活准确的波束赋型和闭环控制功能,模拟波束跟踪,精准的校准能力,具有+-1ps的定时可重复性,并且实时测量波束射频性能,解调波束信号,提供星座图,EVM,波束赋型权重等参数,实时显示波束赋型形状和效果、并开放FPGA接口,用户可以将自行开发的算法导入真实Massive MIMO环境中验证。相当于一套经过验证的可靠的Massive MIMO中射频物理层,非常适合在其基础上开展开放式算法的研究,或用做基带,与现有天线阵列、移相器系统结合扩展成更大规模、可以向毫米波延伸的Massive MIMO原型机。

是德科技(中国)有限公司无线通信市场拓展工程师马健锐

不管是Massive MIMO还是3D MIMO,从测试角度来看,MIMO系统无疑在5G中将会变得更加复杂,测试验证更具有挑战性。美国国家仪器有限公司(NI)射频与无线业务市场开发经理姚远告诉记者,绝大多数的传统仪器都是单通道矢量信号发射或者分析,少数仪器可以扩展成双通道矢量信号分析,也都是独立射频信道,理论上无异于使用两台独立的台式仪器。使用独立的传统仪器进行MIMO测试,遇到的最大困难是,如何让各个射频通道进行同步相干采集,并针对原始信号做有效解调及分析。传统台式仪器通常是依靠共享同一参考时钟的方式来进行同步,其相位精度很难得到保证。这时,基于PXI平台的模块化仪器的优势就显现出来,由于模块化仪器其本振,上/下变频器,数字化仪以及任意波形发生器是分开的,我们可以很容易的将同一个本振信号共享给多个上/下变频器,获得一个更加精准的相位相干多路信号,或者针对MIMO系统的输出射频信号进行分析。

美国国家仪器有限公司(NI)射频与无线业务市场开发经理姚远

另一方面,参考下图,我们可以看出在成本和体积上,基于PXI的模块化仪器系统也具有传统仪器无可比拟的优势。在国内,NI与上海无线通信研究中心合作,设计开发出了一个8通道并行MIMO信道测量系统,在不同场景下,获得了大量的信道原始数据,为后续的信道建模研究提供了大量的测试数据支持。姚远进一步表示,NI提出的基于PXI平台的无线测试平台提供了一种“打破常规”的解决思路。一方面,在PXI平台上,可以更快享受到商业现成可用技术所带来的成本优势;另一方面,这种软件定义的模块化的解决方案具有极强的灵活性和可扩展性,可以很好的支持不断演进的通信标准。

陈国荣告诉记者,5G的商业化序幕将要开启,5G设备进行精准天线测量的需求应运而生。5G设备的精确天线测量涉及波束指向角度、方向性、增益值等指标。传统的天线测量系统通常造价高且需要空间和场地保障,而测试5G设备的现实情况是,测试系统要灵活适应各种设备的使用环境,满足高性能指标,还要兼顾成本。MVG的μ-Lab在这些方面都进行了创新。而有源天线系统(AAS)作为即将到来的5G蜂窝网络的组成部分,MVG主张一种新的测量方法来获得其在三维空间中的所有特性。为了准确获得有源天线系统的总体性能,必须依赖一个经过校准的空中下载(OTA)装置,这是因为空中下载装置可以测量空间定向功率和灵敏度曲线,使得5G网络有源天线的性能参数测试与现有微型移动设备的测试变得非常相似。

MVG在实验中使用支持LTE协议的移动手机8阵元天线来模拟AAS天线,在近场环境下对有效灵敏度、有效全向辐射功率等参数进行测量,实测结果符合预期,进一步证实相位补偿技术能够有效地测量大带宽调制信号(如LTE)在近场的相位,并且实现近场和远场转换。陈国荣认为,近场测量技术固有的优点使其成为精准测量和5G设备测试的最佳方法。

而对于5G测试的产品规划与支持,NI尤为看好软件平台的投入,软件也已经成为整个行业应用的趋势。姚远表示,NI希望能够提供一个开放式的软件平台,该软件平台首先需要能够简化客户对于整个系统的开发难度,其次,客户们可以在这个平台上进行分享,类似于智能手机的应用商店。客户将最终从这个软件的生态系统受益。另外,NI还会持续投入模块化射频硬件,随着半导体的发展,NI会提供更高带宽、更高频段的模块化射频产品,让更多的5G应用在PXI平台上成为可能。我们认为FPGA是模块化仪器发展的一个重要方向,仪器厂商不仅需要在硬件模块中加入FPGA,更重要的是要能够将FPGA的功能完全开放给客户,让客户可以最大限度的利用FPGA的运算能力,完成自己应用的创新。

当前,5G的发展路线尚未统一,技术方向主要分为两种,一种是基于6GHz以下LTE技术的演进,另一种是6GHz以上重新设计5G物理层和网络构架,而对于两种技术的测试验证已经展开。根据国际电联5G规划,这两种技术路径预计在2018年统一,而届时5G测量验证也将完备,5G产业链将会全面爆发。

马健锐告诉记者,5G实现超高数据传输目标的核心技术之一是采用毫米波60GHz以上的高频段和2GHz以上的超宽带信号调制。是德科技专门为5G先进技术研究开发而设计出一套完整的软硬件结合的5G OTA毫米波宽带通信原型机系统及验证测试平台。该套方案基于是德科技灵活可靠的SystemVue系统设计仿真软件,M8190A超宽带任意波发生器,E8267D微波矢量信号发生器,N9040B UXA宽带矢量信号分析仪或63G实时示波器,可以直接产生和分析高达4GHz带宽的诸如F-OFDM、FBMC、Flexible-OFDM等等为代表的5G物理层信号。

“从频谱上来看sub-6G与毫米波通信都是5G重要的组成部分。”姚远认为,在6GHz以内的LTE技术演进被认为是一个更加现实的演进方案,其实在3GPPRel-13中,诸如LTE-LAA,有源天线系统(AAS),混合型波束塑形等技术已经被引入,这些已经被认为是4.5G的技术,在LTE技术的持续演进中,6G以内的频谱利用效率将会进一步提升。另一方面,毫米波是5G一个很重要的候选技术,通过毫米波的使用,可以极大的扩展频谱资源,从而获得极大的空口带宽,提高通信传输速率和质量。但毫米波的使用的确是碰到很多挑战,由于其在大气中衰减严重,无法被使用于传统的无线通信场景中。所以,目前针对毫米波技术有一项很基础也很重要的工作即毫米波信道测量,需要使用毫米波信道,就首先需要了解这些信道的特点并对其有合理的建模。目前对于毫米波信道的测量工作,国内外有很多领先实验室已经展开。

总之,在IMT-2020(5G)推进组的组织下,5G研发试验与测试验证正在按照规划的时间周期进行,在主流的测试厂商对5G关键技术测试与实验组织进行试验推进下,产业链将逐渐对5G的核心技术与演进方向形成共识。随着2018年5G标准的落地,韩国冬季奥运会和莫斯科世界杯都将成为5G试验应用的绝佳机会,届时5G发展将会迈向新的起点,转战2020年的商用步伐。

       

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