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5G通信测试技术挑战

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资料介绍

第5代移动通信(5G)采用的大规模天线阵列、新型多址技术、全频谱接入、超密集组网、新型网络架构等关键技术给测试带来了巨大的挑战,为便于进一步的开展具体测试方案研究,本文从测试的角度提出了第5代移动通信测试技术体系结构,结合5G通信新的网络架构、新的空口要求,重点对5G通信的无线信道模拟与评估测试、Massive MIMO系统测试、新波形和多址方案测试、业务和系统级集中测试等测试技术的难点和挑战进行了论述.

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己口I

7年5月

第]6卷第5；期鞠豳瞄蹰鞘黼鬻鞫豳黼豳霞赣黼瀚蕤鬻蘸露蘩羹囊冀黪薹鬻戮．臻i羹藜。

应用天：地

5G通信测试技术挑战

詹

建

(中国电子科技集团公司第四十一研究所青岛266555)

摘要：第5代移动通信(5G)采用的大规模天线阵列、新型多址技术、全频谱接入、超密集组网、新型网络架构等关键技术给

测试带来了巨大的挑战，为便于进一步的开展具体测试方案研究，本文从测试的角度提出了第5代移动通信测试技术体系结

构，结合5G通信新的网络架构、新的空口要求，重点对5G通信的无线信道模拟与评估测试、Massive MIMO系统测试、新波

形和多址方案测试、业务和系统级集中测试等测试技术的难点和挑战进行了论述。

关键词：第5代移动通信(5G)；无线信道；Massive MIMO；新波形；新多址

中图分类号：TP336

文献标识码：A

国家标准学科分类代码：510．50

The

of 5G

communication test

challenge

technology

Zhan

Jian

41st Institute of China Electronics

(The

266555，China)

Technology Group Corporation，Qingdao

fifth

Abstract：The

mobile

some

antenna

generation

access

communication(5G)adopts

key technologies including large—scale

access，ultra dense network architecture etc．，

networking，new

ray，new multiple

which

technology，full spectrum

order to further

bring

the research of

test solutions，this

huge challenges

testing．In

develop

specific

paperpres-

with

ents the fifth

mobile communication

from

the

architecture

generation

technology

perspective

testing．Combined

the new network architecture and

OTA

new

of 5G communication，this

discusses the difficulties and

paper

requirements

in 5G communication such

and MI—

evaluation，Massive

testing

as wireless channel simulation

challenges

technologies

MO_system

access scheme

level concentration

and

testing

testing，new waveform&multiple

testing。business

system

SO on．

access

communication；wireless channel；Massive MIMO；newwaveform；multi

Keywords：5G

大规模天线阵列、超密集组网、全频谱接入、新型网络架构

等都成为了解决不同场景运用的关键技术，而这些技术带

来的超宽带、毫米波、多通道等也给测试带来了巨大的

挑战。

引

言

在全球通信行业的共同努力下，5G通信的愿景与关

键能力需求已基本明确。未来业务挑战主要包括面向以

人为主体的移动互联网以及面向人物、物物的物联网。不

同的运用场景提出了不同的技术要求，其中移动互联网的

超高清、3D和浸入式视频业务需要更高的数据传输速率；

大量个人办公及云存储业务对无线传输的连接数、流量密

集和高移动性提出了挑战；智能家居、电网、农业及监测业

务需要海量的连接设备；车联网和工业控制业务要求传输

低延时、高可靠；山区、森林、水域、隧道的物联业务要求覆

盖能力进一步增强以及设备的低功耗。面对5G多样化场

景的极端差异化性能需求，很难像以往一样以某种单一技

术为基础形成针对所有场景的解决方案，新型多址技术，

目前国内外各大仪器厂家纷纷开展相关测试解决方

案的研究，但大多只是基于自身测试仪器开展的部分测试

研究，本文根据5G关键技术的特点总结了目前5G通信

中测试技术面临的挑战，为进一步开展具体方案研究提供

了系统的指导[1。]。

5G技术带来的测试挑战

5G与现有的3G／4G技术相比提出了更为激进的性

能要求。需要巨大的改变和更多的新技术来满足5G的需

求。为了验证这些改变和新技术与5G需求相匹配，相应

收稿日期：2017—04

中国科技核心期刊

国外电子测量技术一103～

万方数据

己口l

7年5月

第]6卷第5期

应用天地

的测试测量技术不仅对研发、生产很重要，也对未来的网

络部署也很重要。5G新技术很大的可能性将会包括毫米

波频率，超宽的带宽，和大规模多天线技术。首先最重要

的是用户和设备之问的空间信道的测量，建立信道性能的

数学模型，并使用它们来定义5G新的空中接口标准，5G

空口也发生着重大变化来满足5G的性能要求，包含软件

上波段的一系列可能载波的电磁波传输上。详尽的传输

信道特征描述对于空口的设计是非常重要的，将支持5G

高速率、灵活频谱和超宽带的原景，而信道探测是理解信

道环境必不可少的一步，有很多不同的方法来实现并且都

有各自的优缺点。

MIMO，

定义的新空口概念，新的空口技术包括Massive

一

高频段通信，新的波形和多址技术等n1。每项新技术需要

专门的测试解决方案，验证这项技术实际能够达到的性

能，并验证性能优化解决方案。例如，Massive MIMO测

试解决方案需要扩展到多通道来测试TX／RX性能指标，

并采用OTA测试来测试系统性能。还有一个很重要的方

面，5G网络发生非常大变化来满足5G网络性能要求：

Gbit／s级的高数据速率，数十Tbit／s／km2级的高容量，端

到端ms级的低延迟等，专用的测试和测量解决方案来验

证新的网络体系的性能，也有助于优化5G网络部署。

5G测试的挑战主要在于为了达到极高速的用户体验

速率，5G信号带宽和基带信号处理速度将大大增加，带宽

篡

E[x4(0y(t-r)]

心(r)2

=h(t-r)oR，【订

zh(t—z)o议r)=^(

在5G毫米波段，无线传输信道的理解对于物理层设

计来说是先决条件。高频、宽带以及与阵元数和波长定义

尺寸相关的大规模天线阵列是最主要的传输挑战。信道

探测的主要目标是将无线信道分解成多条传输路径，是一

个模拟无线通信系统运行的测量技术，发射信号在空中被

信道环境影响然后到达接收端，通过信号处理一个测量系

统能在要考察的频段对无线信道特征进行提取¨ f6]。

利用数学矩阵为RF无线信道提供近似的数学模型

h(f)，构造这样的数学模型需要一系列的信道参数被评

估，大概可以分为3类：信道冲击响应(CIR)；直接参数如

到达角(AOA)、发射角(AOD)、多普勒频移、功率衰减及延

迟(PDP)；统计与建模参数如角扩散(包括AOA／AOD)、功率

角频谱(PAS)、多普勒频谱、相关性矩阵、Rician K因子等。

信道建模过程如图2所示。

从20

MHz增加至500 MHz甚至2 GHz，超宽带信号波

形质量、功率、频谱分析以及极高速数据流的实时处理解

析对测试提出了更高要求。为了增加用户连接数以及提

高传输效率，5G引入了大规模MIMO和新型多址技术，

多个传输通道(64、128、256)之间的一致性校准以及算法

的特定指标分析将会是难题。随着带宽的增加以及大规

模MIMO的使用，5G传输载波频率将会往高波段拓展，

目前30～100 GHz的毫米波频段受到广泛关注，毫米波

段的信号收发及传输特性为测试带来了新的要求。为了

应对未来多种应用场景及兼容现存技术体系，5G系统将

会是多种网络的并存与叠加，异构网络、多层覆盖和三维

信道下的复杂场景模拟将对系统测试带来挑战。

5G测试技术体系

5G测试测量技术主要涵盖以下几个方面：由于5G网

络架构的改变带来的测量技术创新、5G空口技术测量、由

5G需求产生的新设备测量、新的应用测量、现场测试以及

适合5G新技术的测试测量方法设计。而无线信道模拟与

图2无线信道模拟系统

信道探测系统经过必要的处理从天线端捕捉数据并

对其分析，最后的数据可用于其他信道测量的后期处理与

分析。为了对可获得信号进行详尽的处理分析，通过不同

的配置来提取信道参数。通过大量的测量，被估算的信道

参数可以被用来构建信道模型。

评估、Massive

MIMO系统测试、新波形和多址方案测试、

业务和系统级集中测试等方面将是整个5G通信测试技

术中的重点。

3．1

5G无线信道模拟与评估技术

为了达到理想的性能目标，5G标准将最大限度的联

合毫米波、超宽带和大规模MIMO技术。尽管每一个技

术都会增加收发机的难度，但是最重要的未知是介于UE

与基站之间的空中无线信道。为了全面的规划信道，建立

一个数学模型并用它来定义5G新空口的标准是必要的，

如图l所示，同时成功的毫米波系统部署也需要对信道环

境有着深入的理解，目前研究集中在频谱高于6 GHz以

3．2 Massive

MIMO系统测试

大规模MIMO被广泛的认为是5G愿景关键技术之

一，在研究领域中给予了极大的关注。这项技术的目的是

充分利用空间多样性来改善系统的容量、能源效率和频谱

效率。考虑到信道数量必不可少的大量增长以及可能的

高波段使用(关系着更高的数据传输速率)，大规模MIMO

测试及测量方法也面临着巨大的挑战。由于大规模MI-

一104一国外电子测量技术

中国科技核心期刊

万方数据

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