1 引言

隨著移動(dòng)通信系統(tǒng)帶寬和能力的增加，面向個(gè)人和行業(yè)的移動(dòng)應(yīng)用快速發(fā)展。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，成為5G的主要驅(qū)動(dòng)力。面向2020年及未來，超高清、3D和浸入式視頻的流行，將會(huì)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)速率大幅提升，同時(shí)用戶還希望能夠在體育場、演唱會(huì)等超密集場所，高鐵、車載、地鐵等高速移動(dòng)環(huán)境下也能夠獲得一致的業(yè)務(wù)體驗(yàn)；物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，智能家居、智能電網(wǎng)、視頻監(jiān)控、移動(dòng)醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用對移動(dòng)通信技術(shù)提出了更嚴(yán)格的低延時(shí)、高可靠性、大容量等需求。在新一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，能耗、每比特成本、部署和維護(hù)的復(fù)雜度等可持續(xù)發(fā)展要求也進(jìn)一步加強(qiáng)。

中國IMT-2020（5G）推進(jìn)組對5G網(wǎng)絡(luò)的性能要求和效率需求通過一株綻放的鮮花來進(jìn)行定義，其中花瓣代表5G的六大性能指標(biāo)，體現(xiàn)了5G滿足未來多樣化業(yè)務(wù)與場景需求的能力，花瓣頂點(diǎn)代表了相應(yīng)指標(biāo)的最大值；綠葉代表效率指標(biāo)，是5G可持續(xù)發(fā)展的基本保障。

圖1 5G性能和效率需求

2 5G關(guān)鍵技術(shù)介紹

目前為止，5G技術(shù)還處在預(yù)研階段，其技術(shù)規(guī)范還沒有統(tǒng)一定義，所以各大公司都在對5G技術(shù)進(jìn)行積極的研究和討論，現(xiàn)階段基本得到業(yè)界認(rèn)可的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下四個(gè)方面：

（1） 毫米波

所謂毫米波，即波長范圍10到1毫米之間，也就是頻率在30GHz到300GHz之間的無線電波。傳統(tǒng)的移動(dòng)通信工作頻段主要集中在3GHz以下，使得頻譜資源已經(jīng)十分擁擠，而在高頻段可用頻譜資源豐富，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。不過毫米波頻段傳輸存在著傳輸距離短、穿透力和繞射能力差、容易受氣候環(huán)境影響等缺點(diǎn)，如果真正想要在毫米波頻段實(shí)現(xiàn)5G的各種業(yè)務(wù)，還有待進(jìn)一步研究和解決這些問題。

（2） 大規(guī)模MIMO技術(shù)

MIMO技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于LTE，WLAN等技術(shù)上面，理論上，天線越多，頻譜效率和傳輸可靠性就越高。作為近年來備受關(guān)注的技術(shù)之一，多天線技術(shù)經(jīng)歷了從無源到有源，從二維到三維（3D），從高階MIMO到大規(guī)模天線陣列的發(fā)展，將有望實(shí)現(xiàn)頻譜效率提升至十倍甚至更高，是目前5G技術(shù)重要的研究方向之一。

（3） 高帶寬傳輸

根據(jù)香濃定律可知，信道容量與帶寬和信噪比成正比，為了滿足5G網(wǎng)絡(luò)Gbps級的數(shù)據(jù)速率，需要更大的帶寬。頻率越高，帶寬就越大，信道容量也就越高，因此，高頻段連續(xù)帶寬將成為5G的主流選擇。配合一些有效的提升頻譜效率技術(shù)，比如大規(guī)模MIMO等，在高帶寬模式下可以很容易實(shí)現(xiàn)10Gbps的傳輸速率。

（4） 新型空中接口技術(shù)

為了進(jìn)一步的提高頻譜利用率以及應(yīng)用的靈活性，業(yè)界普遍認(rèn)為在5G系統(tǒng)中會(huì)采用不同于4G的空中接口技術(shù)。目前被廣泛研究的主要包括：非正交多址接入技術(shù)（NOMA）、濾波組多載波技術(shù)（FBMC）、全雙工技術(shù)（Full Duplex）等。各個(gè)廠家都在積極的推動(dòng)各自主導(dǎo)的新技術(shù)，希望能夠在5G標(biāo)準(zhǔn)中脫穎而出，成為5G標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，不過這些技術(shù)是否能夠在5G系統(tǒng)中發(fā)揮更有效的作用，還有待進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。

3 5G測試方案

雖然目前5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚在討論中，但是作為測試儀表廠商的代表羅德與施瓦茨公司（簡稱R&S公司）已經(jīng)開始積極的投入到相關(guān)測試技術(shù)及方案研究中。針對5G廣泛認(rèn)可的毫米波、大規(guī)模天線陣、高帶寬等關(guān)鍵技術(shù)，R&S公司可以提供完整的測試解決方案，以幫助設(shè)備廠家進(jìn)行相應(yīng)5G技術(shù)的研究。下面將分別介紹R&S公司針對5G技術(shù)相應(yīng)的測試方案。

3.1 毫米波測試方案

R&S公司針對毫米波頻段信號的產(chǎn)生和分析主要通過矢量信號發(fā)生器和矢量信號分析儀來完成，目前R&S公司的高頻矢量信號發(fā)生器SMW200A單臺(tái)儀表最高可以實(shí)現(xiàn)40GHz信號的產(chǎn)生，如果配合相應(yīng)的外接混頻模塊則可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)100GHz的矢量信號產(chǎn)生。SMW200A自身可以產(chǎn)生160MHz帶寬的信號，可用于802.11ac、LTE-A等信號產(chǎn)生，如果通過外部的模擬IQ輸入，SMW200A可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)2GHz帶寬信號的產(chǎn)生，可以完全滿足目前5G研究的需求。

R&S公司的矢量信號分析儀FSW最高頻率可達(dá)到85GHz，同樣配合混頻模塊可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)100GHz信號的接收和分析。FSW自身的分析帶寬為500MHz，如果配合RTO示波器，分析帶寬可以達(dá)到2GHz。下圖為40GHz頻率，500MHz帶寬信號的產(chǎn)生及分析測試環(huán)境：

圖2 毫米波信號產(chǎn)生及分析測試環(huán)境

同時(shí)由于毫米波頻段的信道模型不同于傳統(tǒng)的移動(dòng)通信頻段，所以針對該頻段的信道探測需求也越來越突出。R&S公司可以提供完整的信道探測方案，頻率最高可達(dá)100GHz，帶寬最高可達(dá)2GHz，配合相應(yīng)的測試軟件可以進(jìn)行路徑損耗、路徑時(shí)延、到達(dá)角度等參數(shù)測試。測試環(huán)境如下圖所示：

圖3 Channel Sounding測試環(huán)境

3.2 Massive MIMO測試方案

MIMO技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在無線和移動(dòng)通信系統(tǒng)中，不過在5G系統(tǒng)中，對MIMO技術(shù)又做了進(jìn)一步增強(qiáng)，首先天線數(shù)目已經(jīng)不局限在4G 階段的2或者4根天線，將會(huì)有大規(guī)模的天線陣列出現(xiàn)，比如8，16或者128根天線；其次三維天線的波束賦形等技術(shù)也將有可能成為現(xiàn)實(shí)。

R&S公司的矢量信號發(fā)生器SMW200A為MIMO系統(tǒng)測試提供了理想的選擇，它可以產(chǎn)生滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的無線和移動(dòng)通信信號，目前通過擴(kuò)展可支持八根接收天線，頻率最高可達(dá)到20GHz。同時(shí)，SMW200A還可以模擬完整的MIMO傳輸信道，最大支持16條衰落通道，帶寬高達(dá)160MHz。

圖4 20GHz八天線信號產(chǎn)生測試環(huán)境

同時(shí)，在針對大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的OTA測試， R&S公司最新推出的頻率高達(dá)40GHz的暗室，可以滿足目前5G系統(tǒng)OTA測試的需求

4 小結(jié)

本文簡要介紹了5G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)介紹了R&S公司針對5G系統(tǒng)的測試方案。雖然目前5G技術(shù)還處在預(yù)研和標(biāo)準(zhǔn)制定階段，不過各個(gè)廠家對于5G技術(shù)的測試需求已經(jīng)越來越明顯，R&S公司的矢量信號發(fā)生器SMW200A，矢量信號分析儀FSW，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀ZNB等儀表可以滿足目前5G預(yù)研的需求，同時(shí)R&S公司也將緊跟5G標(biāo)準(zhǔn)，力爭為5G技術(shù)的發(fā)展提供完整優(yōu)質(zhì)的測試方案。