移動(dòng)通信經(jīng)歷從語音業(yè)務(wù)到移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛躍式發(fā)展，5G通信發(fā)展兩大主要驅(qū)動(dòng)力是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)流量的千倍增長，千億設(shè)備連接和多樣化的業(yè)務(wù)需求將對(duì)5G系統(tǒng)提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。未來5G主要技術(shù)場景包含連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低延遲高可靠和低功耗大連接。

中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所高級(jí)工程師 凌云志

5G通信，核心在于毫米波

中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所高級(jí)工程師凌云志先生認(rèn)為，為了滿足5G四大場景需求，未來5G基站將向兩個(gè)方向發(fā)展，一是大規(guī)模MIMO基站，支持5G通信海量連接數(shù)、多用戶立體的覆蓋；二是微波毫米波微基站，支持高傳輸速率的使用。未來5G終端形式將向兩大方向發(fā)展，一是向高傳輸速率、高移動(dòng)特性發(fā)展；二是滿足物聯(lián)網(wǎng)需求，向低時(shí)延高可靠、低功耗大連接方向發(fā)展。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將向異構(gòu)網(wǎng)、超密集組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等方向發(fā)展。

在5G通信中，毫米波通信是其核心技術(shù)，然而毫米波通信研發(fā)的挑戰(zhàn)是高頻段大帶寬的設(shè)計(jì)，如何測試與驗(yàn)證？大家都在研究，都在思考。中電科儀器儀表有限公司利用40多年在微波毫米波的積累，并具有一只掌握通信核心技術(shù)的專業(yè)隊(duì)伍，提前布局，推出了5G毫米波通信測試系統(tǒng)，為毫米波通信技術(shù)的驗(yàn)證和產(chǎn)品的研發(fā)提供有力的保障。

毫米波通信技術(shù)難題

針對(duì)毫米波通信產(chǎn)品目前迫切需要解決的技術(shù)難題，凌云志先生給出了四點(diǎn)解讀：

（1）5G毫米波、大帶寬、新波形的超高清視頻通信技術(shù)難題

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。5G通信大帶寬高流量將成為5G通信發(fā)展的技術(shù)難點(diǎn)，中國電科41所利用其在軍工中大帶寬數(shù)據(jù)模擬和采集技術(shù)，結(jié)合5G新波形，成功將5G超高清視頻信號(hào)調(diào)制毫米波上，形成500MHz帶寬、10Gbps傳輸速度的超高清視頻通信，為5G通信在毫米波、大帶寬、新波形上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為5G通信標(biāo)準(zhǔn)制定提供有力支撐。

（2）微波毫米波通信測試技術(shù)難題

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。針對(duì)未來5G通信測試需求，中國電科41所率先進(jìn)行了基于毫米波段的5G通信測試技術(shù)研究，采用視頻采集、基帶模擬、毫米波傳輸、矢量解調(diào)、視頻恢復(fù)等環(huán)節(jié)模擬未來5G通信系統(tǒng)。重點(diǎn)基于41所傳統(tǒng)微波毫米波硬件基礎(chǔ)，在毫米波段進(jìn)行寬帶通信調(diào)制信號(hào)收發(fā)處理解決方案設(shè)計(jì)，包括微波毫米波變頻和毫米波段直接寬帶調(diào)制方式，在24.25～30GHz、37～43.5GHz、50～75GHz、75～110GHz等全部毫米波5G備選頻段進(jìn)行5G大帶寬矢量信號(hào)傳輸驗(yàn)證，支持各種5G候選波形的導(dǎo)入與抓取，支持圖像、視頻傳輸，解決了5G高頻段、大帶寬測試驗(yàn)證難題。

（3）大規(guī)模MIMO通信測試技術(shù)難題

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。作為通信核心技術(shù)，中國電科41所重點(diǎn)進(jìn)行了MIMO建模矩陣模擬和信道估計(jì)檢測算法研究，基于MASSIVE MIMO、大帶寬測試需求,構(gòu)建了MIMO 32×32硬件處理平臺(tái)，保證大帶寬、低延遲、高靈敏度通道性能的同時(shí)，解決了高集成化、小型化、模塊化、高可靠性等設(shè)計(jì)難題。

（4）5G新型多載波仿真測試技術(shù)難題

5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)，同時(shí)也會(huì)考慮未來對(duì)于海量機(jī)器連接以及高可靠低時(shí)延業(yè)務(wù)的支持。因此為了滿足未來應(yīng)用的需求，同時(shí)考慮到對(duì)于低時(shí)延、零碎頻譜使用、非嚴(yán)格同步以及在高速情況下系統(tǒng)魯棒性等5G系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)，5G采用多種新型多載波方案。作為通信5G發(fā)展核心技術(shù)，中國電科41所重點(diǎn)進(jìn)行了包括F-OFDM、FBMC、UFMC以及GFDM等調(diào)制算法研究和仿真測試，進(jìn)行每一種波形方案以及該方案中子載波寬度、子載波間隔、濾波器長度以及CP長度等設(shè)計(jì)，并且可以根據(jù)不同場景以及業(yè)務(wù)類型進(jìn)行靈活配置，解決了測試系統(tǒng)的物理層編解碼信號(hào)處理驗(yàn)證難題。

毫米波通性市場的發(fā)展趨勢

截至2016年6月，全球LTE商用網(wǎng)絡(luò)達(dá)到525張，全球LTE用戶總數(shù)超過14.25億，基站出貨量累計(jì)405萬個(gè)。

截至2016年6月，全球共推出6 575款LTE終端，其中智能手機(jī)4 578款。全球共推出3 686款TD-LTE終端。

由此看出移動(dòng)通信市場巨大，5G時(shí)代除了傳統(tǒng)的移動(dòng)通信以外，將在物聯(lián)網(wǎng)方向產(chǎn)生新的增長點(diǎn)，其產(chǎn)業(yè)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)，據(jù)相關(guān)專業(yè)機(jī)構(gòu)估計(jì)，5G通信有著巨大的市場規(guī)模和市場價(jià)值，預(yù)計(jì)2025年5G通信相關(guān)市場全球規(guī)模達(dá)到3 000億美元。

凌云志先生指出，目前移動(dòng)通信市場快速發(fā)展，通信測量領(lǐng)域則是通信產(chǎn)業(yè)最具有活力的市場，也是未來發(fā)展最快的市場。5G通信將在2020年開始部署，對(duì)移動(dòng)通信設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)測試需求巨大，該領(lǐng)域?qū)?huì)保持持續(xù)增長。同時(shí)隨各種產(chǎn)品復(fù)雜度的提高，測試參數(shù)量日益增多，而在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，人工成本也逐漸成為產(chǎn)品低成本生產(chǎn)的瓶頸，對(duì)測試效率的提高是各個(gè)設(shè)備廠家當(dāng)前最大的追求，自動(dòng)測試設(shè)備將成為通信設(shè)備制造的主要手段，因此該領(lǐng)域的市場需求也將保持一定的增長，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)和預(yù)測，移動(dòng)通信市場目前國際市場容量大約為40億美金，每年將以15%的速度增長；國內(nèi)市場容量大約為20億人民幣，每年將以20%的速度增長。而5G通信測試儀器主要競爭廠家有RS公司、是德科技、安立等公司。目前中國電科第41研究所的產(chǎn)品門類與上述測試國際廠家基本相同，但是在4G中市場占有率還有一定差距。未來5G通信，我國定位是“5G引領(lǐng)”，并且5G通信測試核心技術(shù)是大規(guī)模MIMO測試技術(shù)、微波毫米波通信測試技術(shù)，這些技術(shù)與相控雷達(dá)測試非常接近，正好是軍工研究所的技術(shù)優(yōu)勢，因此，為中國電科第41研究所在5G測試方面提供了極好的機(jī)會(huì)，超越國際測試廠家，引領(lǐng)5G測試。

中國電科41所5G毫米波通信測試系統(tǒng)

5G毫米波通信測試系統(tǒng)，基于2G、3G、4G、5G通信數(shù)據(jù)調(diào)制格式和解調(diào)方式，采用高性能通信矢量信號(hào)模擬器和通信矢量信號(hào)分析儀分別產(chǎn)生和分析5GHz的中頻矢量信號(hào)，然后經(jīng)過微波部件進(jìn)行上下變頻到毫米波段載波進(jìn)行傳輸，上下行環(huán)回可采用天線或者有線連接。系統(tǒng)支持用戶想要評(píng)測的各種頻率和調(diào)制帶寬的候選波形的導(dǎo)入和數(shù)據(jù)抓取，在候選毫米波段載波進(jìn)行傳輸驗(yàn)證，支持24.5～30GHz、37G～43.5GHz、50～75 GHz、75～110GHz等各個(gè)熱點(diǎn)備選毫米波段，支持圖像傳輸、視頻傳輸?shù)取?/p>

1 系統(tǒng)主要特點(diǎn)

• 毫米波頻率覆蓋：24.5～30GHz、37G～43.5GHz、57～64 GHz、75～110GHz等

• 支持圖像、視頻毫米波傳輸

• GSM、CDMA、TD-SCDMA、WCDMA、TD-LTE、FDD-LTE等多種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生

• 實(shí)時(shí)、可變的多種數(shù)字調(diào)制格式的矢量信號(hào)發(fā)生

• 可按用戶需求設(shè)置的數(shù)字調(diào)制格式發(fā)生功能

• 優(yōu)異的低EVM信號(hào)發(fā)生能力

• GSM、CDMA、TD-SCDMA、WCDMA、TD-LTE、FDD-LTE等多種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)分析

• 多種數(shù)字調(diào)制格式多種制式的矢量信號(hào)分析

• 大動(dòng)態(tài)、高精度的射頻信號(hào)測量能力

2 本系統(tǒng)功能指標(biāo)

（1）測試參數(shù)

實(shí)現(xiàn)不同測量環(huán)境下參數(shù)的測量：

• 功率衰減

• 頻譜響應(yīng)

• 信號(hào)質(zhì)量惡化（EVM）

• QAM、PSK、FSK失真特性分析

• 圖像傳輸功能

• 視頻傳輸功能

（2）系統(tǒng)同步

系統(tǒng)包括自動(dòng)同步功能，具體包括：

• 發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的時(shí)基同步：時(shí)基同步是保障系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度的必要條件，本系統(tǒng)采用上下變頻同本振，信源與分析共用同一時(shí)基實(shí)現(xiàn)，保證測量精度要求；

• 發(fā)射系統(tǒng)和接收的信號(hào)同步：信號(hào)同步是信源與信號(hào)采集分析的同步，采用外觸發(fā)方式實(shí)現(xiàn)，保證信號(hào)測量的精度要求。

（3）系統(tǒng)校準(zhǔn)

射頻通路系統(tǒng)函數(shù)自動(dòng)校準(zhǔn)，讀取射頻通路系統(tǒng)函數(shù)數(shù)據(jù)，測試前可自動(dòng)調(diào)用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)測量帶寬內(nèi)系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)的頻域平坦度。