移動(dòng)通信經(jīng)歷從語(yǔ)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(zhǎng),，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(lái)5G主要技術(shù)場(chǎng)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(guó)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(guó)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(mǎn)足5G四大場(chǎng)景需求,，未來(lái)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(hù)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(lái)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(mǎn)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(cè)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(zhuān)業(yè)隊(duì)伍,，提前布局，推出了5G毫米波通信測(cè)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(lái),，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(guó)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(cè)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(lái)5G通信測(cè)試需求,，中國(guó)電科41所率先進(jìn)行了基于毫米波段的5G通信測(cè)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(lái)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(cè)試驗(yàn)證難題,。

（3）大規(guī)模MIMO通信測(cè)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(xiàn)越多,，頻譜效率和傳輸可靠性就越高。作為近年來(lái)備受關(guān)注的技術(shù)之一,，多天線(xiàn)技術(shù)經(jīng)歷了從無(wú)源到有源,、從二維到三維（3D）、從高階MIMO到大規(guī)模天線(xiàn)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(guó)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(cè)算法研究,，基于MASSIVE MIMO、大帶寬測(cè)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(cè)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(lái)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(mǎn)足未來(lái)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(guó)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(cè)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(zhǎng)度以及CP長(zhǎng)度等設(shè)計(jì),，并且可以根據(jù)不同場(chǎng)景以及業(yè)務(wù)類(lèi)型進(jìn)行靈活配置,，解決了測(cè)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(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

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(hù)總數(shù)超過(guò)14.25億,，基站出貨量累計(jì)405萬(wàn)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(chǎng)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(zhǎng)點(diǎn),，其產(chǎn)業(yè)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)，據(jù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)估計(jì),，5G通信有著巨大的市場(chǎng)規(guī)模和市場(chǎng)價(jià)值,，預(yù)計(jì)2025年5G通信相關(guān)市場(chǎng)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(chǎng)快速發(fā)展,，通信測(cè)量領(lǐng)域則是通信產(chǎn)業(yè)最具有活力的市場(chǎng)，也是未來(lái)發(fā)展最快的市場(chǎng),。5G通信將在2020年開(kāi)始部署,，對(duì)移動(dòng)通信設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)測(cè)試需求巨大,，該領(lǐng)域?qū)?huì)保持持續(xù)增長(zhǎng),。同時(shí)隨各種產(chǎn)品復(fù)雜度的提高，測(cè)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(cè)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(cè)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(chǎng)需求也將保持一定的增長(zhǎng)，據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè),，移動(dòng)通信市場(chǎng)目前國(guó)際市場(chǎng)容量大約為40億美金,，每年將以15%的速度增長(zhǎng)；國(guó)內(nèi)市場(chǎng)容量大約為20億人民幣,，每年將以20%的速度增長(zhǎng),。而5G通信測(cè)試儀器主要競(jìng)爭(zhēng)廠家有RS公司、是德科技,、安立等公司,。目前中國(guó)電科第41研究所的產(chǎn)品門(mén)類(lèi)與上述測(cè)試國(guó)際廠家基本相同，但是在4G中市場(chǎng)占有率還有一定差距,。未來(lái)5G通信,，我國(guó)定位是“5G引領(lǐng)”，并且5G通信測(cè)試核心技術(shù)是大規(guī)模MIMO測(cè)試技術(shù),、微波毫米波通信測(cè)試技術(shù),，這些技術(shù)與相控雷達(dá)測(cè)試非常接近,，正好是軍工研究所的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因此,，為中國(guó)電科第41研究所在5G測(cè)試方面提供了極好的機(jī)會(huì),，超越國(guó)際測(cè)試廠家，引領(lǐng)5G測(cè)試,。

中國(guó)電科41所5G毫米波通信測(cè)試系統(tǒng)

5G毫米波通信測(cè)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(guò)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(xiàn)或者有線(xiàn)連接。系統(tǒng)支持用戶(hù)想要評(píng)測(cè)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(hù)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(cè)量能力

2 本系統(tǒng)功能指標(biāo)

（1）測(cè)試參數(shù)

實(shí)現(xiàn)不同測(cè)量環(huán)境下參數(shù)的測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試前可自動(dòng)調(diào)用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)測(cè)量帶寬內(nèi)系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)的頻域平坦度,。