5G无线技术带来新的测试挑战

被称为“5G”的下一代无线通信将为移动和固定位置用户带来新的服务。它还将减少延迟，更好地利用频谱，让更多用户使用网络。在过去几年中，研究人员一直在探索定义 5G 的新概念和技术。新技术可能包括新的无线电、频率以及将信号引导至用户的能力。这些新技术将带来新的测试程序。

第三代合作伙伴计划 （3GPP） 是发布定义无线通信的规范的标准机构。3GPP 已经概述了 5G 的时间表，定义 5G 第一阶段（称为新无线电 （NR））的最后期限将在 2017 年 12 月迅速逼近。图 1 显示了 NR 发展的时间表。

图 1：5G 新无线电技术的第一个规范计划于 2017 年底发布，并在 2018 年进一步更新。图片：3GPP。

尽管 NR Phase 1 将引入不同于当今移动通信中常用的 LTE 协议的新通信协议，但仍会有一些相似之处。LTE 和 NR 之间最明显的区别是载波带宽和工作频率。NR 将在模拟和数字领域增加波束成形功能。表 1 显示了 LTE 和 NR 关键规范的并排比较。

表 1：LTE 与 5G 功能。

为了满足时间表，3GPP 制定了一个分阶段计划，其中包括两个 NR 版本：一个独立版本和一个非独立版本。非独立版本（图 2）将使用 LTE 增强型节点 B（EnodeB 或 eNB，LTE 的无线电接入部分）作为 NR gNB 的主小区和辅助小区（gNB 是用于 5G 新无线电的 eNB）连接到 Evolved Packet Core （EPC）。

图 2：5G 的非独立版本显示了跨 LTE eNB 的数据流聚合。图片：3GPP。

非独立版本可以在初始部署期间利用现有基础架构。还存在一个独立版本，并且应该向前兼容未来几代的无线标准。独立网络可以与非独立网络共存并同时运行。尚未确定独立技术的确切推出日期，但正在考虑的用例是 NR Phase 1 设计。图 3 显示了独立案例。

图 3：5G 新无线电的独立版本可以通过增强型 LTE （eLTE） eNB（左）或结合新无线电 gNB（右）连接到 NextGen Core。图片：3GPP。

Verizon 和韩国电信 （KT） 正在寻求将前 5G 技术商业化。Verizon 计划最早在 2017 年冬季部署基于 5G 技术论坛（Verizon 5GTF 或 V5GTF）物理层的固定无线接入。V5GTF 将以 28 GHz 运行，作为在“最后一英里”应用程序中提供高速互联网的一种方式，但不包括移动使用。KT 正在寻求为 2018 年冬季奥运会部署 pre-5G 技术。他们的部署细节尚未公开披露。

工作频率一直是 5G 的一个广泛讨论和争论的话题，并且开始变得清晰。表 2 总结了正在考虑的频率。

表 2：建议的 5G 毫米波频段。

尽管 5G 增加了毫米波 （mmWave） 频率，但传统的 sub-6-GHz 频率仍将发挥重要作用。我们可以看到高达 LTE 当前可用带宽的五倍。表 2中列出的频率 代表了正在考虑的大部分频率，但它不是一个完整的列表。例如，T-Mobile 计划在美国使用 600 MHz 左右的频谱进行 5G 部署。

虽然定义了 NR 第一阶段的毫米波频率，但仍需要多个频段，具体取决于区域。例如，中国监管机构提出了 24.75–27.5 GHz 和 37–42.5 GHz。美国的 FCC 提出了 28 GHz 和两个覆盖 37-40 GHz 的频段。欧盟已明确表示 28 GHz 不起作用。频率 24–27 GHz，加上 38 GHz 和 39 GHz，正在考虑中。韩国和日本也计划使用 28 GHz。

更好地了解标准的外观是了解 5G 商业化的良好第一步，但在组件和系统设计以及设备验证和测试方面也存在许多其他挑战，可能会影响速度这些新技术的部署。添加波束成形等技术需要改变设计 RFIC，包括功率放大器和收发器 IC。为了最大限度地减少系统损耗，天线阵列被集成到与放大器和收发器相同的芯片或模块中。因此，工程师无法再使用传统的有线测试方法来测试这些设备。相反，曾经是禁忌的无线测试正变得强制性。

5G 的 NR，尤其是毫米波的 NR，比 LTE 无线电复杂得多。许多现有的测试设备无法处理更高载波频率、更宽带宽和空中测量的组合。事实上，即使是最简单的测量任务，例如进行 RF 功率测量，也必须重新考虑 5G，因为目前还没有明确定义进行校准的空中测量意味着什么。

虽然协议第 1 层和第 2 层的标准化进程正在迅速结束，但仍有许多挑战有待解决。迄今为止，5G 开启了无线通信的新纪元，而这显然只是一个开始。现在是 RFIC 设计和测试与测量行业利用我们从无线研究人员那里学到的知识并开发将 5G 推向市场所需的技术的时候了。

审核编辑：郭婷