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是德科技:破解测试关键难题 全面参与工信部5G试验

作者:ren_2008   日期:2018-11-02 12:25:08

5G要试验,仪表需先行。目前由工信部组织的5G试验已经进入大规模场景验证的第二阶段,早在第一阶段,是德科技就已经开始参与其中,在如今的第二阶段,是德科技全面参与,为华为、中兴、大唐、爱立信、诺基亚等主要厂商提供支持。是德科技为5G测试做了哪些准备?二阶段参与情况如何?近期,通信世界全媒体记者就5G测试的相关问题采访了是德科技中国区无线市场部经理白瑛。

 

 

从4G到5G,技术发生全面立体改变

 

作为5G试验幕后的一家厂商,是德科技在研发和技术储备方面却是动手较早的一家。白瑛介绍,早在2011年三星宣布在28GHz毫米波频段验证5G速度、全球刚刚提出5G之时,是德科技(当时为安捷伦)就将5G列入了议题,白瑛则被公司任命为中国区5G负责人和联络人。

 

谈起5G测试与以往通信技术测试的不同,白瑛认为首先需要从5G技术本身的新特点说起。在他看来,5G早期标准定型阶段有如下方面需要关注的特殊点。

 

首先,5G频段较高,带宽较大。过去的移动通信集中在低频段,如GSM的900MHz和1800MHz、WCDMA的1.8GHz和1.9GHz、LTE的2.3GHz和2.6GHz;到了5G阶段,低频段资源紧张,而要产生高速率需要足够的带宽资源支持,在6GHz以下频谱被占用、大带宽难以寻觅的情况下,向高频走成为唯一办法。而对于具体走到多高,业内出现了分歧,Verizon和三星主推28GHz,也有提出39GHz,甚至60GHz、70GHz和90GHz,这些毫米波频段过去多用作汽车雷达、卫星、军用电子对抗等,对于民用移动通信而言是全新的课题。在频谱方面的另一个问题是,与此前制式的5MHz、20MHz带宽相比,5G带宽动辄500MHz起步,大带宽也成为新的技术难题。

 

其次,5G基站天线数较多。随着移动通信制式的升级,基站天线数量也有增多的趋势。在4G时代就已出现了多天线技术,如8×8 MIMO,基站发射端和测试设备接收端分别有8根天线连;而到了5G时代则演进为Massive MIMO--大规模天线阵列技术,进入这一阶段,以8×8 MIMO为例,基站端天线可以高达64个天线单元,甚至最高16×16 MIMO,即有256根天线。如此密集的天线情况下,过去所采用的一根天线对应一台信号源、一个频谱仪的做法显然不再适用。

 

再次,目前5G尚未真正写入标准,这意味着任何提案、试验都有可能真正成为标准,因此目前各厂家争相验证,以期自己的方案能够最终写入标准、写入专利。在此过程中,厂商需要强大的仿真工具,以说服竞争者和标准组织,自己的方案具有优势,由此对5G仿真工具的需求激增。同时,仿真是研发的前提,只有仿真先行、充分论证,才可能有下一步的试验。但是5G毫米波、大带宽、大规模天线阵列等特性,决定了仿真模拟的难度较大。

 

最后,OTA空口测试渐成趋势。暗室测试是验证基站和移动终端接收效果、用户体验的关键。5G阶段天线尺寸越小、数量大大增加,但是基站端很难开放充足的接口以提供测试,解决方案就是放弃线连方式,改用空口测试,基站端空口测也是全新的以前没有面临的课题。

 

对测试提出新需求

 

白瑛认为,从4G到5G虽然从字面看仅增加一个“G”,但是5G的复杂性比4G多了不止一个时代,包括频道、带宽、通道数、系统仿真结果都发生了全面立体的改变。而是德科技经过多年积累,目前已经对5G做好了技术储备。

 

白瑛表示,对于5G最大的挑战毫米波和大带宽,是德已经拥有丰富积累,这一积累与是德的国防军工业务历史有关。是德前身安捷伦曾是惠普业务的一部分,惠普在1999年拆分成家用电器与测试仪器,其中测试仪器部分称为安捷伦。早在20世纪80年代,惠普就面向美国军方推出了微波相关的测试测量产品,为毫米波、大带宽奠定了基础,此后进一步在技术储备、人员素质和能力上提高。目前,是德推出了毫米波频谱和信号分析产品N9041B,也是业界第一台频率覆盖高达110GHz、最大分析带宽为5GHz的分析仪,覆盖频率成为业界第一,远超过目前业界平均水平,为后期发展留有余地。

 

对于多天线测量的难题,是德模块化仪表也可以很好应对:5年前是德决定重新进军模块化仪表领域,在一个仪表上开设多个通道,通过插槽方式添加模块,使得体积不变的情况下通道更为密集,以加快测试速度,节省空间成本,消除厂商对于房间内堆满测试仪表的担心,从而为大规模天线阵列技术测试做好准备。例如,对于8收8发按照过去台式仪表的做法需要8台仪表,采用模块化仪表后,通过两台仪表级联的方式就可以实现。

 

对于厂商的仿真需求,白瑛表示,在2014年是德就提出了从纯硬件公司向以软件为中心转型的战略,开始重视对于软件的投资,加上此前的积累,是德目前推出了ADS、SystemVue,Signal Studio、VSA等系列软件,可以开发测试测量设备,配合硬件为厂商搭建仿真环境。据悉,目前很多厂商基于是德SystemVue做系统级仿真,为下一步试验做好理论验证。

 

在OTA方面,是德科技实验室也在进行新型方法的探讨,积极跟进每个标准化组织,提交了自己的方案,并与业界进行了一些重大专项合作。

 

值得一提的是,今年2月是德科技宣布收购Ixia,从而使自己的测试能力从1~3层扩展到1~7层,从而补充了时延、吞吐率测试等方面的能力,成为全面的5G解决方案提供商。

 

全面参与二阶段5G试验

 

2016年初,工信部启动5G技术研发试验,目前第一阶段的关键技术验证已经结束,第二阶段的大规模场景验证正在进行中。白瑛介绍,是德非常重视5G技术研发试验,拨专人专款,调配本地研发团队,配以专门的市场部人员全程跟踪,专门的工程师解决初步联调之后的日常技术支撑,专门的大客户团队与客户交流沟通,以响应中国客户的需求。总体来看,是德从第一阶段就已经积极参与,对于第二阶段则投入更多,目前已经为华为、中兴、大唐、爱立信、诺基亚等主要厂商提供支持。“目前进展非常不错,客户非常满意。”白瑛表示。

 

具体而言,工信部针对5G测试定义了连续广覆盖、低时延高可靠、低功耗大连接、热点高容量(低频)、热点高容量(高频)、高低频混合、其他混合等七大场景,是德与每家厂商针对七大场景进行了连接。

 

这其中的难点在于,由于标准未定,每家厂商都采用了自己认可的建议标准,使得具体试验的标准林林总总。因此是德需要根据每家厂商的标准定义软件算法,如时分系统般工作,几乎在同一时间与不同的厂家沟通需求、调配资源、开发算法,确保测试成功。而在频谱方面,虽然IMT-2020(5G)比较倾向低频,但是有厂家为了全频段布局以在未来掌握先机,也要求当前在高频也进行测试,这进一步加大了测试的工作量。“好在是德从3G开始就立足于中国本土进行研发,对于这场硬仗很有信心,我们的表现也得到了客户的认可。”白瑛表示。

 

多方合作,破解测试难题

 

谈到测试设备的重要性,白瑛表示,兵马未动粮草先行,在技术研究、产品研发、设备量产的整个过程,测试都扮演着重要角色。在早期技术研究阶段,再奇妙的想法也要通过验证才能决定是否可以立项、进行下一步研发,否则就是一纸空谈;在大规模建设阶段,手机也要经过反复测试解决Wi-Fi、信号、电池等问题才能投产;网络维修时,也需要测试问题出现在何处。因此,测试将在5G的整个生命周期测试无处不在,做好测试的技术研发准备非常重要。是德科技作为一家全球性的公司,正在与各个国家的高校、组织和公司展开合作,以提升测试水平。

 

就频段特性而言,毫米波的特性相对于低频发生了较大变化,链路损耗、穿墙效果、建筑物和树木遮挡效应等与此前相比都出现了大的变化。为此,是德科技与英国布里斯托大学开展了毫米波信道测量研究,针对毫米波的反射特性和折射特性进行研究,搭建起了60GHz中心频点、2GHz带宽的毫米波环境真实模拟现网环境。

 

功放是决定手机和基站性能的重要因素,功放太差,就会出现手机耗电严重、效率不高和基站信号差的问题。此前的通信制式带宽至多20MHz,现在到了毫米波阶段动辄2GHz带宽,功耗大大提升,对功放设计提出新要求。为此是德科技与Skyworks合作,研究毫米波、大带宽情况下的功放情况,把邻道载波泄露比控制降低了10db,在大带宽情况下将调制矢量误差控制在1%~2%,积累了大量工业级应用经验。

 

此外,是德还与UC圣地亚哥分校合作,验证大规模天线阵的设计,如天线的方向角如何设计,在遇到需要穿墙的情况下,多少度的角设计可以实现较好的绕射。

 

在白瑛看来,测试对于5G的独特贡献还在于提供全频段、公允的测量尺子,满足设备商对于各频段技术的测试需求,帮助其摆脱对于底层硬件搭建的束缚,将注意力、专业性应用在关键技术方面。在此方面,特别值得一提的是,是德科技不仅可提供全频段的测量环境,还提供相控阵移技术,可轻松实现从低频到高频各种环境的轻松搭建。


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