《电子技术应用》

提前布局 中国电科41所毫米波通信测试系统有望实现“5G引领”

电子技术应用 作者:王洁
2017/1/16 15:16:00

移动通信经历从语音业务到移动宽带数据业务的飞跃式发展,5G通信发展两大主要驱动力是移动互联网和物联网,数据流量的千倍增长,千亿设备连接和多样化的业务需求将对5G系统提出严峻挑战。未来5G主要技术场景包含连续广域覆盖、热点高容量、低延迟高可靠和低功耗大连接。


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中国电子科技集团公司第四十一研究所高级工程师 凌云志

5G通信,核心在于毫米波

中国电子科技集团公司第四十一研究所高级工程师凌云志先生认为,为了满足5G四大场景需求,未来5G基站将向两个方向发展,一是大规模MIMO基站,支持5G通信海量连接数、多用户立体的覆盖;二是微波毫米波微基站,支持高传输速率的使用。未来5G终端形式将向两大方向发展,一是向高传输速率、高移动特性发展;二是满足物联网需求,向低时延高可靠、低功耗大连接方向发展。5G网络架构将向异构网、超密集组网、网络虚拟化等方向发展。

在5G通信中,毫米波通信是其核心技术,然而毫米波通信研发的挑战是高频段大带宽的设计,如何测试与验证?大家都在研究,都在思考。中电科仪器仪表有限公司利用40多年在微波毫米波的积累,并具有一只掌握通信核心技术的专业队伍,提前布局,推出了5G毫米波通信测试系统,为毫米波通信技术的验证和产品的研发提供有力的保障。

毫米波通信技术难题

针对毫米波通信产品目前迫切需要解决的技术难题,凌云志先生给出了四点解读:

(1)5G毫米波、大带宽、新波形的超高清视频通信技术难题

移动互联网和物联网的快速发展,成为5G的主要驱动力。面向2020年及未来,超高清、3D和浸入式视频的流行将会驱动数据速率大幅提升。5G通信大带宽高流量将成为5G通信发展的技术难点,中国电科41所利用其在军工中大带宽数据模拟和采集技术,结合5G新波形,成功将5G超高清视频信号调制毫米波上,形成500MHz带宽、10Gbps传输速度的超高清视频通信,为5G通信在毫米波、大带宽、新波形上积累了丰富的经验,为5G通信标准制定提供有力支撑。

(2)微波毫米波通信测试技术难题

传统的移动通信工作频段主要集中在3GHz以下,使得频谱资源已经十分拥挤,而在高频段可用频谱资源丰富,能够有效缓解频谱资源紧张的现状,同时也可以实现高速短距离通信,支持5G容量和传输速率等方面的需求。针对未来5G通信测试需求,中国电科41所率先进行了基于毫米波段的5G通信测试技术研究,采用视频采集、基带模拟、毫米波传输、矢量解调、视频恢复等环节模拟未来5G通信系统。重点基于41所传统微波毫米波硬件基础,在毫米波段进行宽带通信调制信号收发处理解决方案设计,包括微波毫米波变频和毫米波段直接宽带调制方式,在24.25~30GHz、37~43.5GHz、50~75GHz、75~110GHz等全部毫米波5G备选频段进行5G大带宽矢量信号传输验证,支持各种5G候选波形的导入与抓取,支持图像、视频传输,解决了5G高频段、大带宽测试验证难题。

(3)大规模MIMO通信测试技术难题

MIMO技术已经广泛应用于LTE、WLAN等技术上面,理论上,天线越多,频谱效率和传输可靠性就越高。作为近年来备受关注的技术之一,多天线技术经历了从无源到有源、从二维到三维(3D)、从高阶MIMO到大规模天线阵列的发展,将有望实现频谱效率提升至十倍甚至更高,是目前5G技术重要的研究方向之一。作为通信核心技术,中国电科41所重点进行了MIMO建模矩阵模拟和信道估计检测算法研究,基于MASSIVE MIMO、大带宽测试需求,构建了MIMO 32×32硬件处理平台,保证大带宽、低延迟、高灵敏度通道性能的同时,解决了高集成化、小型化、模块化、高可靠性等设计难题。

(4)5G新型多载波仿真测试技术难题

5G系统设计时不仅要考虑移动宽带业务,同时也会考虑未来对于海量机器连接以及高可靠低时延业务的支持。因此为了满足未来应用的需求,同时考虑到对于低时延、零碎频谱使用、非严格同步以及在高速情况下系统鲁棒性等5G系统所面临的挑战,5G采用多种新型多载波方案。作为通信5G发展核心技术,中国电科41所重点进行了包括F-OFDM、FBMC、UFMC以及GFDM等调制算法研究和仿真测试,进行每一种波形方案以及该方案中子载波宽度、子载波间隔、滤波器长度以及CP长度等设计,并且可以根据不同场景以及业务类型进行灵活配置,解决了测试系统的物理层编解码信号处理验证难题。

毫米波通性市场的发展趋势

截至2016年6月,全球LTE商用网络达到525张,全球LTE用户总数超过14.25亿,基站出货量累计405万个。

截至2016年6月,全球共推出6 575款LTE终端,其中智能手机4 578款。全球共推出3 686款TD-LTE终端。

由此看出移动通信市场巨大,5G时代除了传统的移动通信以外,将在物联网方向产生新的增长点,其产业将远远超过传统移动通信产业,据相关专业机构估计,5G通信有着巨大的市场规模和市场价值,预计2025年5G通信相关市场全球规模达到3 000亿美元。

凌云志先生指出,目前移动通信市场快速发展,通信测量领域则是通信产业最具有活力的市场,也是未来发展最快的市场。5G通信将在2020年开始部署,对移动通信设备研发、生产测试需求巨大,该领域将会保持持续增长。同时随各种产品复杂度的提高,测试参数量日益增多,而在经济高速发展的今天,人工成本也逐渐成为产品低成本生产的瓶颈,对测试效率的提高是各个设备厂家当前最大的追求,自动测试设备将成为通信设备制造的主要手段,因此该领域的市场需求也将保持一定的增长,据有关部门统计和预测,移动通信市场目前国际市场容量大约为40亿美金,每年将以15%的速度增长;国内市场容量大约为20亿人民币,每年将以20%的速度增长。而5G通信测试仪器主要竞争厂家有RS公司、是德科技、安立等公司。目前中国电科第41研究所的产品门类与上述测试国际厂家基本相同,但是在4G中市场占有率还有一定差距。未来5G通信,我国定位是“5G引领”,并且5G通信测试核心技术是大规模MIMO测试技术、微波毫米波通信测试技术,这些技术与相控雷达测试非常接近,正好是军工研究所的技术优势,因此,为中国电科第41研究所在5G测试方面提供了极好的机会,超越国际测试厂家,引领5G测试。

中国电科41所5G毫米波通信测试系统

5G毫米波通信测试系统,基于2G、3G、4G、5G通信数据调制格式和解调方式,采用高性能通信矢量信号模拟器和通信矢量信号分析仪分别产生和分析5GHz的中频矢量信号,然后经过微波部件进行上下变频到毫米波段载波进行传输,上下行环回可采用天线或者有线连接。系统支持用户想要评测的各种频率和调制带宽的候选波形的导入和数据抓取,在候选毫米波段载波进行传输验证,支持24.5~30GHz、37G~43.5GHz、50~75 GHz、75~110GHz等各个热点备选毫米波段,支持图像传输、视频传输等。

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1 系统主要特点

  • 毫米波频率覆盖:24.5~30GHz、37G~43.5GHz、57~64 GHz、75~110GHz等

  • 支持图像、视频毫米波传输

  • GSM、CDMA、TD-SCDMA、WCDMA、TD-LTE、FDD-LTE等多种标准信号发生

  • 实时、可变的多种数字调制格式的矢量信号发生

  • 可按用户需求设置的数字调制格式发生功能

  • 优异的低EVM信号发生能力

  • GSM、CDMA、TD-SCDMA、WCDMA、TD-LTE、FDD-LTE等多种标准信号分析

  • 多种数字调制格式多种制式的矢量信号分析

  • 大动态、高精度的射频信号测量能力

2 本系统功能指标

(1)测试参数

实现不同测量环境下参数的测量:

  • 功率衰减

  • 频谱响应

  • 信号质量恶化(EVM)

  • QAM、PSK、FSK失真特性分析

  • 图像传输功能

  • 视频传输功能

(2)系统同步

系统包括自动同步功能,具体包括:

  • 发射系统和接收系统的时基同步:时基同步是保障系统测量准确度的必要条件,本系统采用上下变频同本振,信源与分析共用同一时基实现,保证测量精度要求;

  • 发射系统和接收的信号同步:信号同步是信源与信号采集分析的同步,采用外触发方式实现,保证信号测量的精度要求。

(3)系统校准

射频通路系统函数自动校准,读取射频通路系统函数数据,测试前可自动调用校准数据,保证系统测量带宽内系统测量数据的频域平坦度。

 

 


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