从 1992年 GSM开端进入我国到现在，数字移动通讯仅仅用 20多年的时刻就现已全面地改变了咱们的作业方法和日子方法，跟着智能终端和平板电脑的遍及，人们的作业和日子越来越依靠移动数据信息交流，一起物联网也逐步从概念走向实际，M2M信息交流使无线通讯从传统电信范畴飞速地扩展到金融，交通，电力，医疗，家居，工业操控，农业，环境保护等非电信职业，而且必将渗透到所以职业，而这些传统非电信职业的无线技能化是即信息革新后的又一次严峻腾跃。这两个方面导致了无线通讯数据传输需求的迅猛开展，计算显现 2012年全球移动数据流量大幅添加了 70%，到达了 8.85x1015TB，估量从2012年到 2017年将添加 13倍，到 2017年，全球经过无线通讯方法传输的数据量将超越有线方法，将占到 55%，一起均匀每部移动终端将发生 2.7 GB的数据流量，所以未来 5-10年的无线通讯给现行的网络和设备带来极大的压力，现在的 3G和 4G都无法彻底满意，所以业界提出了第 5代无线通讯即 5G。我国IMT2020 5G白皮书就把 5G描绘为以用户为中心构建的全方位信息生态体系，5G将使信息打破时空约束，供给极佳的交互体会，快捷地完结人与万物的智能互联。 5G将为用户供给光纤般的接入速率，“零”时延的运用体会，千亿设备的衔接才能，超高流量密度、超高衔接数密度和超高移动性等多场景的共同服务，事务及用户感知的智能优化，一起将为网络带来超百倍的能效进步和超百倍的比特本钱下降，终究完结“信息随心至，万物触手及”的整体愿景[1]。
业界现已提出一些 5G要害功能指标，首要包含用户峰值速率、用户体会速率，带宽、衔接数密度、端到端时延、移动性等。
一起咱们也认为 5G设备和运用将灵敏地匹配不同的场景，因为针对速率，移动性，时延，本钱，能耗等各个方面的要求在不同运用场景下有很大差异，如下面两张图所示比较。
左图是针对高速率数据传输场景，运用的技能要点在于完结高吞吐率，高流量密度，高频谱功率，短时延等，右图是针对物联网 M2M场景，运用的技能就偏重在低设备本钱，高衔接数，极长的电池寿数等。
因为物联网对速率和带宽要求较低，现在的无线技能可以很好地交融完结，本文首要讨论由超高速率传输所推动的 5G新技能带来的应战以及是德科技为业界供给的5G全面解决计划。
2. 5G要害技能和测验计划
为了完结 5G无线数据传输的功能指标，需求选用革新性的无线技能，从深挖频谱功率，功率功率和用户数量视点提出了大规划 MIMO技能，从频率资源和超高吞吐率所要求超宽带调制的视点提出了运用毫米波频段，从大起伏进步流量密度以及高频段信号衰减的视点提出了超密布组网和协作式网络，以及彻底依据软件无线电的新式物理层技能，包含 NOMA，FBMC，FullDuplex等，这些现已成为 5G无线传输方面的标志性技能，而且远远超越 4G，所以 5G从无线技能视点也被称为革新而不是演进。可是革新性的技能也给研制和测验带来了巨大的应战，尤其是大规划MIMO，毫米波以及超宽带信号发生和接纳剖析使传统无线通讯测验外表很难满意要求。是德科技凭仗超越 70年的测验丈量外表前史和抢先的无线通讯外表渠道，可以给业界供给最全面的 5G无线通讯测验解决计划，可以掩盖各种 5G要害技能，以及包含器材测验，信道勘探建模，信号模仿，信号接纳剖析，体系级仿真和验证等各种测验运用。
2.1 大规划 MIMO (Massive MIMO) 技能
多天线技能作为进步体系频谱功率和传输可靠性的有用手法，现已运用于LTE和WLAN等体系。依据信息论，天线数量越多，频谱功率和可靠性进步越显着，尤其是当发射天线和接纳天线数量很大时，MIMO信道容量将随收发天线数中的最小值近似线性添加。在5G大规划MIMO中，基站装备数量十分大(一般几十到几百根，是现有体系天线数量的 1-2个数量级以上)的天线，可以在相一起频资源上一起服务许多用户。大规划 MIMO首要长处包含: 榜首，大规划 MIMO大起伏进步频谱功率，第二，大规划 MIMO可将波束会集在很窄的规划内，然后大起伏下降搅扰，第三，可大幅下降发射功率，然后进步功率功率，第四，当天线数量足够大时，最简略的线性预编码和线性检测器趋于最优，而且噪声和不相关搅扰都可忽略不计。
大规划 MIMO对传统测验外表提出了应战，传统台式信号源和剖析仪无法战胜体积本钱同步等多个方面问题。是德科技的高功能射频和微波模块化外表代表着无线通讯测验的开展方向，支撑多通道的信号发生和信号剖析，经过灵敏地组合和机箱级联扩展，可以支撑从现在的 LTE/WLAN小规划 MIMO到大规划MIMO的测验要求，而且供给业界最高水平的测验指。考虑到不同用户的需求，是德科技别离供给针对射频频段和微波/毫米波频段的模块化外表解决计划。
2.1.1大规划MIMO射频频段解决计划
是德科技 Massive MIMO射频频段解决计划是针对最高 6GHz的测验运用，中心硬件选用是德科技高功能 X系列矢量信号源和信号剖析仪渠道，模块化结构，具有与老练的 X系列台式外表相同的功能指标，软件也选用现已在职业广泛运用 Signal Studio信号发生渠道和 X-app以及 89600矢量信号剖析渠道，还可以结合是德科技 SystemVue和ADS完结5G Massive MIMO信号发生和剖析。
‾射频频段解决计划M9381A/M9391A
‾频率规划1M-6GHz
‾信号调制和剖析带宽最高160MHz
‾信号发生和丈量的起伏精度可达±0.3dB
‾信号源射频切换速度220us
‾ LTE MIMO EVM0.38%
‾ LTE MIMO同步精度20ns
2.1.2大规划MIMO微波/毫米波频段解决计划
是德科技 Massive MIMO微波到毫米波频段解决计划支撑宽带矢量信号发生最高达 67 GHz和宽带矢量信号接纳剖析最高达50 GHz的测验运用 (假如添加毫米波混频器扩展，可以支撑超越 100 GHz频率规划)，选用是德科技宽带模块化外表与微波毫米波台式外表结合，完美地将毫米波频率规划与超宽带多通道信号发生和剖析结合，供给业界最高功能与灵敏性，软件选用现已在职业广泛运用 Signal Studio信号发生渠道和 X-app以及89600矢量信号剖析渠道，还可以结合是德科技 SystemVue和ADS完结5G Massive MIMO信号发生和剖析。
‾微波到毫米波频段多通道信号发生 : M8190A/M8195A/PSG/Mixer
‾频率规划可支撑包含28G，45G，60-90GHz等5G频段
‾信号发生带宽最高8GHz/20GHz
‾微波到毫米波频段多通道信号接纳剖析: M9362A-D01/M9703A/Mixer
‾频率规划可支撑包含28G，45G，60-90GHz等5G频段
2.2 毫米波 mmWave 技能
跟着无线通讯的高速开展，射频频段频率资源现已十分严峻，而 5G超高速无线数据传输所需求的超宽信号带宽 (一般认为到达 500 M-3 GHz) 在传统的射频频段也难以得到满意，使得 5G走向微波和毫米波频段成为必定的挑选。一般认为 26.5-300 GHz为毫米波频率，可用带宽超越 100 GHz。毫米波介于微波和光波之间，兼具二者长处。与激光比较，毫米波的传达受气候小。毫米波与微波比较波束更窄，空间分辨率极高。毫米波器材尺度小，可以完结天线和设备的小型微型化。这些特色决议了毫米波是完结 5G超高速数据通讯和超密布布网的要害技能。毫米波频段对测验丈量的应战包含体系级和器材级两个方面。体系级研制和验证需求毫米波和超宽带的信号发生和接纳剖析，信道勘探和建模仿真，器材级则需求完好的矢量网络剖析解决计划。
2.2.1信号发生和接纳剖析
是德科技供给业界最全面的微波到毫米波频段信号发生和接纳剖析解决计划，支撑宽带矢量信号发生最高达 67 GHz和宽带矢量信号接纳剖析最高达50GHz的测验运用(假如添加毫米波混频器扩展，可以支撑超越 100 GHz频率规划)，选用是德科技宽带恣意波形发生器，高带宽示波器与微波毫米波台式外表结合，完美地将毫米波频率规划与超宽带信号发生和剖析结合，供给业界最高功能与灵敏性，可以结合是德科技 89600，SystemVue和 ADS等软件渠道完结 5G信号发生和剖析，可以用于模仿 5G无线通讯信号发生和接纳，研讨5G信道建模等。
‾微波到毫米波频段信号发生: M8190A/M8195A/PSG/Mixer
‾频率规划可支撑包含28G，45G，60-90GHz等5G频段
‾信号发生带宽最高8GHz/20GHz
‾微波到毫米波频段信号接纳剖析: Inniium Scope/PSG/Mixer
‾频率规划可支撑包含28G，45G，60-90GHz等5G频段
‾信号剖析带宽最高63GHz
2.2.2毫米波器材测验解决计划
是德科技供给依据 N5247A/N5227A的10 MHz~110 GHz单次扫描解决计划，体系组成包含 N5247A/N5227A 微波/毫米波矢量网络剖析仪，毫米波测验体系扩展操控器以及频率扩展端口模块。体系集成有直流偏置设备，可以精确地对被测器材的偏置状况进行操控，因为超宽的丈量频率规划以及低至 10 MHz的下限丈量频率，体系做时域丈量时可以具有极高的时刻分辨率，还可以精确地对施加在被测器材上的鼓励信号的功率进行操控，并能在1mm的丈量端口上进行功率扫描。
‾单次扫描即可完结10MHz-110GHz扫描
‾ 1.0mm同轴衔接器接口
‾超宽带矢量调制信号发生: M8190A/M8195A
‾信号发生带宽最高8GHz/20GHz
‾业界抢先的同轴，夹具上和晶圆上校准技能
‾端口上可内置Kelvin bias tee
‾单次扫描即可完结10MHz-110GHz扫描
‾ 1.0mm同轴衔接器接口
‾业界抢先的同轴，夹具上和晶圆上校准技能
‾端口上可内置Kelvin bias tee
‾可选机械衰减器
‾功率稳幅
2.3 超宽带信号发生和剖析
5G的中心方针是超高速无线数据传输，首要运用的物理层新技能包含非正交传输，依据滤波器组的多载波技能以及新式的调制编码，可是完结超高数据吞吐率的要害是超宽带信号调制 (一般认为到达 500 M-3 GHz)，这对传统外表硬件的调制和剖析带宽提出了很大的应战。
现在针对 5G空中接口首要会集在软硬件功能验证和信道研讨，所以需求实在到达超宽带信号调制的信号发生和接纳剖析，而且可以和最新物理层技能研讨无缝结合，而传统外表往往遭到采样率和模仿带宽约束，一起常常缺少灵敏的软件渠道构建新式物理层技能，然后很难真试验证从信源到信宿的数据吞吐功能以及毫米波和超宽带信道传达特性。
是德科技及时推出了现在业界最全面的超宽带信号发生和接纳剖析解决计划，包含最新推出的具有业界最高剖析带宽的微波矢量信号剖析仪 UXA，以及恣意波宽带矢量信号发生渠道最高带宽达 20GHz和宽带矢量信号接纳剖析渠道最高带宽达 63GHz的测验运用，选用是德科技宽带恣意波形发生器，高带宽示波器与 SystemVue体系仿真软件渠道结合，经过 SystemVue强壮的物理层技能结构仿真才能，可以完美地验证 5G空中接口数据吞吐功能以及超宽带信道传达特性。
‾超宽带矢量调制信号发生: M8190A/M8195A
‾信号发生带宽最高8GHz/20GHz
‾存储深度16G采样点
‾超宽带微波矢量信号剖析仪: N9040B UXA
‾频率规划26.5GHz，剖析带宽最高510GHz
‾超宽带矢量信号接纳剖析: Inniium Scope/M9703A
‾信号剖析带宽最高63GHz
‾超宽带矢量信号调制结构和仿真: SystemVue
2.4 波束赋形 Beamforming 技能
波束赋形 Beamforming 技能从 3G开端引进，在 4G中遍及运用，也是 5G的要害技能，差异是 5G运用更大规划的天线阵列，波束赋形精度更高，空间分辨率更高，抗搅扰性和传输质量更好，发射功率更低，可是也对锁相精度和作业频率提出更高要求，一起针对波束赋形 Beamforming 的测验剖析需求强壮的矢量剖析东西，可以经过矢量剖析直接得到波束赋构成果。
是德科技供给现在业界最全面灵敏的波束赋形 Beamforming 信号发生和接纳剖析解决计划，从传统的台式矢量信号源到最新推出的模块化解决计划，支撑超宽带相参信号发生，一起是德科技业界独有的 89600B矢量信号剖析渠道软件具有全面的针对波束赋形 Beamforming 的测验剖析，可以经过矢量剖析直接得到波束赋构成果，结合 SystemVue体系仿真软件渠道，可以完美构建5G波束赋形Beamforming测验和验证渠道。
‾超宽带锁相矢量调制信号发生: M8190A/M8195A
‾信号发生带宽最高8GHz/20GHz
‾锁相矢量信号发生器: E8267D/E4438C/N5182B
‾锁相矢量调制信号频率最高: 44GHz
‾射频频段锁相接纳机: N7109A(中移动指定智能天线测验仪)
‾超宽带锁相矢量信号接纳剖析: Inniium Scope
‾微波宽带锁相信号接纳剖析: M9362A-D01/M9703A
‾锁相矢量仿真和验证剖析: 89600B，SystemVue
波束赋形 Beamforming的要害功能取决于锁相精度， 4G LTE一般的锁相精度要求到小于 5度，即 2GHz载波时刻误差仅 7ps，5G对波束赋形 Beamforming要求更会超越 4G。是德科技 89600渠道现在针对 N7109A渠道供给的 Cross Channel Correction可以确保外表的锁相精度误差仅 0.1度，下图所示是 89600操控N7109A校正后的通道间起伏和相位差。
2.5 5G 新物理层技能
5G在无线传输技能方面，将充沛运用软件无线电架构，引进可以进一步发掘频谱功率进步潜力的技能，如非正交多址接入技能，依据滤波器组的多载波技能，全双工技能，新式编码调制技能，新的波形规划技能等，其间许多技能相对于 3G/4G也是革新性的，尽管正交频分复用 OFDM (orthogonal frequencydi-vision multiplexing)是4G LTE以及 WLAN的中心技能，可是OFDM也存在下列不足之处。
‾ OFDM需求刺进循环前缀以对立多径式微，然后导致无线资源的糟蹋
‾ OFDM对载波频偏的敏感性高，具有较高的峰均比
‾ OFDM各子载波有必要具有相同的带宽
‾ OFDM各子载波之间有必要坚持同步
‾ OFDM各子载波之间有必要坚持正交，约束了频谱运用的灵敏性
‾ OFDM技能选用方波作为基带波形，载波旁瓣大，当子载波同步不能严厉确保的情况下相邻载波搅扰严峻
在 5G体系中，因为支撑高数据速率的需求，将或许需求高达500M-2GHz的带宽，但在较低的射频频段，难以获得接连的宽带频谱资源，而 OFDM技能难以完结对零星空白频谱的灵敏运用，所以需求新的物理层技能完结5G的功能指标。
依据滤波器组的多载波 FBMC (Flter-bank Based Multicarrier)技能[2]被广泛重视，发射机经过组成滤波器组来完结多载波调制，接纳机经过剖析滤波器组来完结多载波解调。组成滤波器组和剖析滤波器组由一组并行的成员滤波器构成，与 OFDM不同，FBMC各载波之间不再有必要正交，也不需求刺进循环前缀，各子载波带宽和各子载波之间的交叠程度可以灵敏操控，各子载波之间也需求同步，这样同步和信道估量检测等可在各子载波上独自进行处理，十分适合于难以完结各用户之间严厉同步的上行链路，而且可以灵敏运用频谱。
非正交多址接入 NOMA技能是对 OFDM技能的改善，在发射端改变了本来单个时频资源 (例如资源块 RB)在同一时刻只能由单一用户独占的方法，功率也可以由多个用户同享，相当于多个用户混合在一起，接纳端需求选用搅扰消除技能将不同用户区别开来。业界有试验验证NOMA可以进一步进步传输容量。
全双工技能指一起同频进行双向通讯的技能。因为在无线通讯体系中存在固有的发射信号对接纳信号的自搅扰，传统设备因为技能条件的约束，不能完结一起同频的双向通讯，上下行需求运用 TDD或FDD等双工方法进行区别，可是这样理论上就糟蹋了一半的无线资源。跟着各种搅扰抵消技能的开展和老练，同频一起的全双工技能逐步成为 5G热门技能，是 5G体系充沛发掘无线频谱资源的一个重要方向[2]。
是德科技 SystemVue作为体系级规划仿真环境，首要用于通讯体系物理层技能的规划和验证。 SystemVue 结合是德科技测验外表为下一代 5G无线通讯体系建模，完结和验证建立了抱负的，可扩展的环境。 SystemVue 从项目榜首天开端创立虚拟体系和仿真模型进行验证，然后逐步和硬件结合引进更多丈量，SystemVue 可以和是德科技矢量信号源结合创立杂乱信号波形，并仿实在在国际无线传达环境，还可以结合是德科技89600矢量信号剖析 VSA渠道，后者供给一整套信号剖析东西对信号进行解谐和矢量信号剖析，然后可以为 5G研制构建从发射到接纳的完好物理层，包含 NOMA，FBMC，全双工技能，编码调制等新技能都可以在这个环境进行规划和仿真，并可以在实在射频微波环境中得到验证。
2.6 超密布协作式异构网络 HetNet
因为 5G体系既包含革新性的新式无线传输技能，也包含现有的各种无线接入技能的后续演进，所以 5G网络必定是多种无线接入技能包含 5G，4G，LTE，UMTS和 WiFi等共存，既有担任根底掩盖的宏站，也有很多承当热门掩盖的低功率小站，即RRU，PicoCell和FemtoCell等多层掩盖的多无线接入技能异构网络。无线网络结构开展的经历证明，因为小区半径的缩小然后频谱资源的空间复用带来的频谱功率进步的增益远远大于语音编码技能和调制技能以及 MAC调度改善所带来的增益，可是5G不是进行简略的小区别裂，而是经过添加低功率节点数量的方法进步体系容量，依据流量密度和衔接数功能要求添加密度，乃至将来激活用户数和站点数的份额到达 1:1，即每个激活的用户都将有一个服务节点，然后构成超密布异构网络。
5G是交融协同的多制式共存的异构网络，存在密布多层，多无线接入技能的共存，导致网络结构十分杂乱，所以完结 5G网络的要害有两个方面。
‾很多选用FemtoCell和Small Cell等低功率节点设备
‾完结自组织，主动搅扰协谐和躲避，自优化和自愈合的认知网络
针对 FemtoCell和Small Cell等低功率节点设备，是德科技 X系列矢量信号源合作Signal Studio信号发生软件，X系列矢量信号剖析仪等产品以及被业界广泛用于 FemtoCell以及基站设备的研制和出产测验，一起是德科技还最新推出了业界榜首款专门针对FemtoCell和微蜂窝基站设备测验及产线的归纳测验仪，选用最新PXI架构模块化结构，可以完结对包含各种无线通讯制式的并行高速测验，现在支撑LTE FDD，LTE TDD，W-CDMA/HSPA/HSPA+，GSM/EDGE-Evo，TD-SCDMA，WLAN 802.11a/b/g/n/ac，而且具有杰出的扩展晋级才能。
针对各种认知网络运用，是德科技也具有长时间的职业实践经历，例如现已支撑欧盟 EN300328和EN301893的针对WLAN设备的 DFS和 Adaptivity测验，而且可以依据未来 5G需求灵敏组成相应的测验渠道。
参考文献
[1] IMT-2020(5G)推动组，5G愿景与需求白皮书
[2]尤肖虎，潘志文，高西奇，曹淑敏，邬贺铨，5G移动通讯开展趋势与若干要害技能，我国科学:信息科学2014年第44卷第5期: 551-563
