5G 正在飞速发展。 5G 在全球范围内的加速部署使得整个移动生态系统产生了连锁反应。 5G 技术的复杂程度也急剧增长。 5G 新空口（NR）、大规模多路输入多路输出（MIMO）、毫米波（mmWave）频率和空中接口（OTA）测试方法都提出了许多重大挑战。
5G 标准和一致性基础知识
5G NR 新空口标准与前几代无线标准有很大不同。它采用了新的端到端网络体系结构，可以提供极高的数据吞吐量和非常可靠的低时延连接，为创造新业务模式打开了大门。
5G NR 第 15 版标准于 2018 年 6 月获得批准，它为实现灵活、统一的 5G 新空口奠定了基础，这一接口将能够支持 5G 预期实施的各种用例和服务。
虽然第 15 版标准即将完成，但许多研究和工作项目仍处于开发中，标准还有许多方面尚未确定，包括如何批准新设备和基站。按照传统，这些方面要通过一致性测试和网络验证测试来解决。
本文概述了 5G 愿景，迄今为止已完成的步骤，以及完全实现5G 愿景所需完成的后续步骤。
5G 新空口标准基础知识 - 无线通信的新时代
5G 愿景定义了一个可以支持超级互联社会的先进移动宽带通信系统。
ITU 与运营商、网络设备制造商和标准组织合作，确定了 IMT-2020 愿景，以实现以下三种使用场景：
• 增强移动宽带（eMBB）
• 超高可靠性和低时延通信（URLLC）
• 大规模机器类通信（mMTC）
5G NR Release-15 于 2018 年 6 月获得批准，它标志着一个新时代开始，将为整个行业带来颠覆性的变革。随着市场领导者迅速行动起来，推出新的 5G 产品和业务，新的应用和新的商业模式将不断涌现并带来新的收入来源。
在两年前，5G 还仅仅被视作是一个愿景，甚至是炒作 — 但是 3GPP 第 15 版标准的制定完成，让 5G 在很短的时间内就变成了现实。它带来一系列激动人心的标准，不仅能为最终用户提供更高的数据速率和带宽，还有足够的开放性和灵活性，可以满足不同行业的通信需求 — 5G 将成为支持混合业务的 综合平台 。” Georg Mayer，3GPP TSG CT 主席
- ITU：国际电信联盟
- IMT：国际移动通信
5G 新特性和新技术推动新用例问世
要想支持不同的用例并实现 5G 的愿景，需要满足截然不同的性能要求。
新特性和新技术将成为 5G 实施的关键：
• 毫米波（mmWave）工作频段高达 52.6 GHz，信道带宽更宽，可达到 400 MHz，能够为传输 UHD 视频和电影等流媒体提供更高的数据吞吐量。
• 可扩展参数集支持各种用例，其中数据速率最低可以达到千比特/秒（kbps），适合物联网设备应用；最高可以达到千兆比特/秒（Gbps），适合增强移动宽带应用。
• 微时隙（Mini-slot）能够为无人驾驶和工厂自动化等应用提供低时延响应时间。
• 通过动态 TDD（时分双工）灵活分配资源，再加上带宽部分，可以更好地利用频谱，从而可以支持多种不同的用例。
5G 新空口将与 4G 网络共存
为获得移动性，设备在网络中漫游时必须保持连接。业界期待 5G NR 是一个全新的空中接口，能够与 4G LTE 并行工作。5G 无线接入网（RAN）将能同时使用 5G NR（gNB）和 LTE（eNB）基站。新的 RAN 通过 Xn 接口进行互连，并通过 NG 接口连接到 5G 核心网。5G NR 可以在非独立模式（NSA）下工作，其中 UE 需要使用传统的 eNB 连接到控制面的演进分组核心网（EPC），以支持 5G NR 通信。在独立模式（SA）下，5G 网络可以脱离 4G 核心网独立工作。5G NR 规范定义了七种不同的连通性方案，使网络设备制造商可以规划迁移到下一代核心网的升级路径。
- gNB：下一代 Node B
- eNB：演进型 Node B
“5G 基站制造和设计验证测试解决方案，可以提供成本更低、占用空间更小的 nnWave 测试。”
5G 时间表非常紧迫
研究项目完成后紧接着就是工作项目，再然后是规范的发布。ITU 和 3GPP 使用了分阶段方法，以便到 2020 年实现广泛的商业化。全球多个城市正在进行现场实验。第一个商业网络预计会在 2018 年底推出。毫米波频率的固定无线接入是 5G 推出的首批用例之一。
第 1 阶段：主要针对 4G LTE、5G NR 第 15 版和下一代系统体系结构。NR 第 15 版为 eMBB 和 URLLC 用例打下了基础。
第 2 阶段：继续进行 5G NR 优化，并计划在 2019 年底推出 5G NR 第 16 版的新用例。预计 NR 第 15 版将与 NR 第 16 版保持前向兼容性。
3GPP 还将继续在第 15 版和第 16 版中定义 LTE-Advanced Pro（最初在第 13 版和第 14 版中定义）的增强特性。
注意事项
随着 5G 新空口标准的推出，网络将需要支持各种 5G 设备及其众多不同的使用场景。
5G NR 第 15 版的主要特性包括：
• 工作频段扩展到毫米波频率，最初可高达 52.6 GHz，在未来版本中可能会达到更高频率
• 在毫米波频率（即频率范围 2）中信道带宽更宽，可高达 400 MHz，并且通过信道聚合可以进一步扩大
• 可扩展的参数集以及灵活分配资源的能力，可以支持众多不同用例和业务（如可扩展的子载波间隔，启用可变时隙持续时间以支持低时延的时间敏感型应用）。
• 动态时分双工（TDD）和带宽部分，能够灵活分配资源和更好地利用频谱。
了解关于 5G NR 挑战的更多信息
5G NR 规范为建立灵活的通信体系结构打下了基础，不过更大的灵活性也伴随着更大的复杂性。5G NR 设计将需要在带宽更宽的新频谱中工作，而且包括独立和非独立工作模式。此外，它们还支持一系列新技术，例如可扩展的参数集、灵活 TDD 和带宽部分。
5G NR 标准的基础知识 - 规范的基础知识
5G NR 第 15 版 是一个重要的里程碑，它能够支持足够灵活的 5G 无线接入技术，因而可以支持 6 GHz 以下频率和高达 52.6 GHz 的毫米波频率，以及新的用例和应用。同样重要的还有，5G 系统体系结构必须不断演进，以便跟上无线接入技术的变化。
3GPP 正在定义新的系统体系结构，以满足 5G 的要求。该网络需要支持各种 5G 业务、众多不同类型的设备和各种流量负载。5G 核心网必须灵活和高效。许多运营商都在转向采用软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）。分布式云、网络切片和自优化网络（SON）是关键的支持技术。这些技术有助于使网络体系结构和管理面虚拟化，以创造更强的通信能力。
IMT-2020 主要性能指标
3GPP 规范划分了多个研究项目和工作项目：
• RAN TR 38.912 研究项目包括新的无线部署场景、物理层、第 2 层、下一代RAN 的体系结构、无线传输/接收、更高层、网络程序等
• RAN TR 38.913 针对不同的部署场景（即 eMBB、URLLC 和 mMTC）以及车联网（V2X）要求，设定了目标关键性能指标（KPI）要求
为了达到 IMT-2020 所设定的愿景，目前已规定了下列 5G KPI：
为了达到 IMT-2020 所设定的愿景，目前已规定了下列 5G KPI：
• TS 38.200 系列中对物理层进行了定义。
• 38.300 系列定义了第 2 层和第 3 层。数据链路层使数据能够在不同的网络之间进行传输。它也被称为介质访问控制（MAC）层，为网络层的无线链路控制（RLC）提供不同的逻辑信道。
• 第 3 层与网络中的节点相连，以便用户设备可以在网络中畅游。TR 表示技术报告或研究，TS 表示技术规范。
3GPP RAN 研究项目和规范
5G NR 规范由 RAN 工作组负责制定。该工作组的成果是公开的；所有文档、会议报告和发布的规范均可在 3GPP 网站上获得。
5G NR 文档在 38.xxx 系列中提供。技术报告以 TR 开头，规范以 TS 开头。针对 5G NR，RAN 研究项目和规范定义了网络的功能、要求和接口。此处所示的是 5G RAN 1-5。
3GPP 系统体系结构（SA）的工作与 5G 工作并行开展，它确定了 在部署基于业务的 5G 系统运营网络时所需的特性和功能。 这些规范包含 在 3GPP TS 23.xxx 文档中。
接下来做什么？
1. 5G NR 第 15 版通过补丁修复缺陷或更改请求，解决了已知问题，从而趋于稳定。延迟版本（Late drop）计划在 2018 年底发布，未完成的 NR 体系结构方案将在 2019 年 3 月落实的 ASN 中予以解决。
2. 用于固定无线接入初始部署的 5G NR 非独立模式预计将在 2018 年底到 2019 年初推出。
3. 第 16 版的开发工作已经启动，包括确定新类型的业务、设备、部署模式和频段，并重点关注工业物联网的 URLLC 增强，免许可频段的使用、车联网，以及用户设备定位和功率效率。
对于许多设备开发商来说，真正的工作现在才开始。
设计符合新标准的新技术十分重要，只有完成这项工作，才能提供更高性能并与 4G 保持双向连通性，以及支持需要全新水平测试的新用例。随着标准的不断演进，您将需要一个能够扩展的测试解决方案，将 6 GHz 以下的 FR1 频率和更高的 FR2 毫米波频率、更宽带宽、更密集波形和更多测试用例都覆盖在内。
一致性测试和验收测试
一致性测试可以确保用户设备和基站的最低性能。用户设备的要求非常广泛，为的是确保射频发射和接收、无线接入、信令和解调性能合格。基站测试围绕射频参数而构建。
但是，一致性测试只提供最简单的合格/不合格结果，无法揭示设备在整合到无线通信系统中之后的性能表现。各厂商将会使用验证和回归测试来尽早测试更广泛的参数，以便确保设备质量合格并具有足够的裕量。
在花费大量时间和费用进行正式的一致性测试之前，往往先进行预兼容性测试，以确保设备测试“合格”。
设备验收测试的目的通常是为了确保设备满足运营商指定的其他要求。
一致性测试
3GPP 一致性测试定义了实现与核心规范一致性所必需的测量定义和程序。用户设备一致性测试包括将设备连接到无线测试系统，并执行所要求的 3GPP 测试。
3GPP 一致性规范分成四个主要领域：
• 射频发射和接收性能 — 最低等级的信号质量
• 解调 — 数据吞吐量性能
• RRM（无线资源管理）— 初始接入、切换和移动性
• 信令 — 上层信令程序
从开发到部署的典型流程
5G 射频发射和接收性能测试方法目前最为成熟，但针对设备解调和 RMM 的测试方法将需要更复杂的测试解决方案。
• 用户设备需要执行无线发射和接收、电磁兼容性发射（EMC）、与其他无线设备的互通操作、性能测试、协议信令测试和 RMM 等测试。射频一致性测试的重点是测试射频发射机特征、射频接收机特征和射频性能特征。
• 基站需要接受无线发射和接收以及 EMC 发射和抗扰度等测试。基站射频一致性测试的重点是测试射频发射机特征、射频接收机特征和射频辐射性能特征。对于特殊的基站类别，特别是在 FR2 工作的基站，需要接受辐射 OTA 发射机特征测试。
空中测试
对于在频率范围 1（FR1）和频率范围 2（FR2）这两个频率范围内工作的设备和基站，很多低频测试将与 4G LTE 测试相似 (FR1 的范围为 450 MHz 至 6 GHz，RF2 的范围为 24.25 至 52.6 GHz)。对于在 FR2 中工作的基站，需要使用空中（OTA）测试方法进行辐射测试。另外，OTA 测试方法也可对多元天线阵列中的设备和基站波束控制功能进行确认测试。这些多元天线阵列在 FR1 和 FR2 中工作且集成到 RFIC 中。
在 RAN5 中通过空中测量毫米波设备的具体测量和方法目前仍在开发中，目标完成日期为 2019 年 5 月。
到目前为止，3GPP 已经批准了三种用于用户设备的射频性能 OTA 测试方法：
Keysight OTA 解决方案
是德科技的空中测试解决方案包括测试室、探测和测试设备，用于满足从射频到毫米波的各种射频、解调和功能性能测试要求。
一致性测试认证
一致性测试由第 3 方执行。用于执行一致性测试的测试系统必须经过确认测试和校准，以确保在已知不确定度和可控条件下执行一致性测试。
下列认证机构负责对一致性测试进行监督：
• 全球认证论坛（GCF），隶属于 GSM 协会（GSMA），它代表全球的 GSM和 UMTS 运营商；它要求设备经过路测。
• 个人通信系统（PCS）是一种 GSM 用于 1900 MHz 频段的一种变体。它也被称为 PCS 型认证审查委员会（PTCRB）。PTCRB 为北美运营商提供用户设备认证服务。
5G设备验收测试
一旦用户设备通过一致性测试并达到规范要求，下一步就是在特定网络上对设备进行确认测试。设备验收测试可以评测设备是否具有足够的性能，并帮助工程师识别和解决问题，然后才允许该设备出售给用户并进入网络。例如，某些网络标榜具有最快网络或最可靠网络等特性进行营销。在这些情况下，运营商验收测试包括性能测试和功能测试，以确保设备能够按承诺的那样交付。
这些验收测试由专门的网络运营商提供。运营商将会对用户设备和网络进行极限测试，测试多种不同的用例场景。一种常见测试是在不同使用场景下测试电池性能，这些场景包括各种数据消费、通话时间或使用基于位置的服务等。评测电池在各种活动排列组合的条件下能达到什么样的实际性能，需要进行大量测试。另一种常见测试是对网络进行性能和用户体验测试。在 5G 中使用了多种不同的无线接入技术（RAT），因此评测无线网络之间的真实切换尤为重要。
对开发商的意义
您为 5G NR 标准做好准备了吗？
5G NR 引入了一种新型端到端网络体系结构，它承诺实现万物都可随时互联的愿景。随着 5G NR 第 15 版得到批准，开发商能够开始开发 5G NR 设备和基站。5G NR 引入了新技术，提出了更高的性能要求以及与 4G 保持双向连通性的需求，同时还定义了许多新的测试用例。5G 一致性需要进行全新水平的测试。
随着标准继续演进到第 16 版及更高版本，您将需要测试解决方案能够进一步扩展，从而覆盖 6 GHz 以下和毫米波频率，并支持更宽带宽、更密集波形以及越来越多的测试用例。一致性和运营商验收测试仍在开发中，因此您需要一个足够灵活的解决方案，并且它能够随着测试要求的演进而不断升级。从开发到一致性测试和验收测试阶段，Keysight 5G NR 解决方案组合可以利用工具仿真、测量和确认 5G 射频和协议信号，轻松解决这些挑战，让您可以更高效地开发和加速您的 5G NR 设计。
来源：是德科技 Keysight Technologies
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