在2017年6月12號(hào)舉行的2017年IMT-2020(5G)峰會(huì)上，IMT-2020(5G)推進(jìn)組副主席王曉云在“IMT-2020(5G)推進(jìn)組工作進(jìn)展介紹”部分，介紹了目前5G懷柔外場(chǎng)試驗(yàn)的進(jìn)展和部分測(cè)試結(jié)果。

本文擬對(duì)講座中所展示的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行討論和技術(shù)分析，以便大家更好地了解和認(rèn)識(shí)目前外場(chǎng)測(cè)試工作的現(xiàn)狀和技術(shù)內(nèi)容。

1、外場(chǎng)情況

目前懷柔外場(chǎng)正在進(jìn)行的是技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)階段的技術(shù)方案驗(yàn)證工作。

第二階段，要基于統(tǒng)一的測(cè)試規(guī)范、頻譜、平臺(tái)來進(jìn)行測(cè)試。初步規(guī)劃是射頻和功能測(cè)試工作在信通院的MTNET試驗(yàn)室進(jìn)行，而性能測(cè)試工作在懷柔外場(chǎng)進(jìn)行。未來，各廠家外場(chǎng)的基站需統(tǒng)一接入到位于MTNET的核心網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)集中管理。

來自產(chǎn)業(yè)鏈的主要的六家系統(tǒng)廠家參與懷柔外場(chǎng)測(cè)試工作，分別為華為、愛立信、中興、大唐、諾基亞和上海貝爾、三星。計(jì)劃建設(shè)30個(gè)基站來完成面向解決方案(單站測(cè)試)和面向系統(tǒng)(5個(gè)站組網(wǎng)測(cè)試)的測(cè)試工作，站址信息分布如下：

2、測(cè)試進(jìn)展

講座指出，“第二階段進(jìn)行了連續(xù)廣域覆蓋的測(cè)試，低時(shí)延高可靠測(cè)試，低功耗大連接的測(cè)試，還有低頻高頻的容量測(cè)試，以及混合場(chǎng)景的測(cè)試，大家可以看到各個(gè)廠家基本的進(jìn)展情況。雖然沒有都完成，但是有幾家進(jìn)展比較快”。

可以看到，華為步伐最快，除了高頻熱點(diǎn)場(chǎng)景外，其余場(chǎng)景都已經(jīng)測(cè)試完成了。中興各個(gè)場(chǎng)景的測(cè)試工作也已經(jīng)開始進(jìn)行了。其他廠家進(jìn)展略慢，像Ericsson正在進(jìn)行連續(xù)廣域覆蓋和低時(shí)延高可靠的測(cè)試，大唐也正在進(jìn)行連續(xù)廣域覆蓋的測(cè)試工作。Nokia和三星沒有出現(xiàn)在圖上，其測(cè)試進(jìn)展還有待進(jìn)一步了解。

MIIT要求的測(cè)試場(chǎng)景有7種，圖示如下。其中，“其他混合”場(chǎng)景中，包括連續(xù)廣域覆蓋與低時(shí)延高可靠的混合(類似eMBB+URLLC)、連續(xù)廣域覆蓋與低功耗大連接的混合(類似eMBB+mMTC)等兩大類測(cè)試內(nèi)容。

講座中提到的6種場(chǎng)景中，沒有明確是否包含高低頻混合和其他混合場(chǎng)景。從所展示的測(cè)試結(jié)果上看，華為至少完成了其他混合場(chǎng)景的測(cè)試，如eMBB+URLLC+mMTC，后面詳細(xì)分析。對(duì)于高低頻混合場(chǎng)景，需要終端同時(shí)支持高低頻，如果做不到，則此測(cè)試就沒法進(jìn)行。

3、性能測(cè)試及結(jié)果分析

以下借助王曉云副主席講座中提到的信息，結(jié)合一些其他技術(shù)信息，來進(jìn)行相關(guān)場(chǎng)景和測(cè)試結(jié)果的分析。

3.1  連續(xù)廣域覆蓋場(chǎng)景下的吞吐量：

“連續(xù)廣域覆蓋場(chǎng)景下，采用200M帶寬，64個(gè)端口的大規(guī)模天線陣列，實(shí)現(xiàn)了單用戶峰值3.6G，小區(qū)的吞吐量也到了11.79G，如果都換算成下行，可以達(dá)到18G的帶寬，達(dá)到了我們預(yù)期的目標(biāo)” 。

這是華為外場(chǎng)的測(cè)試結(jié)果。測(cè)試環(huán)境及配置為：

- 1個(gè)基站（64通道/192天線）
- 12個(gè)終端（8天線）
- 24流，每用戶2流

從圖中也可以看到，測(cè)試中基站側(cè)采用64通道天線，支持24個(gè)流，終端支持8天線，每個(gè)終端支持2個(gè)流，總共12個(gè)終端參與測(cè)試，以便評(píng)估小區(qū)性能。

對(duì)于連續(xù)廣域覆蓋測(cè)試，設(shè)備規(guī)范要求的mMIMO參數(shù)為天線通道數(shù)≧64，支持16流以上數(shù)據(jù)傳輸。可見，上述64天線和200MHz帶寬滿足測(cè)試的基本要求，但是24個(gè)流則一定程度上超越了測(cè)試要求。對(duì)于天線振子數(shù)，設(shè)備規(guī)范中沒有具體要求，華為是采用192個(gè)振子來實(shí)現(xiàn)的，相對(duì)于128振子來說，可以提供更高的性能增益。

具體到系統(tǒng)參數(shù)，其工作頻率為3.4~3.6GHz，系統(tǒng)帶寬為200MHz，子載波間隔為15KHz，TTI長(zhǎng)度為0.5ms，采用TDD模式，上下行配比多數(shù)為5:1:1，可見下行約占70%吧。

此場(chǎng)景中所體現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)包括0.5ms TTI的新型參數(shù)集、自包含幀結(jié)構(gòu)、24流的大規(guī)模天線以及f-OFDM新波形。

還記得華為2015年底在與Docomo聯(lián)合進(jìn)行的24流多天線驗(yàn)證嗎？

成都外場(chǎng)與懷柔外場(chǎng)的測(cè)試配置和性能結(jié)果對(duì)比如下，以便我們深入分析和了解同配置下系統(tǒng)性能變化情況。

其中，天線陣子數(shù)從64增加到192，射頻帶寬從100MHz增加到200MHz。成都測(cè)試的測(cè)試支持2天線，懷柔終端支持8天線，終端數(shù)從24減少到12。小區(qū)峰值速率從3.6Gbps增加到11.79Gbps，增加2倍左右。那么，這個(gè)性能增益除了由帶寬增加一倍和天線數(shù)增加2倍之外，還有哪些影響因素哪？還有待后續(xù)深入分析。

3.2  低時(shí)延高可靠場(chǎng)景下的時(shí)延：

低時(shí)延高可靠測(cè)試要求在大量數(shù)據(jù)包的基礎(chǔ)上(>10^7)統(tǒng)計(jì)空口傳送時(shí)延和丟包率，以確定時(shí)延和可靠性指標(biāo)。根據(jù)ITU要求，空口時(shí)延應(yīng)小于1ms，因此丟包率指標(biāo)是在1ms時(shí)延的基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的。比如，用戶面下行傳輸丟包率的計(jì)算公式是，以成功傳輸并滿足用戶面下行單向時(shí)延小于1ms的包的數(shù)量除以總的測(cè)試包數(shù)量，得到下行傳輸丟包率。

1ms的空口時(shí)延大致包括下行傳輸、上行傳輸、緩存、UE處理、BTS處理、傳輸鏈路時(shí)延等階段。

測(cè)試規(guī)范中建議采用思博倫儀表進(jìn)行收發(fā)包測(cè)試和統(tǒng)計(jì)。講座中提到的測(cè)試結(jié)果為0.407ms，從圖中桌子上華為的標(biāo)志可以了解到這是華為的測(cè)試結(jié)果，遠(yuǎn)低于ITU要求的1ms空口(air interface，圖中縮寫為AI)時(shí)延。

具體到系統(tǒng)參數(shù)，其工作頻率為3.4~3.6GHz，子載波間隔為30KHz，TTI長(zhǎng)度為0.25ms，與上述連續(xù)廣域覆蓋模式參數(shù)設(shè)置有區(qū)別。

此場(chǎng)景中所體現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)包括采用0.25ms TTI的新型參數(shù)集、自包含幀結(jié)構(gòu)、Polar新型編碼調(diào)制以及f-OFDM新波形。

其他資料顯示，在實(shí)驗(yàn)室和外場(chǎng)，通過第三方儀表，華為公司測(cè)試驗(yàn)證用戶面時(shí)延<1ms，丟包率<10^-9。

3.3  低功耗大連接場(chǎng)景下的連接數(shù)密度：

5G概念白皮書(2015年)和5G遠(yuǎn)景與需求白皮書(2014年)中定義了連接數(shù)密度，即單位面積上(km²)支持的在線設(shè)備總和。指標(biāo)要求為每平方公里支持一百萬的連接數(shù)密度(100萬/km²連接數(shù)密度)。

講座中提到，“低功耗大連接場(chǎng)景下，每小區(qū)每一個(gè)兆赫茲達(dá)到了5000萬的連接(編者注：圖上數(shù)據(jù)顯示為每小時(shí)內(nèi)總數(shù))”。可見，這里是采用 “/MHz/cell” 為單位的，根據(jù)小區(qū)中所采用的帶寬和大致小區(qū)覆蓋面積應(yīng)該可以換算到平方公里上去。

講座中提到的應(yīng)該是中興的測(cè)試結(jié)果，具體所采用的技術(shù)及數(shù)據(jù)計(jì)算方式如下。

結(jié)合之前中興的新聞報(bào)道可知，該測(cè)試使用中興的多用戶共享多接入（MUSA:Multi-User Shared Access）技術(shù)。MUSA技術(shù)引入了較短的擴(kuò)展碼，可以實(shí)現(xiàn)高負(fù)載，消除調(diào)度操作，將支持的連接數(shù)量增加三到六倍。該技術(shù)還采用先進(jìn)的擴(kuò)頻序列和連續(xù)干擾消除（SIC：successive interference cancellation）技術(shù)。

本次峰會(huì)上，中興通訊股份有限公司無線經(jīng)營(yíng)部總工程師朱伏生在演講中提到，“在mMTC上使用了新的使能技術(shù)，在免調(diào)度的情況下能夠提供一個(gè)非常高的過載，在正常的、同樣的視頻資源內(nèi)，可以提供3到6倍的連接速度的提升。在免調(diào)度的技術(shù)情況下，不用一直保持一個(gè)同步的方式，整個(gè)上行的同步和整個(gè)功率控制會(huì)做得非常簡(jiǎn)單，屬于在工業(yè)實(shí)現(xiàn)上也是相對(duì)來說比較方便的方式。這樣對(duì)終端也是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功耗也是要求非常低的，也滿足了物聯(lián)網(wǎng)的要求。同時(shí)我們采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)以及串行SSIC技術(shù)，可以非常好的來實(shí)現(xiàn)。目前我們的測(cè)試結(jié)果已經(jīng)達(dá)到了原來在600%的過載情況下可以做到的5300萬每小時(shí)每赫茲的連接，這是非常令人震驚的數(shù)字，它和原來要求相比高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。剛才是24個(gè)用戶承載在8毫秒的時(shí)間段內(nèi)，我們把它折算成1毫秒，再折算成1小時(shí)，再測(cè)算成1M，再乘于89%，原來是常規(guī)設(shè)10%，但是那天下雨，下雨的時(shí)候碼率相對(duì)高了一點(diǎn)，大概到了11%多，每小時(shí)滿調(diào)度的數(shù)達(dá)到5300萬，這個(gè)也是非常令人驚奇的數(shù)據(jù)”。

3.4  混合場(chǎng)景(連續(xù)廣域覆蓋eMBB + 低功耗大連接mMTC + 低時(shí)延高可靠URLLC)：

講座中提到，”混合場(chǎng)景的性能測(cè)試中，采用切片，在同一個(gè)帶寬系統(tǒng)上，通過子帶寬的方式，根據(jù)不同的場(chǎng)景，用切片的技術(shù)設(shè)置不同的子載波間隔，不同的參數(shù)配不同的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于三個(gè)不同場(chǎng)景的不同的解決方案，達(dá)到了要求的性能”。

基于統(tǒng)一空口支持三種不同場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了以下性能，即峰值>8.29Gbps（全下行> 14Gbps）; 用戶連接>400萬；時(shí)延<1ms。

混合場(chǎng)景下所采用的參數(shù)為：

測(cè)試結(jié)果顯示，200MHz帶寬中，160MHz用作eMBB，20MHz用作URLLC，20MHz用作mMTC，而這正顯示了華為所倡導(dǎo)的f-OFDM的特點(diǎn)，

Filtered-OFDM基于子帶濾波的正交頻分復(fù)用，也稱可變子載波帶寬的自適應(yīng)空口波形。F-OFDM將整個(gè)頻帶劃分為多個(gè)子帶，在收發(fā)兩端均增加了子帶濾波器。每個(gè)子帶可根據(jù)實(shí)際的業(yè)務(wù)需求來配置不同的波形參數(shù)，如子載波間隔、CP長(zhǎng)度、FFT點(diǎn)數(shù)等。發(fā)送端各個(gè)子帶的數(shù)據(jù)通過子載波編號(hào)后映射到不同的子載波上，并經(jīng)子帶濾波器進(jìn)行濾波，抑制鄰帶頻譜泄漏帶來的干擾。

結(jié)合RAN切片技術(shù)，可以采用統(tǒng)一空口實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)間的參數(shù)適配和性能優(yōu)化工作，如華為5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)白皮書中所述(下圖) 。

3.5  熱點(diǎn)容量場(chǎng)景下的測(cè)試(高/低頻)

講座中提到，“在大容量方面，高密度融合方面在低頻和高頻都做了實(shí)驗(yàn)”。

這個(gè)對(duì)應(yīng)高低頻熱點(diǎn)測(cè)試場(chǎng)景。測(cè)試內(nèi)容為，在多個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)和多個(gè)測(cè)試終端的條件下，以及多小區(qū)多用戶移動(dòng)條件下的虛擬協(xié)同性能。要求流量密度>=10Tbps/km²(相當(dāng)于每平方米10Mbps)。

講座中提到，在45平方米的屋子采用8個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)，利用虛擬小區(qū)、干擾一致等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了每平方米45.1Mbp的流量密度。

根據(jù)圖上顯示的信息，測(cè)試面積45平方米，峰值速率為2.03Gbps，則得到上述每平方米45.1Mbps的結(jié)果，遠(yuǎn)高于ITU的每平方米10Mbps的流量密度的要求。

在高頻段，采用華為的800M帶寬，達(dá)到了16.26G的速度。在39G頻率下，在1公里處，利用中興的設(shè)備也實(shí)現(xiàn)了1.329Gbps的速率。

4、射頻和功能測(cè)試

射頻方面，對(duì)每個(gè)廠家射頻設(shè)備的射頻效率、雜散、輸出功率、帶寬等等都進(jìn)行了測(cè)試，應(yīng)該說基本上滿足場(chǎng)景自己提出的相應(yīng)目標(biāo)。

5、總結(jié)

技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)階段的技術(shù)方案驗(yàn)證工作(即單站外場(chǎng)性能測(cè)試)要求在9月份前完成。目前各廠家測(cè)試進(jìn)度不同。根據(jù)披露出來的測(cè)試結(jié)果看，一些廠家利用了自己對(duì)技術(shù)方面的積累、認(rèn)識(shí)和理解，采用不同的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了測(cè)試，滿足了測(cè)試要求，同時(shí)驗(yàn)證了關(guān)鍵技術(shù)，所以有助于促進(jìn)后續(xù)的技術(shù)評(píng)估和標(biāo)準(zhǔn)化工作。同時(shí)，一些廠家也會(huì)加快步伐追趕上來。測(cè)試的目的是為了驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)和性能，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，相信每個(gè)參測(cè)廠家都會(huì)展示出最好的技術(shù)水平，讓我們繼續(xù)關(guān)注后續(xù)測(cè)試進(jìn)展吧。