本文作者
王巍：愛(ài)立信（中國(guó)）通信有限公司研發(fā)中心系統(tǒng)技術(shù)部高級(jí)技術(shù)經(jīng)理。
劉愔：愛(ài)立信（中國(guó)）通信有限公司研發(fā)中心系統(tǒng)技術(shù)部高級(jí)技術(shù)經(jīng)理。

本文主要講了什么內(nèi)容？

5G技術(shù)方興未艾，各種候選技術(shù)獲得業(yè)界的廣泛關(guān)注。本文結(jié)合高頻技術(shù)在5G中的應(yīng)用場(chǎng)景和關(guān)鍵技術(shù)，介紹了愛(ài)立信開(kāi)發(fā)的5G高頻無(wú)線空口測(cè)試床，分享了在中國(guó)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)第一階段的測(cè)試結(jié)果，分析并總結(jié)了5G高頻技術(shù)的出色表現(xiàn)。

一、引言

隨著社會(huì)對(duì)5G 技術(shù)越來(lái)越關(guān)注，5G 已經(jīng)不再僅僅是人們通話的手段，它更承載了人們突破傳統(tǒng)的移動(dòng)無(wú)線寬帶（MBB）業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的決心和愿景。ITU 定義了5G三大應(yīng)用場(chǎng)景，包括增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、超高可靠低時(shí)延通信（URLLC）和大規(guī)模機(jī)器類通信（mMTC）。

對(duì)于提供極致體驗(yàn)的高傳輸速率的5G 應(yīng)用，如eMBB，大帶寬的使用是必須的。從全球范圍來(lái)看，較低頻段（如6GHz以下）獲取大段帶寬的可能性微乎其微，只有高頻還蘊(yùn)藏著相對(duì)豐富的頻譜資源，在更高頻率上可以獲得更大帶寬，從而可以大幅提升用戶吞吐量和系統(tǒng)容量。

因此，高頻技術(shù)成為5G系統(tǒng)中一個(gè)重要的候選技術(shù)，重點(diǎn)面向超大帶寬的極致eMBB業(yè)務(wù)。WRC-19 AI1.13 議題也將對(duì)未來(lái)5G在6GHz以上的候選頻段進(jìn)行研究。

此外，高頻信號(hào)衰落快，鄰小區(qū)的干擾會(huì)大大降低，適合超密集組網(wǎng)。大規(guī)模天線（MassiveMIMO）是5G中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，非常適合在高頻上工作。高頻的波長(zhǎng)小，可以設(shè)計(jì)尺寸更緊湊的天線，更適于MassiveMIMO的部署。

另外，針對(duì)6GHz以上頻率的無(wú)線傳播特性得到了相當(dāng)?shù)年P(guān)注。在5G聯(lián)合研究項(xiàng)目METIS中，就展開(kāi)了針對(duì)高頻的信道研究，為5G應(yīng)用場(chǎng)景更新了相關(guān)信道模型。

盡管困難重重，關(guān)于5G高頻的研究還是取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展。本文將重點(diǎn)介紹愛(ài)立信無(wú)線空口高頻測(cè)試床和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)以及室內(nèi)外測(cè)試的結(jié)果及結(jié)論。

二、5G高頻測(cè)試樣機(jī)簡(jiǎn)介

愛(ài)立信公司最早于2014 年開(kāi)發(fā)了工作在高頻（如15GHz）的5G無(wú)線空口測(cè)試床，用于展示5G系統(tǒng)能力和研究5G高頻傳播特性和關(guān)鍵技術(shù)。2016 年夏天，愛(ài)立信公司攜最新一代無(wú)線高頻測(cè)試床參加了工信部組織的中國(guó)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)第一階段測(cè)試，出色完成了高頻及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)驗(yàn)證，如Massive MIMO、波束賦形、波束追蹤、以及多用戶MIMO等。

測(cè)試床基站側(cè)設(shè)備參見(jiàn)圖1。其中左側(cè)為基站柜體，中間為5G NR（新空口）無(wú)線單元，右側(cè)為5G NR（新空口）測(cè)試終端。試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮⒖紙D2，基本參數(shù)配置參見(jiàn)表1。

圖1、愛(ài)立信5G NR測(cè)試床

圖2、測(cè)試網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

表1、基本參數(shù)配置表

Massive MIMO，顧名思義，就是利用很多天線陣子采用波束賦形和空域復(fù)用的方式，來(lái)獲取多流傳輸，從而大幅提升速率和容量，通過(guò)多用戶共享時(shí)頻資源最終帶來(lái)頻譜效率的增加。更窄的波束可以更有效地將能量和信息傳遞到特定的用戶；采用特殊設(shè)計(jì)的參考信號(hào)，只需有限的反饋，系統(tǒng)可以追蹤運(yùn)動(dòng)中的用戶來(lái)保障移動(dòng)中的用戶體驗(yàn)。

三、5G高頻外場(chǎng)測(cè)試性能分析

在5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)第一階段的測(cè)試中，先后對(duì)室內(nèi)、室外的LOS和NLOS場(chǎng)景進(jìn)行了測(cè)試，涵蓋了定點(diǎn)測(cè)試、覆蓋測(cè)試、波速跟蹤和MU-MIMO等測(cè)試用例。

1、室內(nèi)測(cè)試場(chǎng)景和用例

（1）室內(nèi)測(cè)試場(chǎng)景選擇在辦公樓躍層場(chǎng)景，測(cè)試選點(diǎn)跨越了A座和B座，上下兩層（見(jiàn)圖3）

圖3、室內(nèi)LOS定點(diǎn)測(cè)試場(chǎng)景

在室內(nèi)測(cè)試視距場(chǎng)景下，15GHz覆蓋性能良好，測(cè)試平均吞吐量7.7Gbit/s，單用戶峰值吞吐量可達(dá)15.1Gbit/s。同時(shí)，利用3D-MIMO功能可以對(duì)多層樓進(jìn)行有效覆蓋。

NLOS場(chǎng)景選點(diǎn)分布在被茶水間、洗手間、會(huì)議室及電梯間遮擋的走廊和過(guò)道，選取包括玻璃墻，非承重墻以及承重墻為遮擋物的多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，如圖4所示。

圖4、室內(nèi)NLOS定點(diǎn)測(cè)試場(chǎng)景

在室內(nèi)測(cè)試非視距場(chǎng)景下，高頻有豐富的反射通道，結(jié)合波束賦形和波束跟蹤技術(shù)，在該場(chǎng)景下高頻測(cè)試仍能取得良好的覆蓋，非視距場(chǎng)景最高速率9.1Gbit/s，平均速率4.3Gbit/s。

（2）MU-MIMO測(cè)試

室內(nèi)LOS場(chǎng)景下的MU-MIMO測(cè)試，如圖5 所示。

圖5、室內(nèi)LOS場(chǎng)景MU-MIMO測(cè)試

借助于優(yōu)化的波束賦性算法，在狹窄有限的室內(nèi)環(huán)境下，仍能成功進(jìn)行MU的配對(duì)，峰值速率可達(dá)23.1～25Gbit/s。

（3）覆蓋測(cè)試

覆蓋測(cè)試中包括了視距和非視距場(chǎng)景，遍歷路線經(jīng)過(guò)了茶水間、會(huì)議室、辦公區(qū)域以及電梯間，室內(nèi)覆蓋測(cè)試平均吞吐量達(dá)到6.5Gbit/s，測(cè)試路線及吞吐率性能如圖6所示。

圖6、室內(nèi)覆蓋測(cè)試

（4）波束跟蹤測(cè)試

基于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選取了垂直方向角0度，水平方向從右到左一共跨越6個(gè)波束進(jìn)行波束跟蹤功能的測(cè)試，波束切換正常，能夠很好地跟蹤用戶移動(dòng)，波束切換過(guò)程對(duì)速率沒(méi)有影響。

2、室外測(cè)試場(chǎng)景和用例

室外在視距和非視距場(chǎng)景下進(jìn)行了定點(diǎn)、覆蓋和波束跟蹤測(cè)試。非視距包括街邊配電箱、濃密樹(shù)木，以及貨車等場(chǎng)景（見(jiàn)圖7）。

圖7、室外測(cè)試場(chǎng)景

（1）定點(diǎn)測(cè)試

在視距場(chǎng)景定點(diǎn)測(cè)試中，平均吞吐量達(dá)到7.2Gbit/，MU-MIMO峰值速率超過(guò)21Gbit/s。非視距場(chǎng)景定點(diǎn)測(cè)試平均吞吐量達(dá)到5.1Gbit/s。室外MU-MIMO測(cè)試如圖8 所示。

圖8、室外MU-MIMO測(cè)試

（2）覆蓋測(cè)試

覆蓋測(cè)試中遍歷了視距和非視距場(chǎng)景，其中路線1主要是視距場(chǎng)景，部分區(qū)域?yàn)榉且暰鄨?chǎng)景，遮擋物為樹(shù)木；路線2主要是非視距場(chǎng)景，主要遮擋物為樹(shù)木和施工建筑材料。室外覆蓋測(cè)試平均吞吐量達(dá)到5.0Gbit/s，吞吐率性能如圖9所示。

圖9、吞吐率性能

（3）波束跟蹤測(cè)試

基于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選取了水平方向共7個(gè)波束進(jìn)行波束跟蹤功能的測(cè)試，波束切換正常，能夠很好地跟蹤用戶移動(dòng)，波束切換過(guò)程對(duì)終端下行速率沒(méi)有影響。

四、總結(jié)

通過(guò)5G高頻測(cè)試床的外場(chǎng)（室內(nèi)、室外）測(cè)試，驗(yàn)證了高頻大帶寬、MU-MIMO、波束跟蹤等功能，有效克服了高頻衰落大、易被遮擋等困難。同時(shí)，通過(guò)良好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，解決了高頻關(guān)鍵器件相噪差等問(wèn)題，實(shí)際測(cè)試中性能表現(xiàn)優(yōu)異：

（1）室內(nèi)定點(diǎn)單UE峰值速率15.1Gbit/s，兩UE峰值速率大于23.1Gbit/s。

（2）室內(nèi)視距場(chǎng)景定點(diǎn)測(cè)試平均吞吐量7.7Gbit/s，非視距場(chǎng)景平均吞吐量4.3Gbit/s，室內(nèi)覆蓋測(cè)試平均吞吐量6.5Gbit/s。

（3）室外測(cè)試單UE峰值速率11.4Gbit/s，室外兩UE峰值速率大于21Gbit/s。

（4）室外視距場(chǎng)景定點(diǎn)測(cè)試平均吞吐量7.2Gbit/s，非視距場(chǎng)景平均吞吐量5.1Gbit/s，室外覆蓋測(cè)試平均吞吐量5.0Gbit/s。

同時(shí)采用波束賦形和波束跟蹤有效地提升了高頻通信的覆蓋性能，室外覆蓋超過(guò)350m，在距離基站320m處速率仍可達(dá)4.9Gbit/s。