2017年6月12日，由IMT-2020（5G）推進(jìn)組主辦的2017年IMT-2020(5G)峰會(huì)在北京開(kāi)幕。為期兩天的大會(huì)以“5G標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)生態(tài)”為主題，邀請(qǐng)工信部領(lǐng)導(dǎo)以及數(shù)十家國(guó)內(nèi)外主流移動(dòng)通信和相關(guān)應(yīng)用單位專家500多人參加會(huì)議討論，并面向業(yè)界發(fā)布《5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)測(cè)試規(guī)范》。

會(huì)上，北京星河亮點(diǎn)技術(shù)股份有限公司產(chǎn)品經(jīng)理馬楠發(fā)表了題為《信道模擬及5G關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試》的主題演講。

以下是演講實(shí)錄：

大家好，今天主要跟大家匯報(bào)一下星河亮點(diǎn)在5G測(cè)試方面研究的一些進(jìn)展。前面劉博提到了，一些業(yè)內(nèi)的專家，雖然我的頭發(fā)并不白，但是實(shí)際上我在星河亮點(diǎn)已經(jīng)工作16年了，看起來(lái)面相有點(diǎn)小，跟剛才秦總提到的一樣，他在2015年轉(zhuǎn)的行，我是在第2015年轉(zhuǎn)行做的5G，但是還是在星河亮點(diǎn)。

下面我匯報(bào)一下我們的一些進(jìn)展。首先這張圖大家已經(jīng)很熟悉了，我們實(shí)際上是從一個(gè)測(cè)試的角度把不同的場(chǎng)景進(jìn)行了分割，對(duì)于三個(gè)場(chǎng)景里面，增強(qiáng)寬帶我們分為了廣域覆蓋、熱點(diǎn)覆蓋，實(shí)際上討論的內(nèi)容會(huì)略有區(qū)別。實(shí)際上我們看到Massive MIMO在廣域覆蓋和熱點(diǎn)覆蓋都提到了，但是熱點(diǎn)覆蓋它的干擾和一些毫米波的使用還有高級(jí)的多指技術(shù)方式實(shí)際上考慮得更多一些。對(duì)于URLLC我們考慮的是更短時(shí)延以及實(shí)時(shí)性的處理，對(duì)于M2M，里面可能有非正交多指技術(shù)的考慮，這些我們?cè)跍y(cè)試中都要有針對(duì)性地進(jìn)行測(cè)試。說(shuō)到我們的測(cè)試，對(duì)于我們一個(gè)測(cè)試儀表來(lái)講，這是我們面向5G的儀表平臺(tái)，它可能有四個(gè)需要重點(diǎn)關(guān)注的地方，第一個(gè)，我們需要有一個(gè)非常高性能的硬件處理平臺(tái)，面對(duì)5G這種十倍甚至百倍的硬件能力的提升是必須的。第二點(diǎn)，大規(guī)模天線的使用必將成為趨勢(shì)，對(duì)于這種高密度的射頻前端，實(shí)際上也是必須要攻克的內(nèi)容。第三點(diǎn)，對(duì)于5G來(lái)講，Massive MIMO引入之后，它的信道模型發(fā)生顯著變化。還有一些特殊的場(chǎng)景，像我們國(guó)家的高鐵，它在非常高速的情況下，還有山川隧道的場(chǎng)景、低空空間信道的模型，還有建模對(duì)我們?cè)u(píng)估整個(gè)設(shè)備的性能還是非常重要的。最后對(duì)于5G來(lái)講，因?yàn)?G的變化非常快，有很多新的技術(shù)，實(shí)際上這個(gè)技術(shù)我們現(xiàn)在完全跟蹤變化，像劉博提到的，終端測(cè)試企業(yè)跟蹤的進(jìn)度并沒(méi)有那么快，一方面協(xié)議變化太快，另一方面技術(shù)太多，面對(duì)5G的技術(shù)怎么辦，也是我們需要問(wèn)自己的問(wèn)題。

下面分四個(gè)部分來(lái)闡述我們的想法。

第一個(gè)，我們提到需要有一個(gè)非常強(qiáng)大的平臺(tái)，星河亮點(diǎn)在測(cè)試領(lǐng)域已經(jīng)耕耘了17年，實(shí)際上這個(gè)平臺(tái)已經(jīng)是第三代平臺(tái)，面向5G的平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)本身有一個(gè)非常高速的處理能力，我們看到這個(gè)平臺(tái)實(shí)際上它基于一個(gè)AXIE的架構(gòu)，通過(guò)可插卡的方式，去實(shí)現(xiàn)了整個(gè)能力的擴(kuò)展和變化。核心有一個(gè)非常高效的交換結(jié)構(gòu)，能夠提供超過(guò)500G的交換能力。而且它可以提供非常豐富的外部接口，可以進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)展。中間的部分，我們叫CXU，實(shí)際上是中間的控制單元，兩邊RFU，射頻單元。這邊是兩個(gè)不同的基帶處理單元，一個(gè)是CEU，一個(gè)是XPU，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩種不同的基帶的板卡，一個(gè)是面對(duì)大容量的處理，一個(gè)是面對(duì)低時(shí)延高可靠性的處理。我們可以通過(guò)進(jìn)一步的擴(kuò)展，因?yàn)槲覀冞@是個(gè)插槽的結(jié)構(gòu)。這是信道整個(gè)平面的背板結(jié)構(gòu)。對(duì)于基帶和射頻處理，基帶實(shí)際上需要處理大容量的數(shù)據(jù)，需要非常強(qiáng)大的基帶處理能力，而射頻需要一個(gè)非常高密度的射頻。這頁(yè)膠片是是我們SPU信號(hào)處理單元的設(shè)計(jì)，它是通過(guò)兩片DSP和兩片F(xiàn)PGA的較架構(gòu)，強(qiáng)調(diào)的是可編程的能力。在5G的外場(chǎng)也是用的這種平臺(tái)，DSP的平相對(duì)來(lái)說(shuō)更加靈活一些，所以它的DSP多一些，F(xiàn)PGA稍微少一些，整個(gè)處于比較均衡的狀態(tài)。相對(duì)于4G，紅色的是4G，藍(lán)色是5G的平臺(tái)，這個(gè)和剛才康總的平臺(tái)正好相反，我們看到這個(gè)平臺(tái)的能力相對(duì)于4G的平臺(tái)已經(jīng)擴(kuò)充了非常多倍，有很多具體的數(shù)據(jù)，大概在10倍以上。剛才康總提到，對(duì)于終端來(lái)講，它的能力提升有5到10倍之多。作為一個(gè)測(cè)試儀表，如果是測(cè)試終端，需要模擬一個(gè)基站，基站的處理能力實(shí)際上要很多倍于終端。在基站模擬的時(shí)候，在終端測(cè)試的時(shí)候，實(shí)際上我們更多的是對(duì)單一終端的測(cè)試，對(duì)終端性能通過(guò)終端能力測(cè)試的時(shí)候，實(shí)際上模擬的一個(gè)終端的情況。萬(wàn)一不夠，我們也通過(guò)級(jí)聯(lián)的模式，可以通過(guò)多表級(jí)聯(lián)，進(jìn)一步擴(kuò)充能力。這么一個(gè)射頻，我們的一個(gè)機(jī)框可以插5個(gè)板卡，一個(gè)單表里最多可以支持20路，我們?cè)u(píng)估了我們這個(gè)處理平臺(tái)通過(guò)簡(jiǎn)單級(jí)聯(lián)就可以做到128路天線，但是成本非常高，所以我們應(yīng)用的還是比較小的數(shù)量級(jí)。我們現(xiàn)在驗(yàn)證到單表插2路射頻，做到8路射頻。接下來(lái)要對(duì)MIMO進(jìn)行一個(gè)測(cè)試，實(shí)際上這個(gè)大家提得比較多，Massive MIMO有很多好的特性，Massive MIMO還可以帶來(lái)一些干擾的規(guī)避，多指接入上的提升。對(duì)于Massive MIMO實(shí)際上它有一個(gè)難點(diǎn)，對(duì)于信道建模的考慮，信道建模實(shí)際上我們?cè)谝郧耙苍谧觯瑢?duì)于Massive MIMO場(chǎng)景下，信道模擬主要面臨三個(gè)挑戰(zhàn)。第一個(gè)是我們?cè)谌S模型的實(shí)現(xiàn)，在以前我們主要假設(shè)的是一個(gè)平面波，在平面波的時(shí)候只有水平維度的一個(gè)到達(dá)角和離開(kāi)角的信息，到了Massive MIMO階段是因?yàn)樘炀€陣列的存在，體積比較大，不能簡(jiǎn)單地以平面波來(lái)模擬，所以我們需要將模擬的參數(shù)從原來(lái)的五個(gè)維度變成七個(gè)維度，對(duì)于我們建模本身來(lái)講本身就是一個(gè)比較大的挑戰(zhàn)，它有一個(gè)新的模型。第二個(gè)，球面波假設(shè)，我們?cè)瓉?lái)的假設(shè)都是原廠假設(shè)，到了Massive MIMO，因?yàn)檎麄€(gè)天線的尺寸變大，遠(yuǎn)場(chǎng)假設(shè)不存在了，變成近場(chǎng)，它和距離的平方成正比，我們大部分情況下可能不能簡(jiǎn)單地以一個(gè)原廠假設(shè)來(lái)進(jìn)行前提。到了Massive MIMO時(shí)候，我們需要有一個(gè)球面波來(lái)模擬，有一個(gè)弧度。球面波帶來(lái)的問(wèn)題是，我們?cè)诿恳稽c(diǎn)上，它到不同點(diǎn)之間，它到達(dá)的時(shí)候我們算多普勒平移還有角度的時(shí)候?qū)嶋H上不一樣，不能按照同一個(gè)值來(lái)算，這對(duì)模擬產(chǎn)生了很多條件。第三個(gè)，我們的一個(gè)非平穩(wěn)的過(guò)程的模擬，Massive MIMO的天線和基站中間有散射體的存在，散射體因?yàn)樘炀€陣比較大，散射體對(duì)某些陣子來(lái)講是散射體，對(duì)某些某些陣子來(lái)講就不是散射體。散射體可見(jiàn)性由于它有非常直觀的集合特性，更方便我們的使用和理解。

基于以上的三個(gè)挑戰(zhàn)，我們提出了一種散射體可見(jiàn)區(qū)域算法來(lái)描述我們散射體，在球面波的假設(shè)下，通過(guò)對(duì)散射體的閾值，表示某一陣子能不能經(jīng)過(guò)散射體的散射產(chǎn)生影響，這個(gè)閾值有很多不同的算法，我們提出了一種算法，對(duì)這個(gè)仿真結(jié)果，時(shí)間關(guān)系不多說(shuō)了，大家可以看到，像第一幅，它是隨著我們空間距離的增加，相關(guān)性減弱，這些都是和理論值同一個(gè)趨勢(shì)的。論文實(shí)際上訪問(wèn)的結(jié)論大概只是它的數(shù)據(jù)你可能覺(jué)得有更多的意義。比如有意思的結(jié)論，左下角這幅圖，實(shí)際上我們看到，K是天線的編號(hào)，我們看到不同的天線、陣子之間它的相關(guān)性和編號(hào)是有關(guān)系的，對(duì)于一個(gè)大規(guī)模天線的陣來(lái)講，不同位置的天線之間已經(jīng)不是統(tǒng)一的一種分布，由于它的編號(hào)實(shí)際上對(duì)應(yīng)它的位置不同，它在空間上信道的模型就會(huì)不同。我們應(yīng)用的時(shí)候，對(duì)于更精細(xì)來(lái)講，每個(gè)陣子的點(diǎn)實(shí)際上影響了最終的效果。其他結(jié)論大家有興趣咱們可以下來(lái)再討論。

對(duì)于Massive MIMO測(cè)試，我們推薦的還是這種多探頭的方式，通過(guò)把我們的信道模型的算法加載到其中，在一個(gè)消音暗室中進(jìn)行基站或者終端測(cè)試，我們認(rèn)為在未來(lái)5G中是一個(gè)趨勢(shì)。引入原因主要是因?yàn)樘炀€數(shù)據(jù)越來(lái)越多，每次連接校準(zhǔn)時(shí)間很長(zhǎng)，不現(xiàn)實(shí)。另外隨著體積越來(lái)越小，單獨(dú)每一路給出一個(gè)射頻口的可能性不太大，所以必須要通過(guò)暗室的方式來(lái)測(cè)試。這里我們也提出了一個(gè)比較偏學(xué)術(shù)的想法，我們知道以前對(duì)于一個(gè)終端測(cè)試，我們實(shí)際上是把UE放在了暗室中間，對(duì)于大體積的Massive MIMO的BS基站，我們?cè)诳紤]通過(guò)一些算法的模擬，我們把基站和探頭分在暗室兩端，充分利用暗室的直徑，這樣體積可以縮小一倍。這是我們目前應(yīng)用在懷柔外場(chǎng)的設(shè)備，面向5G的測(cè)試儀，用到了三個(gè)設(shè)備，交換單位、信號(hào)處理單元和射頻單元，可以做到5G波形的驗(yàn)證。

這是我們面向5G應(yīng)用的信道仿真器，是我們最新的產(chǎn)品，目前來(lái)說(shuō)難度也非常高，我們也投入了很多的精力去研發(fā)。現(xiàn)在這個(gè)信道仿真器它有兩組高密度的射頻，支持獨(dú)立的8個(gè)通道，有兩組基帶處理單元CEU，上面有一個(gè)交換單元，總共組成了一個(gè)單表形式。單表形式現(xiàn)在可以做到單向的4×4MIMO，如果我們想進(jìn)一步擴(kuò)展能力么辦，實(shí)際上我們提供了很多選項(xiàng)，比如把射頻完全放在一個(gè)單元里，基帶放在單元里，通過(guò)這種方式來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。或者用多個(gè)射頻加上基帶的方式，組成一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)，目前來(lái)講成本確實(shí)非常高，后面可能還要進(jìn)一步提升我們的能力。

另外一方面，我們基于信道模擬器的平臺(tái)，我們做一些特殊信道的建模，我們通過(guò)一個(gè)發(fā)射端發(fā)出一些特定的序列，通過(guò)空間信道的傳播，有接收端進(jìn)行接收，每一路通過(guò)高速留盤設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)到硬盤上我們?cè)僮龊筇幚怼Ｍㄟ^(guò)信道沖擊響應(yīng)去提取一些信道參數(shù)，對(duì)不同的場(chǎng)景、不同的信道我們進(jìn)行仿真。隨著PC運(yùn)算能力越來(lái)越強(qiáng)，可以看到整個(gè)算法的處理也會(huì)有很多的前景。

5G具體的一些關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試，這里不多講了，星河亮點(diǎn)和北郵有深厚的合作，在北郵那邊我也領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)團(tuán)隊(duì)，搭建了一些研究平臺(tái)，目前還處于研究階段。

最后講一下NB-IoT，前5G在大規(guī)模連接上的解決方案。這是我們的三個(gè)解決方案，實(shí)際上支持NB-IoT。這是我們認(rèn)證的情況。最后謝謝IMT-2020給我們星河亮點(diǎn)這個(gè)機(jī)會(huì)，謝謝。