4G制造和开发需要继续发展。为了基站制造商,大部分 4G基础设施已经就位并销售正在放缓。5G基础设施尚未完善。结果,碱基数电台销量总体下降,收入也在下降。另一个问题是戏剧性的无线基础设施的平均售价 (ASP) 下降,这使得网络设备制造商资本支出和运营支出预算面临新的压力(图 1).
为了应对向 5G升级过程中的技术和业务挑战,NEM将需要采购设备来满足新的5G测试要求。同时随着5G设备升级的推进,他们现有的4G设备将无法得到充分利用。不断增加的资产基础,加上更新、高频、广泛的设备的高成本带宽、多通道测试仪器将进一步拉紧其紧张的资本支出和运营支出预算,使得更好的测试资产利用管理变得更加重要。网络设备制造商升级到 5G测试资产注意事项包括:
资本支出
资本支出(CapEx),即获取和安装资产的成本,是任何 NEM 的首要考虑因素迁移到5G。它是资产总拥有成本的重要组成部分(TCO)并且考虑到 5G 测试设备的预期更高价格标签,可能会与不断下降的无线基础设施销售价格相矛盾平均每年20%到30%。随着无线基础设施成本的下降,测试成本也必须如此。
技术更新
当前的测试设备可能无法提供更高水平的5G标准所需的测量能力。例如,5G 利用 MIMO技术,这意味着可能需要多个渠道;一些东西在今天的4G测试过程中可能不支持。网络设备制造商面临的挑战是如何获得正确的技术,以确保他们提前将产品推向市场竞争,同时最大限度地利用现有的测试资产。
到底5g网络和4g网络有什么区别?
1G:这是指第一代无线电话技术,即移动通信。它使用模拟信号,速度高达2.4kbps。那时的大哥大没有屏幕只能打电话。
2G(GPRS):这是指第二代移动技术。使用数字电信标准。数据速率介于 56-114kbps。2G 实现了语音通信数字化,功能机有了小屏幕可以发短信了。
3G(WCDMA/CDMA 2000/TD-SCDMA):指第三代移动电话技术。它提供 384kbps 的数据速率,因此可以轻松浏览网站和流式传输音乐。
而 4G 指的是第四代移动技术,被称为 LTE(长期演进)。比起1G-3G,它是这几种中最好的,与家中或办公室的 Wi-Fi 一样,稳定快速。
5G 是第 5 代移动通信技术(5th generation mobile networks)是新一代蜂窝移动通信技术,也是继4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统之后的延伸。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。Release-15中的5G规范的第一阶段是为了适应早期的商业部署。
5G 的三大应用场景包括增强型移动宽带(eMBB)、大规模机器类通信 (mMTC)与高可靠低时延通信(uRLLC)。5G 的关键性能指标(KPI)包括 20 Gbps 的峰值速率、0.1 Gbps 的用户体验速率、1 ms 端到端时延、500 km/h 的移 动速度支持、每平方千米 100 万设备的连接数密度、10 Mbps/m2 的流量密度、3 倍于第四代(4G)无线通信系统的频效,以及 100 倍于 4G 的能效。业界已提出 了多种关键技术来达到 5G 的性能指标,例如毫米波(mmWave)、大规模多输入 多输出(MIMO)、超密集网络(UDN)等。
5G专网标准
5G 进军工业世界的第一步是制定标准。5G 专网也需要政府参与监管频谱分配、民用和军 事应用,以及由行业提供试验、测试台和生态系统解决方案。很多行业组织都积极参与了 5G 专网标准的开发。其中包括大家熟知的第三代合作伙伴计划 (3GPP)和 5G 互联工业和自动化联盟(5G-ACIA)。
3GPP标准
第一个 5G 标准版本(3GPP 第 15 版)主要关注消费者服务。当前版本(第 16 版)和即将发 布的版本(图 1)为工业领域提供了特定功能。第 16 版为实现低时延引入了一系列重大增强, 其中包括:
• 上行链路抢占指示,其中 gNodeB (gNB)可以指示增强型移动宽带 (eMBB) 用户设备 (UE) 停止先前调度的上行链路传输,腾出信道传输来自其他 UE 的更高优先级、低时延流量 • 改进物理上行链路共享信道(PUSCH)重复功能
• 改进上行链路无授权传输,允许 UE 以更快的速度发送数据
• 改变上行链路控制信息(UCI),引入流量优先级概念
第 17 版增加了 5G 与时间敏感网络(TSN)的集成。该版本还将引入能够改善 5G 定位和减 少时延的功能,以及用于实现工厂自动化和远程控制应用的关键功能。
第 18 版将是首个正式纳入 3GPP“5G Advanced”标准的版本。这个版本将对网络智能做出 重大增强,包括在不同的网络层级上实施机器学习(ML)技术。对于要求更高的工业使用场 景来说,人工智能(AI)增强功能将至关重要。
图 3GPP 标准时间表
5G的三大特点
超高速大容量
4G峰值速率大概为 100Mbps,5G旨在实现比4G和LTE更快的超高速和大容量通信,未来将实现最大下行速度20 Gbps和最大上行速度10 Gbps。
目前下行最大速度为10Gbps,还不能满足5G的要求,但比4G和LTE快很多,如下表所示。
相比 4G 来说,5G 在现有的技术架构上进行了很大的优化和调整。为实现超低延时,5G 从接入网、承载网、核心网、骨干网各个方面一起着手进行。对于 5G,我们的目标是将延迟保持在 1 毫秒左右。通过将其缩短至4G的十分之一左右,有望实现远程位置的自动驾驶和实时机器人操作。在个人生活中,LINE、Skype等视频通话以及网络游戏比赛中出现延迟的可能性较小。
低延时微时隙
超可靠的低时延通信(URLLC)是三种主要的 5G用例之一,部分是通过微时隙实现 的。LTE 的传输遵守标准时隙边界,但没有为实现最小时延进行优化。如下图深蓝色部分所示,标准时隙有 14 个 OFDM 符号。如浅蓝色所示,时隙持续时间随着子载波间隔的增加而减少。微时隙的持续时间比标准时隙短,可以位于时隙内的任何位置。微时隙可以是 2、4 或 7 个 OFDM符号长度。使用微时隙,帧可以立即开始而无需等待到 达时隙边界,因此可以确保净荷的低时延。
5G提高容量主要靠这么几个办法:多址技术从CDMA改成OFDM,使用更先进的信道编码和更高的频率,使用大规模MIMO天线。
随着5G 新空口(New Radio)正在快速来临,这个新的物理层标准定义了一个灵活的空中接口,用于支持 5G实现的多种用例将需要使用新的技术、在新频谱中工作。
超大规模 MIMO 被广泛的认为是5G关键技术之一。这项技术的目的是充分利用空间多样性来改善系统的容量、能源效率和频谱效率。考虑到信道数量必不可少的大量增长以及可能的高波段使用(关系着更高的数据传输速率),超大规模 MIMO 测试及测量方法也面临着巨大的挑战。由于超大规模 MIMO系统的复杂性和多种可能的实现方法,一种低成本、高时效的测试测量方案和具有最重要价值的测试指标定义对于 5G大规模 MIMO 的实现是不可或缺的。
MIMO 和波束控制技术将能使网络达到更大的容量和更高的数据吞吐量,并有助于克服由于频率的增加而带来的信号传播问题。波束控制和波束赋形利用多个天线元件来创建定向高增益波束,用于克服在毫米波频率上特别普遍的路径损耗增加问题。与使用泛光灯照亮整个区域相反,波束控制就像是用小光束照向特定用户。无论是基站还是移动设备都需要感知位置,并且需要将波束指向彼此,以保持高质量的链路。
为了达到理想的性能水平,设备制造商需要在多个频段实施和测试多元天线技术——从 6 GHz 以下到毫米波频率。为了确保恰当的天线增益、旁瓣和零位深度,尽量提高信号的辐射效率,必须对设备的天线方向图进行表征。在 5G 中,由于设备或基站均不知道链路另一端的方向,因此采集信号的方法已经发生很大改变。5G新空口为建立链路定义了新的初始接入和连接程序。波束管理测试是一个新的重点测试领域,在设备设计期间必须对其给予高度重视,但这也进一步增加了 5G设备测试计划的复杂性。
克服 MIMO 和波束控制挑战的技巧:
• 在开发周期中,在进入硬件制造阶段之前,尽早通过系统级仿真验证天线的3D波束性能。
• 一旦您的设计进入硬件实施阶段,就可以通过天线扫描得到 EVM 和 ACPR测量结果,并据此来验证波束的性能和射频特性,以确定有多少波束特性会随着移动而发生变化。您应该使用 5G 新空口一致性波形生成工具和 3D 分析工具,通过经过校准的空中测试方法来完成这一过程。
• 在开发周期的早期阶段使用网络仿真器来测试协议,可以确保设备能够连接到网络并执行初始接入和波束管理任务,如切换和 4G回落程序。
• 添加信道仿真器以评测端到端性能以及真实的减损情况,例如过多的路径损耗或多径衰落。
5G网络设计中,信号质量使用 IQ星座图和数字误差矢量幅度EVM测量来表征
影响信号质量的因素有许多,包括基带信号处理、调制、滤波和上变频。IQ减损、 相位噪声、线性和非线性压缩以及频率误差都可能导致调制信号失真。设计人员在设计设备时,必须要克服宽带宽毫米波信号带来的物理挑战。评测信号的调制属性,可以得到关于信号质量最有用的指标之一。查看同相正交星座图,有助于确定和诊断失真错误。数字误差矢量幅度(EVM)测量可以从总体上说明波形失真的情况。
5G网络调制方案的密度增加
虽然5G尚需时日才能成为主流,但针对6G的研究已经启动,预计在2030 年实现商用化。这种新一代无线技术有望让我们以全新方式与周围环境互动,并在各行各业中创造新的应用模式。
6G 的新愿景是实现近乎即时和无处不在的连通性,彻底改变人类与物理世界和数字世界交互的方式。这意味着 6G 将采取新的方式利用数据、计算和通信技术,让它们进一步融入社会。这项技术不仅能够支持全息通信、触觉互联网、智能网络运营、网络与计算融合,还能够创造更多 激动人心的机会。6G 将在 5G 的基础上进一步扩展和强化功能,标志着关键行业将迈入无线新时代,加速实施数字化转型和业务创新。
中国乃至全球的5G建设如火如荼,而全球6G技术的研发其实也正在紧锣密鼓的进行。那么从5G到6G,是技术的平滑升级还是彻底地颠覆呢?要回答这个问题,就必须搞清楚:
6G通信与5G通信有哪些不同?
从测试角度,我们把它总结为三大不同:
测试首先要根据KPI进行测试,参考了许多关于5G与6G的白皮书的描述,6G相对于5G,在系统所能达到的关键KPI的对比如下:
从上面的图可以看出,同5G相比,6G将提供更高性能的无线连接和极致的用户体验,峰值速率可以达到Tbps,用户体验速率可以达到10~100Gbps,简直可以和光纤媲美。如果真的可以实现,那么家里的无线路由器甚至是光猫,是不是可以不要了呢?除此之外,6G网络可以提供0.1ms的延迟,10倍于5G的连接密度以及厘米级的定位精度和极高的系统可靠性,为将来的元宇宙以及各类垂直行业的数字化提供了可能。你觉着这种KPI够颠覆吗?
应用更广包含两个层次,一个是应用行业的扩展;另外一个是应用物理空间的扩展。
首先是应用行业的拓展,5G将基本实现万物互联,并生成了三大应用场景,也就是我们所熟知的增强型移动宽带(eMBB)、超高可靠低时延通信(uRLLC)、海量机器类通信(mMTC)。那么6G除了在这些应用上随着KPI的增强而继续拓展这些业务外,还发展了两个非常关键的场景,一是人工智能,第二个是网络感知。这得益于6G的超低延时,更近距离定位等新的性能特性。在物理空间上的拓展,这主要是指将来的6G,会与卫星通信如中继卫星和低轨道卫星通信相融合,真正实现不同维度,包括空中、卫星、海洋和沙漠等立体化通信的需求。在6G网络环境下,一个人不但可以实时感知他自己周围的环境,也能瞬间感知万里之外的环境,将给人类带来意想不到的惊喜。例如,你正在出差中,可以利用6G通信中卫星的拍照功能,随时拍一张你家院子的照片,看看你的宠物是否还在院子里?这个应用够颠覆吗?
不同之三:测试更难
这个很好理解,因为除了已有的技术外,6G还将使用更新的技术。
现在有两个非常热的技术: