2020年5G测试仪表体系成熟度评估研究报告第三版.pdf

中国移动5G联合创新中心China Mobile 5G Innovation Center中国移动5G联合创新中心创新研究报告5G测试仪表体系成熟度评估研究报告（第三版）（2020年）创新研究报告2中国移动 5G联合创新中心创新研究报告5G 测试仪表体系成熟度评估研究报告摘 要为 满 足 中 国 移 动 5G 规 模 试 验 及 商 用 的 测 试 需 求 ， 推 动 测 试 仪 表与 网 络 、 终 端 等 环 节 同 步 成 熟 ， 5G 联 合 创 新 中 心 联 合 测 试 仪 表 产 业合 作 伙 伴 ， 调 研 了 国 内 外 主 流 的 28家 测 试 仪 表 厂 商 的 90余 款 测 试 仪表 ， 基 于 5G 关 键 技 术 、 典 型 应 用 场 景 、 规 模 试 验 等 测 试 需 求 ， 对 测试 仪 表 的 需 求 和 成 熟 度 情 况 进 行 了 系 统 梳 理 和 总 结 。 希 望 通 过 持 续 开展 5G测 试 仪 表 体 系 成 熟 度 评 估 ， 实 现 需 求 与 产 业 对 接 ， 推 动 5G测 试仪 表 尽 快 成 熟 应 用 。创新研究报告3中国移动 5G联合创新中心创新研究报告5G 测试仪表体系成熟度评估研究报告目 录目 录 .31. 前 言 .62. 5G关 键 技 术 及 测 试 挑 战 .62.1 新 空 口 .72.1.1 大 规 模 多 输 入 多 输 出 天 线 (Massive MIMO).72.1.2 毫 米 波 技 术 .82.1.3 5G NR波 形 及 新 多 址 .82.1.4 5G NR上 下 行 解 耦 .92.2 新 网 络 .102.2.1 基 于 服 务 的 架 构 （ SBA） .102.2.2 网 络 切 片 .112.2.3 移 动 边 缘 计 算 .123. 5G测 试 仪 表 体 系 框 架 .124. 无 线 设 备 测 试 领 域 仪 表 .134.1 概 述 .134.2 频 谱 分 析 仪 .134.3 信 号 发 生 器 .144.4 矢 量 网 络 分 析 仪 .154.5 信 道 仿 真 仪 表 .154.6 终 端 仿 真 仪 表 .154.7 互 调 分 析 仪 .164.8 信 道 测 量 仪 .174.9 Massive MIMO测 试 系 统 .174.9.1 Massive MIMO OTA测 试 .184.9.2 Massive MIMO传 导 测 试 .205. 网 络 优 化 类 测 试 仪 表 .225.1 概 述 .22创新研究报告4中国移动 5G联合创新中心创新研究报告5G 测试仪表体系成熟度评估研究报告5.2 扫 频 仪 .225.3 路 测 系 统 .225.4 便 携 式 频 谱 仪 .245.5 天 馈 线 测 试 仪 .246. 核 心 网 测 试 仪 表 .246.1 概 述 .246.2 核 心 网 仪 表 和 测 试 工 具 .256.3 核 心 网 测 试 开 源 工 具 .257. 承 载 网 测 试 仪 表 .267.1 概 述 .267.2 商 用 测 试 仪 表 .267.3 新 技 术 测 试 仪 表 .278. 终 端 测 试 领 域 仪 表 .288.1 概 述 .288.2 终 端 综 合 测 试 仪 .288.3 一 致 性 测 试 系 统 .288.3.1 协 议 一 致 性 测 试 系 统 .298.3.2 射 频 一 致 性 测 试 系 统 .298.3.3 RRM一 致 性 测 试 系 统 .308.4 NS-IoT测 试 系 统 .308.5 终 端 天 线 性 能 测 试 系 统 .318.6 机 卡 测 试 系 统 .359. 面 向 业 务 用 户 感 知 测 试 类 仪 表 .369.1 概 述 .369.2 音 频 类 测 试 仪 .369.3 视 频 类 测 试 仪 .3710. 车 联 网 测 试 仪 表 .3810.1 概 述 .3810.2 V2X设 备 性 能 测 试 仪 表 .3810.3 V2X网 络 优 化 测 试 仪 表 .39创新研究报告5中国移动 5G联合创新中心创新研究报告5G 测试仪表体系成熟度评估研究报告10.4 V2X应 用 功 能 仿 真 测 试 仪 表 .3910.5 车 内 通 信 测 试 仪 表 .4010.6 定 位 能 力 测 试 仪 表 .4011. 新 型 仪 表 .4011.1 外 场 基 站 性 能 测 试 系 统 .4011.2 5G智 能 网 络 综 合 诊 断 仪 .4111.3 地 空 一 体 化 测 试 系 统 .4212. 总 结 .42联 合 编 写 单 位 及 作 者 .44感 谢 以 下 单 位 对 文 档 提 供 宝 贵 建 议 .44创新研究报告6中国移动 5G联合创新中心创新研究报告5G 测试仪表体系成熟度评估研究报告1. 前 言在 IMT-2020推 进 组 的 总 体 指 导 下 ， 中 国 移 动 全 面 实 施 5G+计 划 ， 打 造 “ 5G+”新 优 势 ， 全 力 推 动 5G标 准 的 形 成 和 完 善 ， 带 动 5G产 业 的 成 熟 和 壮 大 ， 促 进 5G应 用 的 创 新 和 发 展 ， 并 于 2019年 10月 31日 宣 布 正 式 进 入 5G商 用 阶 段 。 中 国移 动 早 在 2016年 就 正 式 成 立 了 “中 国 移 动 5G联 合 创 新 中 心 ”， 旨 在 重 点 围 绕 无 线 、网 络 、 商 业 模 式 三 大 基 础 能 力 ， 智 慧 交 通 、 视 频 娱 乐 、 工 业 能 源 、 智 慧 城 市 、 教育 、 医 疗 、 人 工 智 能 与 机 器 人 等 七 大 创 新 领 域 成 立 工 作 组 开 展 联 合 创 新 工 作 。中 国 移 动 目 前 正 扎 实 推 进 “ 三 融 三 力 ” 体 系 落 实 落 地 ， 并 以 创 世 界 一 流 “ 力量 大 厦 ” 为 战 略 目 标 ， 在 5G技 术 研 究 上 已 经 形 成 了 完 整 的 技 术 体 系 。 测 试 仪 表与 测 试 方 法 研 究 是 5G技 术 体 系 的 重 要 组 成 部 分 ， 是 实 现 5G商 用 发 展 的 基 础 。在 5G商 用 发 展 过 程 中 ， 为 了 满 足 网 络 维 护 和 网 络 优 化 需 求 ， 需 开 展 大 量 的 测 试与 验 证 ， 需 要 端 到 端 产 业 链 紧 密 协 同 ， 特 别 是 需 要 测 试 仪 表 产 业 的 提 前 布 局 和 全力 投 入 。 测 试 仪 表 产 业 应 加 强 与 网 络 、 终 端 等 产 业 环 节 的 合 作 ， 同 时 加 深 对 新 行业 、 新 技 术 的 理 解 ， 从 而 进 一 步 形 成 合 力 ， 加 速 5G测 试 仪 表 产 业 成 熟 。 因 此 ，5G联 合 创 新 中 心 联 合 测 试 仪 表 产 业 合 作 伙 伴 完 成 该 研 究 报 告 ， 并 在 2018年 6月的 上 海 MWC大 会 和 2018年 的 中 国 移 动 全 球 合 作 伙 伴 大 会 上 分 别 发 布 了 本 研 究报 告 的 首 个 版 本 和 第 二 版 ， 此 版 本 是 在 第 二 版 的 基 础 上 ， 持 续 更 新 仪 表 产 业 一 年来 的 5G测 试 仪 表 产 业 推 进 情 况 ， 并 增 加 了 新 型 测 试 仪 表 （ 包 括 外 场 基 站 性 能 测试 系 统 、 5G智 能 网 络 综 合 诊 断 仪 、 地 空 一 体 化 测 试 系 统 等 ） 相 关 的 内 容 。 希 望通 过 持 续 开 展 5G测 试 仪 表 体 系 成 熟 度 评 估 ， 实 现 需 求 与 产 业 对 接 ， 推 动 5G测试 仪 表 尽 快 成 熟 应 用 。2. 5G 关 键 技 术 及 测 试 挑 战ITU定 义 了 5G的 三 大 典 型 应 用 场 景 ， 包 括 eMBB（ 移 动 宽 带 增 强 ） 、 mMTC（ 大 连 接 物 联 网 ） 、 uRLLC（ 超 高 可 靠 超 低 时 延 通 信 ） 。 为 了 满 足 应 用 场 景 的 实 际需 求 ， ITU 和 IMT-2020 工 作 组 对 5G 网 络 的 关 键 能 力 指 标 给 出 了 具 体 要 求 。 5G网 络 在 性 能 指 标 方 面 相 较 于 现 有 网 络 有 大 幅 提 升 。 相 较 于 4G 网 络 ， 体 验 速 率 提升 100 倍 ， 峰 值 速 率 达 到 20 倍 ， 空 口 时 延 缩 短 为 4G网 络 的 1/5， 连 接 密 度 提创新研究报告7中国移动 5G联合创新中心创新研究报告5G 测试仪表体系成熟度评估研究报告升 10 倍 。 具 体 指 标 为 ： 峰 值 速 率 要 达 到 20Gbps、 用 户 体 验 速 率 达 到 1Gbps、 支持 终 端 移 动 性 达 到 500km/h， 空 口 时 延 达 到 1 毫 秒 等 。为 了 实 现 这 些 关 键 能 力 和 性 能 指 标 ， 5G 引 入 了 新 空 口 技 术 ， 如 ： 大 规 模MIMO， 毫 米 波 、 新 波 形 新 多 址 、 高 宽 带 等 。 相 应 地 ， 仪 表 需 要 具 备 支 持 高 频 段 ，大 宽 带 ， 多 通 道 的 测 试 能 力 ， 而 且 对 于 毫 米 波 频 段 的 相 关 测 试 将 不 适 用 在 射 频 线物 理 连 接 的 测 试 ， 需 要 应 用 OTA测 试 方 法 ， 对 测 试 技 术 和 仪 表 实 现 提 出 巨 大 的挑 战 。此 外 ， 在 5G 核 心 网 方 面 ， 还 采 用 了 基 于 服 务 的 SBA 架 构 、 网 络 切 片 技 术以 及 NFV/SDN 的 云 化 网 络 基 础 设 施 ， 相 应 地 ， 对 测 试 仪 表 和 工 具 也 提 出 了 IT化 、 灵 活 性 等 要 求 。2.1 新 空 口2.1.1 大 规 模 多 输 入 多 输 出 天 线 (Massive MIMO)为 进 一 步 提 升 系 统 容 量 ， 5G将 使 用 MassiveMIMO 多 天 线 技 术 。 通 过 结 合增 强 的 空 分 复 用 ， 上 下 行 方 向 上 的 天 线 阵 列 ， 为 多 个 用 户 同 时 提 供 数 据 传 输 调 度 。MassiveMIMO的 波 束 赋 形 技 术 使 得 空 间 自 由 度 大 幅 增 加 ， 带 来 了 天 线 增 益 的 提升 、 容 量 的 提 升 、 干 扰 的 降 低 等 方 面 的 优 点 。图 2-1 MassiveMIMO与 传 统 天 线 比 较虽 然 MassiveMIMO具 有 很 多 优 点 ， 但 是 该 技 术 对 测 试 仪 表 和 测 试 方 法 提 出了 巨 大 的 挑 战 ， 例 如 ， 如 何 测 量 天 线 阵 列 的 信 号 功 率 ； 如 何 测 量 波 束 切 换 的 效 果及 用 户 终 端 移 动 性 的 影 响 ； 如 何 测 量 波 束 赋 形 的 效 果 等 。创新研究报告8中国移动 5G联合创新中心创新研究报告5G 测试仪表体系成熟度评估研究报告2.1.2 毫 米 波 技 术由 于 6GHz 以 下 频 段 资 源 有 限 ， 且 5G 超 高 速 率 和 大 容 量 通 信 存 在 大 带 宽 频段 资 源 的 需 求 ， 5G 移 动 通 信 需 要 开 发 未 利 用 的 频 段 资 源 ， 6GHz 以 上 高 频 段 资源 是 比 较 理 想 的 选 择 。 毫 米 波 通 信 有 很 多 的 优 点 ：1) 在 毫 米 波 频 段 有 大 量 的 可 用 频 谱 ；2) 在 这 个 频 段 ， 可 以 有 更 小 的 天 线 尺 寸 ， 更 小 的 波 长 ， 这 种 特 性 可 以 使 在相 对 小 的 区 域 完 成 很 高 的 波 束 赋 型 增 益 。尽 管 有 上 述 优 点 ， 毫 米 波 应 用 于 移 动 通 信 系 统 存 在 一 些 主 要 的 障 碍 。 一 是 相较 于 6GHz 以 下 的 频 带 ， 毫 米 波 频 段 信 号 的 路 径 损 耗 更 大 ， 信 号 在 穿 过 建 筑 物的 时 候 ， 衰 减 相 对 比 较 严 重 ； 二 是 毫 米 波 频 段 的 电 磁 波 易 于 被 移 动 的 物 体 或 者 人阻 挡 。毫 米 波 技 术 对 相 应 的 测 试 仪 表 和 测 试 技 术 提 出 了 巨 大 挑 战 ， 例 如 ， 如 何 完 成一 体 化 的 毫 米 波 设 备 射 频 指 标 及 其 他 性 能 指 标 的 测 试 等 。图 2-2 WRC-19大 会 5G毫 米 波 频 段 示 意 图2.1.3 5G NR 波 形 及 新 多 址目 前 ， 3GPPRelease15已 确 定 CP-OFDM支 持 5GNR的 上 行 和 下 行 ， 也 引入 了 DFT-S-OFDM波 形 ， 在 上 行 方 向 与 CP-OFDM波 形 互 补 。 CP-OFDM波 形 可用 于 单 流 和 多 流 （ 即 MIMO） 传 输 ， 而 DFT-S-OFDM波 形 只 限 于 在 链 路 预 算 受限 情 况 进 行 单 流 传 输 。 5GNR波 形 相 比 4G有 效 的 提 升 了 系 统 带 宽 利 用 率 ， 增 加了 频 谱 利 用 价 值 。由 于 5GNR面 向 三 大 场 景 ， 要 适 用 于 大 量 的 用 例 ， 因 而 需 要 一 个 可 扩 展 且灵 活 的 物 理 层 设 计 ， 并 且 支 持 不 同 的 、 可 扩 展 的 空 口 参 数 设 置 。 与 4G使 用 固 定的 15KHz子 载 波 间 隔 和 1ms子 帧 长 度 相 比 ， 5GNR引 入 了 更 加 灵 活 的 空 口 设 置 ，创新研究报告9中国移动 5G联合创新中心创新研究报告5G 测试仪表体系成熟度评估研究报告比 如 灵 活 的 子 载 波 间 隔 （ 数 据 在 不 同 band上 支 持 15KHz到 120KHz的 子 载 波 间隔 ） 和 灵 活 的 帧 结 构 （ 全 下 行 ， 全 上 行 ， 下 行 为 主 和 上 行 为 主 的 帧 结 构 ） ， 以 适应 不 同 的 信 道 类 型 和 业 务 类 型 。 不 同 的 业 务 类 型 （ 如 eMBB 和 uRLLC） 可 以 通过 FDM的 方 式 同 时 发 送 ， 提 高 了 系 统 传 输 的 灵 活 性 。图 2-3 5G 灵 活 的 空 口 设 置5GNR波 形 及 新 多 址 需 要 相 关 仪 表 支 持 5GNR波 形 及 空 口 设 置 的 解 调 ， 同时 5GNR波 形 及 灵 活 的 空 口 设 置 可 能 会 引 入 较 高 的 峰 均 比 及 子 载 波 的 相 互 干 扰 ，测 试 时 需 要 予 以 关 注 。2.1.4 5G NR 上 下 行 解 耦5G引 入 了 新 的 频 谱 ， 在 中 国 国 内 预 计 会 优 先 采 用 C-BAND 进 行 5G网 络 的部 署 。 但 由 于 C-Band的 传 输 特 性 ， 以 及 终 端 上 行 发 射 功 率 等 限 制 ， 5G小 区 的 上行 覆 盖 受 限 严 重 ， 如 果 和 现 有 LTE共 站 部 署 ， 覆 盖 能 力 相 对 不 足 且 上 行 边 缘 速率 较 低 ， 难 以 满 足 5G业 务 需 求 。上 下 行 解 耦 技 术 通 过 采 用 低 频 段 资 源 共 享 给 5GNR上 行 使 用 ， 既 弥 补 了 高频 段 在 上 行 覆 盖 上 的 不 足 ， 又 充 分 利 用 了 低 频 段 的 频 谱 资 源 ， 可 大 大 提 高 5G的覆 盖 范 围 ， 节 省 部 署 成 本 。 初 始 接 入 阶 段 ， 终 端 通 过 覆 盖 情 况 及 选 择 门 限 设 置 ，自 行 选 择 SUL载 波 （ 900MHz/1.8GHz） 或 2.6GHz或 4.9GHz进 行 接 入 ； 连 接 态的 终 端 ， 可 以 通 过 RRC配 置 或 下 行 控 制 信 令 选 择 上 行 载 波 ， 在 小 区 边 缘 ， 通 过切 换 到 900MHz/1.8GHzSUL载 波 ， 补 充 上 行 业 务 与 控 制 信 道 覆 盖 。 该 技 术 性 能创新研究报告1 0中国移动 5G联合创新中心创新研究报告5G 测试仪表体系成熟度评估研究报告需 要 进 一 步 在 规 模 试 验 进 行 验 证 。5GNR上 下 行 解 耦 需 要 仪 表 支 持 相 关 功 能 及 性 能 的 测 试 。图 2-4 5GNR上 下 行 解 耦2.2 新 网 络2.2.1 基 于 服 务 的 架 构 （ SBA）5G新 核 心 网 采 用 了 基 于 服 务 的 架 构 ， 也 即 是 SBA（ Service-BasedArchitecture，简 称 SBA） 架 构 。 在 SBA架 构 下 ， 传 统 的 核 心 网 元 实 体 被 拆 解 为 网 络 功 能图 2-5 5GSBA 架 构（ NetworkFunction， 简 称 NF） ， 而 网 络 功 能 可 由 多 个 模 块 化 的 “网 络 功 能 服务 ”组 成 ， 并 通 过 “基 于 服 务 的 接 口 ”来 展 现 其 功 能 。 这 里 与 之 相 适 应 的 “基 于 服 务的 接 口 ”， 采 用 的 协 议 主 要 为 广 泛 应 用 于 互 联 网 /IT领 域 的 HttpRestfulAPI、 JSON等 。