5G设备设计与测试（一）

2020.10.13

5G 正裹挟着万亿级的移动产业链和千万级的就业机会向我们迎面扑来，一时通信武林风起云涌，江湖群雄趋之若鹜，超过 81 个国家中多达 192 个运营商宣布投入 5G。

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5G 时间轴——关键里程碑事件

规范层面，从 17 年 12 月份 5G NSA 冻结以来，物理层规格在一步步形成，整个 R15 规范侧重于增强型移动宽带（eMBB）和超高可靠超低延迟通信（uRLLC）。这些新规范给器件和元件设计人员带来诸多新的挑战。

下面我们就来探讨下 5G 设备设计和测试最主要的四个方面：

01 灵活且繁复的参数集

R15 规定了最高 400 MHz 的最大载波带宽和最多 16 个分量载波，这些载波可以汇聚到高达 800 MHz 的带宽。与此同时，5G NR 提供了可灵活配置的波形、参数集、帧结构和带宽组合，也带来了复杂的信道编码，信号质量挑战以及繁多的测试用例。

相对 4G，5G NR 允许可扩展的 OFDM 参数集其子载波间隔可由 2uX15kHz 控制，最终可以通过可扩展的时隙间隔来提供不同等级的吞吐率、时延和可靠性服务。

5G 三大场景之一的超高可靠超低时延（uRLLC）部分就是通过 mini-slot 来实现的，Mini-slot 可提供比标准时隙更短的时延和载荷。NR 子帧结构还允许在同一子帧内动态分配 OFDM 符号链路方向和控制。

通过使用这种动态 TDD 机制，网络可以动态地平衡上行和下行业务需求，并且在同一子帧中包含控制和确认。

子帧内的时隙和 Mini-slot 及其相关的持续时间

子带宽部分(BWP)是 5G NR 标准新定义的一个概念, 是指载波的系统带宽可以根据不同场景需要分成若干子带宽。每个 BWP 可以具有不同的参数集, 并且信令控制也是独立的。

一个载波可以包含若干混合的参数集来支持不同层级的业务，并支持传统的 4G 设备和新的 5G 设备。

BWP 可以在载波中支持不同业务的复用

综上，5G NR 具有灵活可扩展的参数集伴随着不同的子载波间隔、动态 TDD 和 BWP，增加了创建和分析波形的复杂度。因此，在 sub-6GHz 和毫米波频段通过软硬件结合来生成更大带宽的用于不同测试用例的波形并从时域、频域和调制域来分析 5G NR 波形就尤为重要。

使用矢量信号分析软件分析相邻频段里 5G NR 和 4G LTE 波形

02 毫米波段的使用

为了实现宏伟的数据吞吐率目标，5G NR 不单在 Sub-6GHz 定义了新的频段，更是将工作频段扩展到了毫米波频段，从而大大拓宽了可用的信道带宽。而在毫米波频段信道对于对于信号质量的影响变得更为显著，从而满足信号质量也变得愈加困难。

部分 Sub-6GHz 和毫米波频段及预计商用时间

诸多因素会影响信号质量，包括基带信号处理、调制、滤波和上变频等。虽然带来更大的连续可用带宽，毫米波频段的基带和 RF 组件也更容易受到常见信号的干扰。而因为 OFDM 系统的固有特性，诸如 IQ 调制损害、相位噪声、线性和非线性失真以及频率误差都可能导致调制信号的失真。

在毫米波 OFDM 系统中，相位噪声的影响尤为明显，过大的相位噪声将直接导致子载波间的相互干扰最终导致信号的严重失真。此外，宽带信号电路中的任何偏离，如相位、幅度或噪声，最终都将在系统的 EVM 等指标当中呈现出来。从而性能的优化和问题的解决只能靠每个器件在宽带和毫米波频段的良好设计优化来保障。

对于测试验证设备则需要具有全面的功能和更好的性能以确保正确呈现诸如星座图、EVM、杂散功率、杂散泄露、占用带宽和邻道功率比等的测试结果。另外，在高频宽带测试系统中，测试夹具、线缆、滤波器、耦合器、功分器、预放以及切换开关等的性能和指标将对测量结果造成至关重要的影响，因此需要在测试前对包含配件的系统进行整体校准。