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無場景無5G!揭秘5G二階段六大場景測試趨勢
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經過了產業鏈一年的努力,5G技術研發試驗第二階段測試(以下簡稱5G第二階段測試)終於圓滿收官,那麼5G的場景測試究竟是怎麼樣呢?

在近日召開的“第二屆5G創新發展高峰論壇”上,IMT-2020(5G)推進組無線技術工作組副組長魏克軍介紹了5G第二階段測試頻段和試驗體系以及參與測試的設備廠商和儀錶廠商的測試完成情況,並詳細地介紹了5G第二階段測試幾大場景的具體測試結果。

記者通過採訪產業鏈廠商,瞭解了目前5G第二階段測試幾大場景的具體測試情況。

場景不過關 5G就很遠
眾所周知,去年底,中國開始了5G第二階段測試。

具體來說,5G第二階段測試不再局限于單點技術測試,而是要面向5G典型場景測試,並將聚焦實現5G連續廣覆蓋、熱點高容量(高低頻)、低頻高可靠、低功耗大連接、低時延高可靠等典型場景及混合場景下的技術方案。同時參與測試企業也不局限於之前的5個設備商,晶片、儀錶廠商也將參與其中,開展產業鏈的對接測試。

不得不說,5G典型場景測試對5G商用部署至關重要,場景測試不過關,5G就很遠。

值得一提的是,在5G試驗頻率方面,IMT-2020(5G)推進組去年申請了低頻3.4GHz-3.6GHz頻段,而今年,經工信部批復,5G技術研發試驗繼續增設4.8-5.0GHz、24.75-27.5GHz和37-42.5GHz三個頻段。

在5G研發試驗體系方面,分為無線測試規範和網路測試規範等12種規範,包含215個相關的測試例。對於無線測試規範,涵蓋了高低頻混合場景、其他混合場景等測試方法。對於網路測試規範,涵蓋了核心網以及無線網的試驗樣機設備的要求和相應的測試方法。

在參與測試的廠商的表現方面,就參與測試的5家設備廠商來看,華為完成了全部場景測試,中興完成了除5G核心網測試之外的所有測試。愛立信和大唐完成了5項測試。而諾基亞貝爾開展了連續廣域覆蓋、低時延高可靠等測試。

對於晶片儀錶廠商和系統設備廠商的對接情況,是德科技完成了與華為、愛立信、中興、大唐、上海諾基亞貝爾這5家系統設備廠商的對接測試。羅德與施瓦茨完成了和華為、愛立信和中興3家廠商對接測試,大唐聯儀完成了與華為和大唐的對接測試,英特爾與愛立信、諾基亞貝爾進行了對接測試。

在5G第二階段測試中,測試組對5G核心網進行了測試,測試內容包括孵化架構、主要的業務流程、網路切片和移動編譯計算。

據介紹,在5G核心網測試中,華為完成了全部測試項,大唐完成了大部分測試項,而愛立信、中興、上海諾基亞貝爾會將按計劃開展相應的測試。

從5G核心網測試的總體情況來看,參與測試的企業都採用了通用的伺服器以及高性能電信雲平臺,採用了開源的OpenStack技術,基於5G的架構,實現了核心網的網路功能,以及網路部署、業務流程和業務能力。同時,驗證了一系列的關鍵技術,包括服務化架構、網路切片、邊緣計算以及5G的業務流程等。

場景一:連續廣覆蓋場景:峰值超10Gbps,達標
連續廣覆蓋場景是移動通信最基本的覆蓋方式,以保證使用者的移動性和業務連續性為目標,為使用者提供無縫的高速業務體驗。

該場景要求能夠在社區邊緣、高速移動等惡劣環境為用戶提供 100Mbps以上的使用者體驗速率。

在第二階段測試中對於連續廣域覆蓋場景,各廠商均採用64埠以上大規模天線,利用MU-MIMO技術和高階調製,通過多流來實現頻譜效率的提升。

魏克軍表示,測試結果顯示,單使用者峰值速率超過1.6Gbps,社區峰值速率超過10Gbps(200MHz頻寬),最高峰值速率可以達到28Gbps,能夠滿足ITU提出的對於峰值速率需最低達到10Gbps的性能指標需求。

場景二:低時延高可靠場景:時延低於1ms,達標
低時延高可靠場景主要面向車聯網、工業控制等垂直行業的特殊應用需求,這就要求該場景能夠為用戶提供毫秒級的端到端時延和幾乎100%的可靠性。

對於低時延高可靠場景,測試通過更短的子幀和自包含的幀結構設計,實現更短的空口時延和更高的可靠性。

測試結果顯示,各廠商單向空口時延均小於0.64ms,可靠性能夠大於99.999%,這能夠滿足ITU提出的空口時延小於1ms和可靠性大於99.999%的性能指標要求。

場景三:熱點高容量(高低頻):速率、流量密度均達標
熱點高容量場景主要面向局部熱點區域,為使用者提供更高的資料傳輸速率,滿足網路極高的流量密度需求。該場景要求能夠達到1Gbps使用者體驗速率、10Gbps峰值速率和10Tbps/km2的流量密度需求。

對於熱點高容量(低頻)場景,就是常說的超密集組網場景,因為隨著社區網路部署密度的增加,會大幅度提升網路容量以及網路的流量密度。這就會使網路部署密度增加,使得社區干擾越來越嚴重。4家測試廠商利用虛擬社區技術,有效降低基站密度部署條件下的干擾,大幅提升網路的流量密度。

魏克軍表示,測試結果顯示,各廠商的流量密度指標均超過了36Mbps/m2,最高能夠達到107Mbps/m2,能夠滿足ITU提出的10Mbps/m2流量密度的性能指標要求。

而對於熱點高容量(高頻)場景,魏克軍表示高頻6GHz以上頻段是首次應用於移動通信系統,通過這次高頻測試,IMT-2020(5G)推進組一方面希望能夠驗證高頻技術方案的設計。另外一方面,希望通過這次測試,瞭解一下高頻頻段傳輸特性。對於毫米波頻段,在視距或反射徑比較豐富的場景下,可以獲得比較好的性能,但在非視距條件下,受植被或建築等障礙物對高頻系統的性能影響非常嚴重。

3家參與測試廠商利用毫米波頻段的大頻寬,結合大規模天線及動態波束賦形技術,均可實現20Gbps以上的社區峰值傳輸速率,最高達到了62.25Gbps,可滿足ITU提出的10-20Gbps峰值速率性能指標需求。

場景四:低功耗大連接:每平方米達百萬連接
低功耗大連接場景測試主要考察的是使用者系統的連接能力。

低功耗大連接場景主要面向智慧城市、環境監測、智慧農業、森林防火等以傳感和資料獲取為目標的應用場景,具有小資料包、低功耗、海量連接等特點。這類終端分佈範圍廣、數量眾多,不僅要求網路具備超千億連接的支持能力,滿足100萬/km2連接數密度指標要求,而且還要保證終端的超低功耗和超低成本。

據介紹,該場景採用了多址技術,在相同的資源上來疊加不同使用者的傳輸資料,可以成倍提升使用者的連接能力;同時還採用了免調度的傳輸方式,這種方式可以有效地降低傳輸的時延,簡化系統設計,還可以降低成本與功耗。

魏克軍表示,由於測試組目前沒有終端模擬器進行大連接使用者的連接,所以採用了另外一種方式。

也就是說,測試組統計了系統在10分鐘內正確接收業務資料包的數量,並將其統一折算成每分鐘、每社區每兆的連接數。從測試結果來看,可以等效的滿足ITU的這種百萬連接每平方公里的用戶連接能力指標要求。

場景五:高低頻混合場景:低頻上行覆蓋待解決
除了對ITU所確定的5G典型場景進行相應的測試之外,5G第二階段測試還進行了混合場景的測試。而高低頻混合場景是未來5G非常典型的應用場景之一,因此列入到了第二階段5G測試之中。

據瞭解,在此次測試當中,測試組利用3.5GHz的低頻作為鉚點來傳輸資訊,包括使用者覆蓋;利用26GHz高頻提升整個熱點容量,資料面在PDCP層進行了分離。

整個測試共有多個測試子項,分別是室外定點速率、移動拉遠、射頻和無線網高層協議。

在室外定點速率測試中,測試組分別在靜止條件和移動條件下進行了測試。在靜止條件下,測試組採用3.5GHz和26GHz雙連接,單用戶峰值超過了20Gbps,4個用戶社區峰值超過了65Gbps。在移動條件下,高低頻重疊覆蓋區域內,社區峰值達到了18.2Gbps。值得注意的是,測試組也統計了平均輸送量,非NLOS條件下可以達到7.8,NLOS條件下達到4.34,高頻達到618米,低頻達到120公里。

在移動拉遠測試中,測試組在同一個位置上,分別部署了3.5GHz、4.9GHz和26GHz三個基站。測試中發現,26GHz NLOS的點發生在630米處,同樣的4.9GHz的上行點也大概在630米處。通過這種控制,測試組把4.9GHz進一步拉遠,下行點發生在2.3公里處。相比較之,3.5GHz上,上行點發生在830米,下行點發生在3公里處。通過這個測試,測試組發現,低頻上行覆蓋較受限,這個問題未來需要解決。

縱觀整個拉遠測試,26GHz對NLOS非常敏感,隨著距離的增加,信燥比下降幅度非常陡峭。3.5GHz和4.9GHz的傳播特性基本一致,不過後者較前者的覆蓋面積少大約36%。

在第二階段測試中,測試組進行了射頻測試。據介紹,在這項測試中,測試組用協力廠商測試儀錶,對頻段頻寬、輸出功率、發射功率精度、發射關斷功能等重點測試指標進行了測試,同時完成了晶片儀錶廠商與系統廠商的動能對接,大唐聯儀、展訊、MTK、英特爾、是德和羅德都參加了上述對接測試。通過這項測試,測試組主要是驗證5G新空口的參數及幀介面、編碼、多址、靈活性等相關的技術。

在第二階段測試中,測試組也對無線網高層協議進行了測試,測試重點是CU/DU分層架構、新空口以LTE雙連接,測試內容涵蓋了社區的管理功能、基本的業務功能、DU間的協同性和動態資源的調整。華為、中興初步驗證了採用CU/DU分層架構的可行性。同時還對雙連接等進行了初步的驗證。

 場景六:其他混合場景:驗證自主空口技術架構
除了對ITU所確定的5G典型場景進行相應的測試之外,測試組還進行了其他混合場景的測試。

據介紹,ITU目前定義的三大場景是mMTC、eMBB、uRLLC,這三大場景有非常大的差異性,這就要求測試組針對不同場景進行相應的技術方案的設計。

魏克軍表示,對於每一種場景,測試組採用的關鍵技術以及它的參數範圍是有很大的區別的。

中國提出了靈活可配置的統一的空口技術架構,在第二階段測試中測試組也是對這種統一的空口架構做了一些技術驗證。

具體而言,測試組把200MHz頻寬進行了劃分,其中180MHz用於eMBB場景,20MHz用於uRLLC場景,2RB用於mMTC場景。通過測試,在eMBB場景下,社區輸送量達到了16.32Gbps;uRLLC空口時延低於0.407ms;mMTC場景下,用戶連接能力達到2.53M,滿足三大典型常性下的性能指標要求。

期待第三階段
IMT-2020(5G)推進組組織的5G技術研發試驗是5G發展過程中的關鍵環節,對於推動5G關鍵技術研發,驗證5G技術方案,支撐全球統一5G標準研製具有重要意義。5G第二階段測試的圓滿收官,也意味著5G技術研發試驗第三階段試驗將於2017年底、2018年初啟動,測試將遵循統一的5G國際標準,並基於面向商用的硬體平臺,重點開展預商用設備的單站、組網性能及相關互聯互通測試,計畫在2018年底前完成。

來自IMT-2020(5G)推進組的專家表示,9月已經啟動面向第三階段的試驗規範起草,分階段制定基於NSA(非獨立組網)架構和SA(獨立組網)架構的規範。

與此同時,測試環境建設已經全面啟動,2017年底完成傳輸建設,2018年3月完成環境建設。第三階段測試將於2018年第一季度正式啟動。
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