5G无线通信终端空中接口性能测试

2019-11-30郭峰

电子技术与软件工程 2019年20期

文/郭峰

随着5G时代的到来，人们对通信质量的要求正在不断的提升，无线通信终端中的各种构建都需要达到相关的质量标准，要保障其性能。空中接口是其中十分重要的构成部分，其是指用户终端与无线接入网络之间的接口，其性能直接关乎着用户使用网络的质量。因此，在5G时代到来之际，对无线终端空中接口性能进行测试，可以保障空口的质量和性能，为用户带去极强的体验和感受。所以，本文对空中接口性能测试进行分析有一定现实意义。

1 空中接口概念与关键技术

1.1 概念

所谓空中接口，主要是指用户在终端与无线接入网络之间的接口，其是任何一种移动通信系统的关键模块，同时也是移动性的一种呈现方式。对于5G无线通信终端而言，其相关的应用场景主要有三种，其一是广域场景，小区覆盖大，业务量为中等。其二是大城市场景，小区覆盖为中等，业务量高。其三是本地场景，小区覆盖小，业务量比较多。依据不用的应用场景，空中接口性能有相应的要求。

1.2 5G空中接口的架构

在即将到来的5G时代中，空中接口架构主要包含了空口波形调制、天线配置以及传输方式等相关的技术，并且还包含了调制编码纠错和处理多用户多执接入等相关的技术。空中接口等于是开放系统互联模型物理层与数据链路层的体现，特别偏向于物理层。

而物理层是整个无线通信系统中基础，并且最重要的一层，由于此层中包含通信最核心的技术。物理层技术是在无线电波之上的，起到了构建、维护与取消连接基站与无线终端的作用，从而让设备之间实现无线接口。在此过程中，其在无线电波发送与接受比特流。在即将到来的5G时代中，空中接口标准主要是汇聚在物理层中。因为物理层中天线配置与传输都是比较传统的技术，都比较成熟。空口是相对于有线通信中线路接口而言的。在无线通信中，空口明确了基站与无线终端之间的技术规范，让无线通信可以和有线通信一样可靠与稳定。

2 5G无线通信终端空中接口性能测试

在国际上，空中接口性能测试标准的制定主要是第三带合作伙伴计划和无线通信与互联网协议等进行的。在其中，无线通信与互联网协议是最早制定有关空中接口性能测试的组织之一。我国国内的空中接口性能测试主要是中国通信标准化协会制定，为了可以保障电磁环境与通信安全，此协会制定了相关的标准来规范无限资源的运用，还有无线设备的性能指标。在5G时代到来之际，无线通信终端的空中接口性能测试方式主要有以下几种：

2.1 SISO测试和方式

当前的SISO OTA主要包含了总辐射功率与总接收灵敏度测试。这两种测试都是在微波暗室中开展的，在相关的文件中有详细的要求，是全部需要入网的无线设备必须要测试的项目。在无线通信与互联网协会颁布的标准中有提出，总辐射功率与总接收灵敏度的标准测试方式与备用测试方式。其中标准方式有着一定的直观性与精准性，所以被广泛运用。但是在实际工作中，测试所花费的时间比较长，为研发与认证等工作形成了很大的时间成本。而备用测试方式可以快速完成两种评估，但是没有办法保障结果的客观性和真实性，无法广泛运用。针对这些问题，相关企业研发出一些创新性的测试方式，保障了测试的快速性与精准性。比如基于回报的快速OTA测试方式，以及基于收发同频系统的测试方式，都能够有效缩短测试时间，并且保障OTA的测试精度。这些测试方式已经被广泛使用在各种通信系统之中，在未来的5G时代中，这种测试方式的使用范围会更加广泛。

2.2 MIMO测试及方法

MIMO技术在4G时代中开始广泛运用，而在即将到来的5G时代中，也会在基站与无线终端中被有效使用。MIMO 测试方式，即为立足于输入输出基础上，对无线终端的射频性能做测量。通过这种方式能够在特定环境下，对设备的通信速率进行检测与判断。其中特定环境是指不同环境的通信统计数据模型，经常使用的数字模型主要是 UMa与 UMmi，这些都是互联网协会要求必须测试的项目。此模型中涉及很多无线设备使用情况模拟的电波传播，例如折射、反射等等，能够十分真实地反映出MIMO条件之下无线设备使用情况。在经过第三代合作伙伴计划和无线通信互联网协会所指定的MIMO测试文件中有指出，吞吐量，即为天线运行时通信速率用来判断MIMO关键标准。当前通过相关组织认定的国际性解决方式主要有三种，其中主要是多探头、混响暗室和辐射两步这些。混响暗室方式，具体是运用不具备吸波材料的屏蔽箱，整个系统十分单一与简单，问题主要是可以模拟的信道模拟比较少，会受到相关的限制，无法测量标准中特定场景，因此广泛运用会受到一定程度的限制。而多探头法，其中主要使用多种环绕被测件四周天线，以及信道模拟器，模拟相关的信道，这种方式十分简单和直接，不过成本较高，校准工作难度相对较大。辐射两步法，是将测得的被测件天线方向图信息，还有传播信道模型相融合，并且使用模拟器来计算信号，最后把通过结合的信号传输到接收机，这种测试结果与多探头方式有一定的一致性，此方式的经济性也很高，符合国际标准的测量方式。除此之外，辐射两步法能够分离整机测试之中天线性能测试与接收机辐射灵敏度测试，这是一种有极强优势的MIMO测试方案。和4G相比，5G具备了更高的频率与更宽的带宽，同时也有更加复杂的波速赋形工作方式，其中的OTA测试有着很多的挑战。比如更大的微波暗室，在远场测试条件之中，使用在5G无线产品测试中需要的微波暗室能够达到几十米，甚至于上百米，成本极高，难度很大。还有则是更大的路径耗损，高频就表示了路径耗损的增加，几十米的测试距离，在5G工作频率下，大量的路径耗损会为测试带去很大的压力。

2.3 容量测试

无线通信系统由各种不同的元素构成，其中包含了服务器、分组核心网以及基站等等。在各种不同情境下，对网络进行测试是十分重要的，比如多个蜂窝小区、接入几千部UE和用户各种服务。特质容量测试系统能够形成大流量空口负载然后使用不同观测点来对网络进行监控。并且还能够做好EPC与服务器仿真，用环绕测试方式来测试eNOdeB。在大量的智能手机与电脑增多下，导致了网络处于饱和状态，对用户语音通话形成了影响，这成为了5G无线通信中所面临的一大问题。无线通信的发展让用户服务更加丰富和多样化，其中包含了语音、视频和网络浏览等，数据流量发生了很大的变化。

容量测试是空口接口性能测试中最关键的部分，在研发功能性测试明确实际功能之后，容量测试变相与和运营商客户相关的测试。测试使用不用符合组合方式，在增加用户设备与小区使用数量的基础上进行。在此过程中，新推出的功能会增加容量，这些也需要融入到容量测试工作中。在明确了满足要求的容量以后，就可以马上进行性能测试工作，这样是为了保障获得网络最大效率，也就是获得单位投资下最大比特传输量。经过性能测试之后，最优质的网络线路要由运营商来确定，这是因为各个运营商影响性能的主要运算方式都不一样。为了有效保障网络效率和各个用户设备的性能，要做好复杂的多维度优化，测试工作要加强针对性，以此适应运营商差异化。比如推出新功能或是提升数据速率，优化服务组合或是运用方式。在用户设备数量逐渐增加下，保障无线通信网络的先进性也是一种十分重要的工作。在实际工作中，保障功能的基础上增加用户设备数量，并且提升稳定性有很大的难度。若是用户设备模拟器供应商支持多种版本，则不同技术规范之间可以相互切换，便于制定有效计划。此外，在测试空中接口的容量时，测试设备也十分重要。很多运营商认为，对于真实手机用户设备，使用立足于射频的用户设备模拟器是一种灵活的方式。并且，非射频用户设备模拟器使用不同基带接口时，真实手机与用户设备模拟器之间差异比较大。经过对测试设备的使用，对真实数服务与使用经过射频做容量测试，以此为实验室模式真实环境来进行容量测试提供技术支撑。