4G/5G移动通信系统测试关键技术与应用

4G/5G移动通信系统测试关键技术与应用

韦玲

南京中兴易联软件有限公司 江苏南京 210000

摘要：现代科技的进步速度不断加快，尤其移动通信技术整体研发水平不断提升，在持续的研发与技术应用推动下，5G移动通信技术已经进行了大范围的推广，越来越多的通信行业运营商和设备制造商相继推出了支持5G移动通信技术的业务版块，无论在通信系统还是通信设备上都实现了围绕5G移动通信技术的改进。而要想使各项业务与设备满足5G移动通信要求，就需要进行各项系统测试。本篇文章主要针对4G/5G移动通信系统测试关键技术进行分析，首先介绍4G/5G移动通信技术概念，再阐述4G/5G移动通信关键技术，最后针对4G/5G移动通信系统测试关键技术及其应用作出简要的论述。

关键词：4G；5G；移动通信系统；测试关键技术

现代科技的进步、全球经济一体化推动下，全球信息通信产业的移动化与宽带化发展趋势越发明朗，移动互联网与智能终端呈现出了“疯狂”的增长态势，尤其移动智能手机的出现和广泛应用，使得人们对移动通信技术的依赖性越来越高,截至到2020年7月，5G用户已经超过了1.65亿，三家基础电信企业4G移动用户总数超12.8亿户。据工业和信息化部统计显示，我国5G基站以每周1万多个的数量在增长。目前，运营商已建成的5G基站超过25万个，预计今年年底，我国将建设5G基站超过60万个，覆盖全国地级以上城市。我国网络规模和用户已经处于世界第一的位置。然而科技的发展和成熟应用需要建立在不断的测试与改进完善基础上，测试也是无线通信产业的关键环节。我国通信技术基础工业水平与西方发达国家仍存在一定差距，这也限制了我国通信技术的发展，尤其通信测试系统化仪表设计与制造技术均掌握在西方发达国家手中，而当前通信测试仪器硬件性能很难真正满足多种不同标准的通信测试要求，这就需要重视对4G/5G移动通信系统测试相关技术的研究，建立完善的通信信号模拟、调度、监测与分析体系化解决方案，从而研究出带有覆盖通信产业链从终端、基站到外场网络完整通信测试技术，并应用到我国4、5光网络与专网建设中，真正满足当前移动通信高速发展与信息安全对自主测试的需求。

1. 关于4G/5G移动通信技术

（一）4G移动通信技术

时代不断发展，科技也在不断进行更新，很多人都经历了由1G到2G、3G、4G的更新换代，直到当前已经实现大范围推广的5G，而4G是对3G的延伸，是5G推广前最快的移动通信技术，其最大数据传输速率超100Mbit/s，相比ADSL速度快200倍，是3G移动通信速率的50倍，4G的出现实现了无线网络、局域网、蓝夜与光电式、卫星通信的无缝衔接和相互兼容^[1]。

（二）5G移动通信技术

5G移动通信技术是第五代移动电话行动通信技术标准，其是对4G移动通信技术的延伸，目前已经研发成果且通过测试后进行了大范围的上市推广，其网速可达5-6M/s，是新一代移动通信技术，在整体安全性与覆盖性方面超出了4G移动通信技术一大截，有效解决了4G移动通信技术的很多不足。5G移动通信技术是真正的融合网络，其实现了人与人、人与物、物与物之间的集成化与统一化标准并进行了快速、安全的连接。相比3G、4G来讲，5G更加强调增强型移动宽带与物联网中大型互联垂直应用程序等领域，而这些领域是未来实现世界互联的关键基础和载体。

二、4G/5G移动通信系统物理层关键技术

1. 毫米波通信技术。

无论是4G通信技术，还是5G通信技术，频谱资源都是能够帮助无线通信建立的根本基础。当前来讲，无线频谱主要是集中在300MHz到三GHz频段，5G无线通信网络则是对3到300GHz的频段都可以做到有效利用，这也就有效解决了当前无线通信领域频道短缺的问题，并且也为今后的大数据传输奠定了基础。实际应用中通过相关实验的研究，发现可以测量到的包括到达角、均方根、时延拓展、路径消耗等数据，这也确保了5G毫米波移动通信关键技术的应用价值。但毫米波通信发展也有着一定的制约因素，主要包括：其一，由于移动通信信号传输过程当中不可避免的会发生路径消耗问题，且信号在无线通道当中传输时也会受到噪音和其他信道影响，这些都会加剧信号的损耗，以实际研究表明，频率越高，则移动通信信号损耗越大。为有效解决这个问题，可实现大规模发射天线，高频段应用，通过形成波束来使能量集中到较小区域，从而确保效益的增加和传播损耗的降低。其二，移动通信信号在穿过障碍物时会受到一定损耗，而低频段信号则受到的影响相对较小，因此，为降低毫米波穿透障碍物时的损耗，如传输距离较近、频段较小，则可通过室内安装WiFi节点或采用毫微蜂窝方式来确保通讯质量。其三，毫米波通信技术的应用过程中，需要对频段信号传播特性做出充分分析，例如与衰是需要重点考虑的因素，如降雨量较大，无线通信系统传播路径长度与可靠性都会受到一定影响，需考虑雨点大小和发射波长所带来的散射问题。

2. 大规模MIMO技术。

4G/5G无线通信技术当中其物理层技术应用大规模MIMO系统可以通过增加基站中天线的数量直接扩充系统容量，也就是说，直接通过对基站进行改造就能够实现，同时也可以运用成本较低、功率为毫瓦的放大元件来实现系统构建，此方式可以有效降低发射功率的消耗，另外也可以明显提高系统的经济效益。大规模MOMI系统当中，由于天线数量增多，能够对信道状态信息做出有效获取，方可实现通信服务提供更加可靠的保障。而当前研究大多是集中在时分双工系统当中，基于信道互易的时分双工系统可大幅度降低新的开销，同时还可不用运用复杂的反馈机制，天线数量也不会受到限制，但是由于互易性原理特点，快速移动条件下通信较为难以实现。

3. D2D通信技术。

4G/5G移动通信系统中对于网络容量和频谱效率都必须要作出革新，如此方能够为用户提供更加多元的通信模式和更好的终端体验，这也是4G/5G移动通信系统的重要发展目标，而D2D技术则可以实现系统潜在性能的优化，降低基站压力，提高频谱利用率。

三、4G/5G移动通信系统测试关键技术与应用

1. 毫米波测试技术应用要点

毫米波频率通常保持在30-300GHz之间，4G/5G移动通信系统中技术热点频率为30-100GHz之间，在毫米波频段信号产生和分析主要依据是矢量信号和分析仪器来予以完成，按照当前现状来看，测试所使用的高频谱信号发生器单台仪表最高可达40GHz，如应用外界设备则可达到100GHz的矢量信号。4G/5G移动通信系统中必须要进行的搞宽带测试所使用的的设备本身可产生160MHz的带宽信号，可以满足4G/5G移动通信系统测试要求。而FSW最高频率可达67MHz频率，其自身分析带宽为500MHz，而且就当前4G/5G移动通信中的应用来看效果良好，其不但能够实现毫米波测试，且还可以通过选件进行矢量调节，实现更好的分析信号调制质量^[2]。

2. MIMO移动通信系统测试关键技术应用要点

其一是对吸波暗室的测试，测试时需进行射频信道模拟器与圆环探头阵列的连接，保证多探头测试，如此可实现对被测物位置的重复模拟，产生较为复杂的多途径衰变无线环境；其二是对混响室的测试方案，进行混响室测试时需采用单独混响室或单独信道模拟器混响室的连接。混响室目的是为被测物周围产生统计意义上的均匀功率分布，信道模拟器和天线则可生成混响室所需延迟特性^[3]。

结束语：

结合上述文章内容所述，虽然5G移动通信技术是建立在4G移动通信技术基础上进行了延伸，但并不代表着4G通信技术会被5G通信技术所替代，至少短期内并不会出现这一情况，从具体4G移动通信用户数量就可以看出，虽然5G移动通信用户正保持高速的增长，但目前来讲仍较为平衡。而且在4G/5G移动通信系统的测试方面有着明确的标准规范，但在社会之后的发展当中4G/5G移动通信必然能够打开新的局面、在各领域与行业中逐渐做到全方位渗透，从而使信息通信技术能够真正打破时空的局限，为用户提供更加优质的移动通信服务。

参考文献：

[1]林利军.5G移动通信网络架构与关键技术要点探讨[J].网络安全技术与应用,2019,02(11):3.

[2]张然.5G移动通信网络关键技术研究[J].信息与电脑(理论版),2018,417(23):173-174.

[3]张煜.4G/5G移动通信系统测试关键技术与应用[J].中国科技成果,2017,15(23):22-24.