在2017年6月12號舉行的2017年IMT-2020(5G)峰會上，IMT-2020(5G)推進組副主席王曉云在“IMT-2020(5G)推進組工作進展介紹”部分，介紹了目前5G懷柔外場試驗的進展和部分測試結(jié)果。

本文擬對講座中所展示的測試結(jié)果進行討論和技術分析，以便大家更好地了解和認識目前外場測試工作的現(xiàn)狀和技術內(nèi)容。

1、外場情況

目前懷柔外場正在進行的是技術研發(fā)試驗階段的技術方案驗證工作。

第二階段，要基于統(tǒng)一的測試規(guī)范、頻譜、平臺來進行測試。初步規(guī)劃是射頻和功能測試工作在信通院的MTNET試驗室進行，而性能測試工作在懷柔外場進行。未來，各廠家外場的基站需統(tǒng)一接入到位于MTNET的核心網(wǎng)上，實現(xiàn)集中管理。

來自產(chǎn)業(yè)鏈的主要的六家系統(tǒng)廠家參與懷柔外場測試工作，分別為華為、愛立信、中興、大唐、諾基亞和上海貝爾、三星。計劃建設30個基站來完成面向解決方案(單站測試)和面向系統(tǒng)(5個站組網(wǎng)測試)的測試工作，站址信息分布如下：

2、測試進展

講座指出，“第二階段進行了連續(xù)廣域覆蓋的測試，低時延高可靠測試，低功耗大連接的測試，還有低頻高頻的容量測試，以及混合場景的測試，大家可以看到各個廠家基本的進展情況。雖然沒有都完成，但是有幾家進展比較快”。

可以看到，華為步伐最快，除了高頻熱點場景外，其余場景都已經(jīng)測試完成了。中興各個場景的測試工作也已經(jīng)開始進行了。其他廠家進展略慢，像Ericsson正在進行連續(xù)廣域覆蓋和低時延高可靠的測試，大唐也正在進行連續(xù)廣域覆蓋的測試工作。Nokia和三星沒有出現(xiàn)在圖上，其測試進展還有待進一步了解。

MIIT要求的測試場景有7種，圖示如下。其中，“其他混合”場景中，包括連續(xù)廣域覆蓋與低時延高可靠的混合(類似eMBB+URLLC)、連續(xù)廣域覆蓋與低功耗大連接的混合(類似eMBB+mMTC)等兩大類測試內(nèi)容。

講座中提到的6種場景中，沒有明確是否包含高低頻混合和其他混合場景。從所展示的測試結(jié)果上看，華為至少完成了其他混合場景的測試，如eMBB+URLLC+mMTC，后面詳細分析。對于高低頻混合場景，需要終端同時支持高低頻，如果做不到，則此測試就沒法進行。

3、性能測試及結(jié)果分析

以下借助王曉云副主席講座中提到的信息，結(jié)合一些其他技術信息，來進行相關場景和測試結(jié)果的分析。

3.1  連續(xù)廣域覆蓋場景下的吞吐量：

“連續(xù)廣域覆蓋場景下，采用200M帶寬，64個端口的大規(guī)模天線陣列，實現(xiàn)了單用戶峰值3.6G，小區(qū)的吞吐量也到了11.79G，如果都換算成下行，可以達到18G的帶寬，達到了我們預期的目標” 。

這是華為外場的測試結(jié)果。測試環(huán)境及配置為：

從圖中也可以看到，測試中基站側(cè)采用64通道天線，支持24個流，終端支持8天線，每個終端支持2個流，總共12個終端參與測試，以便評估小區(qū)性能。

對于連續(xù)廣域覆蓋測試，設備規(guī)范要求的mMIMO參數(shù)為天線通道數(shù)≧64，支持16流以上數(shù)據(jù)傳輸。可見，上述64天線和200MHz帶寬滿足測試的基本要求，但是24個流則一定程度上超越了測試要求。對于天線振子數(shù)，設備規(guī)范中沒有具體要求，華為是采用192個振子來實現(xiàn)的，相對于128振子來說，可以提供更高的性能增益。

具體到系統(tǒng)參數(shù)，其工作頻率為3.4~3.6GHz，系統(tǒng)帶寬為200MHz，子載波間隔為15KHz，TTI長度為0.5ms，采用TDD模式，上下行配比多數(shù)為5:1:1，可見下行約占70%吧。

此場景中所體現(xiàn)的關鍵技術包括0.5ms TTI的新型參數(shù)集、自包含幀結(jié)構(gòu)、24流的大規(guī)模天線以及f-OFDM新波形。

還記得華為2015年底在與Docomo聯(lián)合進行的24流多天線驗證嗎？

成都外場與懷柔外場的測試配置和性能結(jié)果對比如下，以便我們深入分析和了解同配置下系統(tǒng)性能變化情況。

其中，天線陣子數(shù)從64增加到192，射頻帶寬從100MHz增加到200MHz。成都測試的測試支持2天線，懷柔終端支持8天線，終端數(shù)從24減少到12。小區(qū)峰值速率從3.6Gbps增加到11.79Gbps，增加2倍左右。那么，這個性能增益除了由帶寬增加一倍和天線數(shù)增加2倍之外，還有哪些影響因素哪？還有待后續(xù)深入分析。

3.2  低時延高可靠場景下的時延：

低時延高可靠測試要求在大量數(shù)據(jù)包的基礎上(>10^7)統(tǒng)計空口傳送時延和丟包率，以確定時延和可靠性指標。根據(jù)ITU要求，空口時延應小于1ms，因此丟包率指標是在1ms時延的基礎上進行統(tǒng)計的。比如，用戶面下行傳輸丟包率的計算公式是，以成功傳輸并滿足用戶面下行單向時延小于1ms的包的數(shù)量除以總的測試包數(shù)量，得到下行傳輸丟包率。

1ms的空口時延大致包括下行傳輸、上行傳輸、緩存、UE處理、BTS處理、傳輸鏈路時延等階段。

測試規(guī)范中建議采用思博倫儀表進行收發(fā)包測試和統(tǒng)計。講座中提到的測試結(jié)果為0.407ms，從圖中桌子上華為的標志可以了解到這是華為的測試結(jié)果，遠低于ITU要求的1ms空口(air interface，圖中縮寫為AI)時延。

具體到系統(tǒng)參數(shù)，其工作頻率為3.4~3.6GHz，子載波間隔為30KHz，TTI長度為0.25ms，與上述連續(xù)廣域覆蓋模式參數(shù)設置有區(qū)別。

此場景中所體現(xiàn)的關鍵技術包括采用0.25ms TTI的新型參數(shù)集、自包含幀結(jié)構(gòu)、Polar新型編碼調(diào)制以及f-OFDM新波形。

其他資料顯示，在實驗室和外場，通過第三方儀表，華為公司測試驗證用戶面時延<1ms，丟包率<10^-9。

3.3  低功耗大連接場景下的連接數(shù)密度：

5G概念白皮書(2015年)和5G遠景與需求白皮書(2014年)中定義了連接數(shù)密度，即單位面積上(km²)支持的在線設備總和。指標要求為每平方公里支持一百萬的連接數(shù)密度(100萬/km²連接數(shù)密度)。

講座中提到，“低功耗大連接場景下，每小區(qū)每一個兆赫茲達到了5000萬的連接(編者注：圖上數(shù)據(jù)顯示為每小時內(nèi)總數(shù))”。可見，這里是采用 “/MHz/cell” 為單位的，根據(jù)小區(qū)中所采用的帶寬和大致小區(qū)覆蓋面積應該可以換算到平方公里上去。

講座中提到的應該是中興的測試結(jié)果，具體所采用的技術及數(shù)據(jù)計算方式如下。

結(jié)合之前中興的新聞報道可知，該測試使用中興的多用戶共享多接入（MUSA:Multi-User Shared Access）技術。MUSA技術引入了較短的擴展碼，可以實現(xiàn)高負載，消除調(diào)度操作，將支持的連接數(shù)量增加三到六倍。該技術還采用先進的擴頻序列和連續(xù)干擾消除（SIC：successive interference cancellation）技術。

本次峰會上，中興通訊股份有限公司無線經(jīng)營部總工程師朱伏生在演講中提到，“在mMTC上使用了新的使能技術，在免調(diào)度的情況下能夠提供一個非常高的過載，在正常的、同樣的視頻資源內(nèi)，可以提供3到6倍的連接速度的提升。在免調(diào)度的技術情況下，不用一直保持一個同步的方式，整個上行的同步和整個功率控制會做得非常簡單，屬于在工業(yè)實現(xiàn)上也是相對來說比較方便的方式。這樣對終端也是對整個系統(tǒng)的功耗也是要求非常低的，也滿足了物聯(lián)網(wǎng)的要求。同時我們采用了先進的設計以及串行SSIC技術，可以非常好的來實現(xiàn)。目前我們的測試結(jié)果已經(jīng)達到了原來在600%的過載情況下可以做到的5300萬每小時每赫茲的連接，這是非常令人震驚的數(shù)字，它和原來要求相比高了一個數(shù)量級。剛才是24個用戶承載在8毫秒的時間段內(nèi)，我們把它折算成1毫秒，再折算成1小時，再測算成1M，再乘于89%，原來是常規(guī)設10%，但是那天下雨，下雨的時候碼率相對高了一點，大概到了11%多，每小時滿調(diào)度的數(shù)達到5300萬，這個也是非常令人驚奇的數(shù)據(jù)”。

3.4  混合場景(連續(xù)廣域覆蓋eMBB + 低功耗大連接mMTC + 低時延高可靠URLLC)：

講座中提到，”混合場景的性能測試中，采用切片，在同一個帶寬系統(tǒng)上，通過子帶寬的方式，根據(jù)不同的場景，用切片的技術設置不同的子載波間隔，不同的參數(shù)配不同的技術，實現(xiàn)了基于三個不同場景的不同的解決方案，達到了要求的性能”。

基于統(tǒng)一空口支持三種不同場景，實現(xiàn)了以下性能，即峰值>8.29Gbps（全下行> 14Gbps）; 用戶連接>400萬；時延<1ms。

混合場景下所采用的參數(shù)為：

測試結(jié)果顯示，200MHz帶寬中，160MHz用作eMBB，20MHz用作URLLC，20MHz用作mMTC，而這正顯示了華為所倡導的f-OFDM的特點，

Filtered-OFDM基于子帶濾波的正交頻分復用，也稱可變子載波帶寬的自適應空口波形。F-OFDM將整個頻帶劃分為多個子帶，在收發(fā)兩端均增加了子帶濾波器。每個子帶可根據(jù)實際的業(yè)務需求來配置不同的波形參數(shù)，如子載波間隔、CP長度、FFT點數(shù)等。發(fā)送端各個子帶的數(shù)據(jù)通過子載波編號后映射到不同的子載波上，并經(jīng)子帶濾波器進行濾波，抑制鄰帶頻譜泄漏帶來的干擾。

結(jié)合RAN切片技術，可以采用統(tǒng)一空口實現(xiàn)不同業(yè)務間的參數(shù)適配和性能優(yōu)化工作，如華為5G網(wǎng)絡架構(gòu)白皮書中所述(下圖) 。

3.5  熱點容量場景下的測試(高/低頻)

講座中提到，“在大容量方面，高密度融合方面在低頻和高頻都做了實驗”。

這個對應高低頻熱點測試場景。測試內(nèi)容為，在多個傳輸節(jié)點和多個測試終端的條件下，以及多小區(qū)多用戶移動條件下的虛擬協(xié)同性能。要求流量密度>=10Tbps/km²(相當于每平方米10Mbps)。

講座中提到，在45平方米的屋子采用8個傳輸節(jié)點，利用虛擬小區(qū)、干擾一致等技術，實現(xiàn)了每平方米45.1Mbp的流量密度。

根據(jù)圖上顯示的信息，測試面積45平方米，峰值速率為2.03Gbps，則得到上述每平方米45.1Mbps的結(jié)果，遠高于ITU的每平方米10Mbps的流量密度的要求。

在高頻段，采用華為的800M帶寬，達到了16.26G的速度。在39G頻率下，在1公里處，利用中興的設備也實現(xiàn)了1.329Gbps的速率。

4、射頻和功能測試

射頻方面，對每個廠家射頻設備的射頻效率、雜散、輸出功率、帶寬等等都進行了測試，應該說基本上滿足場景自己提出的相應目標。

5、總結(jié)

技術研發(fā)試驗階段的技術方案驗證工作(即單站外場性能測試)要求在9月份前完成。目前各廠家測試進度不同。根據(jù)披露出來的測試結(jié)果看，一些廠家利用了自己對技術方面的積累、認識和理解，采用不同的關鍵技術進行了測試，滿足了測試要求，同時驗證了關鍵技術，所以有助于促進后續(xù)的技術評估和標準化工作。同時，一些廠家也會加快步伐追趕上來。測試的目的是為了驗證關鍵技術和性能，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展，相信每個參測廠家都會展示出最好的技術水平，讓我們繼續(xù)關注后續(xù)測試進展吧。