前 言
Preface
面向增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、大規(guī)模機(jī)器通信和超可靠低時(shí)延業(yè)務(wù)的5G網(wǎng)絡(luò)將于2020進(jìn)行商業(yè)部署。國際電聯(lián)（ITU）從2012年開始組織全球業(yè)界開展標(biāo)準(zhǔn)化前期研究，已經(jīng)確定了愿景和關(guān)鍵性能指標(biāo)，具體涉及頻譜利用率、能效、峰值速率、連接密度、時(shí)延和可靠性。進(jìn)入5G 時(shí)代，不僅5G 新技術(shù)在不斷發(fā)展，新技術(shù)的測試手段和評(píng)估方法也面臨著挑戰(zhàn)。在5G關(guān)鍵理論和技術(shù)研究過程中，同步開展面向5G新技術(shù)的多層次全面評(píng)估，將為5G關(guān)鍵技術(shù)篩選和未來標(biāo)準(zhǔn)化提供重要性能參考。
本書作者結(jié)合國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的最新研究成果，以及自身長期從事評(píng)估驗(yàn)證工作的研究基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)5G候選技術(shù)及測試挑戰(zhàn)、測試技術(shù)的演進(jìn)過程、信道測量與建模、軟件仿真方法、軟硬件聯(lián)合仿真、硬件測試評(píng)估和外場測試等各種先進(jìn)的仿真評(píng)估和測試技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹和深入分析。本書是從技術(shù)研究和工程實(shí)踐人員的視角進(jìn)行選材和論述的，為便于讀者理解重要概念和方法，書中穿插了大量的仿真和測試案例，可供本領(lǐng)域的測試技術(shù)研究、工程實(shí)踐人員以及通信專業(yè)的本科生和研究生參考。
本書共6章：第1章簡要介紹5G的技術(shù)需求、候選技術(shù)以及由此帶來的5G評(píng)估驗(yàn)證方面的新挑戰(zhàn)；第2章介紹測試技術(shù)本身的演進(jìn)過程，使讀者對(duì)測試技術(shù)有一個(gè)較為全面和系統(tǒng)的了解；無線信道是通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能評(píng)估重點(diǎn)關(guān)注的部分，在第3章中，作者詳細(xì)分析和介紹無線信道建模和仿真方法；第4章到第7章重點(diǎn)介紹無線新技術(shù)測試和驗(yàn)證過程中使用的各種先進(jìn)仿真和評(píng)估方法，其中，第4章主要講解軟件仿真方法，第5章介紹軟硬件聯(lián)合仿真方法，第6章介紹5G硬件測試評(píng)估平臺(tái)，第7章給出外場測試方法。
本書由楊旸、徐景、王浩文和時(shí)光共同主持編寫，各章節(jié)主要編寫人員如下：第1章由徐景和朱元萍負(fù)責(zé)編寫；第2、5和6章由王浩文負(fù)責(zé)編寫；第3章由孫健負(fù)責(zé)編寫；第4章由李凱、楊秀梅和唐建紅負(fù)責(zé)編寫；第7章由許暉負(fù)責(zé)編寫。作者單位分別來自上海無線通信研究中心和山東大學(xué)。本書所涵蓋的內(nèi)容，得益于長期從事評(píng)估驗(yàn)證工作的研究積累和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，相關(guān)科研工作得到了國家科技部、IMT-2020推進(jìn)組、FuTure論壇以及業(yè)內(nèi)各位專家的支持和幫助，在此謹(jǐn)表衷心感謝。感謝電子工業(yè)出版社各位同仁的辛苦工作，使得本書能夠盡早與讀
者見面。此外，5G基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和測試平臺(tái)建設(shè)等都還在深入探索和研究階段，先進(jìn)的測試方法和技術(shù)相關(guān)的諸多知識(shí)也有待于進(jìn)一步驗(yàn)證和提煉，囿于作者的知識(shí)水平和實(shí)踐能力，書中不妥和錯(cuò)誤之處不乏其例，懇請各位專家、同仁和讀者批評(píng)指正。
作 者
2017年5月
目 錄 Contents
第1章 Chapter 1
5G候選技術(shù)及其評(píng)估挑戰(zhàn) 1
1.1 5G的需求分析 2
1.1.1 5G的應(yīng)用類型 3
1.1.2 5G典型應(yīng)用場景和需求指標(biāo) 3
1.2 5G研發(fā)進(jìn)程 4
1.3 5G候選技術(shù) 5
1.3.1 超密集無線網(wǎng)絡(luò) 5
1.3.2 大規(guī)模天線 6
1.3.3 毫米波通信 7
1.3.4 頻譜靈活使用 8
1.3.5 波形及多址 9
1.3.6 終端直通 10
1.4 5G測試驗(yàn)證的挑戰(zhàn) 10
1.4.1 新技術(shù)對(duì)測試驗(yàn)證的挑戰(zhàn) 10
1.4.2 測試評(píng)估需求四要素 11
1.5 本章小結(jié) 13
1.6 參考文獻(xiàn) 14
第2章 Chapter 2
測試技術(shù)演進(jìn) 17
2.1 測試技術(shù)重要性 18
2.2 測試技術(shù)演進(jìn) 19
2.2.1 測試儀器發(fā)展歷史 19
2.2.2 測試技術(shù)發(fā)展趨勢 25
2.3 測試技術(shù)挑戰(zhàn) 29
2.3.1 多功能和高性能的挑戰(zhàn) 29
2.3.2 多通道挑戰(zhàn) 30
2.3.3 高吞吐率挑戰(zhàn) 31
2.4 本章小結(jié) 32
2.5 參考文獻(xiàn) 32
第3章 Chapter 3
信道測量與建模 35
3.1 5G無線信道模型需求 36
3.2 信道建模方法 39
3.2.1 路損與陰影衰落模型 40
3.2.2 基于測量的GSCM 40
3.2.3 基于規(guī)則形狀的GSCM 43
3.2.4 相關(guān)信道模型CSCM 44
3.2.5 擴(kuò)展的SV模型 44
3.2.6 射線追蹤信道模型 46
3.2.7 建模方法比較 47
3.3 信道測量 48
3.3.1 信道測量方法 48
3.3.2 信道測量活動(dòng) 54
3.4 信道數(shù)據(jù)處理 66
3.4.1 信道參數(shù)提取 66
3.4.2 信道參數(shù)分析 75
3.5 現(xiàn)有的信道模型 82
3.5.1 3GPP SCM/3D/D2D/HF 82
3.5.2 WINNER I/II/+ 84
3.5.3 COST 259/273/2100/IC1004 85
3.5.4 ITU IMT-Advanced，IMT-2020 86
3.5.5 IEEE 802.11 TGn/TGac 86
3.5.6 QuaDRiGa、mmMAGIC 87
3.5.7 IEEE 802.15.3c/ IEEE 802.11ad/aj/ay 88
3.5.8 MiWEBA 88
3.5.9 METIS 89
3.5.10 5GCM 89
3.5.11 現(xiàn)有信道模型比較 90
3.6 隨機(jī)信道生成 92
3.6.1 仿真場景定義 92
3.6.2 大尺度參數(shù)生成 94
3.6.3 小尺度參數(shù)生成 99
3.6.4 信道系數(shù)生成 104
3.6.5 仿真信道生成實(shí)例 105
3.7 本章小結(jié) 109
3.8 參考文獻(xiàn) 109
第4章 Chapter 4
軟件仿真測試 121
4.1 軟件仿真概述 122
4.2 5G軟件仿真需求 124
4.2.1 仿真需求分析 124
4.2.2 技術(shù)影響分析 127
4.3 5G軟件鏈路級(jí)仿真 128
4.3.1 鏈路技術(shù)概述 128
4.3.2 鏈路仿真實(shí)現(xiàn) 129
4.3.3 仿真案例介紹 133
4.4 5G軟件系統(tǒng)級(jí)仿真 145
4.4.1 測試評(píng)估方法 145
4.4.2 關(guān)鍵仿真技術(shù) 147
4.4.3 仿真案例介紹 156
4.5 5G網(wǎng)絡(luò)仿真的軟件可視化 173
4.5.1 架構(gòu)簡介 173
4.5.2 界面演示 175
4.6 參考文獻(xiàn) 177
第5章 Chapter 5
軟硬件聯(lián)合仿真評(píng)估測試 181
5.1 軟硬件聯(lián)合仿真評(píng)估測試概述 182
5.1.1 5G軟硬件仿真評(píng)估測試的需求 182
5.1.2 軟硬件聯(lián)合仿真測試評(píng)估的形式與應(yīng)用 183
5.2 軟硬件聯(lián)合鏈路級(jí)仿真評(píng)估測試 185
5.2.1 基于硬件在環(huán)的鏈路仿真組成 185
5.2.2 鏈路仿真測試評(píng)估實(shí)現(xiàn) 187
5.2.3 軟硬件仿真評(píng)估測試案例 191
5.3 軟硬件聯(lián)合系統(tǒng)級(jí)仿真評(píng)估測試 213
5.3.1 軟硬件系統(tǒng)仿真組成 213
5.3.2 軟硬件聯(lián)合系統(tǒng)仿真關(guān)鍵技術(shù) 214
5.3.3 仿真案例介紹 219
5.4 本章小結(jié) 230
5.5 參考文獻(xiàn) 230
第6章 Chapter 6
5G硬件測試評(píng)估平臺(tái) 233
6.1 用于5G評(píng)估的典型硬件平臺(tái)概述 234
6.2 MIMO并行信道測試平臺(tái) 235
6.2.1 5G信道測試需求 235
6.2.2 現(xiàn)狀和不足 236
6.2.3 關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)和挑戰(zhàn) 237
6.2.4 MIMO并行信道測試儀架構(gòu) 238
6.2.5 測試結(jié)果 245
6.2.6 信道測量與試驗(yàn) 248
6.3 OTA測試平臺(tái) 249
6.3.1 5G對(duì)OTA的測試需求 249
6.3.2 OTA測試方案現(xiàn)狀和不足 250
6.3.3 關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)和挑戰(zhàn) 255
6.3.4 OTA平臺(tái)實(shí)例 257
6.4 5G開源社區(qū) 258
6.4.1 需求介紹 258
6.4.2 基于通用處理器的通信平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀 260
6.4.3 Open 5G通用平臺(tái) 261
6.4.4 基于通用處理器的通信平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù) 264
6.5 本章小結(jié) 274
6.6 參考文獻(xiàn) 274
第7章 Chapter 7
外場試驗(yàn)網(wǎng) 277
7.1 需求與技術(shù)挑戰(zhàn) 278
7.1.1 豐富的應(yīng)用場景 278
7.1.2 外場試驗(yàn)的技術(shù)挑戰(zhàn) 279
7.1.3 國外5G測試床發(fā)展現(xiàn)狀 280
7.1.4 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的發(fā)展與演進(jìn) 281
7.2 5G試驗(yàn)外場設(shè)計(jì) 283
7.2.1 異構(gòu)融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 283
7.2.2 豐富的5G典型場景 283
7.2.3 3GPP無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 285
7.2.4 WLAN無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 295
7.2.5 大規(guī)模試驗(yàn)用戶應(yīng)用場景 309
7.3 外場試驗(yàn)典型案例分析 309
7.3.1 案例一：無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)不規(guī)則特性研究 310
7.3.2 案例二：多頻段間無線電波傳播特性分析 310
7.3.3 案例三：分層多點(diǎn)協(xié)作傳輸（CoMP）關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn) 312
7.3.4 案例四：有源天線（AAS）關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn) 314
7.3.5 案例五：小區(qū)干擾抑制（ICIC）關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn) 315
7.3.6 案例六：公眾WLAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能測試 318
7.4 無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)智能分析 320
7.4.1 背景和必要性 320
7.4.2 現(xiàn)狀 323
7.4.3 應(yīng)用場景 325
7.5 本章小結(jié) 330
7.6 參考文獻(xiàn) 330
縮略語 332
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