CN108337021A - 一种大规模mimo性能传导测试*** - Google Patents

一种大规模mimo性能传导测试*** Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种大规模MIMO性能传导测试***，包括基站、M×N射频矩阵，所述基站用于发出M路原始信号，所述M×N射频矩阵用于接收基站发出的M路原始信号并将接收到的M路原始信号转换为N路接收信号发送给终端设备，所述M路原始信号和N路接收信号之间构成M×N路信道，每个信道上设有衰减模块、移相模块或衰减移相模块。本发明利用射频矩阵和信道仪的形式实现模拟5G大规模天线阵基站的外场信道环境，本发明的大规模MIMO性能传导测试***能同时满足数千流的信道幅度和相位同时改变。

Description

一种大规模MIMO性能传导测试***
技术领域
本发明涉及天线测试技术领域，特别是一种大规模MIMO性能传导测试***。
背景技术
大规模MIMO来源于相控阵雷达技术，并在此基础上演进成为蜂窝网多天线通信***，大规模MIMO(多入多出技术)可以在不增加新频谱资源的情况下，利用空间复用技术极大的提升小区容量和吞吐率；大规模MIMO具有组网灵活(多点协作)、抗干扰(空间分集)、增强覆盖(波束赋形)等特点；目前大规模MIMO已被业界看做是LTE、LTE+、尤其是在5G时代提升频谱利用效率的一个至关重要的方法。
大规模MIMO在通信发展过程中承当越来越重要的角色，现在被通信界尤为重视，但是由于其***和通信信道的复杂性，导致其测试方法一直是个难点，且有诸多不确定性。全球的蜂窝通信业至今也没有一套理想的实验室测试环境可以模拟这类信道。
发明内容
本发明提出了一种大规模MIMO性能传导测试***，用于解决现有的全球的蜂窝通信业至今也没有一套理想的实验室测试环境可以模拟这类信道的难题。
实现本发明的技术解决方案为：一种大规模MIMO性能传导测试***，包括基站、M×N射频矩阵，所述基站用于发出M路原始信号，所述M×N射频矩阵用于接收基站发出的M路原始信号并将接收到的M路原始信号转换为N路接收信号发送给终端设备，所述M路原始信号和N路接收信号之间构成M×N路信道，每个信道上均设有衰减模块或移相模块或衰减移相模块，M、N均为正整数。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明的大规模MIMO性能传导测试***能同时满足数千流的信道幅度、相位或幅度和相位同时改变；(2)本发明的大规模MIMO性能传导测试***中每一条通道都可以作为独立信道单元，信道单元上射频信息流的幅度和相位均可任意改变。(3)当前技术产品是用于军用和卫星天线阵后端作为T/R收发器件用，本发明除了可以作为T/R使用，主要还是应用在信道模拟上，扩展了其测试应用的特性，这是前技术所没有的。(4)既可用于测试5G基站，又可以测试未来5G手机，属于未曾出现过的先进通信测试设备。。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1为本发明一种大规模MIMO性能传导测试***的原理图
图2为本发明实施例1测试环境示意图。
图3为本发明实施例1的原理图。
图4为本发明实施例2测试环境示意图。
图5为本发明模拟测试暗室的实际原理图。
图6为本发明M×N射频矩阵在0～360度角度的波束增益扫描图。
图7为本发明实现3D波束仿真效果图。
具体实施方式
结合图1和图2所示，一种大规模MIMO(Multiple Input Multiple Output,技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线)性能传导测试***，包括基站、M×N射频矩阵，所述基站用于发出M路原始信号，所述M×N射频矩阵用于接收基站发出的M路原始信号并将接收到的M路原始信号转换为N路接收信号发送给终端设备，所述M路原始信号和N路接收信号之间构成M×N路信道，每个信道上均设有衰减模块或移相模块或衰减移相模块，M、N均为正整数。
进一步的实施例中，所述M×N射频矩阵为可逆矩阵。即也可将M端作为输出端口，N端作为输出端口。
进一步的实施例中，所述M×N射频矩阵包括M个输入端口和N个输出端口，每个输入端口都设有1/N射频功分器，用于将一路原始信号分为N路信号，每个输出端口都设有一个1/M射频合路器，用于将M路原始信号合为一路接收信号。
进一步的实施例中，所述衰减模块或移相模块或衰减移相模块位于1/N射频功分器和1/M射频合路器的连接通道上。
进一步的实施例中，所述衰减模块或移相模块或衰减移相模块均为可逆模块，即1/N射频功分模块可等同于1/N射频合路模块使用，1/M射频合路模块可等同于1/M射频功分模块使用。
结合图4所示，进一步的实施例中，还包括信道仪，所述信道仪位于M×N射频矩阵和终端设备之间。
进一步的实施例中，所述M×N射频矩阵的输出端口与信道仪的输入端口一一对应连接。
进一步的实施例中，M为8、16、32、64或128，N为1、2、4、8、16、32、64或128。
进一步的实施例中，M为32、64，N为4、8、16、32。
进一步的实施例中，所述衰减模块包括X个射频衰减器，所述移相模块包括Y个射频移相器，所述衰减移相模块包括X个射频衰减器和Y个射频移相器，X、Y均为正整数。
结合图5所示，本发明利用一个M×N射频矩阵来建立理想信道的模型，即每一个阵子和每一根UE天线都有通道映射关系，而且每一条通道的幅度和相位都可以自由控制。
结合图6所示，可以看出理论仿真和实测结果非常匹配，因此证明利用M×N射频矩阵可以满足理想信道的模拟条件。
通过本发明的M×N射频矩阵实现以下几个多径模拟：
LOS径：
通过一个双极化的探头的物理位置摆放模拟信道模型里的一条任意角度的LOS径。
NLOS径：
通过两个双极化的探头物理位置摆放模拟任意角度和一定扩展角的NLOS径。
CLUSTER：
通过多个探头的位置摆放模拟出标准信道模型要求的多CLUSTER的信道场景。
从而，实现以下几种5G信道测试案例：
在暗室内部，一个探头和基站天线阵之间形成64X2的一个理想幅相矩阵；对于相位矩阵来说，我们可以把相位矩阵当做一个“虚拟暗室”；利用幅相矩阵里64X2的矩阵资源我们可以模拟一个探头；所以幅相矩阵的64X2资源可以模型一条LOS径；幅相矩阵的64X4的资源可以模拟一条NLOS径；幅相矩阵用于模拟LOS/NLOS径中的AOA和AS信道参数；信道仪用于模拟LOS/NLOS径中的AOD，时延，衰减，噪声以及多普勒等参数。
从而，模拟如下5G大规模天线测试场景：
(1)单用户波束赋形性能
模拟在各个3D角度下天线BF增益和吞吐率性能，包括在特殊的±90°的塔下黑的位置，验证LOS径和NLOS径对BF增益和吞吐率的影响。
(2)单用户移动情况下波束跟踪(步行,车载,高铁场景)
单用户在基站下运动产生相对角度和速度变化情况下的BF增益以及吞吐率。
(3)单用户多流场景测试
最高支持到单用户8流测试。
(4)多用户多流场景测试
创造多用户特殊的位置分布产生多流的效果；测试不同用户的旁瓣对另一个用户的干扰情况；最高支持4用户双流或8用户单流的测试。
下面结合实施例进行更详细的描述。
实施例1
结合图2和图3所示，本实施例中，以64X16射频矩阵为例，本实施例的大规模MIMO性能传导测试***即可实现1024路通道相位和衰减参数变化。
本实施例的测试环境包括5G基站、64X16射频矩阵和手机终端，其中5G基站是待测的5G基站、手机终端是作为配合5G基站测试的普通手机，5G基站、64X16射频矩阵和手机终端间是通过射频线缆传导的形式进行连接。其中，64X16射频矩阵即内部由功分网络组成的若干条射频通道从而组成的矩阵信道，每一条射频通道都有可以独立调节的幅度和相位模块，且均为模拟无源器件，结合图3所示，64X16射频矩阵具体为：
A1—A64为64X16射频矩阵的输入口，B1—B16为64X16射频矩阵的输出口(A1—A64也可为输出口，B1—B16为输入口)，A端口侧每一个输入口都接有1/16射频功分器，将一流原始信号裂分为16流，64个输入口的64流原始信号即可裂分为总共1024流，同理，B端口侧每一个输入口都接有1/64射频合路器，可将64流信号合为1路接收信号，所以1024流信号最后就合成了16路接收信号输出，原始信号和接收信号之间构成相互独立的1024路信道，通过芯片控制即可实现对任意组合信道的控制。
在每一路信道上，设有若干的射频移相器、射频衰减器和功分器，用于改变信道上射频信息流的任意幅度和相位，从而模拟空间中射频信号的幅度相位的衰变以及终端空间位置的变化。
本实施例中的5G基站为新一代大规模MIMO天线基站，其天线射频端馈口有64、128甚至更多，多天线可以基于空间的天线振子幅相相关性形成波束，因此天线振子之间都是有强相关性。
实施例2
结合图4和图7所示，本实施例中，以8X4射频矩阵为例，本实施例的大规模MIMO性能传导测试***即可实现32路通道相位和衰减参数变化。
本实施例的测试环境包括5G基站、8X4射频矩阵、信道仪和手机终端，其中5G基站是待测的5G基站、手机终端是作为配合5G基站测试的普通手机，5G基站、8X4射频矩阵和手机终端间是通过射频线缆传导的形式进行连接。其中，8X4射频矩阵即内部由功分网络组成的若干条射频通道从而组成的矩阵信道，在每一路信道上，设有若干的射频移相器和功分器，用于改变信道上射频信息流的任意幅度和相位，从而模拟空间中射频信号的幅度相位的衰变以及终端空间位置的变化。信道仪位于8X4射频矩阵和终端设备之间。8X4射频矩阵的输出端口与信道仪的输入端口一一对应连接。
8X4射频矩阵如图7所示将基站的波束效果模拟形成之后，传导到信道仪内部，信道仪会在此波束效果的基础上，加入很多的外场信道模型，即再进一步模拟我们现实生活中使用手机通信的场景，例如手机信号会经过楼宇间、隧道、高铁等实际传播情况，这些信号传播的过程由信道仪完成，最后再到手机，也就相当于手机和基站在通信的时候，通过我们的信道模拟实现了在我们在实际生活中拨打电话的效果，达到测试的最终目的。

Claims (10)

1.一种大规模MIMO性能传导测试***，其特征在于，包括基站、M×N射频矩阵，所述基站用于发出M路原始信号，所述M×N射频矩阵用于接收基站发出的M路原始信号并将接收到的M路原始信号转换为N路接收信号发送给终端设备，所述M路原始信号和N路接收信号之间构成M×N路信道，每个信道上均设有衰减模块或移相模块或衰减移相模块，M、N均为正整数。
2.根据权利要求1所述的大规模MIMO性能传导测试***，其特征在于，所述M×N射频矩阵为可逆矩阵。
3.根据权利要求1所述的大规模MIMO性能传导测试***，其特征在于，所述M×N射频矩阵包括M个输入端口和N个输出端口，每个输入端口都设有1/N射频功分器，用于将一路原始信号分为N路信号，每个输出端口都设有一个1/M射频合路器，用于将M路原始信号合为一路接收信号。
4.根据权利要求3所述的大规模MIMO性能传导测试***，其特征在于，所述衰减模块或移相模块或衰减移相模块位于1/N射频功分器和1/M射频合路器的连接通道上。
5.根据权利要求1或4所述的大规模MIMO性能传导测试***，其特征在于，所述衰减模块或移相模块或衰减移相模块均为可逆模块。
6.根据权利要求1所述的大规模MIMO性能传导测试***，其特征在于，还包括信道仪，所述信道仪位于M×N射频矩阵和终端设备之间。
7.根据权利要求6所述的大规模MIMO性能传导测试***，其特征在于，所述M×N射频矩阵的输出端口与信道仪的输入端口一一对应连接。
8.根据权利要求7所述的大规模MIMO性能传导测试***，其特征在于，M为8、16、32、64或128，N为1、2、4、8、16、32、64或128。
9.根据权利要求1所述的大规模MIMO性能传导测试***，其特征在于，M为32、64，N为4、8、16、32。
10.根据权利要求1所述的大规模MIMO性能传导测试***，其特征在于，所述衰减模块包括X个射频衰减器，所述移相模块包括Y个射频移相器，所述衰减移相模块包括X个射频衰减器和Y个射频移相器，X、Y均为正整数。
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