CN109547128A - Massive MIMO端到端性能的快速测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种Massive MIMO端到端性能快速测试方法，首先将基站发出的每路原始信号都分为若干路射频信号，确定每路射频信号的相位和幅度；然后按照确定的每路射频信号的相位和幅度控制每路射频信号；最后将上述若干路射频信号合并后输出给移动终端，从而实现模拟移动终端与基站之间的空间位置变化形成MU‑MIMO和3D‑Beamforming。本发明采用传导方案代替OTA，能够快速完成端到端性能简单项测试，且操作简单。

Description

Massive MIMO端到端性能的快速测试方法
技术领域
本发明属于天线测试技术领域，具体为一种Massive MIMO端到端性能的快速测试方法。
背景技术
5G Massive MIMO中有两个关键技术：MU-MIMO(多用户)和3D-Beamforming(3D波束赋形)，可通过多用户空分复用增益提升网络容量，后者可实现多种场景的覆盖要求。所以在基站或终端的研发阶段中，端到端的性能测试往往也是基于这两个关键技术测试用户速率和吞吐量，但是3GPP的信道场景复杂，研发阶段往往需要快速验证波束赋形下的性能，所以需要一种简单且快速的方法进行测试。
如图1所示，目前主流的MIMO性能测试方法是采用MIMO OTA方案，通过在暗室中布多个双极化天线探头，配合被测件的转动，模拟真实空间环境，但是有其缺陷：
1、为了实现3D信道模型，需在整个球面或水平面以及垂直面上布下数量足够多的探头，成本昂贵；
2、OTA***建造复杂，测试不灵活，给研发多且紧急任务的测试带来了极大的挑战。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种Massive MIMO端到端性能的快速测试方法。
实现本发明的技术解决方案为：一种Massive MIMO端到端性能快速测试方法，通过改变传导链路上待测射频信号的幅度和相位模拟移动终端与基站之间的空间位置变化形成MU-MIMO和3D-Beamforming，具体步骤为：
步骤1、将基站发出的每路原始信号都分为若干路射频信号，确定每路射频信号的相位和幅度，具体为：根据波束角度与相位差关系计算每路之间的相位差，从而确定每路射频信号的相位，根据需要的移动终端相对基站的距离计算自由空间损耗以获得每路射频信号的幅度；
步骤2、按照确定的每路射频信号的相位和幅度控制每路射频信号；
步骤3、将上述若干路射频信号合并后输出给移动终端。
优选地，步骤1将基站发出的每路原始信号都分为若干路射频信号的具体方法为：在基站每路输出信道上均设置1/N射频功分模块，该模块用于将每一路原始信号分为N路，N为移动终端的接收端口数量。
优选地，步骤1根据波束角度与相位差关系计算每路之间的相位差的计算公式为：
其中，ΔPhase表示通道间相位差，d表示基站阵子间距，θ表示波束角度，λ表示波长。
优选地，步骤1根据需要模拟的移动终端相对基站的距离计算自由空间损耗的计算公式为：
Loss＝32.4+20log(f)+20log(D)
其中，Loss表示自由空间损耗，f表示频率，D表示移动终端相对基站的距离。
优选地，步骤2中按照确定的每路射频信号的相位和幅度控制每路射频信号的具体方法为：在每路射频信号信道设置移相和衰减模块，并通过计算机总线进行射频信号的相位和幅度控制。
优选地，步骤3将若干路射频信号合并后输出给移动终端的具体方法为：在每个移动终端的接收端口设置1/M射频合路模块，该模块用于将基站发出的M路原始信号合为1路流信号。
优选地，步骤3中将若干路射频信号合并后先接入信道仿真仪器再与移动终端连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明采用传导方案代替OTA，能够快速完成端到端性能简单项测试，且操作简单；2)本发明通过计算机直接控制相位和幅度以模拟MU-MIMO和3D-Beamforming，成本低廉。
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是目前的MIMO OTA性能测试方案示意图。
图2是本发明的具体实现***示意图。
图3是本发明的具体实现***的设备内部拓扑图。
图4为本发明加入信道仿真仪的具体实现***示意图。
具体实施方式
一种Massive MIMO端到端性能快速测试方法，通过改变传导链路上待测射频信号的幅度和相位模拟移动终端与基站之间的空间位置变化形成MU-MIMO和3D-Beamforming。具体步骤为：
步骤1、将基站发出的每路原始信号都分为若干路射频信号，确定每路射频信号的相位和幅度；
设基站有M个发射端口，用于发射M路原始信号，M路中每路均设置有1/N射频功分模块，该模块将每一路原始信号都分为N路，即一路原始信号分为N流信号，则M路原始信号分成M×N路，构成M×N路射频信道；N流信号中，每一流信号代表一个移动终端或移动终端的一根天线(一个用户可能对应多个天线)，N流信号代表N个移动终端或移动终端的N根天线或者多个移动终端，每个有多根天线，N即总的移动终端的接收端口的数量以此形成了MU-MIMO的多用户条件。
在某些实施例中，M×N的范围不超过256×256，优选地，M×N的范围不超过64×64。
根据波束角度与相位差关系计算每路之间的相位差从而确定每路射频信号的相位，每路之间的相位差的计算公式为：
其中，ΔPhase表示通道间相位差，d表示基站阵子间距，θ表示波束角度。以天线阵子间距为为例，以移动终端视距AOA方向，希望形成水平15°，垂直0°方位角，分别代入θ＝15°以及θ＝0°，计算出水平方向相位差为46.58°，垂直方向相位差为0°。
根据需要的移动终端相对基站的距离计算自由空间损耗以获得每路射频信号的幅度，自由空间损耗的计算公式为：
Loss＝32.4+20log(f)+20log(D)
其中，Loss表示自由空间损耗，f表示频率，D表示移动终端相对基站的距离。以3.5GHz为例，假设基站与终端距离为40米，则两者之间的自由空间损耗为75.36dB。
步骤2、按照确定的每路射频信号的相位和幅度控制每路射频信号；在某些实施例中，具体做法为：在每路射频信号信道设置移相和衰减模块，并通过计算机总线进行射频信号的相位和幅度控制。
步骤3、将上述若干路射频信号合并后输出给移动终端，某些实施例中，在每个移动终端的接收端口设置1/M射频合路模块，将基站发出的M路原始信号合为1路流信号。
在其他实施例中，将若干路射频信号合并后先接入信道仿真仪器再与移动终端连接。通过对信道仿真仪加入信道模型，模拟移动终端使用场景。
本发明通过传导的方法代替OTA，通过建立多通道矩阵，使用矩阵输出端口模拟多用户，再通过改变待测射频信号在传导链路上的幅度和相位模拟移动终端与基站之间的空间位置变化形成MU-MIMO和3D-Beamforming场景。
在Massive MIMO端到端性能测试中有两个关键的参数是接收端到达角(θAOA)以及发射端离开角(θAOD)，前者是在基站和移动终端之间相对于基站阵列方向的视距AOD方向，后者是基站和移动终端之间相对于移动终端阵列方向的视距AOA方向。AOD和AOA的方向角均可用公式计算：
一般情况下，基站有M(M≥16，M为偶数)路射频信号输出，移动终端有N(0≤N≤4，N为偶数)路信号接收，为了实现波束赋形，需要将基站的M路端口按照一定的相位差生成信号照射到N路接收中的一路，此为一个波束，为了实现多波束，就需要按照相同或不同的相位差生成信号几乎同时照射到N路。对此，采用矩阵化，使基站的M路射频信号中的每一路进入1/N射频功分模块，该模块将每一路原始信号都分为N路，则M路原始信号分成M×N路，构成M×N路射频信道，移动终端每个端口设置1/M射频合路模块，该模块可将M路原始信号合为1流信号，将M×N路信号合并为N流信号，同时每一路上均设置有可调衰减和可调移相模块或可调衰减移相模块，通过总线控制移相和衰减，实现多用户波束。再按照基站天线的行排列和列排列，设置端口相位差，实现3D下的波束赋形角度。
实施例1
如图2～图3所示，本发明的Massive MIMO端到端性能快速测试方法的具体实现为：
本实施例的测试环境包括基站、手机终端，其中基站具有64个发射端口，用于发射64路原始信号，手机终端共有16个，基站的每一个发射端口A接有1/16射频功分器，将一流原始信号裂分为16流，64个输出端口的64流原始信号即可裂分为总共1024流，同理，每一个手机终端B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，原始信号和接收信号之间构成相互独立的1024路信道，通过计算机控制即可实现对任意组合信道的控制。
在每路射频信号信道设置移相和衰减模块，并通过计算机总线进行射频信号的相位和幅度控制，通过改变待测射频信号在传导链路上的幅度和相位模拟移动终端与基站之间的空间位置变化形成MU-MIMO和3D-Beamforming场景。
实施例2
在实施例1的基础上，在1/64射频合路器将64流信号合为1路接收信号后，将该路信号输入给信道仿真仪，通过对信道仿真仪加入信道模型，模拟手机终端使用场景。

Claims (7)

1.一种Massive MIMO端到端性能快速测试方法，其特征在于，通过改变传导链路上待测射频信号的幅度和相位模拟移动终端与基站之间的空间位置变化形成MU-MIMO和3D-Beamforming，具体步骤为：
步骤1、将基站发出的每路原始信号都分为若干路射频信号，确定每路射频信号的相位和幅度，具体为：根据波束角度与相位差关系计算每路之间的相位差，从而确定每路射频信号的相位，根据需要的移动终端相对基站的距离计算自由空间损耗以获得每路射频信号的幅度；
步骤2、按照确定的每路射频信号的相位和幅度控制每路射频信号；
步骤3、将上述若干路射频信号合并后输出给移动终端。
2.根据权利要求1所述的Massive MIMO端到端性能快速测试方法，其特征在于，步骤1将基站发出的每路原始信号都分为若干路射频信号的具体方法为：在基站每路输出信道上均设置1/N射频功分模块，该模块用于将每一路原始信号分为N路，N为移动终端的接收端口数量。
3.根据权利要求1所述的Massive MIMO端到端性能快速测试方法，其特征在于，步骤1根据波束角度与相位差关系计算每路之间的相位差的计算公式为：
其中，ΔPhase表示通道间相位差，d表示基站阵子间距，θ表示波束角度，λ表示波长。
4.根据权利要求1所述的Massive MIMO端到端性能快速测试方法，其特征在于，步骤1根据需要模拟的移动终端相对基站的距离计算自由空间损耗的计算公式为：
Loss＝32.4+20log(f)+20log(D)
其中，Loss表示自由空间损耗，f表示频率，D表示移动终端相对基站的距离。
5.根据权利要求1所述的Massive MIMO端到端性能快速测试方法，其特征在于，步骤2中按照确定的每路射频信号的相位和幅度控制每路射频信号的具体方法为：在每路射频信号信道设置移相和衰减模块，并通过计算机总线进行射频信号的相位和幅度控制。
6.根据权利要求1所述的Massive MIMO端到端性能快速测试方法，其特征在于，步骤3将若干路射频信号合并后输出给移动终端的具体方法为：在每个移动终端的接收端口设置1/M射频合路模块，该模块用于将基站发出的M路原始信号合为1路流信号。
7.根据权利要求1所述的Massive MIMO端到端性能快速测试方法，其特征在于，步骤3中将若干路射频信号合并后先接入信道仿真仪器再与移动终端连接。
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