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5G毫米波OTA测试技术.docx
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2022-06-02
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5G毫米波OTA测试技术.docx
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1 引言
移动通信自 20 世纪 80 年代诞生以来,经过三十多年的爆发式增长,已成
为连接人类社会的基础信息网络。 5G 毫米波多天线传输测试技术是 5G 提升性
能的关键,5G 典型场景中的连续广域覆盖场景、热点高容量场景、高速移动场
景所要求的高速率、大带宽、高移动的特性均依赖于 5G 毫米波多天线传输测试
技术的实现。鉴于当前通信技术进入成熟期,从时域、频域、码域所能获得的
技术红利已进入技术瓶颈期,空域是进一步改善通信能力的必要手段,多路分
集、复用、多流多天线、多小区波束成形等多天线技术都有效地提升通信传输
速率。所以,5G 毫米波多天线传输测试技术是当前 5G 和未来移动通信设备
(开发、生产、应用)实施中必不可少的重要组成部分,是开发、生产进程的
源头
[1]
。5G 毫米波多天线传输测试技术攻关的难点在于 5G 毫米波测试、大带宽
处理、多天线测试等,从未来需求角度看,为满足新型蜂窝通信设备不断发展
的需求,对 5G 毫米波基站和终端的测试方法进行研究,同时结合连续广域覆盖
场景和热点高容量场景的高速率大带宽的测试需求,同时考虑支持 500 km/h 以
上的高速移动场景,将对提高 5G 系统的性能和质量具有重要意义。
FR2 频段 5G 通信中的基站和终端均采用了大规模天线技术,提高天线的
定向性增益,同时为了保证足够的区域覆盖,要求天线波束具有在方位面和俯
仰面 2D(二维)空间波束成形的能力。因此,对 FR2 频段 5G 基站和终端的性
能测试只能采用空口(over-the-air,OTA)测试方案
[2, 3]
。
当前主要的 OTA 测试系统包括:混响室(reverberation chamber,RC)
法
[4]
、辐射两阶段(radiated two-stage,RTS)法
[5]
和多探头吸波暗室(multi-
probe anechoic chamber,MPAC)法
[6]
。根据 CTIA
[7]
和 3GPP 标准,主流的
OTA 测试方案是 MPAC 法。多探头吸波暗室 OTA 测试系统示意图如图 1 所示。
图 1(a)通过信道模拟器连接在不同暗室的毫米波基站和终端,分别对基站和
终端进行测试;图 1(b)是在图 1(a)的基础上进行演进,用基站模拟器代替
实际的基站,可以对终端进行测试;图 1(c)是用终端模拟器代替实际的终端,
对基站进行测试。
该测试系统可以进行天线和射频整机的统一测试,性能更接近真实情况,
能够支持宽带、多频点、复杂、多样真实环境的模拟和实验,测试系统主要由
基站模拟器、信道模拟器和微波暗室组成。基站模拟器模拟 FR2 频段 5G 通信
基站网络,输出信号进入信道模拟器;信道模拟器的功能是模拟实际通信场景
的真实信道环境,使测试系统可以准确地测试和评估通信质量,是 OTA 测试系
统中的核心测试设备,信道模拟器的性能直接和测试系统的测试准确度相关;
经过信道模拟器处理后的信号输出映射到微波暗室的各测试探头上,各探头发
射信号在被测设备所在的测试区域得到不同空间信息、延迟特性、极化方向等
特征的多径信号,模拟出无线空间信道以及预期干扰
[8]
。
图 1
图 1多探头暗室 OTA 测试系统示意图
2 毫米波 OTA 测试技术
毫米波 OTA 系统具备多通道、大带宽、FR2 毫米波频段覆盖、5G 通信协
议等特性,系统核心包括宽带微波毫米波收发单元、3D 信道建模单元、时变动
态信道估计、暗室探头优化算法等,关键技术挑战包括以下几个方面。
2.1 宽带微波毫米波收发单元设计
宽带微波毫米波收发单元包括基站模拟器、信道模拟器以及 OTA 测试系统
中必要的外接射频电路设计,涉及的主要器件包括振荡器、功率放大器、变频
器、滤波器、低噪声放大器等。由于毫米波频段的频率高、带宽大、波长短,
这对各种射频器件的设计、加工和调试都提出更高的要求。因此,开发 5G 毫米
波 OTA 测试系统时,需要针对 FR2 频段的相关毫米波射频模块和测试系统所处
硬件平台进行设计,解决 FR2 频段 5G 通信的频率覆盖和大带宽设计(1 GHz
以上的连续带宽)问题,还要兼顾 FR1 频段 5G 通信的 OTA 测试需求等问题。
2.2 3D 信道建模
毫米波频段信号传输的损耗较大。为了抵消传输路径损耗,FR2 频段 5G 通
信基站和终端中的天线均采用大规模阵列天线提高方向性增益;同时为确保足
够的空间区域覆盖和足够强度的信号连接,二者采用的阵列天线具有相控在水
平和俯仰方向进行二维波束成形和波束扫描的能力;另外,天线具有多个波束,
满足系统多流传输的通信需求。另一方面,毫米波通信的信道更加复杂,传输
路径中的建筑物或其他遮挡物的形状、体积和材质都会严重影响通信系统的通
信质量。因此,为了真实模拟实际通信信道环境,需要通过先进的建模技术建
立 3D 信道模型。
2.3 时变动态信道估计
因为 FR2 频段 5G 通信基站和终端的天线定向性好、波束窄,所以如果二
者的波束固定(即静态信道模型),那么即使终端在同一个地点与基站建立通
信连接,当终端空间角度发生变化时(如手机横放/竖放)也会有很大的断开概
率;另外单个窄波束的空间覆盖小,当终端快速运动时,如果二者的波束固定
或慢速扫描,也会导致通信连接的中断。因此,建立的信道模型必须考虑当终
端状态改变和高速移动时的通信场景。这些通信场景下,无线终端在多种信道
场景中连续切换,此时观察到的无线信道是在不同静态通信场景之间的平滑过
渡。OTA 测试系统不仅能够对离散快照内的信道特性进行较为准确的模拟,更
重要的是要设法真实还原信道快照之间的连续演进,而这一点对于多天线波束
成形、软切换和信道估计等技术的评估十分关键。 OTA 测试系统应该具备能够
建立时变、动态的信道模型,满足应用场景的实际需求。
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资源评论
- Stanley9092022-12-30感谢大佬分享的资源给了我灵感,果断支持!感谢分享~
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