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5G OTA中的三维信道重构研究和性能测试

谢光宇  
【摘要】:性能测试在通信设备的研发和生产中占据着重要的地位。在5G之前,OTA方法仅被应用于终端性能测试,基站的吞吐率性能通过将同轴电缆连接到基站端口的方式进行评估。对于5G时代的性能测试,由于基站集成度较以往大大提升,只有一体化的测试才能较好的评估其整体性能,传统的传导测试无法满足测试需求,因此对于5G OTA测试的研究,必须同时兼顾终端侧及基站侧。对终端侧的OTA测试,多探头微波暗室法(Multi-Probe Anechoic Chamber,MPAC)仍然是CTIA和3GPP等标准化组织所推荐的测试方案;对于基站侧的OTA测试,由于大规模天线及波束赋形等技术的使用,MPAC难以满足基站性能测试的需求,作为在MPAC基础上的改进,简化扇区的多探头微波暗室(Simplified Sectorized MPAC,SS-MPAC)被提出用于基站侧的OTA测试。在此背景下,本文基于MPAC和SS-MPAC,对5G OTA测试中的三维信道重构和探头配置问题展开研究,主要的研究工作有如下三个方面:1.在5G之前的多天线空口测试不考虑信号在垂直维度的分布,5G中引入了 3D信道传播环境和垂直维度,同时5G所涉及的频段较LTE也有较大差别。因此针对5G信道条件,使用单簇信道模型,仿真分析了频率、空间维度、角度扩展等因素对于重构空间相关性误差的影响,总结归纳出了探头配置及探头选择中所应当遵循的原则。2.基于5G信道模型的三维探头配置研究。针对5G信道模型及其特点,对MPAC中探头配置的优化进行研究,提出了新的探头配置方案,在提高重构精度、降低空间相关性误差的前提下尽可能控制 MPAC 系统的成本。在 UMa LOS、UMa NLOS、UMi LOS、UMa NLOS场景下对不同探头配置方案进行了仿真分析,不同场景下,在传统配置的基础上,所提出的探头配置可以将RMS误差降低31.4%到51.3%不等。3.大规模天线空口测试及其中探头选择问题研究。基站侧的OTA测试需要在SS-MPAC中进行,基于5G信道模型,仿真比较了不同探头配置下的重构误差情况,扇形探头配置在环形探头配置的基础上将RMS降低68.8%;比较了不同探头选择算法之间的性能差异,对LOS和NLOS传播条件下的重构空间相关性误差进行了仿真对比。


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