5G關(guān)鍵技術(shù)——Massive MIMO測試方案

    5G關(guān)鍵技術(shù)——Massive MIMO測試方案

    1.引言

    Massive MIMO(大規(guī)模天線)技術(shù)是4.5G/5G的關(guān)鍵技術(shù)之一,**通信業(yè)者對Massive MIMO技術(shù)都非常關(guān)注。中國移動和日本軟銀已經(jīng)開展了TD-LTE Massive MIMO技術(shù)。中國聯(lián)通、中國電信、Telkomsel等運營商完成了FDD Massive MIMO外場測試。我國5G**階段試驗中Massive MIMO被作為關(guān)鍵技術(shù),且有華為、中興、愛立信等5家廠商參與試驗。3GPP從R13版本開始已經(jīng)將支持Massive MIMO作為重要特性之一。

    Massive MIMO技術(shù),在基站收發(fā)信機上使用大數(shù)量(如64/128/256等)的陣列天線實現(xiàn)了較大的無線數(shù)據(jù)流量和連接可靠性。相比于以前的單/雙較化天線及4/8通道天線,大規(guī)模天線技術(shù)能夠通過不同的維度(空域、時域、頻域、較化域等)提升頻譜和能量的利用效率;3D賦形和信道預估技術(shù)可以自適應地調(diào)整各天線陣子的相位和功率,顯著提高系統(tǒng)的波束指向準確性,將信號強度集中于特定指向區(qū)域和特定用戶群,在增強用戶信號的同時可以顯著降低小區(qū)內(nèi)自干擾、鄰區(qū)干擾,是提升用戶信號載干比的**技術(shù)。

    如何評價Massive MIMO技術(shù),采用什么樣的測試指標和測試方法,怎樣公平且高效的衡量Massive MIMO技術(shù)?這也是當前通信科技業(yè)者十分關(guān)心問題。

    2.Massive MIMO系統(tǒng)架構(gòu)

    支持Massive MIMO的有源天線基站架構(gòu)以三個主要功能模塊為代表:射頻收發(fā)單元陣列,射頻分配網(wǎng)絡和多天線陣列。

    射頻收發(fā)單元陣列包含多個**單元和接收單元。**單元獲得基帶輸入并提供射頻發(fā)送輸出,射頻發(fā)送輸出將通過射頻分配網(wǎng)絡分配到天線陣列,接收單元執(zhí)行與**單元操作相反的工作。RDN將輸出信號分配到相應天線路徑和天線單元,并將天線的輸入信號分配到相反的方向。

    RDN可包括在**單元(或接收單元)和無源天線陣列之間簡單的一對一的映射。在這種情況下,射頻分配網(wǎng)絡將是一個邏輯實體但未必是一個物理實體。

    天線陣列可包括各種實現(xiàn)和配置,如較化、空間分離等。

    射頻收發(fā)單元陣列、射頻分配網(wǎng)絡和天線陣列的物理位置有可能不同于下圖邏輯表示,取決于實現(xiàn)。

    圖1 支持MassiveMIMO的有源天線基站架構(gòu)

    3. Massive MIMO測試技術(shù)

    3.1 天線系統(tǒng)的演進對測試技術(shù)的挑戰(zhàn)

    隨著天線系統(tǒng)向現(xiàn)代化的發(fā)展,尤其是5G的演進,一體化的基站有源天線系統(tǒng)(AAS)形態(tài)逐漸成為主流,通道數(shù)越來越多,有源天線連接方式也會簡化,RU和天線高度集成,射頻指標不再局限于傳統(tǒng)的RU傳導測試,OTA測試將成為未來測試演進的方向,同時也將帶來較大的測試挑戰(zhàn)。

    表1 天線系統(tǒng)的演進對測試技術(shù)的挑戰(zhàn)


    3.2 測試信號調(diào)制化
                         圖2 測試信號調(diào)制
    有源天線工作在各種業(yè)務載波狀態(tài)下實現(xiàn)網(wǎng)絡覆蓋,為真實測試有源天線性能,測試系統(tǒng)需要具備以下測試能力:

    1、測試系統(tǒng)需求支持業(yè)務信號的幅度、相位測試。尤其是存在的大帶寬信號測試;
    2、方向圖測試信號模式需要討論定義。
     
    3.3 天線波束多樣化

    圖3 Massive MIMO天線網(wǎng)絡覆蓋示意圖
    在天線波束輻射特性趨于復雜場景下:

    1:如何準確評估天線業(yè)務波束指向準確性、副瓣、波瓣寬度等;
    2:如何選擇多波束的測試場景;
    3:多波束天線的測試效率問題;
    4:對于多波束如何通過二維的輻射特性,評估覆蓋性能。


    測試建議:

    1:需要評估在兩個主面下,有源天線尤其是Massive MIMO天線指標要求;需要研究定義3D輻射指標要求;
    2:在真實業(yè)務信號下評估多波束輻射性能,建立測試Case集。

     
    3.4 通信天線頻段高頻化

    高頻(毫米波)覆蓋一直屬于業(yè)界難題,而Massive MIMO能很好解決該問題。其作為5G的擴展頻段,提供容量**。

    在同等數(shù)量天線單元情況下,頻率越高,覆蓋距離越短。高頻率的毫米波在覆蓋上有著**的劣勢,然而,理論上這可以通過增加天線數(shù)量來補償。隨著頻段的上升,要想達到相同的覆蓋距離,就需要增加天線單元數(shù)量,這意味著天線成本的上升。所以,降低天線成本成又為5G 多天線技術(shù)的關(guān)鍵問題之一。

    高頻Massive MIMO天線作為5G演進關(guān)鍵技術(shù)之一, 幾個關(guān)鍵特征:高頻率、大帶寬、**大規(guī)模陣列天線。
    這些關(guān)鍵特征對測試提出新的述求:

    a) 高頻天線輻射指標重新分析定義;
    b) 測試場地和儀器需支持大口徑**高頻天線的測試,尤其是OTA特性的測試;
    c) 測試儀表需要支持**高頻、**寬帶信號的測試。

     
    3.5 射頻指標測試空口化

    隨著天線一體化發(fā)展,尤其是Massive MIMO天線,RF傳導射頻指標帶有輻射方向性,并且通道數(shù)量大。如何進行射頻指標的測試是目前遇到的一個巨大挑戰(zhàn)。目前均未清晰的技術(shù)途徑,3GPP標準上也在技術(shù)研討中。目前方向之一是進行空口測試,但如何對這些射頻指標空口性能進行定義,如何進行測試均是目前業(yè)界的難題。

    目前射頻指標空口測試,3gpp R13標準明確定義EIRP和EIS,其他空口指標已經(jīng)在較近的RAN 計劃的R14標準中立項分析。目前該部分內(nèi)容目前非常復雜,各方都在研究當中,暫無明確結(jié)論如何對這些射頻指標進行空口測試。

    目前主要分為兩部分:

    a) 帶內(nèi)指標---目前來看,如果天線性能已知,可以通過OTA現(xiàn)有測試方案進行評估。
    b) 帶外指標---天線帶外性能未知,且?guī)夥浅挼念l點對空口測試是一個巨大挑戰(zhàn)!

     
    3.6 3D波束賦形特性

    建立在精確信道估計的3D-beamforming,以傳統(tǒng)的多個2D截面描述波束特性可能存在局限性。如下圖所示,從傳統(tǒng)E面和H面的切割并無法體現(xiàn)波束副瓣分布特性。而且Massive MIMO天線的業(yè)務波束是隨用戶在變化,則遍歷測試所有波束場景幾乎不可能。實際測試建議選擇典型業(yè)務場景進行測試。

    Massive MIMO天線相對于傳統(tǒng)天線覆蓋,業(yè)務波束可能會較窄,其指向的準確性直接影響網(wǎng)絡覆蓋性能。因此其業(yè)務波束指向的準確性測試尤其重要。

    每一個天線陣列能分裂出幾個波束也成為Massive MIMO網(wǎng)絡覆蓋性能的重要指標,在這幾個波束覆蓋下的用戶能實現(xiàn)的吞吐量如何也需要成為評估的一部分。

    圖4 波束賦形特性
    4總結(jié)

    隨著網(wǎng)絡的持續(xù)演進,天線與射頻模塊將深度融合,Massive MIMO有源天線將是未來天線的發(fā)展主流。一體化測試和空口測試可能成為未來測試的演進方向。

    相比于傳統(tǒng)天線和射頻測試方法,測試指標以及評價體系,測試原理和方法、測試平臺等都遭遇重大挑戰(zhàn),這些可能是移動通信系統(tǒng)天饋網(wǎng)絡**的重大革新,亟待我們?nèi)ヌ剿鳌?br>
    來源:中國信通院泰爾實驗室:作者:劉罡、吳翔

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    東莞市星飛電子科技有限公司專注于內(nèi)置天線,外置天線,天線等

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    詞條說明

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  • 無線路由器是外置天線好還是內(nèi)置天線好

    在大多數(shù)情況下,外置天線要比內(nèi)置的信號要清晰,但是天線這個東西不能只看內(nèi)置還是外置,有很多的參數(shù)需要注意,比如天線增益,目前市面流行的無線路由器產(chǎn)品有2dbi、3dbi、5dbi幾種類型,增益越大,就代表無線信號會越強,當然輻射也就越大,更多影響信號的因素可以參考無線網(wǎng)絡的信號受哪些因素的影響這篇文章。一般來說,采用內(nèi)置天線的產(chǎn)品多是迷你型的,這種類型的產(chǎn)品的優(yōu)勢就在方便攜帶,煙盒大小的體積很容

  • 內(nèi)置天線技術(shù)要求

    內(nèi)置天線材料為鈹銅、不銹鋼等其他材料,具體支撐視結(jié)構(gòu)而定。鈹銅(外面鍍金)天線的RF?性能比較好,但是價格稍**不銹鋼材料。內(nèi)置天線性能的保證對結(jié)構(gòu)要求較嚴,基本的要求如下,否則天線性能將受到較大影響,具體影響程度視天線的類型而定。一般認為,PIFA?天線體積大、性能好;滑蓋機必須使用此種天線進行設(shè)計。具體要求如下: 1.?PIFA?的高度應該不小于6.5m

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