大规模多入多出(massive MIMO)天线阵列是5G及下一代移动通信的关键使能技术,可靠可信可行且可按需灵活构建的室内多维度性能测试与验证对推动massive MIMO系统技术的基础理论研究、关键技术突破和商用部署至关重要.为了进行大规模MIMO设备的技术验证、场景完备性测试与技术缺陷评估,发展真实可靠的室内模拟性能测试方法至关重要,其核心挑战是如何为待测设备(Device Under Test,DUT)在测试装置中重建丰富、完备的目标电波传播环境.本文在早期提出的虚拟探头快速位置优化方法及其探头权重计算闭式解和不同信道场景下精确多维度信道重构工作的基础上,提出了一种基于可重构OTA装置的非平稳多维无线信道重构方法,为DUT测试提供了拟真的目标非平稳多维无线信道重构机制,能够有效克服传统多探头微波暗室法(Multi-Probe Anechoic Chamber,MPAC)、辐射两步法(Radiated Two Stage,RTS)以及混响室法(Reverberation Chamber,RC)等三种方法难以满足工作于动态信道环境中大规模MIMO天线系统及其波束性能功能描述问题.本文引进可构建不同比特(bit)数的移相器,重构信道空间谱变化,可开展最大空间相关性误差、加权空间相关性均方根误差(weighted root mean square correlation error)、空间功率角度谱(PAS)相似性(PAS similarity)和固定波束功率损失(fixed beam power loss)评估.本文通过全场景多维度信道重构环境分析表明,4 bit精度移相器可以在保证最佳成本效益的前提下,为室外场景的室内近真实重构提供理想精度的相位矩阵,这也为量化分析移相器误差对虚拟OTA方法影响提供了理论基础和技术途径.本文通过迄今为止未见报道的移相器分辨率因素引入,为传统的相位矩阵虚拟OTA测试装置用于真实复杂电磁传播环境massive MIMO无线设备及其模拟重构,通过相控矩阵调节DUT中各个天线单元的相位响应,模拟探头天线辐射电磁波在自由空间中的传播变化,仿真自适应massive MIMO核心指标与验证,提供了一种有效方法,达成了实际应用场景的信道重构.此外,实验还表明,在虚拟探头数量足够多的情况下,3 bit移相器也能够提供较为理想的信道重构性能,可指导用于室内装置的移相器选择以及低复杂度相控矩阵构建,同时本文也指出虽然4 bit移相器已经能够提供精确信道重构,但也可以选择5 bit移相器提供1 bit安全冗余.进一步,为深入验证本文结果对非标准测量信道场景重构的有效性,本文重构了一个射线追踪模型的动态信道环境,同时,该模型信道在多个空间位置的精确重构也证明了本文方法的广泛适用性与可行性.

大规模多输入多输出;信道重构;空口测试;相位矩阵

刘元安;王卫民;张震;王珩;高华强

北京邮电大学电子工程学院安全生产智能监控北京市重点实验室,北京 100876;奥尔堡大学电子系统系天线传播和毫米波系统实验室,丹麦奥尔堡 9220

电子学报

[1]刘元安;王卫民;张震;王珩;高华强-.基于可重构OTA装置的非平稳多维无线信道重构模型与应用性能分析)[J].电子学报,2022(12):2935-2944

Anechoic,MPAC,空口测试

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