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大唐移動5G大規模多天線測試解決方案

知識百科

隨著3GPP 5G 標準NSA方案的正式發布 ， 5G NR相關商用產品的開發工作已經加快 ， 2018年將是5G標準確定和商用產品研發的關鍵一年 。 當前 ， 5G正處于標準確定的關鍵階段 ， 國際標準組織3GPP將于今年6月份完成5G SA第一版本國際標準 。 我國于2016年初率先啟動了5G研發和試驗 ， 目前已經進入第三階段研發試驗 ， 將推動5G系統設備基本達到預商用水平 。
作為5G的關鍵技術之一 ， 大規模多天線技術 ， 是在基站收發信機上采用超大規模天線陣列（比如數百個天線或更多）實現了更大的無線數據流量和連接可靠性 。 相比于傳統的單／雙極化天線及4／8通道天線 ， 大規模天線技術能夠通過不同的維度（空域、時域、頻域等）提升頻譜效率和能量的利用效率；3D賦形和信道估計技術可以自適應地調整各天線陣子的相位和功率 ， 顯著提升系統的波束指向準確性 ， 將信號強度集中于特定指向區域和特定用戶群 ， 在增強用戶信號的同時可以顯著降低小區內干擾、鄰區干擾 ， 是提升用戶信號SINR的絕佳技術 。
如何評價大規模多天線技術 ， 針對協議上有關大規模多天線技術的設計及算法 ， 采用什么樣的測試指標和測試方法；怎樣衡量大規模天線系統整體性能 ， 大規模量產時整體的系統怎樣驗證；大規模天線系統在不同應用部署場景下 ， 各種場景下性能如何驗證；都是需要從測試角度充分考慮的問題 。 憑借在5G技術及測試領域的積累和優勢 ， 大唐移動在大規模多天線測試方面取得了較多的進展 。

大唐移動5G大規模多天線測試解決方案

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協議設計測試
在5G NR協議中為了提高覆蓋的性能在不同的傳輸信道定義了不同的下行導頻 ， 針對不同用戶使用不同的DMRS ， 同時定義了多種多端口CSI－RS專門用于信道質量測量和預編碼碼本的計算 。 在上行信道也采用相同的思想 ， 定義不同用戶的DMRS和多端口SRS用于信道質量的測量和預編碼碼本的計算 。 天線數增多后 ， 業務信道的覆蓋通常能滿足要求 ， 而控制信道的能力并不會隨著天線數增多而增強 ， 因此控制信道的覆蓋將會成為系統性能的瓶頸 。 在NR系統中 ， 針對控制信道引入了波束掃描增強覆蓋的技術 。 在大規模多天線中 ， 需要選擇合適的波束掃描的寬度和頻率 ， 進行波束管理和波束跟蹤 。 在不同用戶位置和信道環境下 ， 需要驗證基站采用何種碼本發送和接收 ， 采用發送幾端口導頻才能使用戶之間干擾很小 ， 導頻占用開銷盡量少 ， 頻譜效率最優 。 針對上述問題 ， 大唐移動提出了對應的測試策略 。
1．進行上行導頻和預編碼測試 ， 通過移相系統或者信道模擬系統 ， 遠中近點用戶構造不同用戶間干擾及多徑信道對不同端口的SRS發送方案和上行預編碼版本的計算 ， 進行導頻開銷、碼本計算準確性測試 。
2．進行下行導頻和預編碼測試 ， 驗證不同端口的CSI－RS發送方案和下行預編碼碼本的計算 ， 進行下行測量導頻開銷、碼本計算準確性測試 。
3．進行波束掃描的測試 ， 通過移相系統或者信道模擬系統 ， 模擬用戶的不同位置和不同的運動方向 ， 水平＋垂直運動 ， 確認不同的用戶接收到理論應該接收的波束 ， 同時進行覆蓋增強的增益的測試 。
關鍵算法性能測試
在現有的一體化系統的架構下 ， 大規模多天線系統的基站研究的方向主要包括：基站天線架構設計、物理層信號檢測、物理層信道估計；MU－MIMO配對算法、用戶調度和資源分配策略等 。 隨著天線數的增多 ， 大規模多天線的性能將會趨于平緩 ， 天線趨于很多時 ， 信道之間趨于正交 ， 此時可以使用多用戶復用（MU－MIMO） 。 MU－MIMO技術的核心是信道估計和多用戶配對算法 。 快速有效的信道檢測與估計；根據場景和應用 ， 選擇合適的多用戶配對算法進行物理資源的調度和資源分配 。 針對以上這些關鍵算法的研究 ， 需要進行相應的驗證測試 。
 
首先 ， 需要進行天線校準測試 。 為了實現精確波束賦形 ， 射頻信號路徑間的相位差須小于±5° 。 通過使用移相器或者信道模擬器對大規模天線的所有射頻通道進行校準結果的驗證 。
其次 ， 需要進行干擾抑制性能測試 。 為了降低用戶之間的干擾 ， 針對給每個用戶發送的賦形信號之間干擾要盡量小 ， 基站需要進行干擾抑制 ， 在不同信道場景不同用戶位置的情況下 ， 進行干擾抑制的性能測試 。
最后 ， 需要多用戶配對性能測試 。 通過連接信道模擬器 ， 在不同信道場景不同運動速度好中差點多用戶同時存在情況下 ， 選擇合適的用戶之間進行配對 ， 進行吞吐量最大化的多用戶配對性能測試 。
大規模天線系統整體性能測試
對于大規模天線系統 ， 目前普遍采用的方式是射頻單元和信號輻射單元合為一體的有源天線 。 對于在頻段范圍6 GHz以下的時候 ， 波長相對較大 ， 各射頻單元之間的間距還比較大 ， 可以采用傳統的傳導方式進行測試 ， 但是針對有源天線整體的測試 ， 還是需要進行一體化的OTA測試 。 對于在頻段范圍大于6 GHz的毫米波頻段 ， 由于波長很小 ， 各射頻單元的間距很小 ， 同時射頻單元與輻射單元都集成在一起 ， 不能再使用傳統的傳導方式進行測試 ， 只能進行OTA測試 。
大唐移動5G大規模多天線測試解決方案

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通過OTA的方式進行系統的業務性能測試 ， 驗證通過空口OTA傳輸 ， 經過信道模擬后 ， 在不同信道場景多用戶同時存在情況下 ， 系統的整體業務性能 ， 對系統整體性能和覆蓋不斷進行優化和測試驗證 。
對于大規模有源天線的生產測試 ， 也主要采用OTA的方式 ， 包括輻射測試、波束測試和收發信機功能測試 ， 例如所有收發信機打開時的誤差矢量幅度（EVM）測量 。 可高效快速的驗證產品是否合格 ， 節約測試時間 ， 節省測試成本 。
不同場景的性能測試
大規模多天線系統主要的部署場景包括：宏覆蓋、微覆蓋和高層覆蓋 。 宏覆蓋場景基站覆蓋面積較大 ， 用戶數多；微覆蓋場景主要針對熱點區域 ， 比如大型賽事、演唱會、交通樞紐等用戶密集度高的區域 ， 覆蓋面積較小 ， 用戶密度高；高層覆蓋場景主要是通過位置相對較低的基站對高層樓宇提供覆蓋 ， 用戶呈現3D的分布 ， 需要基站能夠支持垂直方向的覆蓋 ， 進行3D的賦形 。 同時還會存在郊區覆蓋或其他無線回傳場景 。
對不同部署場景的驗證 ， 在外場環節則可以直接通過真實組網進行 。 而在實驗室環節主要是通過構造不同的信道環境 ， 模擬不同場景 。 使用信道模擬系統模擬基站和用戶的不同位置及角度以及傳播參數 ， 比如選擇Uma場景還是Umi場景、是LOS還是NLOS傳播、用戶位置是呈水平分布還是水平＋垂直分布等 ， 還需要考慮用戶分布密度、運動速度等等 。 通過對不同部署場景的構造 ， 進行不同場景業務性能的驗證 ， 達到對于外場應用場景的實驗室測試覆蓋 。
隨著網絡的持續演進 ， 天線陣子與射頻單元的深度融合 ， 大規模有源多天線系統將是未來發展的主流 ， 一體化測試和空口測試將會成為未來測試的演進方向 。 未來 ， 大唐移動將持續發揮5G技術及測試優勢 ， 積極助推5G快速發展 。 【大唐移動5G大規模多天線測試解決方案】