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【119】 MIMO OTA测试区域扩大方法及信道建模实现原理

阅读次数: 2088 次    信息来源: 信息研究所

作者:吴醒峰    国家新闻出版广电总局广播电视规划院
张志华    北京中科国技信息系统有限公司
马玉娟    北京中科国技信息系统有限公司
王卫民    北京邮电大学电子工程学院
苏  明    北京邮电大学电子工程学院

摘要:本文介绍了当前MIMO OTA测试方法的几个类别,着重对基于暗室和多探头的测试方法及其原理进行了阐述,在信道建模的理论基础上提出了将空间相关性函数作为评价因子,对信道仿真器的物理通道和配置进行优化的方法。通过仿真分析了在同等物理通道数量的情况下,优化算法能够得到更大的测试区域,进而将此结论用于全环多探头方案,第一次颠覆了业界原先认为全环法最少需要8个双极化探头,即16个物理通道的信道仿真器才能进行准确测试的看法。在广播电视规划院全环法多探头暗室中,进行了信道空间相关性验证测试,以及4款不同手持终端的吞吐量测试,实测数据验证了算法的有效性:在目前3GPP和CTIA定义的UMi信道模型中,仅占用信道仿真器的8个物理通道就可以实现常规16个物理通道才能完成的双极化全环法MIMO OTA测试,且两者的吞吐量曲线相互重合。

关键词:MIMO OTA,全环法,空间相关性,测试区, 通道数优化

 

0 引言

    未来超高清、3D视音频业务对于传输速率要求越来越高,当前诸如IEEE802.11ac及4G-LTE等先进的无线通信技术均采用了多入多出(MIMO,Multiple Input Multiple Output),即多天线技术作为高速无线传输的核心解决方案。MIMO运用空时编码,通过利用信道的空域资源使系统容量(反映为吞吐率或下载速率)得到大幅提高,而技术上的复杂性同时也给MIMO设备的验证测试方法带来了挑战。目前国际上3GPP[1]、CTIA[2]及COST[3][4]将评测多天线终端性能的测试方法称为MIMO OTA(Over The Air)。在3GPP和CTIA提供的不同测试方案建议中,暗室多探头法(MPAC,Multi-Probe Anechoic Chamber)因其对于信道环境重建的可控性,成为众多方案中的佼佼者[5],为了实现模拟3维信道模型乃至未来的虚拟路测技术(VDT,Virtual Driving Test),MPAC还将从现在的2维系统向3维系统发展,图1是一个MPAC的示例(中科国技公司“Quick MIMOTM”系统设计图)。

    MPAC的造价是制约其推广的一个主要因素:在MPAC中信道仿真器(CE,Channel Emulator)的每一个物理通道需要连接探头的一个极化,因此其造价将随着信道仿真器物理通道数及探头(双极化)数量的增加而大幅升高。一般来说,对于更大尺寸的被测设备(DUT,Device Under Test),需要更多的探头数以保证测量的准确性,即,可用的测试区域(TZ,Test Zone)大小受CE物理通道数量的制约。以目前均匀分布八个探头(16个CE物理通道)的配置方案来说,一般建议其TZ小于0.7倍波长,如果要测试1.6倍波长的设备,则需要16个均匀分布的双极化天线探头及32个物理通道的信道仿真器[6],表1中列举了不同通信业务在典型应用频率(波长)下,推荐的TZ与实际DUT尺寸的比较,可以看到在很多情况下推荐的测试区不足以达到被测设备尺寸的要求,这给测试增加了不确定性。本文中介绍了一种针对信道仿真器通道数进行优化的思路,使得CE同等物理通道的情况下,能够扩大测试区域,或者说,在保证同等测试区域的要求下,减少对物理通道数量的需求。

    另一方面,探头天线与DUT之间的距离(即天线探头环的半径)决定了暗室的物理尺寸,而在实际实验室建设过程中,造价、场地高度均对暗室的大小提出了限制要求。本文基于三年来广播电视规划院与中科国技公司、北京邮电大学合作搭建MIMO OTA实验室的经验,通过与工信部电信研究院的MIMO OTA暗室测试数据对比,表明暗室并非制约MIMO OTA准确性的主要因素——暗室甚至可以通过在原SISO OTA基础上进行改造,而不影响最终MIMO OTA的测试准确性!

 

1 背景简介

    本章中介绍了各种MIMO OTA测试方法的特点,主要包括基于混响室的方案以及基于暗室的方案两大类;对于基于暗室的测试方案,着重介绍了各个方法的基本原理,以及各自对于测试区域、探头数等限制要求。

(全文详见《广播与电视技术》2014年12月刊。)

 

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