[发明专利]一种毫米波大规模MIMO信道模拟系统及方法

说明书

本发明公开了一种毫米波大规模MIMO信道模拟系统，包括屏蔽装置，屏蔽装置外设有大规模MIMO系统、MIMO信道模拟器以及信道与设备控制装置，屏蔽装置内设有三维球面探针装置；大规模MIMO系统连接MIMO信道模拟器，MIMO信道模拟器连接三维球面探针装置，信道与设备控制装置分别与三维球面探针装置和MIMO信道模拟器通信。本发明采用信道空间映射的方法实现波束信号的空间分离与映射，将基于天线的子信道映射为基于空间角度方向的子信道，减少模拟的子信道数同时简化了信道生成方法，可有效降低模拟器资源，降低成本。

技术领域

本发明涉及通信测试技术，特别是涉及一种毫米波大规模MIMO信道模拟系统。

背景技术

无线信道是复杂和多变的信号物理通道，存在着多径衰落、平衰落、噪声等影响通信性能的不利因素，而这些都是通信系统研究必须考虑的问题。无线信道模拟器通过在线实时模拟天线端口的发射信号经过无线环境后的路径损耗、多径衰落等相关特性，在实验室精确地模拟无线环境对系统性能的影响，验证系统设备和终端在各种复杂场景下的性能。

现有的信道模拟测试中，信道模拟器通过低损耗电缆与发射机和接收机分别互联，将发射机的射频信号转换到数字域后通过数字信号处理技术进行模拟，生成的数字信号再通过上变频转换为射频信号，传输给接收机。信号处理包括模拟滤波，数字延时和噪声叠加等，计算复杂度高，资源消耗大。对于多输入多输出系统，信道模拟器还需要对模拟的发射天线信号进行分路，在接收天线侧进行数据合路，在各个子信道的上进行信号处理。每一对收发天线组成一个子信道，子信道总数为接收天线数乘以发射天线数，因此所需的信号处理资源将大大增加。

在第五代移动通信(5G)中，大规模多输入多输出(Massive MIMO)和毫米波频段将会是关键应用技术。面对数以百计的通道数，上GHz系统带宽和高达 100GHz的毫米波频段，现有信道模拟面临的主要挑战在于：1)相较于4G时代的 8×2多天线系统，5G信道模拟中实时模拟的子信道数将有近两个数量级的提升，模拟资源将大幅度增长，需要高成本的多台信道模拟器协同工作，并且模拟器之间需要面对1Tbps以上的数据吞吐率传输需求和传输符号(纳秒)级同步。这使得现有的架构对大规模MIMO信道的模拟实现难度极大。2)在毫米波频段，设备间互联的电缆一致性，并且由于的5G系统设备通常采用天线与射频前端一体化设计，没有可供连接信道模拟器的射频接口，因此需要研究新的5G毫米波信道模拟测试方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种适用于毫米波大规模MIMO信道的模拟系统及方法。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的毫米波大规模MIMO信道模拟系统，包括屏蔽装置，屏蔽装置外设有大规模MIMO系统、MIMO信道模拟器以及信道与设备控制装置，屏蔽装置内设有三维球面探针装置；大规模MIMO系统连接MIMO信道模拟器，MIMO 信道模拟器连接三维球面探针装置，信道与设备控制装置分别与三维球面探针装置和MIMO信道模拟器通信。

进一步，所述信道与设备控制装置包括信道产生模块、空间映射模块和设备控制模块。

进一步，所述三维球面探针装置包括三维球面探针架和设备支架，三维球面探针架的球面上设有多个探针，设备支架上设有待测设备，所述探针通过开关连接 MIMO信道模拟器。

采用本发明所述的毫米波大规模MIMO信道模拟系统的信道模拟方法，包括以下步骤：

S1：在三维球面探针架上按天顶角和方位角方向均匀分布多个探针，用于模拟各个空间方向上的信号；

S2：在MIMO信道模拟器中设置三维信道场景、天线布局以及收发天线参数，结合移动状态，确定传播场景和阴影衰落参数，计算大尺度衰落参数；