[發明專利]毫米波大規模MIMO信道傳播特性測量方法及裝置

在審

• 申請號: 201811139135.0
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN109194376A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 廖希;邵羽;王洋;葉志紅
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04B7/0452
• 分類號: H04B7/0452;H04B17/309;H04B17/391
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 王海軍

本發明屬于5G移動通信技術領域，涉及毫米波和大規模MIMO兩種關鍵技術，具體為一種毫米波大規模MIMO信道特性測量裝置及方法；所述方法包括將發射天線固定在數控平臺上的天線支架上，并且以半波長移位形成任意形狀的虛擬大規模陣列；接收天線固定在三角支架上，連接測試設備；采用電子校準器件對矢量網絡分析儀、高頻饋線、轉接頭等進行時延與功率校準；啟動并設置數控平臺系統，初始化發射天線位置、陣列天線大小、陣元間距，水平和垂直電機同時控制發射天線陣元位置，記錄每個陣元位置與接收天線對的S參數，采集的實測數據能用于信道統計特性分析與參數估計。本發明能用于毫米波頻段任意大小和形狀天線陣的信道測試。

技術領域

本發明屬于5G移動通信技術領域，具體為一種毫米波大規模MIMO信道傳播特性測量方法及裝置。

背景技術

傳統大規模多輸入多輸出(Multiple-input Multiple-output)技術使用天線的方位角，即垂直極化或交叉極化，被視為2D MIMO。為了進一步利用MIMO技術，需要增加仰角域資源，即采用3D MIMO獲得多用戶信號，并在仰角域區分多個用戶，進而降低多用戶干擾，增強吞吐量。應對5G移動通信系統在高傳輸速率、高系統容量以及低多用戶間干擾的需求，MIMO技術通過在基站部署數十甚至數百根天線，將天線陣擴展到仰角和方位角3維平面，提高空間多用戶分辨能力。毫米波(頻率在30-300GHz)因其具有的有效連續大帶寬和短波長特點，能將毫米波天線陣元的尺寸做的非常小，減少陣列大小，因而很容易在毫米波頻段實現大規模MIMO。

無線信道作為無線通信系統最前攝性和最基礎性的研究方向之一，決定著數據傳輸的可靠性。毫米波大規模MIMO信道已經成為5G研究的一個熱點方向。但是，毫米波大規模MIMO具有新的傳播特性，如陣列間信號傳播時延、角度和功率隨陣元位置變化，不同陣元可觀測散射體不同致使接收路徑不同。為了充分理解毫米波大規模MIMO信道的傳播特性，更好地復現和預測無線信道衰落，需要對不同場景和配置下的信道進行大量測量工作，進而基于對信道特性的認知建立準確的信道模型。

在測量活動中主要有兩類信道測量平臺，一是針對特定頻率所設計的寬帶測量系統；二是基于矢量網絡分析儀的信道測量系統。前者采用的是定制的射頻單元，該測量平臺不僅頻率固定，可測帶寬通常在幾百MHz到1GHz范圍內，而且其收發端也需要銣鐘或銫鐘保持同步。因此由于測量頻帶寬度、硬件成本和校準成本，多為單一的射頻單元，測量的靈活性不足；而后者屬于頻域信道測量，是使用矢量網絡分析儀通過掃頻方式測量每個頻點的信道傳輸函數，這種方法滿足用戶自定義帶寬，同步準確，但是使用長電纜線保持收發端頻點和相位的一致，不適合遠距離或動態場景下的測量，一般應用于室內靜態環境。

盡管已經開展了毫米波或大規模MIMO技術在室內外場景的無線信道測量，但實現毫米波大規模MIMO信道的高效測量技術還鮮有研究。

發明內容

針對大規模MIMO信道模型大多為低頻段且方位角域特性不足的問題，本發明通過設計基站大規模天線陣控制平臺即數控平臺系統，研發出一種毫米波大規模MIMO多用戶信道特性測量方法和裝置，在俯仰角度域獲得真實信道數據，進一步為毫米波大規模MIMO信道模型提供基礎。

本發明提出一種毫米波大規模MIMO信道傳播特性測量裝置，設計簡單且易于實現的測量方法，開展仰角域中多用戶分布時無線信道數據的采集，實現仰角域中多用戶的識別。

本發明的毫米波大規模MIMO信道傳播特性測量方法，包括以下步驟：

S1、在控制終端上設置發射天線的初始位置、天線陣元步長、發射天線的到達位置、測量頻段、中頻帶寬以及掃頻點數參數，從而設定出任意大小以及任意形狀的天線陣列；

S2、采用電子校準器件對矢量網絡分析儀、高頻饋線和轉接頭進行時延和功率校準；

S3、將發射天線固定在數控平臺的天線支架上，接收天線固定在三角支架上，并將發射天線和接收天線分別與矢量網絡分析儀的端口相連；