[发明专利]毫米波大规模MIMO信道传播特性测量方法及装置

说明书

本发明属于5G移动通信技术领域，涉及毫米波和大规模MIMO两种关键技术，具体为一种毫米波大规模MIMO信道特性测量装置及方法；所述方法包括将发射天线固定在数控平台上的天线支架上，并且以半波长移位形成任意形状的虚拟大规模阵列；接收天线固定在三角支架上，连接测试设备；采用电子校准器件对矢量网络分析仪、高频馈线、转接头等进行时延与功率校准；启动并设置数控平台系统，初始化发射天线位置、阵列天线大小、阵元间距，水平和垂直电机同时控制发射天线阵元位置，记录每个阵元位置与接收天线对的S参数，采集的实测数据能用于信道统计特性分析与参数估计。本发明能用于毫米波频段任意大小和形状天线阵的信道测试。

技术领域

本发明属于5G移动通信技术领域，具体为一种毫米波大规模MIMO信道传播特性测量方法及装置。

背景技术

传统大规模多输入多输出(Multiple-input Multiple-output)技术使用天线的方位角，即垂直极化或交叉极化，被视为2D MIMO。为了进一步利用MIMO技术，需要增加仰角域资源，即采用3D MIMO获得多用户信号，并在仰角域区分多个用户，进而降低多用户干扰，增强吞吐量。应对5G移动通信系统在高传输速率、高系统容量以及低多用户间干扰的需求，MIMO技术通过在基站部署数十甚至数百根天线，将天线阵扩展到仰角和方位角3维平面，提高空间多用户分辨能力。毫米波(频率在30-300GHz)因其具有的有效连续大带宽和短波长特点，能将毫米波天线阵元的尺寸做的非常小，减少阵列大小，因而很容易在毫米波频段实现大规模MIMO。

无线信道作为无线通信系统最前摄性和最基础性的研究方向之一，决定着数据传输的可靠性。毫米波大规模MIMO信道已经成为5G研究的一个热点方向。但是，毫米波大规模MIMO具有新的传播特性，如阵列间信号传播时延、角度和功率随阵元位置变化，不同阵元可观测散射体不同致使接收路径不同。为了充分理解毫米波大规模MIMO信道的传播特性，更好地复现和预测无线信道衰落，需要对不同场景和配置下的信道进行大量测量工作，进而基于对信道特性的认知建立准确的信道模型。

在测量活动中主要有两类信道测量平台，一是针对特定频率所设计的宽带测量系统；二是基于矢量网络分析仪的信道测量系统。前者采用的是定制的射频单元，该测量平台不仅频率固定，可测带宽通常在几百MHz到1GHz范围内，而且其收发端也需要铷钟或铯钟保持同步。因此由于测量频带宽度、硬件成本和校准成本，多为单一的射频单元，测量的灵活性不足；而后者属于频域信道测量，是使用矢量网络分析仪通过扫频方式测量每个频点的信道传输函数，这种方法满足用户自定义带宽，同步准确，但是使用长电缆线保持收发端频点和相位的一致，不适合远距离或动态场景下的测量，一般应用于室内静态环境。

尽管已经开展了毫米波或大规模MIMO技术在室内外场景的无线信道测量，但实现毫米波大规模MIMO信道的高效测量技术还鲜有研究。

发明内容

针对大规模MIMO信道模型大多为低频段且方位角域特性不足的问题，本发明通过设计基站大规模天线阵控制平台即数控平台系统，研发出一种毫米波大规模MIMO多用户信道特性测量方法和装置，在俯仰角度域获得真实信道数据，进一步为毫米波大规模MIMO信道模型提供基础。

本发明提出一种毫米波大规模MIMO信道传播特性测量装置，设计简单且易于实现的测量方法，开展仰角域中多用户分布时无线信道数据的采集，实现仰角域中多用户的识别。

本发明的毫米波大规模MIMO信道传播特性测量方法，包括以下步骤：

S1、在控制终端上设置发射天线的初始位置、天线阵元步长、发射天线的到达位置、测量频段、中频带宽以及扫频点数参数，从而设定出任意大小以及任意形状的天线阵列；

S2、采用电子校准器件对矢量网络分析仪、高频馈线和转接头进行时延和功率校准；

S3、将发射天线固定在数控平台的天线支架上，接收天线固定在三角支架上，并将发射天线和接收天线分别与矢量网络分析仪的端口相连；