一种动态场景信道的四维空口性能测试方法技术

本发明专利技术公开了一种动态场景信道的四维空口性能测试方法，通过构建时域非平稳动态场景信道模型，通过探头选择算法在四维多探头暗室法(4D

【技术实现步骤摘要】
一种动态场景信道的四维空口性能测试方法


[0001]本专利技术属于无线通信测试
，尤其涉及一种动态场景信道的四维空口性能测试方法。

技术介绍

[0002]随着第五代移动通信(5
th Generation，5G)时代的到来，新一代移动通信的测试原理近年来成为学术界和工业界关注的焦点，而空口(Over
‑
The
‑
Air，OTA)测试正在逐渐取代传导测试，成为5G毫米波以及6G系统的主要测试形态。多探头暗室法(Multi
‑
Probe Anechoic Chamber，MPAC)由于精度高、适用范围广，目前是国际上认可程度最高的OTA性能测试方法。MPAC是在暗室内不同位置按一定的空间密度布置多个天线探头，可以呈球面、平面、柱面或其他分布，模拟多个入射角或到达角，并通过信道模拟器产生的衰落信道矩阵来构建待测设备(Device under test,DUT)周围的空间信道环境。因此，MPAC测试系统中探头的位置、数量以及其功率权重都对信道模拟的精度产生了重要的影响。同时，由于每个双极化天线探头对应两个信道模拟器的射频通道，而信道模拟器的价格十分昂贵，因此，合适的探头选择优化算法可以大幅度减少需要使用的信道模拟器端口数，从而减少MPAC测试系统的成本。
[0003]然而，目前的MPAC技术主要适用于空间参数具有时域平稳性的OTA性能测试，探头优化算法是针对某一时间点的。如果终端处于高速运动中，它与基站之间的相对距离和角度在快速变化，信道呈现出时域非平稳特性，那么某一时刻优化出的探头配置就不一定能用于其他时刻。而在6G愿景中，更多的高速运动场景将被引入，除了高铁之外，空天地海一体化场景中还将纳入卫星、无人机、车、船等多样化终端，如无人机通信信道具有三维部署、高移动性、空时非平稳性等，可能带来更大的多普勒频移，信道的空间特性变化也更为显著，给OTA性能测试又带来新的挑战。截至目前，大部分的研究都没有考虑空间参数时变的场景，难以模拟出由于设备在移动过程中到达角、离开角等空间参数的动态变化，对于在特定环境下具有一定运动轨迹与速度的设备，不能精确地测试其通信性能。
[0004]现有的信道仿真精度的评估准则具有静态属性，而动态场景信道仿真是在一个时间段而不是一个时间点进行的，因此需要一个新的针对多时间点测试的系统方法与总体评估准则，才能更加科学地反映信道构建的效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种动态场景信道的四维空口性能测试方法，以解决在尽量减少测试系统成本的基础上，能够有效、精确的在暗室中重现出目标动态场景信道模型，并给出评判该动态场景信道模型构建准确性的指标的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0007]一种动态场景信道的四维空口性能测试方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、进行动态场景信道建模；
[0009]步骤1.1、确定具体的场景与待测时间T内待测设备的运动速度与轨迹，确定基站的位置、发射功率、频率以及用户设备的位置、运动速度和方向；
[0010]步骤1.2、将待测时间段T离散化为N个时刻[t1，t2，...，t
n
，...，t
N
]，每个时刻分别对应用户设备的一个位置[p1，p2，...，p
n
，...，p
N
]，分别对每个时刻的用户设备进行信道建模算法仿真，得到每个时刻的空间信道模型，包括每个簇的水平到达角，垂直到达角，水平离开角，垂直离开角，功率以及时延；规定每个簇的水平到达角角度扩展，垂直到达角角度扩展，水平离开角角度扩展，垂直离开角角度扩展以及角度功率谱，从而完成对动态场景簇延时线信道的建模；
[0011]步骤1.3、通过各时刻待测设备与基站之间的相对视距方向，对得到的信道模型进行修正，通过三维转台模拟终端与基站之间的相对位置，配合空口探头模拟的多径分量，达到动态的效果；
[0012]步骤2、在多探头暗室法测试系统中构建动态场景信道模型；
[0013]步骤2.1、构建的目标信道角度功率谱与待测设备天线阵列，确定在多探头暗室法扇区内的目标巴特勒波束赋形功率方向图B
t
，t
n
时刻B
t
(Ω，t
n
)＝a
H
(Ω)R
t
(t
n
)a(Ω)，其中Ω＝(θ，φ)为立体角，θ为垂直方位角，φ为水平方位角，a(Ω)∈C
U
×1，表示待测设备在远场条件下空间角度为Ω时的阵列导向矢量，其第u个元素为k＝2π/λ[cosθcosφ，cosθsinφ，sinθ]为角度为Ω＝(θ，φ)时的波矢量，其中λ为波长；r
u
＝[x
u
，y
u
，z
u
]为第u个天线的位置矢量，其中x
u
，y
u
，z
u
分别为第u个天线对应的x，y，z方向的直角坐标；R
t
(t
n
)天线的待测设备目标信道的空间相关性矩阵，R
t
(t
n
)＝∮a(Ω)P
t
(Ω，t
n
)a
H
(Ω)，其中P
t
(Ω，t
n
)为t
n
时刻空间角度为Ω时对应的归一化角度功率谱功率；
[0014]步骤2.2、根据信道建模得到的各时刻簇的角度功率谱分布，通过探头选择算法，从一共M个天线探头中选择K个激活的天线探头，被选中的K个探头用来在待测时间段T内模拟动态场景信道模型；
[0015]步骤2.3、通过选择的K个激活探头计算模拟巴特勒波束赋形功率方向图B
e
，t
n
时刻时B
e
(Ω，t
n
)＝a
H
(Ω)R
e
(t
n
)a(Ω)，其中R
e
(t
n
)∈C
U
×
U
为t
n
时刻共有U个天线的待测设备模拟动态信道的空间相关性矩阵，动态信道的空间相关性矩阵，其中Ω
k
为第k个探头对应的立体角，a
e
(Ω
k
)∈C
U
×1表示DUT在远场条件下空间角度为Ω
k
时在多探头暗室法设置下的阵列导向矢量，第u个元素为其中d
k，u
表示第k个OTA探头到第u个天线的距离，而pl(d
k，u
)表示这段距离经历的路径损耗；P
e
(Ω
k
，t
n
)表示t
n
时刻空间角度为Ω
k
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态场景信道的四维空口性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、进行动态场景信道建模；步骤1.1、确定具体的场景与待测时间T内待测设备的运动速度与轨迹，确定基站的位置、发射功率、频率以及用户设备的位置、运动速度和方向；步骤1.2、将待测时间段T离散化为N个时刻[t1，t2，...，t
n
，...，t
N
]，每个时刻分别对应用户设备的一个位置[p1，p2，...，p
n
，...，p
N
]，分别对每个时刻的用户设备进行信道建模算法仿真，得到每个时刻的空间信道模型，包括每个簇的水平到达角，垂直到达角，水平离开角，垂直离开角，功率以及时延；规定每个簇的水平到达角角度扩展，垂直到达角角度扩展，水平离开角角度扩展，垂直离开角角度扩展以及角度功率谱，从而完成对动态场景簇延时线信道的建模；步骤1.3、通过各时刻待测设备与基站之间的相对视距方向，对得到的信道模型进行修正，通过三维转台模拟终端与基站之间的相对位置，配合空口探头模拟的多径分量，达到动态的效果；步骤2、在多探头暗室法测试系统中构建动态场景信道模型；步骤2.1、构建的目标信道角度功率谱与待测设备天线阵列，确定在多探头暗室法扇区内的目标巴特勒波束赋形功率方向图B
t
，t
n
时刻B
t
(Ω，t
n
)＝a
H
(Ω)R
t
(t
n
)a(Ω)，其中Ω＝(θ，φ)为立体角，θ为垂直方位角，φ为水平方位角，a(Ω)∈C
U
×1，表示待测设备在远场条件下空间角度为Ω时的阵列导向矢量，其第u个元素为k＝2π/λ[cosθcosφ，cosθsinφ，sinθ]为角度为Ω＝(θ，φ)时的波矢量，其中λ为波长；r
u
＝[x
u
，y
u
，z
u
]为第u个天线的位置矢量，其中x
u
，y
u
，z
u
分别为第u个天线对应的x，y，z方向的直角坐标；R
t
(t
n
)天线的待测设备目标信道的空间相关性矩阵，R
t
(t
n
)＝∮a(Ω)P
t
(Ω，t
n
)a
H
(Ω)，其中P
t
(Ω，t
n
)为t
n
时刻空间角度为Ω时对应的归一化角度功率谱功率；步骤2.2、...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋政波，汪占源，郭翀，洪伟，郝张成，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：