【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信，尤其涉及基于ris的面向动态信道的空口测试系统及动态信道重构方法。
技术介绍
1、移动通信已经发展到第五代移动通信系统(5th generation，5g)，并且目前正在向第六代移动通信系统(6th generation，6g)演进。然而，6ghz以下的中低频段无法为移动通信提供足够的频谱资源，为了支撑下一代移动通信系统的极致带宽需求，未来移动通信系统将主要聚焦于毫米波频段(通常定义为30ghz～300ghz)和太赫兹频段(通常定义为0.1thz～10thz)。为了补偿与高频通信系统相关的显著路径损耗，通常使用提供波束赋形增益的大型天线阵列。为了支持大规模天线系统的研发测试工作，需要提供灵活可控的信道重构测试方法，以便对多天线设备性能进行评估。然而天线数量的增多导致传统的通过线缆连接待测设备的天线端口和测试仪表的传导测试的成本和复杂度极高，并且传导测试旁路了天线对通信系统整机性能的影响，无法反映出待测设备的波束赋形能力。空口(over-the-air，ota)测试技术提供了一个可重复和可控的外场真实信道环境，以直观的方式准确反映了整个系统的测试结果，成为学术界、工业界和标准化组织青睐的选择。
2、ota测试的核心目标是在测试区域内准确地构建出所需的电磁环境，其中性能测试侧重基站和终端等整机设备的测试，对被测设备的吞吐量、时延、移动性能等指标进行考察。对于测试系统而言，需要重构出真实的无线信道环境，模拟整机设备在真实场景下的通信。
3、多探头暗室方法是目前ota性能测试的主流方法，该方法
4、毫米波信道的动态特性显著，波束随着用户移动以及信道条件改变而动态变化，甚至出现簇的生灭现象。现有多探头暗室测试方法采用探头墙、机械继电器开关的方案，来完成动态信道的性能测试。图1描述了多探头暗室法的测试原理和暗室内的布局，在暗室中将信道衰落模拟器生成的信号通过多个探头天线辐射出去，进行信道重构，以在测试域内模拟所需的电磁辐射环境。其中开关系统(机械继电器开关)的开关速度、插入损耗、隔离、成本、串扰以及寿命等关键参数取决于开关的制造技术。首先，从低频到高频，开关隔离度降低，器件的插入损耗显著增加，这可能会增加系统的噪声，直接影响继电器开关在高频下的性能。其次，在机械继电器开关的切换过程中，任何空闲断开的传输线都会在微波范围内谐振，谐振会将电能反射到工作的射频源，从而对其造成损坏。在高频系统下，由于隔离度大大降低，上述损坏将更加严重。最后，机械开关在每个时间采样点上只能使用探头墙上的探头子集，在浪费硬件资源的同时，无法提高多探头暗室法的性能。因此，为了准确测试毫米波大规模多天线设备，要对开关的设计提出了更高的技术要求。鉴于机械中继开关的缺点，需要一种新型的系统结构，并将其应用于毫米波大规模mimo ota测试系统。
5、鉴于以上问题，本专利技术提出一种基于智能超表面的面向动态信道的ota测试系统，在暗室中引入智能超表面(reconfigurable intelligent surface，ris)这一新型信息超材料并合理设计暗室的内部结构，从而利用探头发射电磁信号，经过智能超表面的波束重构，在测试区域内产生所需要的电磁环境。利用该测试系统可以满足在动态信道场景下重构带有不同空间信息的波束，避免了继电器开关的物理特性造成的影响，并且减少了信道模拟器端口数量的使用，极大地降低了空口测试系统的成本。ris面板空间分辨率高，可以合成大规模场景下角度扩展更低的波束，并且可以利用ris的调幅调相能力对波束完成近场修正。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术方案中存在的问题，本专利技术提供一种基于ris的面向动态信道的空口测试系统及动态信道重构方法。
2、本专利技术提供的一种基于智能超表面的空口性能测试系统，所述空口测试系统包括：微波暗室、ris面板、探头天线、待测设备、信道模拟器、基站模拟器以及动态信道控制器，其中，微波暗室提供一个密闭的电磁环境，微波暗室内壁设置吸波材料层，吸波材料层用于吸收经过反射、折射、散射电磁信号，探头天线、ris面板、待测设备由左至右依次置于微波暗室中，探头天线发射电磁信号并通过空口连接ris面板，利用ris面板通过调整电磁波的幅度和相位，经过空口连接至待测设备，基站模拟器、信道模拟器以及定制化的动态信道控制器置于微波暗室之外，基站模拟器用于模拟基站信号，作为所述空口测试测试系统的信号源，基站模拟器的射频端口通过导线连接信道的输入端口，信道模拟器的各输出端口分别通过导线连接探头天线，信道模拟器的输出端口分别通过导线连接信道控制器的触发端口以及ris面板的相位控制端口，信道模拟器用于模拟多径环境，并生成时域衰落序列。
3、进一步的，所述动态信道控制器为程序控制的定制化控制设备，其由中央处理器、存储器、若干输出端口以及通信端口组成，其输出端口分别与ris面板的相位控制端口以及信道模拟器的触发端口通过导线连接，通过所述动态信道控制器实现对信道模拟器参数、ris面板各单元复数激励的实时调控，具体包括：根据目标信道模型，实时计算并控制ris面板复数激励，以不同信道重构准则作为评价指标，不限于空间谱准则或空间相关性准则，来重构动态信道的收端空间特性；根据目标信道模型，实时控制信道模拟器生成对应的衰落时域序列，从而实现对动态信道的发送端空域、时域及频域特性的重构。
4、进一步的，所述ris面板由若干ris单元规则排列组成，ris面板具有相位控制端口，与动态信道控制器输出端口通过导线相连接，以控制各单元的幅度与相位，探头天线发射电磁信号并通过空口连接ris面板，利用ris面板通过调整电磁波的幅度和相位，经过空口连接至待测设备，基于ris面板调控幅度及相位的连续性，所述空口测试系统能够有效完成动态信道的高精度重构。
5、本专利技术另提供一种基于智能超表面的动态信道重构方法，基于待重构动态信道的空时变化规律，通过对ris各单元的复数激励进行优化，实现在连续时间窗口内针对动态空时信道的高精度重构，所述信道重构方法包括以下步骤：
6、步骤1、基于所需测试场景下动态信道的空时变化规律，建立目标信道模型，并根据目标信道使用预衰落合成(pre-faded synthesis，pfs)方法来重构信道模型；
7、步骤2、在连续时间窗口内对目标信道进行重构，基于目标信道模型，对ris各单元的复数激励进行优化，得到连续时间窗口内重构误差最低的ris激励矩阵；
8、步骤3、通过实时调整ris复数激励，补偿探头至被测设备的波程，实现高精度动态信道重构。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于智能超表面的空口性能测试系统，其特征在于，所述空口测试系统包括：微波暗室、RIS面板、探头天线、待测设备、信道模拟器、基站模拟器以及动态信道控制器，其中，微波暗室内壁设置吸波材料层，探头天线、RIS面板、待测设备依次置于微波暗室中，探头天线发射电磁信号并通过空口连接RIS面板，利用RIS面板通过调整电磁波的幅度和相位，经过空口连接至待测设备，基站模拟器、信道模拟器以及定制化的动态信道控制器置于微波暗室之外，基站模拟器用于模拟基站信号，基站模拟器的射频端口通过导线连接信道的输入端口，信道模拟器的各输出端口分别通过导线连接探头天线，信道模拟器的输出端口分别通过导线连接信道控制器的触发端口以及RIS面板的相位控制端口，信道模拟器用于模拟多径环境，并生成时域衰落序列。
2.按照权利要求1所述基于智能超表面的空口性能测试系统，其特征在于，所述动态信道控制器为程序控制的定制化控制设备，由中央处理器、存储器、若干输出端口以及通信端口组成，其输出端口分别与RIS面板的相位控制端口以及信道模拟器的触发端口通过导线连接，通过所述动态信道控制器实现对信道模拟器参数、RIS面板各
3.按照权利要求1所述基于智能超表面的空口性能测试系统，其特征在于，所述RIS面板由若干RIS单元规则排列组成，具有相位控制端口的RIS面板与动态信道控制器输出端口通过导线相连接，以控制各单元的幅度与相位，探头天线发射电磁信号并通过空口连接RIS面板，RIS面板通过调整电磁波的幅度和相位，经过空口连接至待测设备。
4.一种基于智能超表面的动态信道重构方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.按照权利要求4所述动态信道重构方法，所述步骤1中，基于所需测试场景下动态信道的空时变化规律，建立目标信道模型，并根据目标信道使用预衰落合成方法来重构信道模型：
6.按照权利要求4所述动态信道重构方法，所述步骤2中，在连续时间窗口内对目标信道进行重构，基于目标信道模型，对RIS各单元的复数激励进行优化，得到连续时间窗口内重构误差最低的RIS激励矩阵：
7.按照权利要求4所述动态信道重构方法，所述步骤3中，通过实时调整RIS复数激励，补偿探头至被测设备的波程，实现高精度动态信道重构：
...【技术特征摘要】
1.一种基于智能超表面的空口性能测试系统，其特征在于，所述空口测试系统包括：微波暗室、ris面板、探头天线、待测设备、信道模拟器、基站模拟器以及动态信道控制器，其中，微波暗室内壁设置吸波材料层，探头天线、ris面板、待测设备依次置于微波暗室中，探头天线发射电磁信号并通过空口连接ris面板，利用ris面板通过调整电磁波的幅度和相位，经过空口连接至待测设备，基站模拟器、信道模拟器以及定制化的动态信道控制器置于微波暗室之外，基站模拟器用于模拟基站信号，基站模拟器的射频端口通过导线连接信道的输入端口，信道模拟器的各输出端口分别通过导线连接探头天线，信道模拟器的输出端口分别通过导线连接信道控制器的触发端口以及ris面板的相位控制端口，信道模拟器用于模拟多径环境，并生成时域衰落序列。
2.按照权利要求1所述基于智能超表面的空口性能测试系统，其特征在于，所述动态信道控制器为程序控制的定制化控制设备，由中央处理器、存储器、若干输出端口以及通信端口组成，其输出端口分别与ris面板的相位控制端口以及信道模拟器的触发端口通过导线连接，通过所述动态信道控制器实现对信道模拟器参...
【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，陈瑞鹏，彭木根，王文博，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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