大唐移动5G大规模多天线测试解决方案

随着3GPP 5G 标准NSA方案的正式发布，5G NR相关商用产品的开发工作已经加快，2018年将是5G标准确定和商用产品研发的关键一年。当前，5G正处于标准确定的关键阶段，国际标准组织3GPP将于今年6月份完成5G SA第一版本国际标准。我国于2016年初率先启动了5G研发和试验，目前已经进入第三阶段研发试验，将推动5G系统设备基本达到预商用水平。

作为5G的关键技术之一，大规模多天线技术，是在基站收发信机上采用超大规模天线阵列(比如数百个天线或更多)实现了更大的无线数据流量和连接可靠性。相比于传统的单/双极化天线及4/8通道天线，大规模天线技术能够通过不同的维度(空域、时域、频域等)提升频谱效率和能量的利用效率;3D赋形和信道估计技术可以自适应地调整各天线阵子的相位和功率，显著提升系统的波束指向准确性，将信号强度集中于特定指向区域和特定用户群，在增强用户信号的同时可以显著降低小区内干扰、邻区干扰，是提升用户信号SINR的绝佳技术。

如何评价大规模多天线技术，针对协议上有关大规模多天线技术的设计及算法，采用什么样的测试指标和测试方法;怎样衡量大规模天线系统整体性能，大规模量产时整体的系统怎样验证;大规模天线系统在不同应用部署场景下，各种场景下性能如何验证;都是需要从测试角度充分考虑的问题。凭借在5G技术及测试领域的积累和优势，大唐移动在大规模多天线测试方面取得了较多的进展。

协议设计测试

在5G NR协议中为了提高覆盖的性能在不同的传输信道定义了不同的下行导频，针对不同用户使用不同的DMRS，同时定义了多种多端口CSI-RS专门用于信道质量测量和预编码码本的计算。在上行信道也采用相同的思想，定义不同用户的DMRS和多端口SRS用于信道质量的测量和预编码码本的计算。天线数增多后，业务信道的覆盖通常能满足要求，而控制信道的能力并不会随着天线数增多而增强，因此控制信道的覆盖将会成为系统性能的瓶颈。在NR系统中，针对控制信道引入了波束扫描增强覆盖的技术。在大规模多天线中，需要选择合适的波束扫描的宽度和频率，进行波束管理和波束跟踪。在不同用户位置和信道环境下，需要验证基站采用何种码本发送和接收，采用发送几端口导频才能使用户之间干扰很小，导频占用开销尽量少，频谱效率最优。针对上述问题，大唐移动提出了对应的测试策略。

1.进行上行导频和预编码测试，通过移相系统或者信道模拟系统，远中近点用户构造不同用户间干扰及多径信道对不同端口的SRS发送方案和上行预编码版本的计算，进行导频开销、码本计算准确性测试。
2.进行下行导频和预编码测试，验证不同端口的CSI-RS发送方案和下行预编码码本的计算，进行下行测量导频开销、码本计算准确性测试。
3.进行波束扫描的测试，通过移相系统或者信道模拟系统，模拟用户的不同位置和不同的运动方向，水平+垂直运动，确认不同的用户接收到理论应该接收的波束，同时进行覆盖增强的增益的测试。

关键算法性能测试

在现有的一体化系统的架构下，大规模多天线系统的基站研究的方向主要包括：基站天线架构设计、物理层信号检测、物理层信道估计;MU-MIMO配对算法、用户调度和资源分配策略等。随着天线数的增多，大规模多天线的性能将会趋于平缓，天线趋于很多时，信道之间趋于正交，此时可以使用多用户复用(MU-MIMO)。MU-MIMO技术的核心是信道估计和多用户配对算法。快速有效的信道检测与估计;根据场景和应用，选择合适的多用户配对算法进行物理资源的调度和资源分配。针对以上这些关键算法的研究，需要进行相应的验证测试。

首先，需要进行天线校准测试。为了实现精确波束赋形，射频信号路径间的相位差须小于±5°。通过使用移相器或者信道模拟器对大规模天线的所有射频通道进行校准结果的验证。

其次，需要进行干扰抑制性能测试。为了降低用户之间的干扰，针对给每个用户发送的赋形信号之间干扰要尽量小，基站需要进行干扰抑制，在不同信道场景不同用户位置的情况下，进行干扰抑制的性能测试。

最后，需要多用户配对性能测试。通过连接信道模拟器，在不同信道场景不同运动速度好中差点多用户同时存在情况下，选择合适的用户之间进行配对，进行吞吐量最大化的多用户配对性能测试。

大规模天线系统整体性能测试

对于大规模天线系统，目前普遍采用的方式是射频单元和信号辐射单元合为一体的有源天线。对于在频段范围6 GHz以下的时候，波长相对较大，各射频单元之间的间距还比较大，可以采用传统的传导方式进行测试，但是针对有源天线整体的测试，还是需要进行一体化的OTA测试。对于在频段范围大于6 GHz的毫米波频段，由于波长很小，各射频单元的间距很小，同时射频单元与辐射单元都集成在一起，不能再使用传统的传导方式进行测试，只能进行OTA测试。

通过OTA的方式进行系统的业务性能测试，验证通过空口OTA传输，经过信道模拟后，在不同信道场景多用户同时存在情况下，系统的整体业务性能，对系统整体性能和覆盖不断进行优化和测试验证。
对于大规模有源天线的生产测试，也主要采用OTA的方式，包括辐射测试、波束测试和收发信机功能测试，例如所有收发信机打开时的误差矢量幅度(EVM)测量。可高效快速的验证产品是否合格，节约测试时间，节省测试成本。

不同场景的性能测试

大规模多天线系统主要的部署场景包括：宏覆盖、微覆盖和高层覆盖。宏覆盖场景基站覆盖面积较大，用户数多;微覆盖场景主要针对热点区域，比如大型赛事、演唱会、交通枢纽等用户密集度高的区域，覆盖面积较小，用户密度高;高层覆盖场景主要是通过位置相对较低的基站对高层楼宇提供覆盖，用户呈现3D的分布，需要基站能够支持垂直方向的覆盖，进行3D的赋形。同时还会存在郊区覆盖或其他无线回传场景。

对不同部署场景的验证，在外场环节则可以直接通过真实组网进行。而在实验室环节主要是通过构造不同的信道环境，模拟不同场景。使用信道模拟系统模拟基站和用户的不同位置及角度以及传播参数，比如选择Uma场景还是Umi场景、是LOS还是NLOS传播、用户位置是呈水平分布还是水平+垂直分布等，还需要考虑用户分布密度、运动速度等等。通过对不同部署场景的构造，进行不同场景业务性能的验证，达到对于外场应用场景的实验室测试覆盖。

随着网络的持续演进，天线阵子与射频单元的深度融合，大规模有源多天线系统将是未来发展的主流，一体化测试和空口测试将会成为未来测试的演进方向。未来，大唐移动将持续发挥5G技术及测试优势，积极助推5G快速发展。

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