CN112188537A - 一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法和系统，解决现有方法和系统连线复杂、信道测量精度低的问题。所述方法，包含：获取空间传输矩阵和其伪逆矩阵；对待测设备任一通道单独打开，得到对应的理想隔离度向量；将空间传输矩阵乘以伪逆矩阵乘以理想隔离度向量、得到实际隔离度向量，进一步得到误差向量；对探头天线的空间位置和或极化方向进行优化，得到空间传输矩阵优化值和其伪逆矩阵优化值；将伪逆矩阵优化值乘以理性隔离度矩阵，得到预置向量；对待测设备其他所有通道单独打开、得到每个通道的预置向量，按通道顺序拼接后得到预置矩阵。所述系统，使用所述方法。本发明采用正向优化方法实现MIMO信道系统的近场无线测量。

Description

一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法和系统
技术领域
本发明涉及移动通信测量技术领域，尤其涉及一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法和系统。
背景技术
5G移动通信中，基于大规模多输入多输出(MIMO)体制的无线通信系统的将获得广泛应用，传统的MIMO信道仿真测试系统，一般都是基于射频电缆连接信道仿真器实现的，对于待测设备为手机的信道测试系统，需要应用开盖方式绕过手机天线，直接将信道仿真器电缆与手机收发模块相连，带来电缆连线数量多、测量不方便；现有的不采用电缆连接的信道仿真测量方法中，系统复杂、传输矩阵获取困难、可移植性差、且没有重视极化特性对信道仿真的影响，造成信道仿真方法测量精度低。
发明内容
本发明提供一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法和系统，解决现有方法和系统连线复杂、信道测量精度低的问题。
本发明实施例指出一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法，包含以下步骤：根据探头天线位置，获取空间传输矩阵和其伪逆矩阵；对待测设备任一通道单独打开、其他所有通道关断，得到该通道对应的理想隔离度向量；将所述空间传输矩阵乘以所述伪逆矩阵乘以所述理想隔离度向量、得到实际隔离度向量，将所述理想隔离度向量减去所述实际隔离度向量后求平方和得到误差向量；对所述探头天线的空间位置和或极化方向进行优化，直到所述误差向量中的每一项数值小于设定优化阈值或所述探头天线的位置优化次数大于设定迭代次数，得到空间传输矩阵优化值和其伪逆矩阵优化值；将所述伪逆矩阵优化值乘以所述理性隔离度矩阵，得到所述待测设备打开通道的预置向量；对所述待测设备其他所有通道单独打开、得到每个通道的预置向量，按通道顺序拼接后得到预置矩阵。
进一步地，所述探头天线的空间位置，包含：所述探头天线之间的空间位置和或所述探头天线与所述待测设备之间的空间位置。
进一步地，所述探头天线的极化方向为水平极化或垂直极化。
优选地，所述设定优化阈值为所述待测设备的通道数的0.1倍。
本发明实施例还指出一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量系统，使用所述方法，包含：待测设备、测量暗箱、探头天线、幅相调控网络；所述待测设备与所述探头天线位于所述测量暗箱内；所述幅相调控网络，用于设置所述探头天线的幅度、相位；所述探头天线，用于向空间辐射信号，且所述探头天线为双极化天线；所述待测设备，用于接收所述探头天线辐射的信号，每个通道独立可控。
进一步地，所述探头天线与所述待测设备之间大于5倍工作频带最低频率对应波长，小于5米。
进一步地，所述探头天线数量在16～256之间，探头天线分布在一条直线上或一条曲线上或任意平面上或任意曲面上。
优选地，所述探头天线为双线极化天线或双圆极化天线。
优选地，所述测量暗箱为满足行业标准的屏蔽吸波暗箱，内表面铺设吸波材料，吸波材料为聚氨酯泡沫、铁氧体、吸波海绵。
本发明有益效果包括：本发明提出了一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法和系统，能够实现待测设备端口间高隔离度的方法，能够通过快速的校准，获取传输矩阵，通过对传输矩阵的处理实现信道的高精度仿真；基于正向优化优化，优化迭代简单，能够克服病态逆矩阵造成的信道仿真失败，充分考虑了极化特性，能够适用于小型终端天线，当两天线相聚很近时，仍然能够通过极化特性和方向图特性提供接近实际应用场景的MIMO天线隔离度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法流程实施例；
图2为一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量系统实施例。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明创新点为：第一、本发明采用正向优化的方法，确保优化后的空间传输矩阵非病态，双极化探头天线和待测设备之间的距离不需要满足远场条件，只要两者之间距离超出感应近场区，能够节省整个系统的建设成本；第二、引入极化调整方案，能够更广泛的适应不同基站和终端天线的实际需求；第三、双极化探头天线位置可选，针对不同待测设备可以选择不同的探头天线位置，能够最大程度的靠近待测设备每个通道之间的隔离度要求。
以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
图1为一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法流程实施例，通过正向优化布局实现多个探头天线分别对待测设备每个通道天线的聚焦，一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法，具体包含以下步骤：
步骤101，根据探头天线位置，获取空间传输矩阵和其伪逆矩阵。
在步骤101中，所述探头天线为双极化天线。
在步骤101中，所述空间传输矩阵的建立依赖所述探头天线的位置和待测设备天线的位置，由空间几何关系结合格林函数获得。需要说明的是，获得所述空间传输矩阵的方法为现有技术，这里不做具体说明。
在步骤101中，所述伪逆矩阵为对所述传输矩阵求解Moore-Penrose伪逆，所述伪逆矩阵求解方法为现有技术，这里不做具体说明。
步骤102，对待测设备任一通道单独打开、其他所有通道关断，得到该通道对应的理想隔离度向量：
Figure BDA0002120677450000041
其中，Ti为所述待测设备第i通道对应的理想隔离度向量，Ti的第i个数据为1、其余所有数据为0。
在步骤102中，所述理想隔离度向量的维度为所述待测设备的通道数。
步骤103，将所述空间传输矩阵乘以所述伪逆矩阵乘以所述理想隔离度向量、得到实际隔离度向量，将所述理想隔离度向量减去所述实际隔离度向量后求平方和得到误差向量。
在步骤103中，所述实际隔离度向量为：
Ii＝B×Bw -1×Ti (2)
其中，Ii为所述待测设备第i通道的实际隔离度向量，Bw -1为所述为逆矩阵，Ti为所述待测设备第i通道对应的理想隔离度向量。
在步骤103中，所述误差向量为：
δi＝(Ti-Ii)2 (3)
其中，δi为所述待测设备第i通道对应的误差向量，Ii为所述待测设备第i通道的实际隔离度向量，Ti为所述待测设备第i通道对应的理想隔离度向量。
需要说明的是，所述待测设备的每个通道均对应一个所述实际隔离度向量和误差向量，所述实际隔离度向量和所述误差向量的维度均为所述探头天线的个数。
步骤104，对所述探头天线的空间位置和或极化方向进行优化，直到所述误差向量中的每一项数值小于设定优化阈值或所述探头天线的位置优化次数大于设定迭代次数，得到空间传输矩阵优化值和其伪逆矩阵优化值。
在步骤104中，所述探头天线的空间位置，包含：所述探头天线之间的空间位置和或所述探头天线与所述待测设备之间的空间位置；所述探头天线的极化方向为水平极化或垂直极化。
在步骤104中，对所述探头天线的空间位置和或极化方向进行优化即为对所述探头天线进行正向优化布局，目的是实现多个探头天线对每个待测设备天线的聚焦，在聚焦在某个待测设备天线的同时，其他待测天线获得的能量很少。
在步骤104中，所述探头天线可以选择水平极化或垂直极化，如果探头天线为同极化天线，待测天线各端口之间的隔离度可能有限制，比如达到-15dB后无论如何迭代都无法实现进一步提升。因此，引入极化调控改变探头天线的极化方向，可以进一步提高隔离度。需要说明的是，在实际应用中，一旦确定了每个探头天线的极化方向，在信道仿真中不需要切换探头天线的极化方向。
在步骤104中，所述设定优化阈值为所述待测设备的通道数的0.1倍，需要说明的是，所述设定优化阈值还可以是其他数值，这里不做特别限定。所述设定迭代次数可以为最大迭代次数，即无论如何进行迭代，所述误差向量均保持不变时的迭代次数。需要说明的是，所述设定迭代次数，还可以是其他数值，这里不做特别限定。
步骤105，将所述伪逆矩阵优化值乘以所述理性隔离度矩阵，得到所述待测设备打开通道的预置向量。
在步骤105中，所述预置向量为：
Figure BDA0002120677450000061
其中，Ai为所述待测设备第i通道的预置向量，
Figure BDA0002120677450000062
为所述伪逆矩阵优化值，Ti为所述待测设备第i通道对应的理想隔离度向量，Ai1～Ain为所述待测设备第i通道接收的第1个～第n个探头天线辐射信号的幅度，
Figure BDA0002120677450000063
为所述待测设备第i通道接收的第1个～第n个探头天线辐射信号的相位。
步骤106，对所述待测设备其他所有通道单独打开、得到每个通道的预置向量，按通道顺序拼接后得到预置矩阵。
在步骤106中，所述预置矩阵为：
Figure BDA0002120677450000064
其中，m为所述待测设备的通道数，A为所述预置矩阵，Ai为所述待测设备第i通道的预置向量，Ai1～Ain为所述待测设备第i通道接收的第1个～第n个探头天线辐射信号的幅度，
Figure BDA0002120677450000071
为所述待测设备第i通道接收的第1个～第n个探头天线辐射信号的相位。
进一步地，所述方法，还包含：将所述预置矩阵的逆矩阵输入多通道信道仿真器或幅相调控网络中，得到以下至少一种信道系统参数：参考信号接收功率、吞吐率、误码率。需要说明的是，根据所述预置矩阵计算信道系统参数的方法为现有技术，这里不做具体说明。
本发明实施例提出的近场无线信道仿真测量方法，对预置矩阵的计算基于了近场聚焦算法，对于任选的探头天线和极化方向，针对待测天线位置的不同汇集不同的焦斑，使待测设备的某一通道信号达到最大，而其他通道信号得到抑制，该方法是一种正向优化，潜在需要的测量次数更多，但是能够获得更好的通道间隔离度。
图2为一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量系统实施例，使用基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法，所述系统具体包含：待测设备1、测量暗箱3、探头天线2、幅相调控网络4。
所述待测设备与所述探头天线位于所述测量暗箱内；所述幅相调控网络，用于设置所述探头天线的幅度、相位；所述探头天线，用于向空间辐射信号，且所述探头天线为双极化天线；所述待测设备，用于接收所述探头天线辐射的信号，每个通道独立可控。
作为本发明实施例，所述探头天线与所述待测设备之间大于5倍工作频带最低频率对应波长，小于5米，所述探头天线数量在16～256之间，探头天线分布在一条直线上或一条曲线上或任意平面上或任意曲面上。进一步地，所述探头天线为双线极化天线或双圆极化天线。
因为探头天线的种类和布局是会影响到能否获得希望的隔离度。举例说明，如果探头天线距离非常近，是无法获得待测设备各个天线之间的高隔离度的。采用双极化天线主要考虑有很多待测设备的MIMO是依靠极化分集实现的，引入双极化后可能很容易就能够获得较高的隔离度。
在本发明实施例中，所述测量暗箱为满足行业标准的屏蔽吸波暗箱，内表面铺设吸波材料，吸波材料为聚氨酯泡沫、铁氧体、吸波海绵。
本发明实施例提出的基于正向优化的近场无线信道仿真测量系统，探头天线采用双极化天线，且双极化探头天线位置是可以选择的，针对不同待测设备的任一通道可以选择不同的探头天线位置，能够最大程度的靠近待测设备每个通道之间的隔离度要求。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法，其特征在于，包含以下步骤：
根据探头天线位置，获取空间传输矩阵和其伪逆矩阵；
对待测设备任一通道单独打开、其他所有通道关断，得到该通道对应的理想隔离度向量：
Figure FDA0002120677440000011
其中，Ti为所述待测设备第i通道对应的理想隔离度向量，Ti的第i个数据为1、其余所有数据为0；
将所述空间传输矩阵乘以所述伪逆矩阵乘以所述理想隔离度向量、得到实际隔离度向量，将所述理想隔离度向量减去所述实际隔离度向量后求平方和得到误差向量；
对所述探头天线的空间位置和或极化方向进行优化，直到所述误差向量中的每一项数值小于设定优化阈值或所述探头天线的位置优化次数大于设定迭代次数，得到空间传输矩阵优化值和其伪逆矩阵优化值；
将所述伪逆矩阵优化值乘以所述理性隔离度矩阵，得到所述待测设备打开通道的预置向量；
对所述待测设备其他所有通道单独打开、得到每个通道的预置向量，按通道顺序拼接后得到预置矩阵。
2.如权利要求1所述的基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法，其特征在于，所述探头天线的空间位置，包含：所述探头天线之间的空间位置和或所述探头天线与所述待测设备之间的空间位置。
3.如权利要求1所述的基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法，其特征在于，所述探头天线的极化方向为水平极化或垂直极化。
4.如权利要求1所述的基于正向优化的近场无线信道仿真测量方法，其特征在于，所述设定优化阈值为所述待测设备的通道数的0.1倍。
5.一种基于正向优化的近场无线信道仿真测量系统，使用权利要求1～4任一项所述方法，其特征在于，包含：待测设备、测量暗箱、探头天线、幅相调控网络；
所述待测设备与所述探头天线位于所述测量暗箱内；
所述幅相调控网络，用于设置所述探头天线的幅度、相位；
所述探头天线，用于向空间辐射信号，且所述探头天线为双极化天线；
所述待测设备，用于接收所述探头天线辐射的信号，每个通道独立可控。
6.如权利要求5所述的基于正向优化的近场无线信道仿真测量系统，其特征在于，所述探头天线与所述待测设备之间大于5倍工作频带最低频率对应波长，小于5米。
7.如权利要求5所述的基于正向优化的近场无线信道仿真测量系统，其特征在于，所述探头天线数量在16～256之间，探头天线分布在一条直线上或一条曲线上或任意平面上或任意曲面上。
8.如权利要求5所述的基于正向优化的近场无线信道仿真测量系统，其特征在于，所述探头天线为双线极化天线或双圆极化天线。
9.如权利要求5所述的基于正向优化的近场无线信道仿真测量系统，其特征在于，所述测量暗箱为满足行业标准的屏蔽吸波暗箱，内表面铺设吸波材料，吸波材料为聚氨酯泡沫、铁氧体、吸波海绵。
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Zhang Xiang

Inventor after: Zhang Yu

Inventor after: Xu Fei

Inventor after: Wei Guiming

Inventor after: Wang Zhengpeng

Inventor after: Guo Yuhang

Inventor after: Wang Feilong

Inventor after: Li Lei

Inventor after: Liu Xiaolong

Inventor after: Pan Chong

Inventor after: Ren Yuxin

Inventor after: Wu Xiang

Inventor before: Zhang Xiang

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Inventor before: Wei Guiming

Inventor before: Wang Zhengpeng

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