CN113938167A - 实现5g mimo信道模拟器外接电缆校准的系统、方法、装置、处理器及其存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统，包括MIMO信道模拟器、5G基站和若干射频电缆，所述的MIMO信道模拟器具有多个端口，所述的5G基站具有多个天线，所述的若干射频电缆将5G基站的天线与MIMO信道模拟器的端口相连，所述的MIMO信道模拟器的端口数量为N，5G基站的天线数量为M，所述的MIMO信道模拟器的端口数量大于所述的5G基站的天线数量。本发明还涉及一种实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法。采用了本发明的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，解决了在无需外接其它测量仪器的情况下，实现用户实际使用环境中若干个射频外接电缆间的功率和相位误差校准，以保证系统性能的问题。
Description
技术领域
本发明涉及通信测量仪器校准技术领域，尤其涉及5G大规模MIMO信道模拟器外接电缆的校准技术领域，具体是指一种实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
背景技术
一般而言，5G大规模MIMO信道模拟器交付至用户手中时，只能完成信道模拟器自身功率、相位等指标校准。而用户实际使用场景中，MIMO信道模拟器的射频端口必然需要外接射频电缆，再连接到用户的5G基站或5G终端系统中，以完成其它测试，实际连接关系如图1所示。用户侧外接在信道模拟器端口上的射频电缆的不一致性决定了，这些射频电缆必然存在功率误差以及相位误差。
在5G TDD系统中，利用信道互易性，基站可以根据估计得到的上行CSI来进行下行联合预编码设计，在同一时频资源上服务多个用户。然而，图1中的外接电缆间存在的功率和相位误差，相当于破坏了通信信道的互易性。对于5G终端而言，功率失配会造成一定程度的系统性能的恶化；而对于5G基站而言，无论功率还是相位失配，均会造成系统性能显著下降。因而必须对连接在MIMO信道模拟器上的外接射频电缆进行功率和相位的校准。
然而用于校准外接射频电缆的功率和相位误差的矢量网络分析仪或者校准箱都比较笨重且价格昂贵。
因此如何在无需外接其它测量仪器的情况下，实现用户实际使用环境中若干个射频外接电缆间的功率和相位误差校准，以保证系统性能的问题亟待解决。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足精准度高、误差小、适用范围较为广泛的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
为了实现上述目的，本发明的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质如下：
该实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，其主要特点是，所述的系统包括MIMO信道模拟器、5G基站和若干射频电缆，所述的MIMO信道模拟器具有多个端口，所述的5G基站具有多个天线，所述的若干射频电缆将5G基站的天线与MIMO信道模拟器的端口相连，所述的MIMO信道模拟器的端口数量为N，5G基站的天线数量为M，所述的MIMO信道模拟器的端口数量大于所述的5G基站的天线数量。
较佳地，所述的MIMO信道模拟器包括电缆校准模块，MIMO信道模拟器的每个端口均与对应的发射通道和接收通道相连，所述的每个发射通道的输入端均与电缆校准模块相连，每个发射通道的输出端与对应的端口相连，所述的每个接收通道的输入端与对应的端口相连，每个接收通道的输出端均与电缆校准模块相连。
较佳地，在校准前所述的射频电缆一端与和基站相连的信道模拟器的端口相连接，另一端与信道模拟器未使用的端口相连。
较佳地，所述的电缆校准模块根据电缆连接关系配置待校准的频率，配置作为发射通道的MIMO信道模拟器端口的功率，代入信道模拟器自身发射通道的功率和相位值；所述的电缆校准模块配置作为接收通道的MIMO信道模拟器端口的功率，代入信道模拟器自身接收通道的功率和相位值。
该利用上述系统实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)将射频电缆的一端与和基站相连的信道模拟器的端口连接，将射频电缆的另一端与信道模拟器未使用的端口连接；
(2)配置作为发射通道的MIMO信道模拟器端口的功率，代入信道模拟器的校准表的发射通道的功率和相位值；配置作为接收通道的MIMO信道模拟器端口的功率，代入信道模拟器的校准表的接收通道的功率和相位值；
(3)电缆校准模块读取端口的接收通道的值，计算与端口相连的射频电缆相对于固定参考端口的功率差值和相位差值。
较佳地，所述的方法还包括在剩余端口数小于外接电缆数的情况下进行多次校准的步骤，具体包括以下步骤：
(1-1)将M根外接电缆分成多个组，每组数量为N-M根；
(1-2)每个组确定各自的固定参考电缆，对每个组分别进行校准；
(1-3)将每个组的固定参考电缆归为新的组，选取新的一根固定参考电缆，进行校准，得到相对于新的固定参考电缆的相位差值。
该用于实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的装置，其主要特点是，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法的各个步骤。
该实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的处理器，其主要特点是，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法的各个步骤。
该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法的各个步骤。
采用了本发明的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，解决了在无需外接其它测量仪器的情况下，实现用户实际使用环境中若干个射频外接电缆间的功率和相位误差校准，以保证系统性能的问题。
附图说明
图1为本发明的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统的信道模拟器、外接电缆和基站/终端连接关系示意图。
图2为本发明的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统的校准系统构成示意图。
图3为本发明的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统的外接电缆校准时连接示意图。
图4为本发明的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统的校准系统原理框图。
图5为本发明的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法的外接电缆校准后的相位误差测量结果示意图。
图6为本发明的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法的外接电缆校准后的功率误差测量结果示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统，其中包括MIMO信道模拟器、5G基站和若干射频电缆，所述的MIMO信道模拟器具有多个端口，所述的5G基站具有多个天线，所述的若干射频电缆将5G基站的天线与MIMO信道模拟器的端口相连，所述的MIMO信道模拟器的端口数量为N，5G基站的天线数量为M，所述的MIMO信道模拟器的端口数量大于所述的5G基站的天线数量。
作为本发明的优选实施方式，所述的MIMO信道模拟器包括电缆校准模块，MIMO信道模拟器的每个端口均与对应的发射通道和接收通道相连，所述的每个发射通道的输入端均与电缆校准模块相连，每个发射通道的输出端与对应的端口相连，所述的每个接收通道的输入端与对应的端口相连，每个接收通道的输出端均与电缆校准模块相连。
作为本发明的优选实施方式，在校准前所述的射频电缆一端与和基站相连的信道模拟器的端口相连接，另一端与信道模拟器未使用的端口相连。
作为本发明的优选实施方式，所述的电缆校准模块根据电缆连接关系配置待校准的频率，配置作为发射通道的MIMO信道模拟器端口的功率，代入信道模拟器自身发射通道的功率和相位值；所述的电缆校准模块配置作为接收通道的MIMO信道模拟器端口的功率，代入信道模拟器自身接收通道的功率和相位值。
本发明的该利用上述系统实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法，其中包括以下步骤：
(1)将射频电缆的一端与和基站相连的信道模拟器的端口连接，将射频电缆的另一端与信道模拟器未使用的端口连接；
(2)配置作为发射通道的MIMO信道模拟器端口的功率，代入信道模拟器的校准表的发射通道的功率和相位值；配置作为接收通道的MIMO信道模拟器端口的功率，代入信道模拟器的校准表的接收通道的功率和相位值；
(3)电缆校准模块读取端口的接收通道的值，计算与端口相连的射频电缆相对于固定参考端口的功率差值和相位差值。
作为本发明的优选实施方式，所述的方法还包括在剩余端口数小于外接电缆数的情况下进行多次校准的步骤，具体包括以下步骤：
(1-1)将M根外接电缆分成多个组，每组数量为N-M根；
(1-2)每个组确定各自的固定参考电缆，对每个组分别进行校准；
(1-3)将每个组的固定参考电缆归为新的组，选取新的一根固定参考电缆，进行校准，得到相对于新的固定参考电缆的相位差值。
本发明的该用于实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的装置，其中所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法的各个步骤。
本发明的该实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的处理器，其中所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法的各个步骤。
本发明的该计算机可读存储介质，其中其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法的各个步骤。
本发明的具体实施方式中，在无需外部测量仪器的情况下，实现5G大规模MIMO信道模拟器外接电缆的校准。本发明包括电缆校准模块一套，5G大规模MIMO信道模拟器一台，外接的射频电缆若干根，示意图如图2所示。如图1所示，为本发明的信道模拟器、外接电缆、基站/终端连接关系示意图，其中虚线左侧为5G MIMO信道模拟器截至端口面，功率/相位均已完成校准；虚线右侧为5G基站或5G终端，同样完成了功率和相位均已完成校准。
电缆校准模块根据电缆连接关系选择相应端口并完成电缆功率误差和相位误差的校准；5G大规模MIMO信道模拟器的每个端口都包含了发射机和接收机，并已经完成了自身的功率和相位校准；外接的射频电缆即为待校准电缆，存在功率误差和相位误差。
具体实现方案如下：
假定用户实际使用场景中5G基站天线共M根，对应5G MIMO信道模拟器(共N个端口，N>M)，则需要M个物理连接端口与射频外接电缆相连，并与基站相连，如图1所示。由于5G终端侧的连接电缆的校准方案与5G基站侧方法相同，因而本发明仅以基站侧外接电缆校准方法进行示例说明。
外接射频电缆分别连接在MIMO信道模拟器的不同端口上，示意图如图3所示。图中，上方端口代表MIMO信道模拟器上与基站相连的物理端口；最后两行的端口代表MIMO信道模拟器上其它未使用的物理端口；实线代表连接MIMO信道模拟器和基站的外接射频电缆。校准之前，先将外接射频电缆一端连在信道模拟器与基站相连的物理端口上，另一端与信道模拟器其它未使用的端口相连。
如图4所示，信道模拟器的每个物理端口都包含了一个发射通道和一个接收通道。因为外接电缆属于无源器件，单根电缆满足互易性，即其S参数满足S12＝S21，因而每根外接电缆只需要进行单向校准即可完成外接电缆间的功率和相位的校准。
信道模拟器自身发射通道或接收通道的功率和相位值具有校准表，该校准表为仪器自身的校准数据，是出厂前存在的表格。
电缆校准模块根据电缆连接关系配置待校准的频率，配置作为发射通道的MIMO信道模拟器端口的功率，代入信道模拟器自身发射通道的功率和相位值，配置作为接收通道的MIMO信道模拟器端口的功率，代入信道模拟器自身接收通道的功率和相位值。因M根电缆存在差异，所以电缆校准模块读取接收通道的值时，必然存在功率差值ΔPi和相位差值Δθi(相对于某一固定参考端口)。该功率差值即对应了每一根外接电缆的功率差值，该相位差值即对应了相对于某一固定参考电缆的其它线缆的相位差值，而固定参考电缆的相位差值取值为0。
由于仪器具有校准表，且仪器已代入自身的校准表，因此发射通道或接收通道到信道模拟器端口面的过程中都是准确的，如附图1所示。此时从信道模拟器发射端口经过电缆，再到接收通道，多出来的误差则一定是电缆的误差。因此电缆校准模块仅读取接收通道的值，并不需要读取发射通道的值。
当信道模拟器剩余端口数(N-M)大于等于外接电缆数M时，一次性即可完成M根外接射频电缆的功率误差和相位误差。当N-M<M时，则需要分若干次进行校准。
首先将M根外接电缆分成若干组，每组数量等于N-M根(最后一组可能小于等于N-M根)，假定一共a组电缆。但每一组都存在各自的“固定参考电缆”，因而a个参考电缆之间还需要进一步校准才能得到相对于固定一根参考电缆的相位差值。
假定每一组内的相位差分别为Δθij，i＝1……a，j＝1……N-M，a个参考电缆相对于第一根电缆的相位差值为Δθ2、Δθ3、……、Δθa，则最终每个端口的相位差如下表所示。
| 相位差 | |
| 第1组 | Δθ<sub>1j</sub> |
| 第2组 | Δθ<sub>2j</sub>+Δθ<sub>2</sub> |
| …… | …… |
| 第a组 | Δθ<sub>aj</sub>+Δθ<sub>a</sub> |
电缆校准模块保存相应的校准数据表。无需任何外部测量仪器，且保证了实际通信中TDD系统的信道互易性。
本发明的的实施例对3.5GHz频点时的64根外接电缆进行校准，电缆校准模块保存功率和相位误差值，将电缆的误差值代入信道模拟器，并用矢网测量相位一致性。相位差测试结果如图5所示，上行相位误差±3.4°，下行相位误差±2.7°。功率误差测试结果如图6所示，上/下行功率误差均在±0.4dB以内。
从上述测试结果可以看出，使用本发明校准系统和校准方法进行信道模拟器外接电缆的功率和相位误差校准，不仅无需外部测量仪器，而且校准后的准确度也比较高。
本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，相应的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
采用了本发明的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，解决了在无需外接其它测量仪器的情况下，实现用户实际使用环境中若干个射频外接电缆间的功率和相位误差校准，以保证系统性能的问题。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (9)
1.一种实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统，其特征在于，所述的系统包括MIMO信道模拟器、5G基站和若干射频电缆，所述的MIMO信道模拟器具有多个端口，所述的5G基站具有多个天线，所述的若干射频电缆将5G基站的天线与MIMO信道模拟器的端口相连，所述的MIMO信道模拟器的端口数量为N，5G基站的天线数量为M，所述的MIMO信道模拟器的端口数量大于所述的5G基站的天线数量。
2.根据权利要求1所述的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统，其特征在于，所述的MIMO信道模拟器包括电缆校准模块，MIMO信道模拟器的每个端口均与对应的发射通道和接收通道相连，所述的每个发射通道的输入端均与电缆校准模块相连，每个发射通道的输出端与对应的端口相连，所述的每个接收通道的输入端与对应的端口相连，每个接收通道的输出端均与电缆校准模块相连。
3.根据权利要求1所述的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统，其特征在于，在校准前所述的射频电缆一端与和基站相连的信道模拟器的端口相连接，另一端与信道模拟器未使用的端口相连。
4.根据权利要求2所述的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的系统，其特征在于，所述的电缆校准模块根据电缆连接关系配置待校准的频率，配置作为发射通道的MIMO信道模拟器端口的功率，代入信道模拟器自身发射通道的功率和相位值；所述的电缆校准模块配置作为接收通道的MIMO信道模拟器端口的功率，代入信道模拟器自身接收通道的功率和相位值。
5.一种基于权利要求1所述的系统实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)将射频电缆的一端与和基站相连的信道模拟器的端口连接，将射频电缆的另一端与信道模拟器未使用的端口连接；
(2)配置作为发射通道的MIMO信道模拟器端口的功率，代入信道模拟器的校准表的发射通道的功率和相位值；配置作为接收通道的MIMO信道模拟器端口的功率，代入信道模拟器的校准表的接收通道的功率和相位值；
(3)电缆校准模块读取端口的接收通道的值，计算与端口相连的射频电缆相对于固定参考端口的功率差值和相位差值。
6.根据权利要求5所述的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法，其特征在于，所述的方法还包括在剩余端口数小于外接电缆数的情况下进行多次校准的步骤，具体包括以下步骤：
(1-1)将M根外接电缆分成多个组，每组数量为N-M根；
(1-2)每个组确定各自的固定参考电缆，对每个组分别进行校准；
(1-3)将每个组的固定参考电缆归为新的组，选取新的一根固定参考电缆，进行校准，得到相对于新的固定参考电缆的相位差值。
7.一种用于实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的装置，其特征在于，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求5至6中任一项所述的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法的各个步骤。
8.一种实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的处理器，其特征在于，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求5至6中任一项所述的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法的各个步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现权利要求5至6中任一项所述的实现5G MIMO信道模拟器外接电缆校准的方法的各个步骤。
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