CN114726411B - 3d mimo ota暗室探头系统 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种3D MIMO OTA暗室探头系统，该系统包括：第一探头环、以及分别位于第一探头环两侧且平行于第一探头环的第二探头环，第一探头环与第二探头环位于同一球面上；第一探头环与第二探头环均包括交错分布的上行探头和下行探头；本申请实施例能够解决现有的方案模拟的3D信道特征与实际信道相似度较低的问题。

Description

3D MIMO OTA暗室探头系统
技术领域
本申请属于无线通信领域，尤其涉及一种三维多入多出空中特性(3-dimensionMultiple-Input Multiple-Output 0ver-the-Air，3D MIMO OTA)暗室探头系统。
背景技术
随着无线通信技术的不断发展，基站与终端天线数量的成倍增加是5G网络(5thgeneration mobile networks，5G)实现性能跃升的关键。大规模天线、波束赋形、上行MIMO等新技术的引入，对于终端的基带算法、多天线设计等多项技术提出了严苛考验。为合理评估终端MIMO OTA性能，目前大多采用多探头暗室的解决方案。基于第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)的38.827研究报告，当前所有多探头暗室探头布局均采用二维(2-dimension，2D)探头布局方案，即在暗室水平环上均匀分布探头，且所有探头均为下行探头。
当前2D MIMO OTA暗室探头均采用3GPP标准定义的布局方案，然而实际终端使用过程中，实际信道为3D信道模型，仅有2D探头不足以充分模拟3D信道模型参数。
发明内容
本申请实施例提供一种在3D MIMO OTA暗室探头系统，能够解决现有的方案模拟的3D信道特征与实际信道相似度较低的问题。
本申请实施例提供一种3D MIMO OTA暗室探头系统，该系统包括：
第一探头环、以及分别位于第一探头环两侧且平行于第一探头环的第二探头环，第一探头环与第二探头环位于同一球面上；
第一探头环与第二探头环均包括交错分布的上行探头和下行探头。
进一步地，在一种实施例中，第二探头环中的上行探头在第一探头环所在平面上的正投影落在第一探头环中的上行探头上。
进一步地，在一种实施例中，第二探头环相对第一探头环对称。
进一步地，在一种实施例中，第一探头环的探头数量等于第二探头环的探头数量和。
进一步地，在一种实施例中，第一探头环的上行探头和下行探头等间隔分布；
第二探头环的上行探头和下行探头分别独立等间隔分布。
进一步地，在一种实施例中，第一探头环的上行探头和下行探头间隔通过如下公式确定：
其中，α为第一探头环中任意两个相邻的上行探头和下行探头与第一探头环圆心连线构成的角度，NHOR为第一探头环的上行探头和下行探头的数量和。
进一步地，在一种实施例中，第二探头环的上行探头间隔或者下行探头间隔均通过如下公式确定：
其中，β为第二探头环中任意两个相邻的上行探头或者任意两个相邻的下行探头与第二探头环圆心连线构成的角度，NSIDE为第二探头环的上行探头数量或者下行探头数量。
进一步地，在一种实施例中，第二探头环中的上行探头、第二探头环在第一探头环所在平面的正投影分别与第一探头环圆心的连线相交构成第一角度；
第一探头环中任意两个相邻的上行探头和下行探头分别与第一探头环圆心连线构成第二角度；
第一角度与第二角度大小相等。
进一步地，在一种实施例中，第一角度大小从22.5°～25°中选取。
进一步地，在一种实施例中，第一角度大小为22.5°。
本申请实施例的3D MIMO OTA暗室探头系统，采用上下探头、下行探头交错分布，能够精准模拟5G信道上下行互易特性，位于中间位置的第一探头环中的上行探头和下行探头等间隔分布，位于两侧的第二探头上行探头和下行探头分别独立等间隔分布，且在垂直于第一探头环所在平面的方向上，任意一个第二探头环中的上行探头位于第一探头环中某一上行探头的正上方或者正下方，并且设计出第一角度和第二角度的最佳角度，使得本申请能够获得更大信道容量，并精准复现3D信道特征。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的各俯仰角值下C的仿真结果；
图2是本申请实施例提供的一种3D MIMO OTA暗室探头系统的架构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本申请，并不被配置为限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物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......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
当前2D MIMO OTA暗室探头均采用3GPP标准定义的布局方案，具体的，根据3GPPTR38.827标准协议规定，5G的2D MIMO OTA暗室探头布局为等间隔均匀分布，故为同时满足国际标准一致的方案，水平环探头的角度分布为n＝1～NHOR，其中/>为探头和水平环圆心连线以及探头在水平环上的正投影和水平环圆心连线的夹角，NHOR为水平环的探头总数。
为满足5G信道上下行互易特性，水平环探头需分为上行探头和下行探头，按照下行探头均匀分布的原则，上行探头同样采用均匀分布的方式，且探头数量与下行探头一致，可满足模拟上下行信道互易的特性。水平环第i个下行探头分布为：为水平环的下行探头总数，水平环第j个上行探头分布为/> 为水平环的上行探头总数，其中典型值为/>其中，DL代表下行，UL代表上行。然而实际终端使用过程中，实际信道为3D信道模型，仅有2D探头不足以充分模拟3D信道模型参数。
为了解决现有技术问题，本申请实施例提供了一种3D MIMO OTA暗室探头系统。本申请采用3D探头布局方案，探头在暗室中采用上、中、下环的布局方式，进而能够更充分模拟多角度3D来波方向，相比较2D的测试方案，更加拟合3D信道模型参数，贴切用户实际使用场景。下面首先对本申请实施例所提供的3D MIMO OTA暗室探头系统进行介绍。
为充分模拟实际空间中3D信道的特征，本申请采用水平环的上下各加入一个探头环的方案，且上下探头环与水平探头环呈对称分布。其中，上环探头总数为下环探头总数为/>由于目前通用信道模型(如3GPP协议定义的CDL-C模型)中，空间信道多径与接收端垂直方向的夹角ZOA的角度接近90°，垂直信号分量占比不高，为节约测试系统资源，同时还可以准确模拟信道环境，采用/>一般情况下，即满足要求。关于上下探头环中的探头和水平环圆心连线以及该探头在水平环上的正投影和水平环圆心连线的夹角-俯仰角/>通过计算不同俯仰角的相对信道容量，其中信道容量为：/> 相对信道容量为/>其中，C：信道容量、I：单位矩阵、γ：欧拉常数、η：效率、Nt：发射天线的总数目、nr：第n个接收天线、nt：第n个发射天线、t：时间。本申请还提供了在各俯仰角/>值下C的仿真结果，如图1所示，从图1可以看出，/>为22.5°～25°附近，信道容量可达到最大。关于上下探头环个数，如/>则上下环探头的角度分布的θ与水平环保持一致。考虑到节约测试系统资源，如/>下行探头同样均匀分布，即上下探头环第i个下行探头角度布局为/> 上下探头环的上行探头布局，则有两种方案，一种为均匀分布，一种与水平环上行探头对应布局，采用同样计算信道容量的方式，仿真得出结论，容量偏差如表一所示：
容量偏差 CDL-A信道模型 CDL-C信道模型
均匀分布 7.1％ 8.9％
与水平环上行探头对齐 3.6％ 5.3％
表一容量偏差
即采用与水平环上行探头对应布局方案，得到更好的信道容量体现。
图2示出了本申请一个实施例提供的3D MIMO OTA暗室探头系统的架构示意图。如图2所示，该系统可以包括：
第一探头环、以及分别位于第一探头环两侧且平行于第一探头环的第二探头环，第一探头环与第二探头环位于同一球面上；
第一探头环与第二探头环均包括交错分布的上行探头和下行探头。
采用上下探头、下行探头交错分布，能够精准模拟5G信道上下行互易特性。
在一种实施例中，第二探头环中的上行探头在第一探头环所在平面上的正投影落在第一探头环中的上行探头上。
第二探头环中的上行探头与中环上行探头对齐，可以获得更大信道容量。
在一种实施例中，第二探头环中的下行探头在第一探头环所在平面上的正投影落在第一探头环中的下行探头上。
第二探头环中的下行探头与中环下行探头对齐，可以获得更大信道容量。
在一种实施例中，第二探头环相对第一探头环对称。
在一种实施例中，第一探头环的探头数量等于第二探头环的探头数量和。
在一种实施例中，第一探头环的上行探头和下行探头等间隔分布。
第二探头环的上行探头和下行探头分别独立等间隔分布。
在一种实施例中，第一探头环的上行探头和下行探头间隔通过如下公式确定：
其中，α为第一探头环中任意两个相邻的上行探头和下行探头与第一探头环圆心连线构成的角度，NHOR为第一探头环的上行探头和下行探头的数量和。
具体的，对于第i个上行探头在第一探头环的角度分布 为第一探头环的上行探头个数；对于第i个下行探头在第一探头环的角度分布/> 为第一探头环的下行探头个数。
在一种实施例中，第二探头环的上行探头间隔或者下行探头间隔均通过如下公式确定：
其中，β为第二探头环中任意两个相邻的上行探头或者任意两个相邻的下行探头与第二探头环圆心连线构成的角度，NSIDE为第二探头环的上行探头数量或者下行探头数量。
具体的，对于第j个上行探头在第二探头环的角度分布 为第二探头环的上行探头个数；对于第j个下行探头在第二探头环的角度分布/> 为第二探头环的下行探头个数。
在一种实施例中，第二探头环中的上行探头、第二探头环在第一探头环所在平面的正投影分别与第一探头环圆心的连线相交构成第一角度；第一探头环中任意两个相邻的上行探头和下行探头分别与第一探头环圆心连线构成第二角度，第一角度与第二角度大小相等。
在一种实施例中，第一角度大小可以从22.5°～25°中选取。
在一种实施例中，第一角度大小可以为22.5°。
第一角度即俯仰角在22.5°～25°附近，信道容量可达到最大。
本申请实施例的3D MIMO OTA暗室探头系统，采用上下探头、下行探头交错分布，能够精准模拟5G信道上下行互易特性，位于中间位置的第一探头环中的上行探头和下行探头等间隔分布，位于两侧的第二探头上行探头和下行探头分别独立等间隔分布，且在垂直于第一探头环所在平面的方向上，任意一个第二探头环中的上行探头位于第一探头环中某一上行探头的正上方或者正下方，并且设计出第一角度和第二角度的最佳角度，使得本申请能够获得更大信道容量，并精准复现3D信道特征。
需要明确的是，本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本申请的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本申请的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本申请的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RadioFrequency，RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
还需要说明的是，本申请中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本申请不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
上面参考根据本申请的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本申请的各方面。应当理解，流程图和/或框图中的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理装置的处理器，以产生一种机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的这些指令使能对流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的实现。这种处理器可以是但不限于是通用处理器、专用处理器、特殊应用处理器或者现场可编程逻辑电路。还可理解，框图和/或流程图中的每个方框以及框图和/或流程图中的方框的组合，也可以由执行指定的功能或动作的专用硬件来实现，或可由专用硬件和计算机指令的组合来实现。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种3D MIMO OTA暗室探头系统，其特征在于，包括：第一探头环、以及分别位于所述第一探头环两侧且平行于所述第一探头环的第二探头环，所述第一探头环与所述第二探头环位于同一球面上；
所述第一探头环与所述第二探头环均包括交错分布的上行探头和下行探头；
所述第二探头环中的上行探头在所述第一探头环所在平面上的正投影落在所述第一探头环中的上行探头上；
所述第二探头环中的下行探头在所述第一探头环所在平面上的正投影落在所述第一探头环中的下行探头上。
2.如权利要求1所述的3D MIMO OTA暗室探头系统，其特征在于，所述第二探头环相对所述第一探头环对称。
3.如权利要求2所述的3D MIMO OTA暗室探头系统，其特征在于，所述第一探头环的探头数量等于所述第二探头环的探头数量和。
4.如权利要求1所述的3D MIMO OTA暗室探头系统，其特征在于，所述第一探头环的上行探头和下行探头等间隔分布；
所述第二探头环的上行探头和下行探头分别独立等间隔分布。
5.如权利要求4所述的3D MIMO OTA暗室探头系统，其特征在于，所述第一探头环的上行探头和下行探头间隔通过如下公式确定：
其中，α为所述第一探头环中任意两个相邻的上行探头和下行探头与第一探头环圆心连线构成的角度，NHOR为所述第一探头环的上行探头和下行探头的数量和。
6.如权利要求4所述的3D MIMO OTA暗室探头系统，其特征在于，所述第二探头环的上行探头间隔或者下行探头间隔均通过如下公式确定：
其中，β为所述第二探头环中任意两个相邻的上行探头或者任意两个相邻的下行探头与所述第二探头环圆心连线构成的角度，NSIDE为所述第二探头环的上行探头数量或者下行探头数量。
7.如权利要求6所述的3D MIMO OTA暗室探头系统，其特征在于，所述第二探头环中的上行探头、所述第二探头环在所述第一探头环所在平面的正投影分别与所述第一探头环圆心的连线相交构成第一角度；
所述第一探头环中任意两个相邻的上行探头和下行探头分别与第一探头环圆心连线构成第二角度；
所述第一角度与所述第二角度大小相等。
8.如权利要求7所述的3D MIMO OTA暗室探头系统，其特征在于，所述第一角度大小从22.5°～25°中选取。
9.如权利要求7所述的3D MIMO OTA暗室探头系统，其特征在于，所述第一角度大小为22.5°。
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