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文檔簡介
1、有源天線及 MassiveMIMO 天線介紹及測試探討隨著移動寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,站點網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)容量要求快速增長。面對數(shù)據(jù)容量的增長,從網(wǎng)絡(luò)角度需求更多的站點、更多的通信頻譜和進一步提升頻譜效率新通信技術(shù)。而隨著2G3G4G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,站點獲取越來越困難、站點空間利用也越來越受限,這使得現(xiàn)網(wǎng)擴容及新增頻段變得愈加難度, 同時也使得網(wǎng)絡(luò)部署變得更加復(fù)雜, 對新技術(shù)的兼容也變得困難。大饋系統(tǒng)面臨著一系列的問題和新需求:1、高站點租用費用2、網(wǎng)絡(luò)需要快速響應(yīng)保障客戶體驗3、多通道的復(fù)雜和高可靠性互聯(lián)要求4、站點密集干擾加劇,需要精確的覆蓋設(shè)計1、有源天線的介紹1.1、一體化有源天線簡介一體化有源天線(AA
2、U 出現(xiàn)正與移動寬帶要求相符合。通過射頻模塊與天線的融合,不僅簡化站點部署,還減少了系統(tǒng)饋線損耗,使得網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能得到 10%Z 上的提開。通過與多頻天線的融合設(shè)計,一個 AAUM 以實現(xiàn)一個扇區(qū)的多頻段站點覆蓋要求,提升站點環(huán)境友好性,降低站點負(fù)荷;有利于降低部署時間和運營維護成本。一體化的 AAUft 術(shù)不但可滿足越漸苛刻的部署要求, 而且在將來可承載更多天線陣列新技術(shù)和新特性。如圖 2 所示的加密宏站天線,通過:1、多頻基站天線替代傳統(tǒng)單頻或雙頻天線;2、多頻基站天線與射頻模塊的一體化融合及美學(xué)設(shè)計, 既可加強網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能, 同時與環(huán)境融為一體,美觀且便于部署。UptoUpto7S,i7
3、S,iBoxesSavedperSit*BoxesSavedperSit*MultiMultibandsMultiAtrvtIxtndiMulti-bandsAntnna傳統(tǒng)方案cableloss0,8*3dbcnlleSavingSavingBoxpersectorAAU方案1.2、MassiveMIMO 天線簡介移動寬帶網(wǎng)絡(luò)的進一步發(fā)展,通信系統(tǒng)將面向 4.5G、5G 演進,通信系統(tǒng)從人與人、人與機器的連接,進一步擴展到機器與機器的連接,到萬物互連。實現(xiàn)一個全連接的數(shù)字世界需要通信系統(tǒng)能提供大數(shù)據(jù)、大流量的信息洪流的管道。在 4G 網(wǎng)絡(luò)向 4.5G 演進中,提出要求讓用戶體驗從 xMbp
4、步入至 ijxGbps 的時代。支撐用戶極速體驗的關(guān)鍵技術(shù)包括 MassiveCAMassiveMIM8 及高階信號調(diào)制等技術(shù)。其中 MassiveMIMO 天線是 MassiveMIMO 技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。圖 3 給出了 5G 網(wǎng)絡(luò)的一種部署預(yù)期,低頻 MassiveMIMO 天線用于廣覆蓋和深度覆蓋,作為基礎(chǔ)容量層,提供基本的用戶體驗速率。高頻 MassiveMIMCK 線用于熱點地區(qū)、室內(nèi)容量和無線回傳。高低頻混合組網(wǎng),實現(xiàn)最隹頻譜利用。MassiveMIMCK 線相對于傳統(tǒng)基站天線或者傳統(tǒng)一體化有源天線,其形態(tài)差異為陣列數(shù)量非常大、單元具備獨立收發(fā)能力。相當(dāng)于更多天線單元(128 根
5、、256 根或者更多)實現(xiàn)同時收發(fā)數(shù)據(jù)。MassiveMIMO 天線相比于傳統(tǒng)一體化有源天線有如下特性:多波束能力,可通過多用戶空分復(fù)用增益提升網(wǎng)絡(luò)容量(MU-MIMO;,大陣列 Beamforming,通過算法抑制用戶間干擾,大幅提升單用戶 SINR;-3D-beamforming 特性,實現(xiàn)多種場景的覆蓋要求;多通道上行接收,可最大化提升上行接收增益。MassiveMIMO 作為容量提升關(guān)鍵技術(shù)方法,可通過 MU-MIMOO3D-beamforming 實現(xiàn)頻譜效率58 倍的提升;通過用戶級波束、上行 MIMO 攵益以及高階調(diào)制技術(shù)極大提升用戶網(wǎng)絡(luò)體驗;通過 3D-MIMCW 解決弱覆蓋問
6、題。其應(yīng)用場景可針對 TDD 高頻組網(wǎng),應(yīng)用于密集城區(qū)樓宇阻擋導(dǎo)致弱覆蓋場景;可以用于 CBD區(qū)域站址緊張,現(xiàn)有宏小區(qū)的容量需大幅提升場景;還可用于高樓 3D 覆蓋,解決站址及墻體傳輸損耗挑戰(zhàn)。2、天線系統(tǒng)演進對測試的挑戰(zhàn)一體化有源天線對測試的挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的天饋系統(tǒng)的天線與 RRU相互分離,接口為標(biāo)準(zhǔn)化的接口。其各自的性能可以通過獨立測試進行檢驗。而一體化有源天線是天線與 RU 的集成,其之間的連接非標(biāo)準(zhǔn)接口,通過分離式的方式無法整體反映有源天線的射頻指標(biāo)性能和輻射性能。需要考慮一體化的測試方式,即部分傳導(dǎo)指標(biāo)需要考慮空口測試。而空口測試是基于場的方式進行測試, 傳統(tǒng)天線測試是采用單音信號進行相應(yīng)
7、場的幅度和相位的測試,而對于一體化有源天線,其工作模式狀態(tài)下信號可能工作在不同制式, 不同調(diào)制方式以及不同的帶寬。 基于場的測試系統(tǒng)需要支持各種配置場景的業(yè)務(wù)信號的幅度、相位測試。對于一體化有源天線方向圖的測試, 如何選擇方向圖的測試信號也是一體化測試面臨的新問題,需要研究分析及討論定義。MassiveMIMO 天線對測試的挑戰(zhàn)MassiveMIMOK 線系統(tǒng)其射頻部分與天線無法直接區(qū)分,無法進行拆卸進行傳導(dǎo)測試。且MassiveMIMO線存在大量的天線通道,采用傳統(tǒng)的傳導(dǎo)測試幾乎無法進行測試。因此,MassiveMIMO 形態(tài)的有源天線,其射頻指標(biāo)需要通過空口(OTA 進行測試。該測試模式下
8、,射頻指標(biāo)均附帶了輻射方向性。 如何對這些射頻指標(biāo)空口性能進行定義, 并通過什么方式進行測試均是 MassiveMIMCK 線測試面臨巨大挑戰(zhàn)。目前均未有清晰的技術(shù)途徑,3gpp 標(biāo)準(zhǔn)上也在技術(shù)研討中。同時,MassiveMIMCK 線大陣列形態(tài),可實現(xiàn)扇區(qū)更密集劈裂(垂直、水平或二維面混合劈裂等)、同頻多波束覆蓋、3D-beamforming 等特性。這些特性實現(xiàn)對天線波束賦型、干擾抑制以及指向精度要求相比傳統(tǒng)天饋系統(tǒng)要求更高。因此,在天線波束輻射特性趨于復(fù)雜場景下,其輻射性能測試面臨問題同樣復(fù)雜:1、如何準(zhǔn)確評估天線業(yè)務(wù)波束指向準(zhǔn)確性、副瓣、波寬等;2、如何選擇業(yè)務(wù)狀態(tài)下多波束輻射測試場景
9、;3、多波束天線的測試效率問題;4、如何通過輻射特性評估覆蓋性能。針對以上的測試需求建議通過以下研究分析和明確測試要求:1、需要重新評估 MassiveMIMO 天線指標(biāo)要求;2、研究分析覆蓋區(qū)域指標(biāo)要求,定義 3D 輻射指標(biāo)要求;3、在真實業(yè)務(wù)信號下評估多波束輻射性能。此外,MassiveMIMO 天線能很好的解決高頻覆蓋問題,作為 5G 的擴展頻段,提供容量保障。其有幾個關(guān)鍵特征:超高頻、大帶寬、超大陣列。這些關(guān)鍵特征也給測試提出新的述求:高頻天線輻射指標(biāo)的判斷容差如何要求,需要重新分析定義;測試儀器、場地支持大口徑超高頻天線的測試,尤其是輻射特性的測試;測試儀器需要支持超高頻、超寬帶信號
10、的測試。3、天線系統(tǒng)演進對測試指標(biāo)和要求探討從天線的發(fā)展趨勢看, 射頻模塊與天線集成化是技術(shù)發(fā)展趨勢, 并且演進趨勢為多通道的系統(tǒng)集成。因此,有源天線測試指標(biāo)應(yīng)該包含射頻指標(biāo)以及天線相關(guān)輻射指標(biāo)。模塊 RF 指標(biāo)在天線一體化之后,很多都需要重新分析和定義其測試要求。尤其是MassiveMIMCR 線,由于其多通道射頻架構(gòu)、3D-beamforming 特性以及多波束特性,其射頻指標(biāo)的測試要求與容差、空口測試要求和方向圖測試要求均需要重新分析和定義。有源天線的方向圖關(guān)鍵指標(biāo)與射頻關(guān)鍵指標(biāo)如下表所示:從產(chǎn)品形態(tài)、測試準(zhǔn)確性以及簡易性和標(biāo)準(zhǔn)定義來看,一體化有源天線建議輻射指標(biāo)按一體化整機進行測試,其
11、包括傳統(tǒng)天線輻射指標(biāo)以及 3gpp 已經(jīng)定義的 EIRP 和 EIS 指標(biāo);射頻指標(biāo)參照傳導(dǎo)測試方式進行測試。MassiveMIMO 天線輻射指標(biāo)測試可參考一體化有源天線方式進行測試,天線輻射指標(biāo)由于前述其波束的特點,可考慮部分指標(biāo)通過三維進行定義,通過三維方向圖測試以準(zhǔn)確描述波束特性。射頻指標(biāo)也通過空口測試,要求定義和測試方法待進一步研究。4、總結(jié)隨著網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)演進,天線與射頻模塊將深度融合,MassiveMIMOt 源天線將是未來天線的發(fā)展主流。 傳統(tǒng)的測試方式在對有源天線真實輻射性能和射頻指標(biāo)進行測試將會面臨新的挑戰(zhàn),一體化測試和空口測試(OTA 可能成為未來測試的演進方向;相比于傳統(tǒng)天線和射頻測試,面臨測試指標(biāo)以及判斷體系,測試原理和方法、測試平臺等重大挑戰(zhàn),需
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