5G-MIMO-OTA测量技术2

作者：时间：MIMOOTA测试技术张志华2017-10-303目录MIMOOTA的基础知识MIMOOTA的主流测试技术MIMOOTA测试技术详述MIMOOTA测试新技术介绍4MIMO的概念ØMIMO：MultipleInputMultipleOutputØ信号系统发射端和接收端，分别使用了多个发射天线和接收天线，因而该技术被称为多发送天线和多接收天线（简称多入多出）技术，它可看着是分集技术的一种衍生ØMIMO核心优点：增加数据吞吐率5现代通信为什么需要MIMOØ频谱资源严重不足，提高频谱利用率，是当前通信界研究的热点课题之一ØMIMO扩展了一维智能天线技术，具有极高的频谱利用率，能在不增加带宽的情况下成倍提高通信系统的容量，且信道可靠性大为增强Ø通过近几年的持续发展，MIMO技术已经越来越多地应用于各种无线通信系统。包括3GPP、CTIA、IC1004在内的多项国际组织制定MIMO测试标准6MIMO测试的挑战新设计的MIMO天线性能如何？吞吐量如何测试？不同终端性能差异如何对比？如何模拟终端的运动状态？真实场景如何模拟？7不同组织MIMOOTA标准化推进8CTIAMIMOOTA标准及认证进展ØCTIAMIMOOTA测试标准V1.0于2015年8月发布,多探头法是唯一的认证方案Ø2016年CTIA发布v1.1的MIMOOTA测试标准，多探头法仍是唯一的认证方案，同时启动系统认证工作Ø2017年4月1日CTIA正式启动MIMOOTA认证工作Ø目前全球共有三家系统供应商进入了CTIA认证名录Ø中科国技：ü国内唯一获CTIA认证的MIMOOTA系统ü全球第三家获此殊荣的公司ü首家支持KeysightUXM无线综测仪的认证方案9目录MIMOOTA的基础知识MIMOOTA的主流测试技术MIMOOTA测试技术详述MIMOOTA测试新技术介绍10MIMOOTA测试，在实验室模拟真实的信道环境11MIMOOTA的三种测试方法多探头法(MPAC)混响室法(RC+CE)RTS(两步法)12目录MIMOOTA的基础知识MIMOOTA的主流测试技术MIMOOTA测试技术详述MIMOOTA测试新技术介绍13多探头法MIMOOTA测量方案14多探头法—唯一的认证型测量方案Ø依据标准:ü《CTIA_mimo_ota_test_plan_v1_1》ü《YD/T2869.1-2015终端MIMO天线性能要求及测量方法，第一部分LTE终端》ü《3GPPTR37.977》Ø适用范围:LTE、WiFi(802.11n/ac)无线终端。15关键测试仪表信道仿真器—产生Umi/Uma信道模型LTE综测仪—信令连接与测量网络分析仪—系统校准、信道模型验证16MIMOOTA测试环境—测试暗室校准场景：北京中科国技Z9800A暗室内基础测试系统测试场景：北京中科国技Z9800A暗室内基础测试系统17MIMOOTA标准认证测试系统典型框图（Z6000A）LTE综测仪安捷伦网络分析仪Z9904A校准射频信号开关箱AniteFs8*2或FS32信道仿真器Z8132A八通道MIMOOTA功率放大器Z9905A信号调整箱标准型配置增强型配置（可选）Z8132A八通道MIMOOTA功率放大器Z9905A信号调整箱18MIMOOTA测试环境—测试系统Ø测试系统：ü北京中科国技Z6000AMIMOOTA测试系统Ø测试软件：ü北京中科国技Z6000SQuickMIMO测试软件Ø关键测试仪表：üLTE综测仪üAniteF32信道仿真器19中科国技多探头法MIMOOTA系统测试能力Ø测试项目：FDD-LTE与TD-LTE的吞吐量（throughput）测试Ø支持降功率、降信噪比测试Ø支持SCMEUmi与Uma信道模型,还可支持用户自定义信道模型Ø支持TDD、FDD终端类型Ø支持1.4M至20M多种LTE终端带宽配置Ø支持信道模型验证功能及其配套硬件设备Ø双语言设计，支持中文、英文操作20RTS(两步法)MIMOOTA测量方案21两步法（RadiatedTwo-stage）概述Ø第一步：通过OTA方法，获取到终端的天线方向图Ø第二步：将方向图数据导入基带信道仿真器当中并进行测试，考量基带芯片及天线的整体性能。22两步法（RadiatedTwo-stage）概述测试软件（中科国技S6000A）测试仪表（KeysightUXM）23两步法的优势与不足：Ø优势：系统配置简单ü不需要构建多探头系统，可复用传统单探头暗室测量系统ü信道仿真器集成在综测仪当中（KeysightUXM）Ø不足：ü依赖芯片。需要芯片提供测试模式，获取天线方向图ü无法提供手机的测量不确定度指标Ø未来的机遇ü3GPP增加新的指令集，支持二步法的直接上报机制，摆脱对专用APP的要求24两步法与多探头法的理论差异：Ø相似：二者都是将DUT置于模拟的几何信道模型当中，这些信道模型可以是来源于标准模型，也可以是自定义的。Ø差异：ü多探头法：通过构建物理暗室及多探头，用信道仿真器在实际空间中重现信道模型ü两步法：将测得的天线方向图放进基带信道模拟器当中通过软件仿真的方法对DUT施加衰落影响25两步法与多探头法的数据比对：Ø是德实验室数据：最大差异小于1.5dBØ中科国技实验室数据：二者相差优于1.5dB(有限样机）26混响室法MIMOOTA测量方案27混响室法MIMOOTA测试—混响室电磁场的”搅拌”屏蔽室“搅拌器”收发天线电磁场28混响室OTA测量原理介绍OTA测试混响室的典型要素：1全反射屏蔽室2搅拌器（机械搅拌、源搅拌）3测量天线、参考天线4转台5测试用信道模型（选配）Per-SimonKildal提出的OTA混响室原理图29混响室的MIMO应用MIMOOTA-Throughout（吞吐率）特点：1信道模型固定：瑞利衰落2不需要信道仿真器，或选配信道仿真器3体积小巧，测试快速，适合产线和研究阶段30HRT-25A混响室1高屏蔽效能的全反射屏蔽室2两组搅拌器与控制器3转台与控制器4室内置有220V供电5最大支持8天线输入输出（4*4MIMO）图为HRT-25A混响室31三种MIMOOTA测量方案对比32三种方法的优缺点Ø优点ü有清晰的通信信道模型ü有清晰的、可控的信号夹角特征ü有清晰的、可控的功率特征Ø缺点ü价格贵Ø优点ü测试简单ü成本较低Ø缺点ü没有清晰的通信信道模型或信道特征不完善ü没有清晰的、可控的信号夹角特征ü没有清晰的、可控的功率特征Ø优点ü有清晰的通信信道模型ü有清晰的、可控的信号夹角特征ü有清晰的、可控的功率特征ü可模拟多探头测试方法ü成本较低Ø缺点ü需要手机芯片的支持ü手机的测量不确度有待确认混响室法(RC+CE)二步法(Two-Stage)多探头法(AC)33三种测试方法的典型应用多探头法混响室法二步法•最完善的标准认证级测试•测试数据能用于指导通信的算法设计•较好的模拟了多探头法的测试机理•测试结果的判断可参照采用多探头法的极限值•简便、易操作，适合批量测试•快速判定被测件是否与“金机”一致34目录MIMOOTA的基础知识MIMOOTA的主流测试技术MIMOOTA测试技术详述MIMOOTA测试新技术介绍力354*4MIMOOTAØ终端同时使用2个或4个天线和基站保持连接Ø理论上可以达到下载600Mbps(LTECat.12)，上传150Mbps(LTECat.13)的速度。36测试数据ØMCS=25,4x4理论最大值207.1Mbps，实际测试数据如下图37载波聚合MIMOOTAØE7515AUXM支持双小区，单台支持4载波聚合。ØAniteF32信道仿真器配备两个本振，最大32个物理通道。一组本振加16个通道用以模拟CellA经历的信道场景，另一组本振加16个通道模拟CellB的信道场景。382CC载波聚合测试示例Ø20M+10M配置üCell1作为PCell，频点为1852.5MHz，带宽为20MHz；üCell2作为SCell，频点为1838.1MHz，带宽为10MHz。ü载波聚合之后，理论最大吞吐量为两个小区之和，即üTotalTHP=59.14+29.55=88.69（Mbps）39Wi-FiMIMOOTAü支持AP、Station两种测试模式ü支持TGn信道模型ü解决了测试系统落后产业发展的状况ü系统集成度高，稳定度强40WiFiMIMOOTAØMCS不同，终端的测试表现41Ø目的：测试终端在IP层的接收吞吐量Ø系统配置：与物理层系统配置相同，综测仪需支持IP数据功能Ø其它要求：被测物上需安装打流软件，用于建立IP层链接IPthroughput性能测试42MIMOOTAmini测试系统Ø中科国技专利的紧凑型暗室，尺寸缩小为1.95*1.7*0.91米Ø支持先进的信道仿真模型（中科独有）Ø与认证型方案数据一致性在1.5dB之内Ø优势：Ø提升测试速度Ø信道仿真器通道数较标准配置减少50%Ø减少功放数量及其他成本投入43MIMOOTAmini测试系统（续）44中科MIMOOTA的优势Ø拥有国内第一个具有MIMOOTA开发能力的开发团队，参加了CTIA历时三年的标准验证工作，对技术的理解深刻Ø拥有完整的MIMOOTA验证能力(Validation)，最早在国内提供了MIMOOTA验证服务。2012年、2013年为ABP提供了验证服务，2013年为某外企提供了MIMOOTA验证(Validation)服务（见CTIAContributionNo:MOSG140108）Ø最早实现全自动MIMOOTA的校准、验证、测试能力的企业之一Ø强有力的本地服务与支持，快速有效45中科MIMOOTA的优势（续）Ø性价比最高的多探头MIMOOTA测试方案Ø维护费用最低的多探头MIMOOTA测试方案ü系统校准费用最低ü系统验证费用最低Ø最低的年度服务包，确保测试系统高效、准确的运行注：用户应将三年的维护费用考虑到总预算中46总结p5G时代非一种测试系统能够完全覆盖所有测试项目终端OTA测试系统基站OTA测试系统单探头SISOOTA系统紧缩场测试系统多探头SISOOTA系统平面近场扫描测试系统混响室OTA测试系统MassiveMIMO系统多探头MIMOOTA系统极近场扫描系统(RFX)极近场扫描系统(RFX)47问题与建议？48TD-LTEMIMOOTA性能分析(2015年5月CCSA会议发表的测试数据)测试条件通信制式：TD-LTE信道模型：Umi测试频段：B38摆放姿势：竖放摆放角度：45度05101520253035-90-91-92-93-94-95-96-97-98-99-100-101-102-103-104-105-106-107iphone6ABCDEFGH90%值（26.6M/bps）70%值（20.7M/bps）RS-EPRE，dBm/15kHzThroughput,M/bps终端竖放，45度倾角