Massive MIMO测试技术讲解分析

1、引言

Massive MIMO（大规模天线）技术是4.5G/5G的关键技术之一，全球通信业者对Massive MIMO技术都非常关注。中国移动和日本软银已经开展了TD-LTE Massive MIMO技术。中国联通、中国电信、Telkomsel等运营商完成了FDD Massive MIMO外场测试。我国5G第一阶段试验中Massive MIMO被作为关键技术，且有华为、中兴、爱立信等5家厂商参与试验。3GPP从R13版本开始已经将支持Massive MIMO作为重要特性之一。

Massive MIMO技术，在基站收发信机上使用大数量（如64/128/256等）的阵列天线实现了更大的无线数据流量和连接可靠性。相比于以前的单/双极化天线及4/8通道天线，大规模天线技术能够通过不同的维度（空域、时域、频域、极化域等）提升频谱和能量的利用效率；3D赋形和信道预估技术可以自适应地调整各天线阵子的相位和功率，显著提高系统的波束指向准确性，将信号强度集中于特定指向区域和特定用户群，在增强用户信号的同时可以显著降低小区内自干扰、邻区干扰，是提升用户信号载干比的绝佳技术。

如何评价Massive MIMO技术，采用什么样的测试指标和测试方法，怎样公平且高效的衡量Massive MIMO技术？这也是当前通信科技业者十分关心问题。

2、Massive MIMO系统架构

支持Massive MIMO的有源天线基站架构以三个主要功能模块为代表：射频收发单元阵列，射频分配网络和多天线阵列。

射频收发单元阵列包含多个发射单元和接收单元。发射单元获得基带输入并提供射频发送输出，射频发送输出将通过射频分配网络分配到天线阵列，接收单元执行与发射单元操作相反的工作。RDN将输出信号分配到相应天线路径和天线单元，并将天线的输入信号分配到相反的方向。

RDN可包括在发射单元（或接收单元）和无源天线阵列之间简单的一对一的映射。在这种情况下，射频分配网络将是一个逻辑实体但未必是一个物理实体。

天线阵列可包括各种实现和配置，如极化、空间分离等。

射频收发单元阵列、射频分配网络和天线阵列的物理位置有可能不同于下图逻辑表示，取决于实现。

图1 支持MassiveMIMO的有源天线基站架构

3、Massive MIMO测试技术

3.1 天线系统的演进对测试技术的挑战

随着天线系统向现代化的发展，尤其是5G的演进，一体化的基站有源天线系统（AAS）形态逐渐成为主流，通道数越来越多，有源天线连接方式也会简化，RU和天线高度集成，射频指标不再局限于传统的RU传导测试，OTA测试将成为未来测试演进的方向，同时也将带来极大的测试挑战。

表1 天线系统的演进对测试技术的挑战

3.2 测试信号调制化

图2 测试信号调制

有源天线工作在各种业务载波状态下实现网络覆盖，为真实测试有源天线性能，测试系统需要具备以下测试能力：

1、测试系统需求支持业务信号的幅度、相位测试。尤其是存在的大带宽信号测试；

2、方向图测试信号模式需要讨论定义。

3.3 天线波束多样化

图3 Massive MIMO天线网络覆盖示意图

在天线波束辐射特性趋于复杂场景下：

1：如何准确评估天线业务波束指向准确性、副瓣、波瓣宽度等；

2：如何选择多波束的测试场景；

3：多波束天线的测试效率问题；

4：对于多波束如何通过二维的辐射特性，评估覆盖性能。

测试建议：

1：需要评估在两个主面下，有源天线尤其是Massive MIMO天线指标要求；需要研究定义3D辐射指标要求；

2：在真实业务信号下评估多波束辐射性能，建立测试Case集。

3.4 通信天线频段高频化

高频（毫米波）覆盖一直属于业界难题，而Massive MIMO能很好解决该问题。其作为5G的扩展频段，提供容量保障。