孫博 周?？?張良

摘要：5G網(wǎng)絡(luò)中MIMO（多輸入多輸出）和Beamforming（波束成形）是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速率傳輸?shù)年P(guān)鍵，這里面多通道數(shù)字基帶信號產(chǎn)生和相位調(diào)節(jié)非常關(guān)鍵，為了解決傳統(tǒng)模擬移相器需要外接器件和精度不高的問題，提出了一種利用多基帶信號生成，在基帶信號通過添加可變延時(shí)的方法實(shí)現(xiàn)相位的偏移。通過5225D多通道綜測儀和3672矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行了算法的精度驗(yàn)證，該方法具有相位偏移精度高、成本低、控制簡單等特點(diǎn)，可用于5G測試中MIMO測試驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：5G;MIMO;Beamforming;數(shù)字移相;基帶。

0 引言

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)以十年一代的更新速度不斷改變我們的生活方式，2019年中國正式實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的商用，5G相較于4G帶來數(shù)十倍的傳輸速率提升，更低的傳輸時(shí)延，更多的連接數(shù)目，實(shí)現(xiàn)萬物的互聯(lián)。為了實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率，一方面是提高通信的傳輸帶寬，另一方面是通過波束成形來將多天線的能量向用戶集中，這就需要對5G基站的天線進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過改變天線發(fā)送單元的角度來實(shí)現(xiàn)在特定位置區(qū)域的信號的增強(qiáng)，這就需要高精度的數(shù)字移相技術(shù)。

最早的移相是通過移相器來改變輸出信號的相位，這種方式需要添加額外的控制電路，并且只能對模擬信號進(jìn)行移相，精度和工作頻率都比較有限，多用在大型的相控陣?yán)走_(dá)、衛(wèi)星天線等上面，后面隨著電子技術(shù)的發(fā)展多采用數(shù)字移相方式，工作原理是先將模擬信號或者移相角轉(zhuǎn)變?yōu)閷?yīng)的數(shù)字，通過電子轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行對應(yīng)的角度偏移或者時(shí)間延遲在將得到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，這種移相方式雖然具有較高的可實(shí)現(xiàn)性，但是輸出信號的頻率分辨率不高，無法實(shí)現(xiàn)高頻率下的相位角度偏移。

結(jié)合移動(dòng)通信和數(shù)字基帶技術(shù)，提出一種利用矢量調(diào)制技術(shù)在數(shù)字基帶上面對信號添加固定延時(shí)的算法實(shí)現(xiàn)相位的固定偏移，并通過在多通道綜測儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測試，驗(yàn)證了方法的功能和精度。

1 數(shù)字基帶延時(shí)移相方法

在進(jìn)行數(shù)字信號生成中，矢量調(diào)制信號分為I路、Q路，常見的調(diào)制方式有QPSK、QAM等，信號中就含有載波相位信息，因此 在信號生成過程中設(shè)置信號的頻率、采樣率、相位信息既可以得到對應(yīng)頻率、相位角度的信號，這個(gè)信號作為基信號，通過計(jì)算得到，待偏移信號與基信號偏移角度對應(yīng)的延時(shí)，在基帶信號添加上這個(gè)延時(shí)即可得到對應(yīng)相位偏移的信號，實(shí)現(xiàn)步驟如下：

設(shè)置初始基帶信號載頻fc、采樣率fs，t為插值得到的階乘次數(shù)，為了保證相位的偏移精度，fs為360倍的fc

生成初始基帶信號，偏移角度為0

計(jì)算角度對應(yīng)的延時(shí)，偏移角度為x的情況下延時(shí)dt =（x/360*2*pi）/（2*pi*fc）*fs;

生成偏移信號，對應(yīng)的Q路信號為cos（2*pi*fc*（t-dt）/fs），對應(yīng)的I路信號為1i*sin（2*pi*fc*（t-dt）/fs），從而得到偏移角度x的I、Q兩路信號，相較于原始的基帶信號偏轉(zhuǎn)角度為x.

2 仿真與實(shí)現(xiàn)

通過將數(shù)字?jǐn)?shù)字基帶延時(shí)移相方法利用Matlab實(shí)現(xiàn)，從而得到同一頻率下不同角度的波形文件，將波形文件導(dǎo)入到5252D 多通道綜測儀進(jìn)行2個(gè)通道的信號同時(shí)發(fā)出，通過3672矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀計(jì)算2個(gè)通道的相位，操作步驟如下：

將5252D多通道綜測儀的2路輸出連接至3672B矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的R1輸入和端口1;選擇矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的相位測試功能，校準(zhǔn)矢網(wǎng)，設(shè)置5252D 多通道綜測儀頻率為1GHz，功率-10dBm，通道1、通道2均輸出基帶相位0度調(diào)制數(shù)據(jù)，利用矢網(wǎng)進(jìn)行歸一化后得到相位數(shù)據(jù)，記錄;將5252D多通道綜測儀的通道2進(jìn)行相位偏轉(zhuǎn)，分別偏轉(zhuǎn)1度、2度、5度直到180度，進(jìn)行結(jié)果統(tǒng)計(jì)，將測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下表：

3 結(jié)束語

在數(shù)字移相和數(shù)字基帶調(diào)制的基礎(chǔ)上，針對矢量調(diào)制信號本身帶有一定的相位信息實(shí)現(xiàn)了一種數(shù)字基帶移相方法，克服了傳統(tǒng)移相器或數(shù)字電路的移相精度、頻率限制，實(shí)現(xiàn)了高頻率的信號移相，并通過用5252D 多通道綜測儀和3672矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀驗(yàn)證了通過數(shù)字基帶延時(shí)移相方法生成的信號的相位的準(zhǔn)確性，該方法具有移相頻率高、操作簡單、不需外加電路等特點(diǎn)，對5G網(wǎng)絡(luò)中MIMO和Beamforming實(shí)現(xiàn)有重要意義。

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作者簡介：孫博，1990年6月生，男，漢族，河南省駐馬店人，碩士研究生學(xué)歷，助理工程師，現(xiàn)主要從事5G 通信測試儀表研發(fā)工作

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