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罗德与施瓦茨6G预研解决方案
作者:管理员    来源:上海信尔立测试设备有限公司
摘要:智能超表面具有低成本、低能耗、可编程、易部署等特点,通过构建智能可控无线环境,有望给6G带来一种全新的通信网络范式。

近年来,智能超表面(RIS)因其能够灵活操控信道环境中的电磁特性,一出现就吸引了业界的广泛关注。RIS通常由大量精心设计的电磁单元排列组成,通过给电磁单元上的可调元件施加控制信号,可以动态地控制这些电磁单元的 电磁性质,进而实现以可编程的方式对空间电磁波进行主动 智能调控,形成幅度、相位、极化和频率可控制的电磁场。作为超材料的二维实现,RIS天然具有低成本、低复杂度和 易部署的特性,可以应对未来无线网络面临的需求与挑战。RIS的引入使得无线传播环境从被动适应变为主动可控,有助于构建一个人为可控的智能无线环境。RIS可以通过编程的方式对空间电磁波的相位进行调控,将信号反射到盲区,进而增强覆盖和提升用户体验。其具有低成本、低能耗、易部署等特点,在6G研究中受到广泛关注,属于热门候选技术。测试中需要评估Sub-6GHz RIS和毫米波RIS在办公环境、暗室、外场等不同场景下的部署效果以及性能,测试条件涵盖有无RIS部署、不同的入射角和反射角、不同的部署距离等,不同的性能指标参数主要有RSRP、吞吐量等。


RIS验证环境分为室内测试和室外测试,室内测试主要包括RIS被测件以及测试仪表。测试仪表包括用于发送不同频段标准5G参考测试信号的微波矢量信号源;用于测量RSRP等参数的扫频仪。通过改变测试条件,验证RIS超表面在不同条件下的性能指标是否符合设计预期。室外测试采用了真实的网络环境,可以是Sub-6G或者毫米波网络。使用路测终端、扫频仪测试RSRP以及吞吐量等指标,验证在真实网络环境下RIS是否可以解决盲点覆盖等问题。

除此之外,还验证了RIS超表面在暗室环境下的性能,使用微波矢量网络分析仪以及微波频谱仪测试天线方向图以及邻道抑制比(ACLR)等指标。总结来说,RIS,这项旨在重塑无线传播环境的创新技术,未来必将成为移动通信领域的重大突破。


在6G标准制定前,基站和终端芯片厂商都在研究自定义的5G新波形和多址方案,由于这一类的研究活动保密性较强,很少有公开文档来描述信号详细特征,并且过程中参数随时可能变化,具有很大的不确定性。这就要求信号源和频谱仪能够支持自定义的OFDM信号产生和分析,并且能够灵活地适配各种OFDM参数设置。另外考虑到本地振荡器相位噪声随载波频率而增加,如现在5G毫米波常见工作频率是26/28 GHz,如果B5G/6G工作频段是110~170 GHz这一段,这会带来相噪恶化12~16 dB,再假如是更高的300 GHz频段,那么相噪影响会更加严重。解决方案是设置比目前120/240 kHz更大的的子载波间隔,例如960 kHz或者甚至3.84 MHz。因此需要分析软件能支持自定义子载波间隔、循环前缀长度、帧结构、参数集、调制方式、以及CP-OFDM和SC-FDMA选择等,并提供Matlab例程用于解调配置文件编辑。并且,软件能显示被测信号在时频域的资源分布,占用的子载波和时域符号,并且以不同颜色区分不同信号类型以及帧结构解析示意图。


信号源侧要求软件能提供自定义OFDM信号生成能力,各种常用参数都可自定义设置,如模拟更大的960 kHz子载波间隔和512点FFT的场景。另外,为了方便对生成的信号进行解调分析,信号源在产生1Q信号的同时额外生成对应的配置文件,能够允许该文件可直接导入分析软件进行解调。


根据GSMA 2020报告,eMTC/NB-IoT等窄带物联网技术的商业部署在全球范围内取得了成功,满足了用户对物联网设备低成本、低功耗、宽覆盖等方面的需求。但是随着社会的进一步发展,可以预见6G时代将会出现新的应用场景,例如进一步减少货物跟踪标签大小,成本要求从几美金进一步降低到几美分,进一步降低维护或者更换电池的要求(在一些极端场景下)。这就要求对物联网设备做进一步的改进和创新。在这个基础上,3GPP开始讨论零功耗物联网(ZP-IoT)技术,满足大家对于新场景的需求。根据OPPO发布的白皮书,ZP-IoT技术可以实现利用周边的能量源采集能量,然后转换成驱动电路的直流。由于ZP-IOT设备在协议、功能方面做了很大的简化,也不需要电池进行供电,其成本和尺寸可以极大地降低,并且维护成本也大大降低。


针对ZP-IoT的技术挑战,目前研究比较多的是能量源(例如基站)的信号设计,ZP-IoT设备的能量转换效率,上行传输技术,终端设备的功耗测量等。针对这些技术挑战,目前可以利用R&S的信号源和频谱仪/示波器检测上行传输的效果。对于功耗的测量,可以利用R&S高灵敏度的功率探头(可以实现纳瓦甚至皮瓦级别的测量),对ZP-IoT的设备(微瓦级别)功耗进行测量。

云化、软件化、智能化和接口开放是未来无线网络的发展趋势,6G也不例外,可以预见6G的无线网络也将具备这些特征。在OPEN RAN技术的发展中,O-RAN联盟在前传接口标准化/智能化方面发展飞速,在业内具有广泛的影响力和市场前景。针对这样的发展趋势,R&S跟合作伙伴一起开发了针对O-RAN网络的完整测试方案,可以对其中的RRU、CU/DU、RIC甚至核心网进行测试。在此方案中,R&S提供了信号源和频谱器,对信号的产生和分析进行了相关的处理。

除了上述技术外,R&S也在探索其它6G技术的测试方案,例如XR、全双工、轨道角动量、不同6G技术的融合(RIS+通感一体,Al+通感一体)、综合的暗室方案(支撑多个6G技术的OTA测试)等,为6G技术的发展保驾护航,提供必要的技术保障。


6G将以可持续发展的方式延伸移动通信能力边界,创新构建"超级无线宽带、极其可靠通信、超大规模连接、普惠智能服务、通信感知融合”五大典型应用场景,全面引领经济社会数字化智能化绿色化转型。针对支撑这些场景应用的6G技术和相关的挑战,R&S提供了各种测试和测量方案,保证6G技术在前期预研阶段以高质量、高效率的形式发展。

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