無線信道模型在5G端到端性能測試中的分析及應用

摘 要：隨著5G通信技術的快速發展，人們對通信質量的要求越來越高。為了逼近真實應用場景，我們通過信道模擬器搭建端到端性能測試系統，對基站的性能進行測試驗證，還原不同場景情況下基站吞吐量的變化，從而驗證不同信道模型對基站性能的影響。

關鍵詞：5G;信道模型;端到端性能;吞吐量

1? 引言

信號在傳輸過程中，受到空間影響，信號質量變差。為了研究影響信號傳輸質量的因素，信道建模理論與技術得到了廣泛的研究。為了方便進行研究驗證，在實驗室環境下，可以通過信道模擬器進行信道環境的模擬，還原真實環境對信號的影響。

2? 5G信道模型

無線信道是影響傳輸性能的重要因素。相比于4G信道模型，5G模型更加復雜。5G信道模型引入了一系列新特性，包括空間一致性、阻塞、氣體吸收、地面反射和稀疏性等[1]。

在3GPP協議中定義的典型5G信道模型，包括CDL（Clustered Delay Line，集群延遲線）模型和TDL（Tapped Delay Line，抽頭延遲線）模型等。相對于TDL模型，CDL模型添加了方向相關的參數，能夠更好的表征空間相關性。我們在研究端到端性能的時候，CDL模型能夠更好地還原真實空間的情況，因此我們選擇CDL模型進行5G端到端性能的測試驗證。

3? 基于信道模擬器的端到端性能測試系統

5G性能測試中的“性能”通常包括吞吐量、時延、UE移動性能等，性能測試應該在包含信道和天線的無線環境下進行，才更逼近真實的使用場景。基于信道模擬器的實驗室測試可以仿真真實環境，精確設置信道參數，加載標準信道模型，應用范圍更廣[2]。為了精準的實現5G基站的端到端性能測試系統的構建，信道建模尤為重要。在實驗室的條件下，通過信道模擬器進行信道模型的模擬，可以實現不同信道環境下的性能測試。該系統主要由基站，終端，信道模擬器和變頻功放器等組成，系統示意圖如下：

為了進行對比，我們選擇3GPP中規定的視距（LOS）和非視距（NLOS）信道模型進行對比測試，選取NLOS中的CDL-B信道模型和LOS中的CDL-D兩種模型，分別驗證有直射徑和沒有直射徑的條件下，基站的吞吐量性能變化。同時為了驗證運動速度對性能的影響，添加運動速度分別為3km/h，30km/h和120km/h的情況進行測試。隨著參考信號接收功率（RSRP）的變化，吞吐量發生相應的變化，具體變化如下圖：

從測試結果可以看到，在LOS信道下，相對于NLOS信道，吞吐量峰值有了大約15%的提升。由此可見，有直射徑相比沒有直射徑的場景下，性能更好。而在不同的運動速度下，吞吐量有一定差異，相對于LOS信道，NLOS信道的差異更大，但是整體差異最大在10%左右，由此可見，多普勒變化對性能有一定影響，但是影響不大。

4? 結束語

5G信道模型在不同場景下有不同的應用。針對5G端到端性能測試的情景，我們采用信道模擬器搭建測試環境，進行基站端到端性能測試驗證。通過信道模擬器的信道仿真功能，我們模擬了真實環境下信號傳輸的過程，通過吞吐量可以直觀地看到基站的性能在不同信道環境下的變化，讓我們對信道模型有了更直觀的認識，為我們研究信號傳輸提供幫助。

參考文獻：

[1] 張建華， 唐 盼 ，姜 濤， 張 健， 張 振.? 5G信道建模研究的進展與展望

[2] JiangZhengbo， GuoChong， HongWei.Research and Progress in 5G? Millimeter Wave Testing：an Overview.

作者簡介：

張鄭洪，1993年12月8日，男，漢族，籍貫：重慶市，本科，工程師，從事移動通信測試研究相關 工作