基于數字基帶延時的多通道移相算法實現

孫博 周保奎 張良

摘要：5G網絡中MIMO（多輸入多輸出）和Beamforming（波束成形）是實現數據高速率傳輸的關鍵，這里面多通道數字基帶信號產生和相位調節非常關鍵，為了解決傳統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的方法實現相位的偏移。通過5225D多通道綜測儀和3672矢量網絡分析儀進行了算法的精度驗證，該方法具有相位偏移精度高、成本低、控制簡單等特點，可用于5G測試中MIMO測試驗證。

關鍵詞：5G;MIMO;Beamforming;數字移相;基帶。

0 引言

移動通信網絡以十年一代的更新速度不斷改變我們的生活方式，2019年中國正式實現5G網絡的商用，5G相較于4G帶來數十倍的傳輸速率提升，更低的傳輸時延，更多的連接數目，實現萬物的互聯。為了實現更高的傳輸速率，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基站的天線進行動態調整，通過改變天線發送單元的角度來實現在特定位置區域的信號的增強，這就需要高精度的數字移相技術。

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行移相，精度和工作頻率都比較有限，多用在大型的相控陣雷達、衛星天線等上面，后面隨著電子技術的發展多采用數字移相方式，工作原理是先將模擬信號或者移相角轉變為對應的數字，通過電子轉換方式進行對應的角度偏移或者時間延遲在將得到的數字信號轉化為模擬信號，這種移相方式雖然具有較高的可實現性，但是輸出信號的頻率分辨率不高，無法實現高頻率下的相位角度偏移。

結合移動通信和數字基帶技術，提出一種利用矢量調制技術在數字基帶上面對信號添加固定延時的算法實現相位的固定偏移，并通過在多通道綜測儀和矢量網絡分析儀進行測試，驗證了方法的功能和精度。

1 數字基帶延時移相方法

在進行數字信號生成中，矢量調制信號分為I路、Q路，常見的調制方式有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置信號的頻率、采樣率、相位信息既可以得到對應頻率、相位角度的信號，這個信號作為基信號，通過計算得到，待偏移信號與基信號偏移角度對應的延時，在基帶信號添加上這個延時即可得到對應相位偏移的信號，實現步驟如下：

設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，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

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

生成偏移信號，對應的Q路信號為cos（2*pi*fc*（t-dt）/fs），對應的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角度為x.

2 仿真與實現

通過將數字數字基帶延時移相方法利用Matlab實現，從而得到同一頻率下不同角度的波形文件，將波形文件導入到5252D 多通道綜測儀進行2個通道的信號同時發出，通過3672矢量網絡分析儀計算2個通道的相位，操作步驟如下：

將5252D多通道綜測儀的2路輸出連接至3672B矢量網絡分析儀的R1輸入和端口1;選擇矢量網絡分析儀的相位測試功能，校準矢網，設置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度調制數據，利用矢網進行歸一化后得到相位數據，記錄;將5252D多通道綜測儀的通道2進行相位偏轉，分別偏轉1度、2度、5度直到180度，進行結果統計，將測試數據統計如下表：

3 結束語

在數字移相和數字基帶調制的基礎上，針對矢量調制信號本身帶有一定的相位信息實現了一種數字基帶移相方法，克服了傳統移相器或數字電路的移相精度、頻率限制，實現了高頻率的信號移相，并通過用5252D 多通道綜測儀和3672矢量網絡分析儀驗證了通過數字基帶延時移相方法生成的信號的相位的準確性，該方法具有移相頻率高、操作簡單、不需外加電路等特點，對5G網絡中MIMO和Beamforming實現有重要意義。

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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，碩士研究生學歷，助理工程師，現主要從事5G 通信測試儀表研發工作

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