基于數(shù)字基帶延時的多通道移相算法實現(xiàn)

孫博 周保奎 張良

摘要：5G網(wǎng)絡中MIMO（多輸入多輸出）和Beamforming（波束成形）是實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速率傳輸?shù)年P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的方法實現(xiàn)相位的偏移。通過5225D多通道綜測儀和3672矢量網(wǎng)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(shù)字移相;基帶。

0 引言

移動通信網(wǎng)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(xiàn)5G網(wǎng)絡的商用，5G相較于4G帶來數(shù)十倍的傳輸速率提升，更低的傳輸時延，更多的連接數(shù)目，實現(xiàn)萬物的互聯(lián)。為了實現(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基站的天線進行動態(tài)調(diào)整，通過改變天線發(fā)送單元的角度來實現(xiàn)在特定位置區(qū)域的信號的增強，這就需要高精度的數(shù)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(wèi)星天線等上面，后面隨著電子技術的發(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變?yōu)閷臄?shù)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(shù)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(xiàn)性，但是輸出信號的頻率分辨率不高，無法實現(xiàn)高頻率下的相位角度偏移。

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

1 數(shù)字基帶延時移相方法

在進行數(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(xiàn)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(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(xiàn)

通過將數(shù)字數(shù)字基帶延時移相方法利用Matlab實現(xiàn)，從而得到同一頻率下不同角度的波形文件，將波形文件導入到5252D 多通道綜測儀進行2個通道的信號同時發(fā)出，通過3672矢量網(wǎng)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(wǎng)絡分析儀的R1輸入和端口1;選擇矢量網(wǎng)絡分析儀的相位測試功能，校準矢網(wǎng)，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(diào)制數(shù)據(jù)，利用矢網(wǎng)進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進行相位偏轉，分別偏轉1度、2度、5度直到180度，進行結果統(tǒng)計，將測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下表：

3 結束語

在數(shù)字移相和數(shù)字基帶調(diào)制的基礎上，針對矢量調(diào)制信號本身帶有一定的相位信息實現(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)絡分析儀驗證了通過數(shù)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(wǎng)絡中MIMO和Beamforming實現(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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