无线信道模型在5G端到端性能测试中的分析及应用

摘 要：随着5G通信技术的快速发展，人们对通信质量的要求越来越高。为了逼近真实应用场景，我们通过信道模拟器搭建端到端性能测试系统，对基站的性能进行测试验证，还原不同场景情况下基站吞吐量的变化，从而验证不同信道模型对基站性能的影响。

关键词：5G;信道模型;端到端性能;吞吐量

1  引言

信号在传输过程中，受到空间影响，信号质量变差。为了研究影响信号传输质量的因素，信道建模理论与技术得到了广泛的研究。为了方便进行研究验证，在实验室环境下，可以通过信道模拟器进行信道环境的模拟，还原真实环境对信号的影响。

2  5G信道模型

无线信道是影响传输性能的重要因素。相比于4G信道模型，5G模型更加复杂。5G信道模型引入了一系列新特性，包括空间一致性、阻塞、气体吸收、地面反射和稀疏性等[1]。

在3GPP协议中定义的典型5G信道模型，包括CDL（Clustered Delay Line，集群延迟线）模型和TDL（Tapped Delay Line，抽头延迟线）模型等。相对于TDL模型，CDL模型添加了方向相关的参数，能够更好的表征空间相关性。我们在研究端到端性能的时候，CDL模型能够更好地还原真实空间的情况，因此我们选择CDL模型进行5G端到端性能的测试验证。

3  基于信道模拟器的端到端性能测试系统

5G性能测试中的“性能”通常包括吞吐量、时延、UE移动性能等，性能测试应该在包含信道和天线的无线环境下进行，才更逼近真实的使用场景。基于信道模拟器的实验室测试可以仿真真实环境，精确设置信道参数，加载标准信道模型，应用范围更广[2]。为了精准的实现5G基站的端到端性能测试系统的构建，信道建模尤为重要。在实验室的条件下，通过信道模拟器进行信道模型的模拟，可以实现不同信道环境下的性能测试。该系统主要由基站，终端，信道模拟器和变频功放器等组成，系统示意图如下：

为了进行对比，我们选择3GPP中规定的视距（LOS）和非视距（NLOS）信道模型进行对比测试，选取NLOS中的CDL-B信道模型和LOS中的CDL-D两种模型，分别验证有直射径和没有直射径的条件下，基站的吞吐量性能变化。同时为了验证运动速度对性能的影响，添加运动速度分别为3km/h，30km/h和120km/h的情况进行测试。随着参考信号接收功率（RSRP）的变化，吞吐量发生相应的变化，具体变化如下图：

从测试结果可以看到，在LOS信道下，相对于NLOS信道，吞吐量峰值有了大约15%的提升。由此可见，有直射径相比没有直射径的场景下，性能更好。而在不同的运动速度下，吞吐量有一定差异，相对于LOS信道，NLOS信道的差异更大，但是整体差异最大在10%左右，由此可见，多普勒变化对性能有一定影响，但是影响不大。

4  结束语

5G信道模型在不同场景下有不同的应用。针对5G端到端性能测试的情景，我们采用信道模拟器搭建测试环境，进行基站端到端性能测试验证。通过信道模拟器的信道仿真功能，我们模拟了真实环境下信号传输的过程，通过吞吐量可以直观地看到基站的性能在不同信道环境下的变化，让我们对信道模型有了更直观的认识，为我们研究信号传输提供帮助。

参考文献：

[1] 张建华， 唐 盼 ，姜 濤， 张 健， 张 振.  5G信道建模研究的进展与展望

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

作者简介：

张郑洪，1993年12月8日，男，汉族，籍贯：重庆市，本科，工程师，从事移动通信测试研究相关 工作