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[分享] RIS 测试与验证

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发表于 2024-1-29 08:46:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
RIS 多角度射频测试
RIS 的 RF 参数需要在 OTA 暗室中进行测试,以获得高精度的 RF 测试结果。考虑到RF 参数会受到 RIS 入射/反射角度关系的影响,因此需要测试不同入射/反射角度组合下的RF 参数,如图所示。虽然在角度关系方面有许多入射/反射的组合,但是对于技术验证而言,通常只需要一些典型的入射/出射角度组合,例如入射/出射角度关系 30º,60º,90º 和 120º。

暗室测试配置

暗室测试配置


RIS 阵面 RCS 特性测量
为了更好地了解对包含 RIS 的场景进行信道建模和仿真,需要对 RIS 材料的 RCS(雷达散射截面,Radar Cross-Section)特性进行测量。双基 RCS 测量系统可以用来对 RIS 材料的RCS 特效进行测量,如图所示。双基 RCS 测量系统包括网络分析仪和双轴旋转平台,其中网络分析仪进行 S 参数测量,旋转平台有两个共轴的旋转摇臂,摇臂上分别放置发射和接收天线并且连接网络分析仪的两个端口,待测的 RIS 材料固定在转台中心。在 RIS 材料 RCS 测量中,固定发射天线的位置,然后旋转接收天线,对每个接收天线的位置测量 S21参数,从而得到某一入射角度的 RIS 材料 RCS 特性。

双基 RCS 测量系统原理图

双基 RCS 测量系统原理图

RIS 场景无线信道测量
为了了解 RIS 的无线信道特性,需要相应的测量系统来进行信道测量。

信道测量系统示意图

信道测量系统示意图

信道测量系统的简化示意图如图所示。典型的信道测量系统由发射机与接收机构成,发射机发射预定义的测量波形作为输入信号激励无线通道,输入信号通过无线信道传播到达接收机,通过从接收信号中提取信道冲激响应来获得无线信道特性。在利用 RIS 辅助增强覆盖的典型场景中,RIS 作为无源反射设备部署在无线环境中,发射信号的传播将受到 RIS反射的影响。一方面,我们可以将 RIS 场景的无线信道视为一个整体,对包含 RIS 的信道进行端到端信道测量;另一方面,RIS 场景的无线信道可分割为从基站到 RIS 的信道和 RIS到终端的信道,从而分别测量。
在增强覆盖的场景中使用 RIS 作为无源反射器或透镜时,通常需要较大的 RIS 尺寸,例如几米。考虑到 RIS 与终端之间的距离不太远,其距离可能并不总是满足 RIS 阵列的远场距离条件。例如,一个 2 米乘 2 米大小的 RIS,工作频率为 3GHz,远场距离约为 160 米,在此距离内的终端处在 RIS 阵列的近场区域。因此,需要考虑近场信道的测量和建模的问题。RIS 阵列不同阵元的通道特性可能不一致(例如,各个 RIS 阵元的到达角/出射角和中心位置),应该对 RIS 阵列不同位置进行信道测量。无线信道特性既可以在时域测量,也可以在频域测量,因此出现了时域探测技术和频域探测技术两种信道探测方法。频域和时域信道测量技术均能满足 RIS 场景信道测量的频率范围和带宽要求,同时测量的动态范围(与测量距离有关)也能够保证。
RIS 场景信道测量的信道测量系统的主要考虑因素是多普勒频率的要求。无论是室外或室外到室内的高达 833Hz 多普勒频移的场景,还是室内场景(140Hz),只有宽带相关方法才能满足 CIR 捕获速度(大于最大多普勒频移的两倍,即室外和室外到室内约 1.7kHz,室内约 280Hz)。另一个需要考虑的因素是角度测量,即 RIS 场景信道的 AoA(到达角)和 AoD(离开角)。SISO信道测量系统通常使用RDA(旋转定向天线)方法或虚拟阵列方法进行角度测量,由于测试过程中的机械运动使得测量速度非常慢;MIMO 信道测深系统采用阵列天线,通过角度估计算法提取 AoA 和 AoD,可在高速测量前提下获得准确的 AoA/AoD。考虑到多普勒频率要求,应采用 MIMO 信道测量体系结构进行 RIS 场景的信道测量。RIS 场景信道测量的典型信道测量系统示意图如图所示。

RIS 场景信道测量系统框图(端到端信道测量)

RIS 场景信道测量系统框图(端到端信道测量)

基站到 RIS 信道和 RIS 到终端信道的信道测量也可以使用上述信道测量系统进行测试。考虑到 RIS 到终端的近场信道测量需求,需要在 RIS 阵列不同位置放置测量天线阵列进行多次测量,从而捕获和提取不同 RIS 子阵列到终端的信道特性,然后结合子信道特性构建RIS 到终端的近场信道模型。


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