德思特方案 | 德思特可编程衰减器+移相器组成的多径衰落仿真方案助力无线通信切换测试

为了让包括4G LTE、5G和WiFi在内的现代无线通信网络能够以可接受的可靠性和高用户体验水平运行，它们必须能够在各种场景中进行成功切换。随着无线连接几乎扩展到现代交互的各个方面，设备制造商和网络运营商需要提供不间断的连接，在无线网络内和无线网络之间的成功切换可能会成为目前正在开发的自动驾驶车辆、运输和交付系统必要的安全功能。

理论上的切换

当用户设备在网络覆盖区域中移动时，呼出蜂窝或其他无线通信连接从一个小区/路由器传输到相邻小区/路由器时会发生切换。小区是由蜂窝广播塔提供蜂窝覆盖的物理区域，而其他无线通信技术，包括城市5G，有其他确定覆盖区域之间边界的方法，切换用于蜂窝或其他无线网络，如工业LTE/5G或WiFi网络。人们对各种无线通信服务之间无缝切换的需求越来越大，这也促使人们需要在网络内以及无线网络技术之间高效地执行切换操作。

蜂窝无线电硬件设计为在多个频率信道下运行，以优化不同环境中各种不同用户设备的服务质量，这在一定程度上使切换复杂化，因为具有多个频率信道的无线网络中的切换系统必须处理用户设备的物理转换以及频带之间可能的转换。切换也可以发生在同一小区的“扇区”之间，称为系统内切换，扇区是同一蜂窝基站的不同覆盖区域，多个“扇区”可以占用一个“小区”。

例如，开发软切换的目的是在蜂窝连接因衰落而无法恢复的情况下提供无缝呼叫切换。其中，衰落是指由于环境影响，接收到的无线电信号产生的自然减弱。当与当前小区的连接仅在与目标小区的稳定连接建立后才中断时，即发生软切换。另一方面，当来自源的移动连接断开并且随后建立到目标的连接时，就会发生硬切换，因为启用只需要一个信道，硬切换允许更有效地使用无线网络的频率信道。

依靠硬切换简化了用户设备的设计，因为它不需要对多个信道进行并行处理。然而，虽然软切换可能需要更多的信道和用户设备来并行接收两个或多个信道，但所有信道中的信号被中断的可能性却要低得多。

系统间切换通常会发生在高度移动的用户设备上，例如高速行驶中的智能汽车或乘客的设备。现在，蜂窝技术的进步使垂直切换成为可能，移动电话在蜂窝网络和无线局域网（WLAN）之间连接，以实现更大的可访问性。虽然蜂窝网络在大范围内提供较低的数据速率，但WLAN技术可以弥补这一点，它可以在较小范围内提供较高的数据速率。

5G网络现在可以提供与WiFi网络相当的速度，有人讨论并提议将WiFi和蜂窝通信标准融合在一起，为手机、物联网（IoT）和机器类设备创造更和谐的无线用户体验。

设备和无线通信标准的新多样性能够提供高质量的联网体验，并且推动设备制造商和网络运营商支持用户和设备的无缝连接。考虑到超可靠低功耗通信（URLLC）和大规模机器型通信功能的持续发展，以及即将到来的5G标准，对无缝切换的需求逐步增长，设备制造商和网络运营商需要模块化的、可重新配置的方法来执行切换测试，以比以往更高的精度有效地模拟现实世界的条件。

衰落和多径衰落仿真

衰落是指广播信号被环境中的各种物体衰减和分散的效果。发送的信号被分解成多条路径，当目标接收器移动时，也会发生频率偏移，从而产生多普勒效应。多径衰落类型是评估无线网络质量的重要组成部分，它经常发生在真实环境中，因此需要工程解决方案。

衰落是切换测试中的一个重要因素，它通常是切换的原因之一，切换的另一个潜在原因是目标移出特定小区的覆盖范围。复杂的协议和建模不仅可以模拟衰落，还可以及时监控接收到的信号，实现无缝切换。然而，随着这些技术的不断发展，测试这些协议的硬件必须是模块化的，以保证一定的定制水平，这一点很重要。切换测试系统的一个组成是数字/可编程衰减器，它能够降低网络内的发送/接收信号强度，以模拟衰落或障碍。

如何实现基本切换？

基本切换可以分为传统蜂窝切换和5G、Wi-Fi、LTE以及未来切换两部分。

1.传统蜂窝切换

对于传统蜂窝网络，网络工程师生成潜在目标小区的“邻居列表”，以便从选定的源小区进行切换，当呼叫正在进行时，需要监视源信道的信号传输强度以评估何时需要基站的移动电话的切换请求。在这个复杂的过程中，“邻居列表”中的基站和移动电话连接在一起，并相互监控以寻找最佳的目标连接。

网络工程师启用了多种监控方法，以确保无缝切换，跟踪的参数取决于移动电话接收器和基站天线与其中一些模式（包括GSM、UMTS、LTE和CDMA）通信的网络模式类型，并在网络测量报告（NMR）中跟踪接收信号电平和接收信号质量。

在GSM网络中，RX电平指示接收信号的功率电平，并以分贝（dBm）为单位进行测量；RxQual是代表接收端语音质量的整数值，对应于多个突发中的位错误数；对于UMTS，接收信号码功率（RSCP）是对通信信道上接收信号功率的另一种测量，以dBm为单位；Ec/Io是每个芯片接收的能量与以dB为单位测量的干扰水平的比率；在LTE切换测量中，参考信号接收功率（RSRP）用于估计路径损耗，而参考信号接收质量（RSRQ）指示接收的参考信号的质量，本质上，RSRQ是RSRP和参考信号强度指示器（RSSI）之间的比率。

2.5G、Wi-Fi、LTE和未来切换

传统的蜂窝切换通常在移动相对较慢的用户设备的小区之间执行，主要配置为处理语音通信，而现代和未来的切换则包括更多的因素和多种通信类型。现代和未来的切换任务是处理高速数据通信，有时需要保留IP，并增强鲁棒性，来更好地服务于URLLC和大规模机器类型通信（mMTC）。

特别是在5G方面，切换现在作为一种特殊情况处理，采用了一种新的程序，即同步重新配置。当无线链路从下行链路或上行链路侧降级，并且所需的测量数据无法在移动终端和网络之间通信时，人们为了防止这些情况的发生开发了附加的切换协议，例如条件切换。在这种新方法中，当前连接到移动终端的小区向用户终端预加载切换命令，该切换命令具有在无线链路变得不可操作之前启动切换的必要条件。该网络还预先为附近的其他小区准备切换的潜在需要，如果无线链路失败，移动终端和最佳小区都准备好发起切换，因此，条件切换能够处理在小区之间转换的中速移动终端。

这是切换如何随着蜂窝通信而发展的一个例子，几乎所有基于网络的主要无线通信标准都在探索和添加新的切换技术、方法和协议。由于移动终端/用户设备现在比传统设备包含更多的无线网络功能，并且可能会继续包括额外的无线网络功能，移动终端的切换测试和不断发展的网络技术只会变得更加复杂。

切换测试

切换测试是网络硬件、软件和协议开发的关键阶段，无线网络性能将在真实环境的受控模拟下进行评估，这可以优化无线网络的设计和配置。切换测试既需要模拟真实世界条件的配置文件，也需要能够响应测试配置文件中的规范并综合改变网络技术中无线链路环境的硬件，以准确捕获测试条件。这可能包括改变多条路径之间的信号强度，改变信号的延迟（相位），以及考虑网络拓扑和连接场景的多样性。

无线网络测试中使用衰落模拟器来模拟随机多径衰落过程，例如，国际电信联盟（ITU）和3GPP/LTE提供了模拟产生多径衰落问题的环境的标准化方法和指南。随机衰落过程的数学模型已经演变成几种衰落模式，包括瑞利衰落模式、里希衰落模式、对数正态衰落模式等。

在现代切换测试系统中，最重要的是能够同时容纳多个终端设备和网络终端。此外，随着WiFi 6E和5G频段的出现，传统切换测试系统不再足以测试现代5G和WiFi网络。随着无线网络工作技术的快速发展和垂直集成度的提高，设备制造商和网络运营商需要更多模块化、可配置和低成本的切换测试系统，以提供最佳的用户体验和最强健的网络。

切换测试系统的关键元件除了衰减器之外，还可能包括移相器、RF开关和功率合成器/分配器。通过在切换测试系统中使用移相器，信号延迟可以模拟到设备的移相范围内。功率分配器和合路器以及交换机可以实现高度可配置的切换系统，该系统可以被重新配置以适应各种测试场景，甚至可以测试各种无线网络技术。

德思特多径衰落仿真方案

★德思特Vaunix TS-LDA-908V-8 200–8000 MHz高分辨率数字衰减器

德思特Vaunix TS-LDA-908V-8同时提供USB和以太网接口，USB端口使用HID接口，以避免使用通过USB实现的旧串行或IEEE-488接口时存在的问题，无需安装内核级驱动程序，并且可以轻松地在任何支持USB HID设备的系统上使用，包括使用Linux或类似操作系统的低成本嵌入式计算机。以太网接口可配置为静态IP或DHCP，并能够分配HTTP端口以实现额外的安全性。

德思特Vaunix TS-LDA-908V-8数字衰减器是一种高精度、双向、50欧姆阶跃衰减器，它提供从1-8000MHz的校准衰减，步长为0.1dB，可直接从附带的图形用户界面（GUI）为固定衰减、扫描衰减斜坡和衰减剖面进行轻松编程。或者，对于希望开发自己界面的用户，德思特提供LabVIEW驱动程序、Windows API DLL文件、Linux驱动程序、Python示例等。

特征

• 可靠且可重复的固态数字衰减
• 包括GUI、Windows和Linux SDK、LabVIEW驱动程序
• USB和以太网接口
• 可配置静态IP或DHCP
• 密码保护以太网接口
• 可编程衰减斜坡和衰减剖面
• 直接从PC或自供电集线器操作多台设备
• 易于携带的USB供电设备

应用

• WiFi、WiFi 6E、WiFi 7、3G、4G、5G、LTE、微波无线电衰落模拟
• 工程/生产测试
• 自动测试

★德思特TS-LPS-402 2–4GHz USB可编程移相器

德思特Vaunix TS-LPS-402 USB可编程50欧姆高精度射频移相器具有360°范围，可按1°增量设置，每个移相器在整个频率范围内进行校准，提供最佳精度。该装置通过与PC或自供电集线器的USB连接供电和控制，并可通过附带的图形用户界面（GUI）软件或使用提供的SDK进行编程。

特征

• USB供电和控制
• 包括易于安装和使用的GUI
• 1°步进360°控制
• 易于编程，适用于ATE应用

应用

• 波束成形
• 信号消除
• 用于LTE和WiFi的MiMo测试
• 相控阵天线系统