一款通信产品在具备良好的设计前提下，想要保证其质量的可靠与稳定，需要在测试环节严格把关。产品在测试-研发-测试的循环中版本将不断迭代，最终可以闭环绝大多数的缺陷，使最终产品达到交付预期。
而测试阶段则处于产品生产周期的末端，缺陷的引入时间（早晚）对研发的成本影响是非常显著的，一个产品在越晚的时候发现缺陷，对成本的增加就越多。如同下面这张缺陷修复成本曲线图描绘的一样。
诚然，测试环节中产品会按照测试用例严格执行测试。但像基站、电台、手机等这种在现实环境中使用的通信设备，除了实验室的内场测试还需要外场测试，因为谁也不知道通过有线线缆测出来的结果放在真实环境中使用是否有说服力，外场测试面临的场景非常多，需要考虑天气因素、地理因素、场景因素，如此复杂的场景要拉着设备去外场逐一测试其耗费的人力和成本是巨大的。
我们知道一个通信系统包括发射机、接收机和信道，而无线信道仿真仪就是用于模拟信道的通信设备。无线信道仿真仪可以为外场测试成本这一难题提供完美的解决方案，它可以在实验室内场通过模拟外场真实场景来进行测试验证，提前发现产品缺陷，大量节约了人力和经济成本，并且可以提高研发效率，加速产品迭代。
在内场测试中，无线信道仿真仪可以用于通信模块、芯片的研发与测试，无线信道仿真仪分为组网和MIMO两种类型，用于测试不同类型的通信产品。组网型无线信道仿真仪的特点是支持全端口的互联互通，设备目前最大支持80端口，可以实现80台通信设备两两互相通信，每一条衰落信道可以独立配置时延、路损、多普勒频移、多径、信道模型、噪声等通信参数。MIMO型无线信道仿真仪的特点是建立多入多出的MIMO矩阵，一般用于基站、WIFI、终端的测试，同样最大支持80端口，支持波束赋形和信道建模。
上图展示坤恒顺维的信道仿真仪，可以根据测试需求选择不同的通道数，支持两台或多台设备级联工作，多台无线信道仿真仪级联时，可以通过局域网和触发的方式进行同步，确保动态场景测试的时间保持一致。
无线信道仿真仪的使用场景有很多，这里介绍三种应用场景，卫星载荷测试、第五代移动通信MIMO测试以及地理场景与天气环境下的外场信道仿真测试。
卫星载荷测试：
作为第六代移动通信的核心，各大研究院所、高校和企业对卫星于载荷的研发正在如火如荼的进行中。无线信道仿真仪实现卫星通信的测试需求通常可分“两步走”。第一步是信道建模，坤恒顺维自研的DMT信道建模软件可以通过星历文件（卫星运动轨迹）和地面站位置信息进行计算仿真，并生成动态文件，这个动态文件包括时延、多普勒、频偏等参数，主要用于低轨卫星测试。第二步是将计算仿真的动态文件加载到信道模拟器的内部FPGA中，通过时统模块和触发的方式保证时间上的同步，其同步误差可达ns级。
DMT建模仿真软件的流程大致为：星历信息以六根树、ECI、ECEF坐标的星历文件等方式导入、配置卫星和载荷个数、上下行频点、信道模型、插值倍数（插值倍数可以使多普勒变化的更平滑，使用拉格朗日六阶插值算法）等参数，即可生成动态文件，下面展示DMT建模软件界面图：
支持卫星轨迹和地面站的3D显示
支持加载信道模型
动态文件参数内容
生成动态文件后，在无线信道仿真仪主控软件下可以建立拓扑场景，并将卫星和载荷通过射频线接到无线信道仿真仪的射频端口中。为了使卫星、载荷和无线信道仿真仪处在相同的时间下并在规定时间开始仿真（播放动态文件），则需要外部时统设备和触发源，无线信道仿真仪支持多种同步方式，如高电平触发、TOD+1pps、NTP+1pps、程控+1pps等。设备间通过TTL上升沿触发信号，实现信道参数同步刷新。
无线信道仿真仪具备时间同步接口和触发接口
坤恒顺维的无线信道仿真仪单通道带宽为120/500/1000/2000MHz可选，单通道2GHz带宽完全覆盖和满足了卫星测试的大带宽需求。仿真时延精度可达0.1ns，对应地理距离为3cm，多普勒频移精度可达0.1Hz。实测射频EVM恶化<-50dBRMS（典型值5G NR 400MHz；256QAM,CF=3.5GHz），即便调制等级很高的信号（比如WIFI7的1024QAM）也不会受到什么影响，保证了信号传输质量。
第五代移动通信MIMO测试：
根据工信部运行监测协调局公布的2025年前三季度通信业经济运行情况，截至9月末，我国基站总数已达1285.5万个。以第五代移动通信基站为例，从整机生产后其测试流程大致包括生产测试、集成测试和外场测试。其中外场测试需耗费大量的人力和物力——基站用户分布在全国各地甚至山区，这也是外场测试非常不便利的主要原因。完成一次外场测试工程师不仅需要克服各种困难比如徒步登山、夜间活动（白天公网用户量巨大）、雨雪天气，而最大的麻烦之处在于外场测试环境不稳定，非常难以复现，定位手段极少（由于有现网用户，无法对基站进行太多操作）。
对基站厂商而言，内场实验室测试场景有限，只能覆盖功能、性能和算法层面的测试，即便移相器也只能提供正交角度的波束赋形和路损模拟，无法模拟真实环境。外场测试的遗漏是致命的，基站厂商非常忌讳在交付外场后出现问题缺陷，对用户体验度的影响非常大。但出现缺陷是不可避免的，这时内场实验室就需要能够仿真模拟真实场景的仪器，用于复现、定位、解决外场发现的缺陷，MIMO型无线信道仿真仪就可以解决此难题。
坤恒顺维MIMO型无线信道仿真仪用于模拟实现M×N MIMO矩阵、用于基站和终端的Massive MIMO测试。无线信道仿真仪的基带数字部分的处理将由若干块高性能的数字信号处理板完成，数字信号处理板之间通过QSFP进行连接，实现相互数据交换。整机支持自校准，我司自研分布式的校准方法可以大大节省时间并节省FPGA自研，可以在不借助任何外部设备的情况下通过自校准使各通道间时延一致性拉齐至0.1ns，相位一致性可达5°。
MIMO型无线信道仿真仪支持的测试内容包括空分复用、天线分集、波束赋形等技术；支持3GPP组织定义标准CDL系列、TDL系列信道模型；支持高铁等模型测试能力。
而信道建模则是无线信道仿真仪的核心技术。现实场景中，无线信号在信道中传输的过程会遇到各种建筑物、树木、植被以及起伏的地形，引起能量吸收、穿透以及电波的反射、折射和散射等，到达接收端的信号由发射波各路径分量合成。由于各径的传播距离不同，各径的信号到达时间不同、角度不同、相位不同。因此决定了无线环境的时延、角度扩展以及多普勒频率等特性。由于接收机的能力有限，很难一一分析解出所有时间点的径，通常仅能分析一定时间间隔的多条子径。另外，每条径包含了多条时间不可分离的子径，接收机无法辨别这些子径。如下图所示：
在实际的建模中，可将“径”和“子径”的概念对应到“散射簇”和“散射体”。如图所示，无线传播环境由N个散射簇构成，簇内分布着M个散射体。簇内的M个散射体具有相同的统计特性，对于接收机来说这些散射体是空间不可分辨的，因此这些散射体到达接收端的信号的时延也无法分辨。
径和子径的关系
3GPP 3D中的射线追踪信道建模方法就是基于这样的假设。而我司的信道建模方法采用的是3GPP 38901中的几何随机信道建模方法。该方法有以下特点：
1、多径环境有N条径，每条径由M条子径组成。
2、每条径内所有的子径时延特性完全相同，并且每条径是它的子径共同作用的结果。
3、子径是以径为中心散布开来，为了支持这个现象，引入了角度参数来描述子径的分布特征。
4、径的特征由场景决定，引入时延扩展描述径的特征并描述各种不同场景下的区别。
下图是关于角度参数的基站移动台两端的信号传输路径图。
传输路径结构角度示意图
3GPP 3D信道模型使平面天线阵列测试成为可能。天线单元可以是交叉极化天线阵子，也可以是同极化天线阵子。3GPP 3D信道模型在实现的可能性和信道精细化表征之间折中，因为它不包括相互耦合效应以及水平和垂直极化波的不同传播效应。
天线元件在Y方向和Z方向上等距地间隔。对于静态电子束转向,也称为电倾斜,一个复数加权被应用到每个天线单元的垂直方向。对于第q行中的天线单元，复数加权如下公式：
其中Q表征垂直方向上的天线单元总数，θ_etitl表征垂直平面转向角。在3D模型中，波束成形权重应用于每个天线单元的信道系数：
模型基本原理图
MIMO型无线信道仿真仪通常搭配GSCM软件使用，软件支持几何建模、统计建模、正交建模、常数建模；支持基站/手机的三维坐标系下的方位参数设置，支持天线信息设置（振子数、振子间距、天线极化方式等），支持天线方向图预览与自定义导入；建模具备高度的自由度和灵活度，支持载入信道模型、大尺度衰落等参数配置。
多基站多终端建模场景，运动路径可灵活定义
GSCM信道模型载入界面
地理场景与天气环境：
如果说卫星通信测试是“上天”，那么地理场景与天气环境测试就是“入地”。地面的信道环境非常复杂，在不同的地形下比如城市和郊区，信号传播所面临的挑战截然不同。而雨、雪等天气变化还会进一步为无线信道仿真增加难度。
无线信道仿真仪可以通过精确的信道建模，能够复现并量化这些复杂环境对无线信号的影响，为设备研发和优化提供稳定、可重复的测试条件。
城市环境是通信设备面临的最严峻挑战之一。其典型特征包括：
1）密集的多径传播：信号在高楼大厦的墙壁、玻璃幕墙之间经过多次反射、散射才到达接收端，导致接收机同时收到多个不同时延、不同相位、不同强度的信号副本，这就是多径效应。它会引起符号间干扰，导致信号失真。
2）阴影效应和快衰落：在街道中，接收端随着移动会快速进入和离开建筑物的阴影区，同时由于移动终端与周围散射体的相对运动，还会引发剧烈的快衰落，信号强度可能在几个波长的距离内发生数十dB的变化。
3）高动态范围的路损：在非视距场景，信号需要折射才能到达接收侧，其路径损耗远大于自由空间模型。
坤恒顺维的无线信道仿真仪及GSCM建模软件，可以构建城市微小区信道模型。测试时，工程师可以使用以下几种方法进行测试：
1）导入标准模型，即调用3GPP定义的UMi（城市微小区）、UMa（城市宏小区）等标准信道模型。这些模型已经内置了典型的时延扩展、角度扩展和多普勒频谱特性，能够很好地表征城市环境的平均特征。
2）自定义场景：对于特定场景，可以对其进行信道测量，软件支持导入自定义信道模型文件，主要包括信号传播路径、多径分量及数量、时延、功率、到达角/出发角等参数，并将其加载到信道仿真仪中。
3）模拟移动场景：通过配置动态文件，可以模拟终端以不同速度移动的场景。信道仿真仪会实时刷新各条径的参数，复现信号快衰落的真实情况，从而测试设备的接收灵敏度、切换算法和链路自适应能力。
与城市相比，郊区与乡村的地形更为开阔。该场景下的信道建模以路损为主导，因为乡村的通信距离更远，视距传播概率更高。同时也需考虑地形起伏的影响如丘陵、山坡、林地等带来的衍射损耗。郊区与乡村环境的另一个特点是散射体较少，多径分量不如城市密集，但个别强反射体（如孤立的水塔、谷仓）可能产生主导性的反射径。
对于郊区与乡村地形，工程师可以使用以下几种方法进行测试：
1）大尺度衰落模拟：无线信道仿真仪可以配置路径损耗模型（如Okumura-Hata、COST231模型）和阴影衰落。通过设置不同的路径损耗指数和阴影衰落标准差，可以模拟从开阔地到茂密林区的各种路损条件。
2）地形导入：无线信道仿真仪支持自定义信道模型导如，可模拟衍射损耗、反射损耗等大尺度效应，用于评估基站的覆盖能力和终端在小区边缘的性能。
天气因素也是通信系统中一个经典且不可忽视的变量，尤其对高频段通信影响很大。比如雨滴会对无线电波特别是10GHz以上的频段产生吸收和散射，造成额外的信号衰减。衰减量与降雨强度、信号频率和传播距离直接相关。无线信道仿真仪通过引入时变的路损和噪声系数来模拟天气的影响。
测试人员可以根据ITU-R等国际标准提供的雨衰模型，生成随时间变化的路径损耗曲线。例如，模拟一场持续30分钟、最大雨强为50mm/h的降雨过程。然后将这一动态路损文件加载到信道仿真仪中，它会在测试过程中实时在基础路损上叠加这部分额外的衰减。可以用于验证毫米波设备在突发降雨时的链路余量、自适应调制编码算法的有效性。
至此，不难发现，无线信道仿真仪的核心价值在于能将复杂且不可控的外场环境“搬回”实验室，实现稳定、可重复的测试。这一能力使得研发团队能够在早期就发现并修复那些在真实环境中才会暴露的缺陷，从而降低后期缺陷修复的巨额成本，并有效加速产品的研发与迭代周期，为通信产品的可靠性提供了关键保障。