毫米波通信设备的性能测试系统及方法与流程

专利2022-05-10  2



1.本发明属于5g空口测试技术领域,具体涉及一种毫米波通信设备的性能测试系统及方法。


背景技术:

2.毫米波技术是第五代移动通信(5g)的关键技术之一,其丰富的频谱资源可以实现海量数据的瞬时传输。而对于5g毫米波设备,天线与射频通道将一体化集成设计,没有可供射频测量的端口,传统的传导测试方法将不可施行,空口(ota)测试将成为毫米波设备主要的测试方法。
3.ota测试按照测试类型可以划分为射频测试与性能测试两类。其中,射频测试主要针对的是设备诸如发射功率、杂散等的射频指标测量,在设备一致性测试中施行;性能测试主要针对的是设备诸如吞吐量等的整机性能指标测试,可反应出设备整体的性能。
4.ota性能测试的主要手段有辐射两步法、混响法与多探头法,而在毫米波设备的性能测试中,多探头法较为常用,且已被3gpp国际标准化组织采纳,被写入技术报告tr38.827、技术标准ts38.151中。
5.多探头法通过在暗室环境中布置多个双极化天线探头并给每个探头赋予不同的权重系数,从而在暗室待测区域内模拟出mimo信道环境的空间角度信息,而mimo信道的其它信息是通过信道模拟器产生的。双极化天线探头的摆放位置与权重系数是通过优化得到的,对于不同的信道模型将存在不同的探头位置与探头系数的组合,而探头与信道模拟器中的逻辑通道资源是一一映射(双射)的关系。
6.为了保证测试精度,不同mimo信道模型下的被激活探头位置和相对应的权重系数通常是不同的,在通常情况下,信道模拟器的逻辑通道资源有限,所以针对不同的信道模型,对于已部署好的天线探头,需要从它们中间选出与信道模拟器逻辑通道资源数目相当的探头位置点,而这个过程一般是通过射频开关矩阵来实现,采用射频开关矩阵从众多双极化天线探头中选出与信道模拟器逻辑资源端口数相当的探头数量进行信号的传送。但是射频开关矩阵的构建一般较为复杂,且随着端口数的增多会增加链路的插入损耗。对于端口数目较多的射频开关矩阵一般造价昂贵、损耗较大,这也提升了测试系统的整体造价,会限制测试方案的实施。
7.另一方面,在目前的毫米波多探头测试方案中,毫米波双极化探头通过同轴线缆与毫米波功率变频模块相连,且一般同轴线缆长度较长,造成毫米波信号的链路损耗较大,影响了测试系统的动态范围,会限制测试系统的测试精度与功率测试范围。


技术实现要素:

8.发明目的:为了克服现有技术的缺陷,本发明提供一种毫米波通信设备的性能测试系统,该系统能够提升测试动态范围与测试灵活性,实现对毫米波基站设备与终端设备整体性能高效、准确的评估。
9.本发明的另一目的是提供一种上述毫米波通信设备的性能测试系统的测试方法。
10.技术方案:本发明所述的一种毫米波通信设备的性能测试系统,包括基站性能测试部分、终端性能测试部分、信道模拟器、本振分配器和控制器;所述基站性能测试部分和所述终端性能测试部分均包括暗室、在暗室内阵列排布的多个指向同一待测区域的毫米波有源双极化探头、用于将被测目标支撑于所述待测区域的支撑装置、与毫米波有源双极化探头对应连接的中频线缆;所述信道模拟器包括逻辑处理单元、多个逻辑通道和多个中频通道;所述逻辑处理单元内置端口切换模块,所述逻辑通道与所述逻辑处理单元连接;所述逻辑通道和所述中频通道对应分为两组,两组分别对应所述基站性能测试部分和所述终端性能测试部分;在每一组中,任一所述逻辑通道与全部的所述中频通道均在逻辑上连接,所述逻辑通道和任意所述中频通道的端口映射通过所述端口切换模块控制切换;所述中频通道的端口对应连接所述中频线缆;所述本振分配器和所述控制器为所述毫米波有源双极化探头提供统一的本振信号和控制信号。
11.其中,所述毫米波有源双极化探头的输出信号均为频率小于6ghz的中频信号。
12.具体的,在每一组中,所述逻辑通道的数量均少于所述中频通道的数量。
13.在一种实施方式中,所述基站性能测试部分和所述终端性能测试部分均还包括设置在所述暗室内的拱形架,所述毫米波有源双极化探头分布于所述拱形架上以所述待测区域为球心的球面区域内。
14.在一种实施方式中,所述基站性能测试部分的所述拱形架上的球面区域的水平张角为120
°
,垂直张角为40
°
;所述终端性能测试部分的所述拱形架上的球面区域的水平张角为60
°
,垂直张角为30
°
。对于基站性能测试部分的设置可以满足绝大多数基站的小区覆盖角度,在该覆盖区域内模拟出基站侧的mimo多径信道的空间角度信息;对于终端性能测试部分的设置可以模拟出该角度区域内终端侧的mimo多径信道的空间角度信息。
15.在一种实施方式中,相邻的两个所述毫米波有源双极化探头的角度间隔均为5
°

16.在一种实施方式中,所述基站性能测试部分的支撑装置为固定设置在其暗室内的金属抱杆;所述终端性能测试部分的支撑装置为设置在其暗室内的二维转台,通过方位与极化角度的旋转,调整被测终端的姿态。
17.在一种实施方式中,所述暗室包括全金属结构的壳体、以及壳体内部覆盖的吸波材料。
18.对应于上述毫米波通信设备的性能测试系统,本发明所述的测试方法所采用的技术方案,包括:根据基站侧和/或终端侧的mimo信道模型并结合探头优化算法得到被激活的毫米波有源双极化探头及其对应的权重系数,从而确定与所述被激活的毫米波有源双极化探头对应的中频通道的端口,通过所述端口切换模块控制切换逻辑通道和所述中频通道的端口映射,进而利用被激活的毫米波有源双极化探头和所述信道模拟器在基站和/或终端覆盖区域内创建出基站侧和/或终端侧的mimo多径信道环境,在暗室环境内完成对被测目标性能的测试;以及,结合终端性能测试部分的支撑装置调整被测终端的姿态,在暗室环境内完成对被测终端不同姿态下性能的测试。
19.具体的,所述端口切换模块对数目少的逻辑通道和数目多的中频通道之间的任意端口的映射切换的方法是:所述信道模拟器内所述每一组的逻辑通道的数量为m,中频通道的数量为n,任一
所述逻辑通道与全部的所述中频通道在逻辑上全连接,且m<n;所述逻辑通道发送信息对应mimo信道模型中的单个簇的信息,所有簇组成的多径信号信息用向量表示,其中表示第i个逻辑通道发送的信息;经过信道模拟器软件切换过程后,所有中频通道发送的信息用向量表示,其中表示第j个中频通道发送的信息;则a到b的过程可表示为:其中,t表示端口切换模块的实现过程,且;对于t中的元素t
ji
,有:即实现从数目少的逻辑通道到数目多的中频通道之间任意端口的映射过程。
20.有益效果:与现有技术相比,本发明的测试系统将逻辑通道中的信息传送给任意一个中频通道进行发送的过程是在信道模拟器中完成的,不需要诸如射频开关矩阵等器件,显著的降低了设备的构建难度,降低了测试系统的整体造价,减少了耗损。通过在信道模拟器中软件切换的方式,实现从数目少的逻辑通道到数目多的中频通道之间任意端口的映射,提升了测试系统的功率动态范围,同时增加了测试系统的灵活性。通过毫米波有源双极化天线的使用减少了链路损耗,进一步提升系统的功率动态范围。此外,该测试系统可以完全地实现从毫米波基站到毫米波终端的“端到端”测试,适用于多种毫米波应用场景。
附图说明
21.图1是本发明实施例中的一种毫米波通信设备的性能测试系统框图;图2是本发明实施例中信道模拟器中逻辑通道与中频通道之间端口映射示意图;图3是本发明实施例中基站性能测试部分的毫米波有源双极化探头在拱形架上的排布示意图;图4是本发明实施例中终端性能测试部分的毫米波有源双极化探头在拱形架上的排布示意图。
具体实施方式
22.下面,结合附图对本发明做进一步详细说明。
23.如图1所示,该毫米波通信设备的性能测试系统是一种具有多探头的双暗室测试系统,其包括基站性能测试部分、终端性能测试部分、信道模拟器、本振分配器和控制器。
24.其中,基站性能测试部分用于毫米波基站性能测试,终端性能测试部分用于毫米波终端性能测试。两者的结构均包括暗室、多个毫米波有源双极化探头、支撑装置和中频线缆。暗室具有全金属结构的壳体,对外界电磁波起到屏蔽作用,壳体内部覆盖吸波材料。毫米波有源双极化探头中,双极化天线与毫米波变频电路之间采用一体化设计,天线与变频电路之间无同轴线缆连接,输出信号为频率小于6ghz的中频信号。毫米波有源双极化探头
与被测目标采用非接触设置,具体而言,在暗室内设置有拱形架,毫米波有源双极化探头阵列排布于拱形架上以待测区域为球心的球面区域内,通过辐射的方式在待测区域内模拟出毫米波多径信道中的角度信息,同时,通过支撑装置将被测目标支撑于待测区域。每个毫米波有源双极化探头对应连接中频线缆,通过中频线缆与信道模拟器的端口连接,输出频率小于6ghz的中频信号作为输出信号与信道模拟器之间进行信号传递。
25.在本实施例中,基站性能测试部分的毫米波有源双极化探头数量记为l,请一并结合图3所示,其阵列排布的水平角度间隔以及竖向角度间隔均为5
°
。拱形架上的球面区域的水平张角为120
°
,垂直张角为40
°
,该设置可以满足绝大多数基站的小区覆盖角度。支撑装置为金属抱杆,设置在暗室内,将被测基站支撑于球心处的待测区域。
26.终端性能测试部分的毫米波有源双极化探头数量记为n,请一并结合图4所示,其阵列排布的水平角度间隔以及竖向角度间隔均为5
°
。拱形架上的球面区域的水平张角为60
°
,垂直张角为30
°
。其支撑装置为二维转台,设置在暗室内,将被测基站支撑于球心处的待测区域,且能够通过其方位与极化角度的旋转,调整被测终端的姿态。
27.如图2所示,信道模拟器包括逻辑处理单元、多个逻辑通道和多个中频通道。其中,中频通道一一对应信道模拟器上的端口。将信道模拟器中的资源分为分别对应基站性能测试部分和对应终端性能测试部分的两个组,每个组均具有多个逻辑通道以及多个中频通道,在每一组中,任一逻辑通道与全部的中频通道均在逻辑上连接,逻辑通道和任意中频通道的对应端口映射通过端口切换模块控制切换。两个组的端口分别连接基站性能测试部分和终端性能测试部分的中频线缆。
28.请再次参阅图2,本实施例中,对应基站性能测试部分的组中逻辑通道的数量记为q,中频通道的数量则与对应的毫米波有源双极化探头的数量一致记为l,有q<l,且一般情况下q<<l。对应终端性能测试部分的组中逻辑通道的数量记为m,中频通道的数量则与对应的毫米波有源双极化探头的数量一致记为n,有m<n,且一般情况下m<<n。
29.由于毫米波有源双极化探头中存在变频模块,为了实现整个测试系统的频率同步,所有毫米波有源双极化探头的本振信号与控制信号分别由本振分配器与控制器统一提供。
30.采用该毫米波通信设备的性能测试系统的测试方法,包括根据基站侧和/或终端侧的mimo信道模型并结合探头优化算法(现有优化算法即可)得到被激活的毫米波有源双极化探头及其对应的权重系数,被激活的毫米波有源双极化探头的数量与信道模拟器的对应组中逻辑通道的数量相等,从而确定与被激活的毫米波有源双极化探头对应的中频通道的端口。通过端口切换模块控制切换逻辑通道和中频通道的端口映射,进而利用被激活的毫米波有源双极化探头和所述信道模拟器在基站和/或终端覆盖区域内创建出基站侧和/或终端侧的mimo多径信道环境,在暗室环境内完成对被测目标性能的测试;以及对于终端性能测试部分而言,结合其二维转台调整被测终端的姿态,在暗室环境内完成对被测终端不同姿态下性能的测试。
31.为了取代射频开关矩阵,本发明通过毫米波有源探头和在信道模拟器中软切换方式的使用,提升了测试系统的功率动态范围与测试的灵活性,其中软切换方式也即是本发明所称的端口切换模块,即通过端口切换模块对数目少的逻辑通道和数目多的中频通道之间的任意端口的映射切换。其方法是(以下参数以终端为例,基站侧也具有相同的原理):
信道模拟器内每一组的逻辑通道的数量为m,中频通道的数量为n,任一所述逻辑通道与全部的所述中频通道在逻辑上全连接,且m<n,一般情况下m<<n;逻辑通道发送信息对应mimo信道模型中的单个簇的信息,所有簇组成的多径信号信息用向量表示,其中表示第i个逻辑通道发送的信息;经过信道模拟器软件切换过程后,所有中频通道发送的信息用向量表示,其中表示第j个中频通道发送的信息;则a到b的过程可表示为:其中,t表示端口切换模块的实现过程,且;对于t中的元素t
ji
,有:即实现从数目少的逻辑通道到数目多的中频通道之间任意端口的映射过程,且该过程是在信道模拟器中实现的,增加了测试系统的灵活性,且进一步降低了由射频开关带来的测试系统的插入损耗。
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