CN100445758C - 智能天线测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能天线的测试方法，包括：将两台基站各个天线的射频收发信机通过馈线一一对接；配置两台基站的工作参数，使得第二基站能够通过馈线解调出第一基站发送的信息；利用两台基站发送和接收信号中的方向性信息进行来波估计和波束赋形。本发明还公开了一种智能天线的测试系统。本发明不再需要构造多天线终端，通过现有的基站即可实现智能天线的精确测试，在达到良好测试效果的同时大大节省了人力资源，降低了测试成本。

Description

智能天线测试方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信系统中的智能天线技术，尤其涉及智能天线的测试方法和应用该方法的智能天线测试系统。

背景技术

在现代无线通信系统中，智能天线技术作为空分复用技术，已经成为继频分复用、时分复用、码分复用之后的最具吸引力的技术。智能天线基于自适应天线阵原理，利用天线阵的波束赋形产生多个独立的波束，并自适应地调整波束方向来跟踪每一个用户终端。采用智能天线技术实际上是通过数字信号处理使智能天线阵为每个用户终端自适应地进行波束赋形，相当于为每个用户终端形成了一个可跟踪的高增益天线。因而，天线的增益不再与用户终端所处的位置有直接关系，用户终端所在方向上的增益总是最强而其他方向上的增益大大减小。

在无线基站中使用智能天线阵，根据对用户终端的来波估计对基站的发射波束进行自适应的赋形，可以大大降低小区内的干扰，提高系统容量。此外，智能天线还可以提高基站接收机的灵敏度，提高基站发射机的等效发射功率，在改进小区覆盖的同时提高了频谱利用率。由于不需要大功率的功放，智能天线降低了无线基站的成本，并可以实现对终端的定位。

对智能天线而言，最重要的功能是进行来波估计和波束赋形。相应地，对基站智能天线的测试也围绕这两顶功能进行。在现有技术中，主要通过以下两种方法进行智能天线功能测试。

第一种方法是在空旷的环境中建立基站，使用若干个用户终端和基站建立通话保持，然后以基站为圆心，移动在输入口加装小天线的频谱仪测量出围绕基站一周的功率值，再手动画出基站的波束赋形图。更换用户终端的数量和位置，重复上述的测试过程，以得到多组波束赋形数据进行分析。对于用户来波估计，需要用户终端在基站周围运动，从基站上报的估计角度来分析验证结果。

这种测试方法需要耗费大量的时间和人力，而且测试会受到室外环境的影响，很难得到准确的结果。

第二种方法是使用多天线测试终端来进行测试。通常多天线测试终端由基站改建而成，在不改变基站硬件结构的基础上通过更换基站的软件实现。

图1所示为使用多天线测试终端对基站进行测试的测试系统结构，基站100包括1个校准射频通路140、N个用于智能天线阵的射频收发信机131、132直至13N，校准射频通路140借用智能天线阵的射频收发信机131；所有的射频收发信机都使用同一个本振源120，并连接到基带处理器110。多天线测试终端200包括1个校准射频通路240、N个用于智能天线阵的射频收发信机231、232直至23N，校准射频通路240借用智能天新阵的射频收发信机231；所有的射频收发信机同样都使用同一个本振源220，并连接到基带处理器210。

将基站100的校准射频通路140和多天线终端200的校准射频通路240连接构成校准专用收发通路，将基站100的N个射频收发信机131、132直至13N的输出端口与多天线终端200的N个射频收发信机231、232直至23N的输出端口通过馈线一一对接，形成N个射频收发通路。

在进行测试前，要进行基站100和多天线终端200的联合校准，包括发射校准和接收校准。在发射校准时，由基站100智能天线阵的每个射频收发信机在校准时隙同时发射校准序列，多天线终端200对应的射频收发信机进行接收，然后通过校准通路返回基站100，由基站100生成发射校准补偿因子，补偿基站100的发射通路和多天线终端200的接收通路组成的完整通路的幅度和相位。在接收校准时，由多天线终端200除射频校准通路240外的N个射频收发信机在校准时隙发射校准序列，由基站100对应的射频收发信机进行接收，由基站100生成接收校准补偿因子，补偿基站100的接收通路和多天线终端200的发射通路所组成完整通路的幅度和相位。

联合校准完成后，由多天线终端200和基站100建立无线链路，基站100向多天线终端200发射下行的波束赋形数据，通过多天线终端200的来波估计结果进行验证；多天线终端200发送上行的赋形数据，由基站100显示的来波估计结果进行验证，从而完成智能天线的测试。

这种测试方法需要构造多天线终端，即使是将基站改建成多天线终端也需要修改基站的软件，投入的人力资源非常大，增加了测试的成本。

发明内容

本发明要解决的是现有技术中智能天线测试需要构造多天线终端和人力成本过大的问题。

本发明所述智能天线测试方法包括以下步骤：

将两台基站各个天线的射频收发信机通过馈线一一对接；

配置两台基站的工作参数，使得第二基站能够通过馈线解调出第一基站发送的信息；

利用两台基站发送和接收信号中的方向性信息进行来波估计和波束赋形。

优选地，所述将两台基站的射频收发信机对接前还包括：

分别将两台基站连接智能天线进行校准，使其通过馈线连接形成的对应于每个天线的发送和接收通路达到幅相一致。

优选地，所述在将两台基站连接智能天线进行校准之后还包括：将两台基站的校准时间间隔都设置为不小于测试所需的时间。

优选地，所述利用两台基站发送和接收信号中的方向性信息进行智能天线测试具体为：

在两台基站上分别建立无线链路并使无线链路处于同步状态；

第二基站接收第一基站发射的信号；

第二基站通过所接收信号中的方向性信息进行来波估计和波束赋形。

优选地，所述无线链路上至少建立一个用户；

所述测试方法还包括：在第一基站上对每个用户在对应于每个天线的发送通路上发射的信号进行方向性加权处理。

优选地，所述两台基站工作在TD-SCDMA系统；

所述配置两台基站的工作参数具体为：

配置两台基站建立相同的小区，工作在相同频率；

配置第一基站上物理子帧第二时隙切换点的位置在第二基站上物理子帧第二时隙切换点之前。

可选地，所述两台基站工作在宽带码分多址WCDMA系统；

所述配置两台基站的工作参数还包括：将第一基站的发送频率配置为与第二基站的接收频率相同。

本发明还提供了一种智能天线测试系统，包括第一基站、第二基站和测试装置，其中：

第一基站的馈线与第二基站的馈线一一连接，形成对应于各个天线的发送和接收通路；

测试装置用来设置第一和第二基站的工作状态，使第二基站能够解调出第一基站发送的信息；所述测试装置控制第一基站发送信号中的方向性信息，所述第二基站通过所接收的第一基站发送的信号中的方向性信息进行来波估计和波束赋形。

优选地，所述第一基站和第二基站通过馈线连接形成的接收和发送通路具有相同的幅相。

优选地，所述测试装置控制第一基站发送信号中的方向性信息具体为：测试装置对第一基站从对应于每个天线的发送通路发射的信号进行方向性加权处理。

优选地，所述第一和第二基站工作在TD-SCDMA系统中；

所述测试装置设置第一和第二基站的工作状态包括设置第一基站上物理子帧第二时隙切换点的位置在第二基站上物理子帧第二时隙切换点之前。

可选地，所述第一和第二基站工作在WCDMA系统中；

所述测试装置设置第一和第二基站的工作状态包括设置第一基站发送信号的频率和第二基站的接收频率相同。

本发明采用两个基站来进行智能天线测试，配置基站的工作状态以实现一方发送的同时一方接收，通过发送和接收信号中的方向性信息来进行智能天线的测试；本发明不再需要构造多天线终端，通过现有的基站即可实现智能天线的精确测试，在达到良好测试效果的同时大大节省了人力资源，降低了测试成本。

附图说明

图1为现有技术中智能天线测试系统的结构图；

图2为本发明中智能天线测试中基站的连接结构图；

图3为本发明所述智能天线测试方法的流程图；

图4为TD-SCDMA系统的物理子帧结构图；

图5为本发明中第一基站的物理子帧结构示例图；

图6为本发明中第二基站的物理子帧结构示例图；

图7为本发明所述智能天线测试系统的结构示意图。

具体实施方式

智能天线的测试主要是针对来波估计和波束赋形功能进行测试，而来波估计和波束赋形都是通过上下行信号中表征方向性的信息来进行的，而与上下行信号中的具体数据内容并无关系。由于两台基站都是智能天线多天线系统，可以产生方向性信息，因此可以通过两台基站之间互相发送和接收信号进行智能天线测试。

因此，本发明采用两个基站作为发送端和接收端来进行智能天线测试。两个基站在测试时的连接结构可以参见图2，基站300包括N个用于智能天线阵的射频收发信机331、332直至33N，所有的射频收发信机都使用同一个本振源320，并连接到基带处理器310。基站400包括N个用于智能天线阵的射频收发信机431、432直至43N，所有的射频收发信机同样都使用同一个本振源420，并连接到基带处理器410。

基站300的N个射频收发信机331、332直至33N的输出端口与基站400的N个射频收发信机431、432直至43N的输出端口通过馈线一一对接，形成N个分别对应于每个基站N个天线的接收、发送通路。智能天线测试即通过这N个接收、发送通路进行。

如果两个基站都有天线耦合盘和专门的校准通路，可以直接通过天线耦合盘两侧的非校准天线接口连接两个基站，本发明中不需要使用基站的校准通路。

本发明中智能天线测试方法的流程如图3所示。设本发明中用于测试两台基站为第一基站和第二基站，在步骤S310，第一基站和第二基站连接智能天线阵分别进行校准。现有技术中已有多种具体的校准方法有很多种，本发明中可以使用其中任何一种。

校准的目的是使两台基站的智能天线阵在通过馈线连接后形成的所有发射和接收通路达到幅相一致，从而实现智能天线的功能。两台基站第一次上电启动后需要进行校准，也可以在任意两次测试之间进行校准。

在步骤S320，如果两台基站上的校准时间间隔设置较短，则将其设置为不小于测试所需的时间。在校准时间间隔内，每台基站发送或接收射频通道的幅度和相位变化可以忽略不计。

在步骤S330，连接两台基站用于连接智能天线阵的馈线，即通过馈线将两台基站智能天线阵中各个天线的射频收发信机一一对接起来，形成对应于各个天线的发送和接收通路。两台基站连接后的逻辑结构可以参见图2。

在步骤S340，配置两台基站的工作参数，使得第二基站能够接收到第一基站发送的信息。

基站工作参数的配置方法因其所工作的系统、所采用的协议不同而不同，以下以工作在TD-SCDMA(Time Division Synchronous Code Division MultipleAccess，时分同步码分多址)系统中的基站为例来说明工作参数的设置方法。

为了使两台基站能够互相发送和接收信息，应配置两台基站工作在相同的频率；同时，要使接收信息的基站认为接收到信息中的信道参数是本小区的，应配置两台基站建立相同的小区。

在TD-SCDMA系统中，一个无线帧长为10ms(毫秒)，包括两个5ms的物理子帧。物理子帧结构请参见图4，一个物理子帧包括长度为96chips(码片)的DwPTS(下行导频时隙)、长度为96chips的GP(主保护时隙)、长度为160chips的UpPTS(上行导频时隙)和7个时隙TS0、TS1至TS6，每个时隙长度为864chips。在7个时隙中，时隙TS0规定分配给下行链路，TS1规定分配给上行链路。每个物理子帧中有两个时隙切换点，第一时隙切换点的位置是固定的，通过配置第二时隙切换点的位置，可以灵活地配置每个物理子帧中上下行时隙的个数。当配置TS2和TS3为上行时隙，TS4、TS5和TS6为下行时隙时，第二时隙切换点即位于图4中的位置。

可见，在TD-SCDMA系统中，为了使第二基站能够接收到第一基站发送的信息，还应当使第一基站上物理子帧第二时隙切换点的位置在第二基站上第二时隙切换点的位置之前。这样，当第一基站已工作在下行发送状态时，第二基站还工作在上行接收状态，此时第二基站可以通过连接馈线形成的接收通道接收到第一基站发射的信号。

例如，配置第一基站的时隙TS2至TS6为下行时隙，如图5所示，第二时隙切换点的位置在时隙TS1和TS2之间；同时配置第二基站的时隙TS2为上行时隙、TS3至TS6为下行时隙，如图6所示，第二时隙切换点的位置在时隙TS2和TS3之间。这样，在时隙TS2，第二基站就可以接收到第一基站发送的信息。

在本发明中的方法应用于WCDMA(Wideband Code Division MultipleAccess，宽带码分多址)系统中时，由于基站的上行和下行使用不同的频率，因此在配置工作参数时，需要将第一基站发送信号的频率配置为和第二基站的接收频率相同，以实现信号的正确收发。

请再参阅图3，在步骤S350，在两台基站上分别建立无线链路，并使该无线链路处于同步状态。

由于基站没有发送上行导频的功能，不能实现随机接入，因此在建立小区后，不必建立公传信道和进行随机接入过程。

仍以TD-SCDMA系统为例，说明测试时建立的无线链路在不同业务种类下的测试原理，具体业务种类包括以下2种：

其一是建立单码道信令承载，比如1.7kbps(千比特每秒)信令、3.4kbps信令，此时基站上下行的传输信道和物理信道的配置是完全一样的，换言之此时第一基站的下行数据与用户终端的上行数据是完全相同的，因而第一基站的下行数据可以完全模拟用户终端的上行数据；

其二是建立多码道语音业务，比如12.2kbps电路域业务链路，此时基站上下行的传输信道配置一样，但物理信道配置不同。在这种情况下第一基站的下行数据与用户终端的上行数据不完全相同，因而第一基站的下行数据不能完全模拟用户终端的上行数据。但是，在智能天线的测试中并不需要用户终端的全部上行数据，而只需要每个时隙的信道估计码。TD-SCDMA系统在每个时隙发射的突发结构如下表所示：

数据符号352chip

中间码144chip

数据符号352chip

保护间隔16chip

上表中144chip的中间码(midamble)即为信道估计码。信道估计码只和建立的小区号相关，由于在步骤S340中将两台基站配置为工作在同一小区，因而两台基站具有相同的小区号。这样，第一基站的下行数据具有与用户终端上行数据相同的信道估计码，第二基站可以通过接收的信道估计码实现正常的信道估计功能，达到检测智能天线来波方向的目的。

在步骤S360，在第一基站上对每个用户在每个天线对应的发送通路上的发射信号进行加权处理。

在无线链路上建立1个用户或者1个以上用户，可以测试单用户和多用户的各种情况。在第一基站上对每个用户在对应于每个天线的发送通路上的发射信号进行加权处理，主要是对信号的幅度和相位进行调整，模拟出多个用户终端在第二基站上形成的来波方向。

在步骤S370，第二基站接收第一基站发射的信号。

在步骤S380，第二基站通过从第一基站接收的信号中的方向性信息进行来波估计和波束赋形，实现对智能天线功能的测试。

当无线链路上建立了多个用户时，第二基站根据接收到相应的用户数据进行来波角度估计，并产生相应的赋形系数，从而达到验证第二基站的来波估计算法和波束赋形算法的目的。

基站物理层软件内部的消息中包含了每个用户的赋形系数的信息和来波估计的信息，通过跟踪这些信息可以方便地画出所有用户的波束赋形方向图和来波估计方向图，智能天线功能一目了然，可以非常方便地进行室内测试验证。通过更改用户数目和波束赋形的方向，可以测试各种情况下的波束赋形效果和来波估计效果，从而达到测试基站智能天线功能的目的。

图7所示为应用上述测试方法的智能天线测试系统的结构示意图，基站500的馈线501、502至50N和基站600的馈线601、602至60N一一连接，测试装置700分别与基站500和基站600连接。

基站500的各条馈线与基站600对应的馈线连接，形成两个基站分别对应于各个天线的接收通路和发送通路，接收和发送通路具有相同的幅度和相位以使两个基站实现智能天线功能。

测试装置700设置基站500和基站600的工作状态，使得基站600能够接收到基站500发射的信号，基站600通过接收信号中的方向性信息进行来波估计和波束赋形，实现对智能天线功能的测试。例如在TD-SCDMA系统中，可以通过设置基站500上物理子帧第二时隙切换点的位置在基站600上物理子帧第二时隙切换点之前来形成基站500发送而基站600接收的时隙，在该时隙上基站600能够接收到基站500发送的信息。

在智能天线系统应用于WCDMA系统中时，需要配置基站500的发射频率和基站600的接收频率相同。

测试装置700通过控制信道参数来模拟各种应用情况进行测试，例如，可以对基站500在每个天线对应的发送通路上发射的信号进行方向性加权处理，主要是对信号的幅度和相位进行调整，以模拟用户终端在基站600上形成各种不同的来波方向，基站600根据来波角度估计生成相应的波束赋形系数，以测试来波估计算法和波束赋形算法。

本发明采用两个基站构造发送和接收通路，通过发送和接收信号中的方向性信息来进行智能天线测试，避免了对多天线终端的使用，节省了构造多天线终端所需的人力资源，同时测试可以在室内进行，能够得到精准的测试结果。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种智能天线的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

将两台基站各个天线的射频收发信机通过馈线一一对接；

配置两台基站的工作参数，使得第二基站能够通过馈线解调出第一基站发送的信息；

利用两台基站发送和接收信号中的方向性信息进行来波估计和波束赋形。

2.如权利要求1所述智能天线的测试方法，其特征在于，所述将两台基站的射频收发信机对接前还包括：

分别将两台基站连接智能天线进行校准，使其通过馈线连接形成的对应于每个天线的发送和接收通路达到幅相一致。

3.如权利要求2所述智能天线的测试方法，其特征在于，所述在将两台基站连接智能天线进行校准之后还包括：将两台基站的校准时间间隔都设置为不小于测试所需的时间。

4.如权利要求2或3所述智能天线的测试方法，其特征在于，所述利用两台基站发送和接收信号中的方向性信息进行来波估计和波束赋形具体为：

在两台基站上分别建立无线链路并使无线链路处于同步状态；

第二基站接收第一基站发射的信号；

第二基站通过所接收信号中的方向性信息进行来波估计和波束赋形。

5.如权利要求4所述智能天线的测试方法，其特征在于：所述无线链路上至少建立一个用户；

所述测试方法还包括：在第一基站上对每个用户在对应于每个天线的发送通路上发射的信号进行方向性加权处理。

6.如权利要求1至3任意一项所述智能天线的测试方法，其特征在于，所述两台基站工作在时分同步码分多址TD-SCDMA系统；

所述配置两台基站的工作参数具体为：

配置两台基站建立相同的小区，工作在相同频率；

配置第一基站上物理子帧第二时隙切换点的位置在第二基站上物理子帧第二时隙切换点之前。

7.如权利要求1至3任意一项所述智能天线的测试方法，其特征在于，所述两台基站工作在宽带码分多址WCDMA系统；

所述配置两台基站的工作参数包括：将第一基站的发送频率配置为与第二基站的接收频率相同。

8.一种应用权利要求1所述测试方法的智能天线测试系统，其特征在于，包括第一基站、第二基站和测试装置，其中：

第一基站的馈线与第二基站的馈线一一连接，形成对应于各个天线的发送和接收通路；

测试装置用来设置第一和第二基站的工作状态，使第二基站能够解调出第一基站发送的信息；所述测试装置控制第一基站发送信号中的方向性信息，所述第二基站通过所接收的第一基站发送的信号中的方向性信息进行来波估计和波束赋形。

9.如权利要求8所述智能天线测试系统，其特征在于：所述第一基站和第二基站通过馈线连接形成的接收和发送通路具有相同的幅相。

10.如权利要求9所述智能天线测试系统，其特征在于：所述测试装置控制第一基站发送信号中的方向性信息具体为：测试装置对第一基站从对应于每个天线的发送通路发射的信号进行方向性加权处理。

11.如权利要求10所述智能天线测试系统，其特征在于：所述第一和第二基站工作在时分同步码分多址TD-SCDMA系统中；

所述测试装置设置第一和第二基站的工作状态包括设置第一基站上物理子帧第二时隙切换点的位置在第二基站上物理子帧第二时隙切换点之前。

12.如权利要求10所述智能天线测试系统，其特征在于：所述第一和第二基站工作在宽带码分多址WCDMA系统中；

所述测试装置设置第一和第二基站的工作状态包括设置第一基站发送信号的频率和第二基站的接收频率相同。

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