CN101009523B - 一种自动测量移动通信终端解调性能的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动测量移动通信终端解调性能的装置及方法，该装置包括：信道模拟器、噪声发生器、合路器、功率计、双工器、功分器、第一衰减器、第二衰减器以及控制平台；以及该方法包括：步骤1，控制平台分别从功率计和终端采集终端侧前向业务信号的功率和在该信号中加入噪声后的PER的实时测量结果；步骤2，所述控制平台根据所述功率和所述PER的实时测量结果，分别计算功率有效值和PER有效值；以及步骤3，当所述PER有效值不满足要求时，所述控制平台控制噪声发生器改变其噪声发射功率并返回步骤1；而当满足要求时，所述控制平台计算终端解调门限值。利用本发明可以提高测量的规范程度及精确度，并可降低测量人员的工作强度。

Description

一种自动测量移动通信终端解调性能的装置及方法

技术领域

本发明涉及移动通信终端解调性能的测量，特别是涉及一种在无线衰落信道环境下自动测量移动通信终端解调性能的装置及方法。

背景技术

移动通信终端的解调门限值，又称前向解调门限值，其直接影响到基站的前向覆盖半径，是无线网络覆盖规划的关键参数。

在2003年12月国际标准化组织3GPP2(第三代合作伙伴计划2)发布的C.S0033《终端侧最小性能测试标准》中，只提供了单天线终端解调性能测试的简要连接图，如图1所示。该测试的基本思路是，基站10发出信号I_or，经过由信道模拟器30模拟的无线衰落信道的损耗后，输出测试终端20侧的基站信号 

再利用噪声发生器40生成白噪声信号I_oc并通过合路器50加入到信号 

中，以合成为信号I_o，由终端接收。当测试终端20检测到接收业务数据满足某种目标的误包率或误帧率(PER)时，此时的接收侧信噪比 

就是在此目标误包率或误帧率和信道环境下终端的解调门限值。虽然该文档提供了测试的总体目标，但没有考虑多天线终端分集接收的情况，而且图1所示过于粗略，并没有提供具体的实现方法。

在实际测试中，往往采用人工操作的方式，该方式存在以下几个明显缺陷。1)受仪器读数功能限制，功率 

和误包率(或误帧率)的读数存在困难。在信道模拟器30模拟的无线衰落环境下，无线衰落变化迅速，导致 

值不断波动，且波动幅度常达到5dB以上，如图2所示。同时，测试终端20接收到的业务信号的误包率或误帧率离散变化，而且实时变化幅度也较大；虽然常用的功率计和终端测试软件分别有几种可选的功率读数和误包率或误帧率读数设置，但这些设置均不能和本测试的过程准确对应起来，具体的说，如果设成实时显示，则数值只反映了瞬时状态，而且跳动太快无法看清；如果设成渐变读数设置，则起始和结束时间无法与本测试准确对应，可能采样时间太短不能反映完整的测试过程，也可能采样时间太长而受到测试开始前的记录影响。2)人工读数受人为因素影响大。3)解调性能测试内容多，过程繁琐，测试人员工作量大。

发明内容

本发明的目的在于提供一套完整的自动测量终端解调性能的装置，及对应的自动测量方法，使测试实现规范化与自动化，以解决现有技术前向解调性能测试中人工读数不准确、人员操作工作量大等问题。

为了实现上述目的，本发明提出了一种自动测量移动通信终端解调性能的装置，同用于提供指定速率的前向业务信号的基站系统和用于接收所述前向业务信号并采集其误包率或误帧率数据的终端相连，包括：信道模拟器，用于模拟无线衰落信道环境；噪声发生器，用于提供指定功率的噪声；以及合路器，用于将两路信号合成为一路；其中还包括：功率计，用于测量所述终端侧的前向业务信号的功率；双工器，用于连接前反向链路与所述终端的主天线口；一个或多个功分器，用于按功率将输入的信号平分为多路输出；一个或多个第一衰减器，位于基站系统和信道模拟器之间，以及第二衰减器，位于所述基站系统和所述双工器之间；所述第一、第二衰减器用于调节接收器件的输入电平，和/或保证各前向链路间的平衡；以及控制平台，用于通过数据采集接口分别从所述功率计和所述终端采集终端侧前向业务信号的功率以及在该信号中加入噪声后的误包率(PER)或误帧率(FER)的实时测量结果；根据所述功率和所述误包率或误帧率的实时测量结果，分别计算功率有效值和误包率或误帧率有效值；当所述误包率或误帧率有效值不满足要求时，通过通信接口控制所述噪声发生器改变噪声发射功率以继续测量过程；而当满足要求时计算终端解调门限值，其中，由所述基站系统发出的前向业务信号经过所述第一衰减器和所述信道模拟器模拟的无线衰落信道后，再由所述功分器平分为两路，其中一路用于由所述功率计进行测量，另一路利用所述合路器与所述噪声发生器产生的噪声信号相加形成合成信号，所述终端接收该合成信号并测量其误包率或误帧率数据。

在这里，所述控制平台可进一步通过操作维护平台控制所述基站系统的前向业务速率。另外，通过所述控制平台可设置误包率或误帧率目标值，用于与 所述误包率或误帧率有效值的相比较，以判断该误包率或误帧率有效值是否满足要求。通过所述控制平台还可对所述信道模拟器的参数进行设定，以提供所需的无线衰落信道。

在这里，在对多天线终端进行测试时，所述基站系统的输出端与至少一个所述功分器相连，以分离多条前向链路；并且每条被测的前向链路包括：至少一个由所述信道模拟器模拟的无线衰落信道、至少一个所述噪声发生器和至少一个所述功率计，其中，全部的所述噪声发生器都与所述控制平台相连，而所述功率计中至少有一个与控制平台相连；并且直接与所述终端副天线口相连接的一路前向链路，在该路前向链路的所述合路器和所述终端之间还具有一个第三衰减器，用于补偿相对于连接有所述双工器的前向链路的损耗，以保持连接到所述终端副天线口的前向链路与连接到所述终端主天线口的前向链路之间的平衡。

为了实现上述目的，本发明还提出了一种利用上述装置而实现的自动测量移动通信终端解调性能的方法，包括以下步骤：步骤1，控制平台分别从功率计和终端采集终端侧前向业务信号的功率和在该信号中加入噪声后的合成信号的误包率或误帧率的实时测量结果；步骤2，所述控制平台根据所述功率和所述误包率或误帧率的实时测量结果，分别计算功率有效值和误包率或误帧率有效值；以及步骤3，当所述误包率或误帧率有效值不满足要求时，所述控制平台控制噪声发生器改变其噪声发射功率，并返回步骤1；而当满足要求时，所述控制平台计算终端解调门限值。

在所述步骤1之前，所述控制平台设置噪声功率变化步长初始值以及误包率或误帧率目标值。在所述步骤1之前，还包括：所述控制平台设置噪声功率初始值，并控制所述噪声发生器以该噪声功率初始值发射噪声；以及所述控制平台设置前向业务下载速率，并通过操作维护平台控制基站系统按该速率启动前向业务。

所述步骤3进一步包括，所述控制平台比较所述误包率或误帧率有效值和所述误包率或误帧率目标值，如果所述误包率或误帧率有效值偏大/偏小，则所述控制平台控制所述噪声发生器在原有的噪声功率基础上减小/增加一个所述噪声功率变化步长。

另外，在测量过程中，所述噪声功率变化步长随所述噪声功率改变次数的 增加而减小，并在进行下一次测量之前，恢复其为所述噪声功率变化步长初始值。

通过本发明提供的自动测量移动通信终端解调性能的装置及方法，不仅有利于提高测量的规范程度和测量结果的精确度，而且可以将测量人员从繁琐重复的劳动中解脱出来。

下面将结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是3GPP2定义的前向解调性能测试的示意图；

图2是无线衰落信道环境下的接收功率变化示意图；

图3是单天线终端的前向解调性能测试装置的硬件连接图；

图4是双天线终端的前向解调性能测试装置的硬件连接图；

图5是前向解调性能测试监控进程关系图；

图6所示为本发明终端解调性能自动测量方法的准备过程的流程图；以及

图7所示为本发明终端解调性能自动测量方法的流程图。

具体实施方式

下面，将结合附图和实施方式对本发明的方法和装置做详细说明。

图3是单天线终端的前向解调性能测试装置的硬件连接图。

如图3所示，测试装置主要包括：基站系统110，其具有一信号发射口(Tx口)和一信号接收口(Rx口)，用于提供指定速率的业务下载信号；终端120，其具有一接收与发射合一的天线口(即，Tx/Rx口)，用于接收业务信号并采集业务误包率(或误帧率)数据；信道模拟器130，用于模拟指定类型的无线衰落信道环境；噪声发生器140，用于根据控制平台190的指令模拟指定功率的噪声；功率计160，用于测量所述终端侧的前向业务信号的功率；操作维护平台180，用于对基站系统提供控制；以及控制平台190，用于分析测量数据并控制整个测量过程。此外，测试装置还包括：双工器115，也具有一信号发送口(Tx口)和一信号接收口(Rx口)，用于将前反向链路信号分离/合并，以实现终端120与前反向链路之间的信号连接；功分器150，用于按功率平分前向业务信号，以将一路继续传输，而将另一路通过功率计160连接实现功率测量；合路器116，用于将前向链路中的基站信号和噪声发生器140提供的模拟噪声信号合进行路；以及衰减器170和171等。

终端120通过Tx/Rx口与双工器115相连。从基站系统110的Tx口发出的信号I_or依次通过衰减器171、信道模拟器130提供的模拟信道131后，得到信号 

信号 

再由功分器150分成两路，其中一路通过合路器116与噪声发生器140产生的噪声信号I_oc相加，之后传送到双工器115的Rx口，以送至终端120，另一路信号直接传送到功率计160，以记录 的功率。从双工器115的Tx端发出的信号通过衰减器170传送到基站系统110的Rx口。控制平台190和操作维护平台180用于实现测试过程的监控与处理。其中控制平台190的主控进程是测试的控制中心，它与终端120、功率计160、噪声发生器140、操作维护平台180和/或信道模拟器130等设备上的分布进程相互配合，以自动完成测试的主体过程。在这里，控制平台190和信道模拟器130的连接是可选的。

接下来，以双天线终端的情况为例，对本发明做进一步说明。

图4是双天线终端的前向解调性能测试装置的硬件连接图。如图4所示，终端220具有两个的天线口，一个为接收与发射合一的主天线口，即，Tx/Rx0口，连接第一前向链路；另一个为纯接收天线的副天线口，即，Rx1口，连接第二前向链路。双工器215用于实现前反向链路与终端220主天线口之间的连接。测试所需的其它设备，如衰减器、功分器、功率计、合路器等，作用与单天线终端的情况类似，在此不再赘述。

终端220通过Tx/Rx0口与双工器215相连，而双工器215再通过其Rx端和Tx口实现与基站系统210之间的信号互连。如图4所示，从双工器215的Tx口发出的信号通过衰减器270传送到基站系统210的Rx口。从基站系统210的Tx口发出的信号，在经过功分器253后被分成两路，即信号I_or1和信号I_or2，这两路信号分别依次经过衰减器271和272、信道模拟器230提供的模拟信道231和232后，得到信号 

和信号 信号 由功分器251分成两路，其中一路利用合路器281与噪声发生器241产生的噪声信号I_oc1相加，并传送到双工器215的Rx端，以送至终端220的Tx/Rx0口；另一路信号直接传送到功率计261，以记录 

的功率。信号 

由功分器252分成两路，其中一路利用合路器282与噪声发生器242产生的噪声信号I_oc2相加，并经过衰减器273传送到终端220的Rx1口；另一路信号直接传送到功率计262，以记录 

的功率。控制平台290和操作维护平台280用于实现测试过程的监控与处理。其中控制平台290的主控进程是测试的控制中心，它与终端220、功率计261和/或262、噪声发生器241和242、操作维护平台280和/或信道模拟器230等设备上的分布进程相互配合，以自动完成测试的主体过程。

需要注意，这里选用的双工器215以及功分器251、252和253应符合测试的频段要求，功率计261和262以及噪声发生器241和242应具有通用数据接口，衰减器271、272、273和270以及传送信号用的射频电缆的屏蔽效果也应符合要求，而信道模拟器230可以选用业界通用的双无线信道模拟器，要求其信道参数可设。

在测试过程中，两噪声发生器241和242的设置相同。信道模拟器230中的模拟信道231和模拟信道232的信道类型相同，信道参数一致，信道之间设置终端双天线之间的相关系数。该相关系数的具体值与终端两天线的外形尺寸以及间隔距离有关；如无法实测获得，可取业界建议的正常值0.5。

在这里，衰减器271、272和273主要用于抵消两条前向链路的线路损耗差异，保证其基本平衡，即终端两个天线口接收的信号电平和 

与 基本相同；其次，衰减器271和衰减器272还具有保护信道模拟器230，以及保证信号功率在功率计可读数范围之内的作用。衰减器271和衰减器272的具体设置值可先根据基站系统210的发射功率范围、信道模拟器230可承受的最大输入功率以及功率计251和252的正常读数范围计算得到，再根据第一前向链路和第二前向链路的线路损耗差异情况进行微调。同时，由于第一前向链路中连接的双工器215存在一定的损耗，为保持两前向链路的平衡，还需要在第二前向链路中加入衰减器273，以补偿其损耗。

另外，需要说明，在对多天线终端(例如双天线终端)测试进行时，每条被测的前向链路都需要由所述信道模拟器模拟一条模拟信道，以及一个噪声发生器、一台功率计和一个合路器，其中，所有的噪声发生器都需要与控制平台相连，而对于功率计只需将其中一台与控制平台相连即可，其它的可以连接也可以不连。

图5是前向解调性能测试监控进程关系图，其中，粗箭头线表示数据采集方向，细箭头线表示指令发送方向。如图5所示，控制平台390的测试主控进程391是本发明测试装置的控制中心。测试主控进程391通过数据采集接口分 别从功率计360的功率采集发送进程361和终端320的PER采集发送进程321读取实时的 

功率值和误包率或误帧率值，再通过合适的算法自动计算的有效 功率值P_Q和有效误包率或误帧率值E_Q。例如，设一次有效的测试时间为Q秒，在这Q秒内实时上报有M个功率值，P_X+1，P_X+2，…，P_X+M，以及N个终端业务误包率或误帧率，E_Y+1，E_Y+2，…，E_Y+N，可以选用下面的算法计算：

有效功率值： $P_Q=\frac{1}{M}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{X+k},$

有效误包率或误帧率值： $E_Q=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{Y+k}.$

接着，测试主控进程391将计算结果E_Q与误包率或误帧率的目标值E_A比较，以此估算需要的噪声电平，并由通信接口向噪声发生器340的指令监控进程341发送指令，使其相应改变噪声电平，以使得E_Q不断逼近目标值E_A。

测试主控进程391可通过通信接口向操作维护平台380的指令监控进程381发送指令，其根据指令并通过前向业务速率控制模块382控制基站系统310的前向业务速率。另外，测试主控进程391还可通过通信接口向信道模拟器330的指令监控进程331发送指令，以控制信道参数。

在这里，各指令监控进程用于监听并执行测试主控进程发出的指令。测试主控进程与各指令监控进程之间的通信接口，可根据测试设备条件灵活地从现有技术中选择，例如，选择socket(套接字)通信技术等。

图6所示为本发明终端解调性能自动测量方法的准备过程的流程图，图7所示为本发明终端解调性能自动测量方法的流程图。

如图6所示，本发明的移动通信终端解调性能的自动测量方法的准备流程包括以下步骤：

步骤1，搭建测试环境，测量线路损耗以及确定各衰减器的损耗值(S11)；

步骤2，依次设置信道模拟器，进行终端呼叫连接，启动操作维护平台、功率计的功率值采集发送进程、噪声发生器的指令监控进程以及控制平台的测试主控进程等(S12)；以及

步骤3，设置前向业务下载速率的初始值、噪声功率的初始值、目标误包率或误帧率E_A以及噪声功率变化步长的初始值ΔP_S(S13)，之后转入节点1，开始对移动通信终端的解调性能进行自动测量。

如前所述，在测量过程中为了满足某个误包率或误帧率目标值可能会不断调整噪声电平，如图7所示，其方法可通过以下步骤实现：

步骤a，测试主控进程通过指令控制噪声发生器按一定的幅度发射噪声，并控制操作维护平台按指定的前向业务下载速率启动前向业务(S101)；

步骤b，T秒后，测试主控进程记录功率和误包率或误帧率的实时测量读数(S102)；

步骤c，记录开始Q秒后，测试主控进程停止读数记录，计算这Q秒内的误包率或误帧率读数有效值E_Q，并和目标值E_A进行比较(S103)；

步骤d，判断E_Q是否偏小(S104)，如果偏小，则令噪声电平幅度在原有值I_OC的基础上增加一个步长ΔP，即新的噪声幅度为I_OC′＝I_OC+ΔP(S106)，之后转到节点1执行；如果不偏小，则执行下一步；

步骤e，判断E_Q是否偏大(S105)，如果E_Q偏大，则减小噪声电平，此时先减小变化步长，例如设置新步长为ΔP′＝ΔP/2，再计算新的噪声幅度，I_OC′＝I_OC-ΔP′(S107)，之后执行节点1；反之，如果不偏大，则计算这Q秒内的功率读数有效值，以及在该业务下载速率及误包率或误帧率目标值条件下的解调门限值 

(S108)；

步骤f，判断是否所有的速率都已测完(S109)，如果没有，则准备下一级的业务下载速率，并恢复噪声变化步长为ΔP＝ΔP_S(S110)，之后转到节点1，以进行下一轮测试；如果所有的速率都已测完，则结束测试。

需要说明，在步骤b中，等待T秒的作用是为了度过业务数据刚开始下载时的不稳定期，再开始测试记录；而步骤c中的Q秒是无线信道性能测试所需的时间。根据CDMA2000 EVDO(Evolution Data Only，数据传输优化)系统的测试经验，T秒和Q秒分别可以选取20～30秒和90～120秒。

另外，步骤c/步骤d中提到的E_Q偏小/偏大是其与目标值E_A比较的结果，比较门限可根据具体的项目要求而确定，例如，可以选择下限为0.95E_A而上限为1.05E_A。此时，若E_Q＜0.95E_A则认为E_Q偏小；若E_Q＞1.05E_A则认为E_Q偏大；若E_Q在此上下限之间，则认为满足要求。

根据图7所示的方法，误包率或误帧率有效值是通过在目标值上下波动且幅度逐渐收窄的锯齿波逼近该目标值的。需要注意，图7所示的方法仅为某种信道条件及某种误包率或误帧率条件下自动测量终端解调性能的方法，然而本 发明的方法还可以进一步扩展为存在多种误包率或误帧率条件和/或多种信道条件的情况，并通过自动循环实现。例如，在CDMA2000 EVDO系统中，有2.4Mbps，1.8Mbsp，…，38.4kbps共12级前向业务速率，在测试前可以对每种速率预设多种误包率或误帧率目标值，如1％、2％、5％等，并且/或者还可以设置多种无线信道类型，然后通过本发明的方法及装置可以自动对每种情况下的终端解调性能的进行测量，以获取全部测量结果。同时，为提高测试的可靠性和结果的准确度，还可以在主控进程中增加适当的容错和优化处理。

应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可有其它多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种自动测量移动通信终端解调性能的装置，同用于提供指定速率的前向业务信号的基站系统和用于接收所述前向业务信号并采集其误包率或误帧率数据的终端相连，包括：

信道模拟器，用于模拟无线衰落信道环境；

噪声发生器，用于提供指定功率的噪声；以及

合路器，用于将两路信号合成为一路；

其特征在于，还包括：

功率计，用于测量所述终端侧的前向业务信号的功率；

双工器，用于连接前反向链路与所述终端的主天线口；

一个或多个功分器，用于按功率将输入的信号平分为多路输出；

一个或多个第一衰减器，位于基站系统和信道模拟器之间，以及第二衰减器，位于所述基站系统和所述双工器之间；所述第一、第二衰减器用于调节接收器件的输入电平，和/或保证各前向链路间的平衡；以及

控制平台，用于通过数据采集接口分别从所述功率计和所述终端采集终端侧前向业务信号的功率以及在该信号中加入噪声后的误包率或误帧率的实时测量结果；根据所述功率和所述误包率或误帧率的实时测量结果，分别计算功率有效值和误包率或误帧率有效值；当所述误包率或误帧率有效值不满足要求时，通过通信接口控制所述噪声发生器改变噪声发射功率以继续测量过程；而当满足要求时计算终端解调门限值，

其中，由所述基站系统发出的前向业务信号经过所述第一衰减器和所述信道模拟器模拟的无线衰落信道后，再由所述功分器平分为两路，其中一路用于由所述功率计进行测量，另一路利用所述合路器与所述噪声发生器产生的噪声信号相加形成合成信号，所述终端接收该合成信号并测量其误包率或误帧率数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制平台可进一步通过操作维护平台控制所述基站系统的前向业务速率。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过所述控制平台可设置误包率或误帧率目标值，用于与所述误包率或误帧率有效值的相比较，以判断 该误包率或误帧率有效值是否满足要求。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过所述控制平台还可对所述信道模拟器的参数进行设定，以提供所需的无线衰落信道。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在对多天线终端进行测试时，所述基站系统的输出端与至少一个所述功分器相连，以分离多条前向链路；并且每条被测的前向链路包括：至少一个由所述信道模拟器模拟的无线衰落信道、至少一个所述噪声发生器和至少一个所述功率计，其中，全部的所述噪声发生器都与所述控制平台相连，而所述功率计中至少有一个与控制平台相连；并且，直接与所述终端副天线口相连接的一路前向链路，在该路前向链路的所述合路器和所述终端之间还具有一个第三衰减器，用于补偿相对于连接有所述双工器的前向链路的损耗，以保持连接到所述终端副天线口的前向链路与连接到所述终端主天线口的前向链路之间的平衡。

6.一种利用权利要求1至5中任一项所述的装置而实现的自动测量移动通信终端解调性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，控制平台分别从功率计和终端采集终端侧前向业务信号的功率和在该信号中加入噪声后的合成信号的误包率或误帧率的实时测量结果；

步骤2，所述控制平台根据所述功率和所述误包率或误帧率的实时测量结果，分别计算功率有效值和误包率或误帧率有效值；以及

步骤3，当所述误包率或误帧率有效值不满足要求时，所述控制平台控制噪声发生器改变其噪声发射功率，并返回步骤1；而当满足要求时，所述控制平台计算终端解调门限值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤1之前，所述控制平台设置噪声功率变化步长初始值以及误包率或误帧率目标值。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤1之前还包括：

所述控制平台设置噪声功率初始值，并控制所述噪声发生器以所述噪声功率初始值发射噪声；以及

所述控制平台设置前向业务下载速率，并通过操作维护平台控制基站系统按该速率启动前向业务。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括，所述控制平台比较所述误包率或误帧率有效值和所述误包率或误帧率目标值， 如果所述误包率或误帧率有效值偏大/偏小，则所述控制平台控制所述噪声发生器在原有的噪声功率基础上减小/增加一个所述噪声功率变化步长。 

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在测量过程中，所述噪声功率变化步长随所述噪声功率改变次数的增加而减小，并在进行下一次测量之前，恢复其为所述噪声功率变化步长初始值。 

Images