CN101222731B

CN101222731B - 时分双工无线通信系统中的收发链路性能测试方法及装置

Info

Publication number: CN101222731B
Application number: CN2008100008440A
Authority: CN
Inventors: 郑卫军; 程三海
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2028-01-22
Also published as: CN101222731A

Abstract

本发明公开了一种时分双工无线通信系统中的收发链路性能测试方法及装置，所述方法包括：将仿真生成的单音信号从前向链路发送出去，通过衰减器直接环回到反向链路；反向链路对接收到的单音信号进行处理和分析，得出收发链路性能的测试结果。本发明方法对TRX链路的测试采用环回的方式，在不需要外接测试仪器的情况下就能够完成测试，大大减少了测试操作的复杂性以及对仪器的依赖性；并且，该测试方法可以一次性完成TRX整个链路的测试，可以大大减少测试时间，提高了TRX单板测试及生产效率。

Description

时分双工无线通信系统中的收发链路性能测试方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于TDD(时分双工)无线通信系统中的TRX(Transmitand Receive，收发)链路的性能测试方法及装置。

背景技术

TDD是由ETSI(欧洲电信标准协会)定义的第三代移动通信中按时间划分无线信道的双工技术。

在TDD通信系统中，上行传输和下行传输使用相同的频率。

TRX链路是指无线通信系统中的前向发射链路以及反向接收链路，如图1所示，前向链路包括：数字上变频(DUC)接口102，数模转换(DAC)接口103，射频TX链路104；反向链路包括射频RX链路106，模数转换(ADC)107以及数字下变频(DDC)接口108。TRX单板在生产出来后需要进行链路性能测试。传统的办法都是通过信号源和频谱仪来测试，采用信号源发出一单音信号，送给反向(RX)链路，RX链路接收到此信号后又环回到前向(TX)链路，单音信号从TX链路送出给频谱仪，频谱仪进行数据采集，采集到的数据通过与测试电脑之间的接口送到测试电脑，电脑进行数据分析，得出信号的SNR(信噪比)值。这种测试方法需要做比较复杂的测试工装，测试过程也很麻烦，并且前向以及反向链路的测试是分开测试的，这样一块TRX单板的测试需要花费的时间比较长，这就影响到TRX单板大规模量产时的生产效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种时分双工无线通信系统中的收发链路性能测试方法及装置，完成对生产出来的TRX单板链路性能的测试，能够简化测试的复杂性，提高TRX单板的测试效率。

为了解决上述问题，本发明提供了一种时分双工无线通信系统中的收发链路性能测试方法，包括以下步骤：

将仿真生成的单音信号从前向链路发送出去，通过衰减器直接环回到反向链路；

反向链路对接收到的单音信号进行处理和分析，得出收发链路性能的测试结果。

进一步地，反向链路对接收到的单音信号进行如下处理和分析：

反向链路基于时分双工无线通信系统的收发同频特性，对接收到的单音信号根据前向基频点计算反向接收到的单音信号的信噪比，根据计算的信噪比判断收发链路的性能；

所述根据前向基频点计算反向接收到的单音信号的信噪比的方式包括以下步骤：1)给单音数据加汉明窗处理；2)对加窗处理后的数据进行快速傅立叶变换FFT变换；3)对完成FFT变换后的1024个点的单音数据进行能量计算；4)计算前向所发的单音信号在FFT变换后的基频点.j；5)计算反向收到的单音信号的能量值；6)计算噪声的能量值；7)计算SNR值。

进一步地，通过以下方式仿真生成单音信号：根据采样率及单音频率产生一组由正弦函数和余弦函数组成的单音数据，再将所述单音数据转化为十进制有符号的整数，即生成所述单音信号。

进一步地，所述单音信号的生成方法包括如下步骤：

(1)按照下面的公式产生单音数据，cos(Xk)＝cos(2π*k*f0/fs)，sin(Xk)＝sin(2π*k*f0/fs)，k＝0，1，2，...，fs/f0-1，所述f₀为单音频率，fs为采样率；

(2)分别对cos(Xk)*(2∧15)和sin(Xk)*(2∧15)取整，得到十进制有符号的整数，即生成所述单音信号(Ik，Qk)。

进一步地，所述方法仿真多组具有多种单音频率的单音信号，选择其中的一组或多组单音信号进行测试。

进一步地，所述反向链路通过以下步骤计算接收到的单音信号的信噪比：

(a)取出所述单音信号的1024个点的(Ii，Qi)数据，记为X[i].I和X[i].Q，i＝0，1，2，...，1023，给所述单音数据(Ii，Qi)加汉明窗得到加窗处理后的数据：

X[i].IW＝X[i].Ii*(0.54-0.46*cos(2π*i/1024))

X[i].IW＝X[i].Qi*(0.54-0.46*sin(2π*i/1024))；

(b)对所述加窗处理后的数据X[i].IW和X[i].IW进行快速傅立叶变换，得到X[i].IFFT，X[i].QFFT；

(c)对完成快速傅立叶变换后的1024个点的(I，Q)数据进行能量计算，各点的能量值P[i]＝(X[i].IFFT)2+(X[i].QFFT)2；

(d)计算前向所发送的单音信号在快速傅立叶变换后的基频点j，j＝f0/B*1024，B为信号带宽；

(e)根据所述基频点j计算反向接收到的单音信号的能量值Ps，即找出P[j]作为单音基频的能量值，并取基频和其两旁各m个采样点，对这些点的能量值求和，得到单音信号的能量值Ps，Ps＝P[j-m]+P[j-m+1]+...+P[j-1]+P[j]+P[j+1]+...+P[j+m-1]+P[j+m]；

(f)计算噪声的能量值Pn，Pn＝Psum-Ps，其中Psum为1024个点的(I，Q)数据的能量总和；

(g)计算信噪比SNR，SNR＝10log(Ps/Pn)。

本发明还提供了一种时分双工无线通信系统中的收发链路性能测试装置，所述时分双工无线通信系统的收发链路包括前向链路和反向链路，其特征在于，所述装置包括测试单音数据产生模块，链路环回模块，反向单音信号采集模块和反向单音数据处理分析模块，所述测试单音数据产生模块与所述前向链路、所述链路环回模块、所述反向链路、所述反向单音信号采集模块、所述反向单音数据处理分析模块之间依次相连，其中

测试单音数据产生模块，用于通过仿真生成单音信号，并将生成的所述单音信号从所述前向链路发送出去；

链路环回模块，用于通过衰减器将所述前向链路发送出去的单音信号直接环回到所述反向链路；

反向单音信号采集模块，用于在通过反向链路接收到所述单音信号后，采集反向接收到的单音信号并发送给所述反向单音数据处理分析模块；

反向单音数据处理分析模块，用于对反向接收到的单音信号进行处理和分析，得出收发链路性能的测试结果。

进一步地，所述反向单音数据处理分析模块基于时分双工无线通信系统的收发同频特性，根据前向基频点计算反向接收到的单音信号的信噪比，根据计算的信噪比判断收发链路的性能；

所述根据前向基频点计算反向接收到的单音信号的信噪比的方式包括以下步骤：1)给单音数据加汉明窗处理；2)对加窗处理后的数据进行快速傅立叶变换FFT变换；3)对完成FFT变换后的1024个点的单音数据进行能量计算；4)计算前向所发的单音信号在FFT变换后的基频点j；5)计算反向收到的单音信号的能量值；6)计算噪声的能量值；7)计算SNR值。

进一步地，所述测试单音数据产生模块通过以下方式仿真生成单音信号：根据采样率及单音频率产生一组由正弦函数和余弦函数组成的单音数据，再将所述单音数据转化为十进制有符号的整数，即生成所述单音信号。

进一步地，所述测试单音数据产生模块仿真多组具有多种单音频率的单音信号，选择其中的一组或多组单音信号进行测试。

本发明方法对TRX链路的测试是采用环回的方式，一次性完成前向以及反向链路的测试，对单音信号的分析是采用单板上的CPU(中央处理器)对接收链路收到的信号进行FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)处理来实现，这样在不需要外接测试仪器的情况下就能够完成测试，大大减少了测试操作的复杂性以及对仪器的依赖性；并且，该测试方法可以一次性完成TRX整个链路的测试，可以大大减少测试时间，提高了测试及整个生产的效率。

附图说明

图1为本发明链路测试装置的基本框图；

图2为CPU对反向单音数据的处理及分析流程图；

图3为本发明链路测试方法的测试流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明实施例的测试装置主要包括：测试单音数据产生模块101，链路环回模块，反向单音信号采集模块和反向单音数据处理分析模块，测试单音数据产生模块101与前向链路、链路环回模块、反向链路、反向单音信号采集模块109和反向单音数据处理分析模块110之间依次相连，其中：

测试单音数据产生模块101，用于通过仿真生成单音信号，并将生成的所述单音信号从所述前向链路发送出去；

链路环回模块，用于将所述前向链路发送出去的单音信号直接环回到所述反向链路；

如图1所示，链路环回模块通过射频线缆和衰减器105在PA(射频功率放大器)之前将前向链路和反向链路直接相连。使用衰减器105是为了避免接收功率过大，起到保护单板的作用。

反向单音信号采集模块109，用于在反向链路接收到所述单音信号后，采集所述单音信号并发送给所述反向单音数据处理分析模块；

反向单音数据处理分析模块110，用于基于时分双工无线通信系统的收发同频特性对接收到的所述单音信号进行处理和分析，得出收发链路性能的测试结果。

如图1中所示，测试单音数据产生模块101和反向单音信号采集模块109设在TRX单板上的FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)上，反向单音数据处理分析模块110设在TRX单板上的CPU(中央处理器)中，CPU还包括逻辑加载及控制模块111，反向单音信号采集模块109和反向单音数据处理分析模块110，通过CPU与FPGA之间的逻辑加载以及程序控制接口相互通讯。

下面结合附图对本发明进行环回测试的方法及测试流程进行说明。

步骤一、测试单音信号的产生，存储以及发送。

测试单音数据产生模块101使用matlab(matrixlaboratory，矩阵实验室，美国MathWorks公司推出的用于数值计算和图形处理计算系统环境)工具生成测试单音的数据，存储在FPGA逻辑程序的ROM中，测试时通过采样时钟，从FPGA的ROM中读出单音数据，发送到上变频接口102。

具体地，该模块101根据采样率(sample rate)fs以及单音频率(single tonefrequency)f₀，通过matlab产生一组具有M个点组成的单音数据，此单音数据由cos(x)和sin(x)组成；把cos(x)和sin(x)转化成十进制有符号的整数，这就是基带单音数据的(I，Q)信号。

本实施例中，对于一个采样频率为11.2兆赫，单音频率为0.7兆赫的单音信号的生成方法如下：

(1)根据fs/f₀得到M的值，M＝fs/f₀，即M＝16，并按照下面的公式产生单音数据，cos(X_k)＝cos(2π*k*f₀/fs)，sin(X_k)＝sin(2π*k*f₀/fs)，k＝0，1，2，...，M-1；

(2)分别对cos(X_k)*(2^15)和sin(X_k)*(2^15)取整，得到十进制有符号的整数，即得到一组基带单音信号(I_k，Q_k)。

有符号十进制的单音(I，Q)数据生成后，在编译FPGA逻辑版本时，把数据放在FPGA的ROM(只读存储器)中。产生N(N值根据实际测试需要决定)种频率的单音，一并存储在FPGA逻辑中，测试时可先后选择单音频率不同的多个频点进行测试。

步骤二、将前向链路发送出去的单音信号直接环回到反向链路。

如图1所示，链路环回模块将单板的TX链路和RX链路在PA之前环回起来，单音信号从FPGA发出后经过整个环回链路，又送回到FPGA接口。

步骤三、对反向单音信号进行处理和分析，得出TRX链路性能的测试结果。

FPGA中的反向单音信号采集模块109采集RX链路接收进来的数据，采集模块109从RX链路采集1024个点的(I，Q)数据缓存后，通过逻辑加载及控制接口发送到CPU的反向单音数据处理分析模块110处理。

反向单音数据处理分析模块110对FPGA采集来的单音数据进行FFT变换，并进行分析处理。具体的处理过程如图2所示：

步骤201.给单音(I，Q)数据加汉明窗处理。

由于直接对信号截断会产生频率泄露，为了改善频率泄露的情况，在对单音(I，Q)数据进行FFT分析前需加汉明窗处理；把采集模块109取出单音的1024个点的(I，Q)数据记为X[i].I和X[i].Q，0≤i＜1024；

给数据加汉明窗：

X[i].IW＝X[i].I*(0.54-0.46*cos(2π*i/1024))；

X[i].QW＝X[i].Q*(0.54-0.46*cos(2π*i/1024))；

步骤202.对加窗处理后的数据进行FFT变换。对X[i].IW和X[i].QW进行FFT运算得出X[i].IFFT和X[i].QFFT；

步骤203.对完成FFT变换后的1024个点的(I，Q)数据进行能量计算。

分别对X[i].IFFT和X[i].QFFT进行平方运算得到(X[i].IFFT)²，(X[i].QFFT)²，各点的能量值P[i]＝(X[i].IFFT)²+(X[i].QFFT)²。

步骤204.计算前向所发的单音信号在FFT变换后的基频点j。由于此系统是收发同频的，前向发出的单音环回到反向后频点是不变的，因此FFT变换后的基频点j的可按如下方法计算：

j＝f₀/B*1024，其中f₀为前向发出的单音频率，B为信号带宽。

步骤205.计算反向收到的单音信号的能量值Ps。

将P[j]作为单音基频的能量值，并取基频和其两旁适当数目(m个)的采样值，求出它们和值，即得到单音信号的能量值Ps，Ps＝P[j-m]+P[j-m+1]+...P[j-1]+P[j]+P[j+1]+...+P[j+m-1]+P[j+m]。

所需采样点的数目(m)由ADC的分辨率决定。

步骤206.计算噪声的能量值Pn。Pn＝Psum-Ps，其中Psum为1024个点的(I，Q)数据的能量总和。

步骤207.计算SNR值，SNR＝10log(Ps/Pn)。

步骤208.判断TRX链路性能是否正常。根据计算的SNR值判断此单音经过整个TRX链路后是否满足设计要求，进而得出TRX链路性能是否正常。

如图3所示，本实施例的操作流程如下：

步骤1.进行环回连接。按照图1所示的方式，把单板的TX链路和RX链路在PA之前环回起来；

步骤2.加载测试程序。在确认环回连接已经完成后，单板上电，给单板加载测试程序；

步骤3.发送测试命令。在测试程序正常运行后，通过串口发送测试命令，选择发送出来的单音信号频率，开始测试；

步骤4.FPGA接收反向单音信号。FPGA采集1024个点的RX链路接收到的(I，Q)数据，并把接收到的数据缓存起来等待CPU来读取；

步骤5.CPU从FPGA中取数据。CPU从FPGA取出1024个点的(I，Q)数据，以用来做FFT分析处理；

步骤6.CPU对数据的处理和分析。CPU对取到的1024个点的(I，Q)数据进行FFT变换，并对FFT变换后的数据进行分析，计算出反向单音信号的信噪比SNR值；根据反向单音信号的信噪比SNR值来判断TRX链路的性能是否正常；

步骤7.发送另一频点的单音进行测试。测试中可以在FPGA中储存多种单音的数据，测试中先后可以发出多个频点的单音，对带宽内进行多点验证。

从上述技术方案可以看出，本方法直接把TX链路发送出去的单音信号环回到RX链路，FPGA采集RX链路接收进来的数据；基于收发同频特性，FPGA最终接收到的信号就是前向发送出来的单音信号，即接收到的也是一单音信号，且频点与前向发送出来是一样的；通过分析RX链路收回来的单音信号质量，进而推断出整个TRX链路的性能是否正常。

Claims

1.一种时分双工无线通信系统中的收发链路性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

反向链路对接收到的单音信号进行如下处理和分析：反向链路基于时分双工无线通信系统的收发同频特性，对接收到的单音信号根据前向基频点计算反向接收到的单音信号的信噪比，根据计算的信噪比判断收发链路的性能，得出收发链路性能的测试结果；

所述根据前向基频点计算反向接收到的单音信号的信噪比的方式包括以下步骤：1)给单音(I，Q)数据加汉明窗处理；2)对加窗处理后的数据进行快速傅立叶变换FFT变换；3)对完成FFT变换后的1024个点的(I，Q)数据进行能量计算；4)计算前向所发的单音信号在FFT变换后的基频点j；5)计算反向收到的单音信号的能量值，将P[j]作为单音基频的能量值，并取基频和其两旁适当数目的采样值，求出它们和值，即得到单音信号的能量值；6)计算噪声的能量值；7)计算SNR值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式仿真生成单音信号：根据采样率及单音频率产生一组由正弦函数和余弦函数组成的单音数据，再将所述单音数据转化为十进制有符号的整数，即生成所述单音信号。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述单音信号的生成方法包括如下步骤：

(1)按照下面的公式产生单音数据，cos(X_k)＝cos(2π*k*f₀/fs)，sin(X_k)＝sin(2π*k*f₀/fs)，k＝0，1，2，...，fs/f₀-1，所述f₀为单音频率，fs为采样率；

(2)分别对cos(X_k)*(2^15)和sin(X_k)*(2^15)取整，得到十进制有符号的整数，即生成所述单音信号(I_k，Q_k)。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法仿真多组具有多种单音频率的单音信号，选择其中的一组或多组单音信号进行测试。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反向链路通过以下步骤计算接收到的单音信号的信噪比：

(a)取出所述单音信号的1024个点的(I_i，Q_i)数据，记为X[i].I和X[i].Q，i＝0，1，2，...，1023，给所述单音数据(I_i，Q_i)加汉明窗得到加窗处理后的数据：

X[i].IW＝X[i].I_i*(0.54-0.46*cos(2π*i/1024))

X[i].IW＝X[i].Q_i*(0.54-0.46*sin(2π*i/1024))；

(c)对完成快速傅立叶变换后的1024个点的(I，Q)数据进行能量计算，各点的能量值P[i]＝(X[i].IFFT)²+(X[i].QFFT)²；

(d)计算前向所发送的单音信号在快速傅立叶变换后的基频点j，j＝f₀/B*1024，B为信号带宽，f₀为单音频率；

(g)计算信噪比SNR，SNR＝10log(Ps/Pn)。

6.一种时分双工无线通信系统中的收发链路性能测试装置，所述时分双工无线通信系统的收发链路包括前向链路和反向链路，其特征在于，所述装置包括测试单音数据产生模块，链路环回模块，反向单音信号采集模块和反向单音数据处理分析模块，所述测试单音数据产生模块与所述前向链路、所述链路环回模块、所述反向链路、所述反向单音信号采集模块、所述反向单音数据处理分析模块之间依次相连，其中

反向单音数据处理分析模块，用于对反向接收到的单音信号进行处理和分析，得出收发链路性能的测试结果，所述反向单音数据处理分析模块基于时分双工无线通信系统的收发同频特性，根据前向基频点计算反向接收到的单音信号的信噪比，根据计算的信噪比判断收发链路的性能；

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述测试单音数据产生模块通过以下方式仿真生成单音信号：根据采样率及单音频率产生一组由正弦函数和余弦函数组成的单音数据，再将所述单音数据转化为十进制有符号的整数，即生成所述单音信号。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述测试单音数据产生模块仿真多组具有多种单音频率的单音信号，选择其中的一组或多组单音信号进行测试。