CN101399621A - 空间射频性能测试方法及系统 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，公开了一种空间射频性能测试方法，在上述方法中，包括以下处理：球面坐标系建立步骤、测试点选取步骤、测试步骤、数据处理步骤。通过本发明，以使得空间的测试点在球面上的分布尽量均匀，能够在满足测试精度要求的情况下减少测试点数，从而节省测试时间，同时简化了测试结果处理算法。

Description

空间射频性能测试方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信产品的射频测试技术领域，具体地，涉及无线通信产品(Over The Air，OTA)的空间射频性能测试方法。
背景技术
随着现代工业的发展，各类无线通讯产品只有具备良好的发射和接收性能才能保证通讯质量，即，总辐射功率(Total RadiatedPower，下文中简称为TRP)要高于一定值，全向接收灵敏度(TotalIsotropic Sensitivity，TIS)要低于一定值，也就是空间射频性能(OverThe Air，下文中简称为OTA)测试指标要良好。
CTIA(蜂窝通讯标准化协会)为了保障移动终端设备在网络中正常使用，制定了移动终端空间射频性能的测试标准即《The testplan for mobile station OTA performance》，目前，很多运营商都要求进入其网络的移动终端空间射频性能要按照CTIA标准要求进行测试，TRP、TIS要满足一定的限值要求。
在CTIA标准中，对于TRP和TIS的测量是在以被测设备为圆心的球面上进行取点测试。为了准确评价被测设备的发射和接收性能，需要选取足够多的测试点。被测无线通信产品放置于一测试装置的第一旋转轴或第二旋转轴上，第一旋转轴旋转范围为0-180度，第二旋转轴旋转范围为0-360度。其中TRP测试需要每隔15度θ(0-180度)和Φ(0-360度)取一个测试点，总共需要测试264个点。TIS测试需每隔30度θ(0-180度)和Φ(0-360度)取一个测试点，共需测试60个点。由于测试点是等角度选取的，所以其在球面上是非均匀分布的。TRP、TIS需要根据所有的测试点进行球面积分计算得出。在积分运算中，对位于θ＝0，θ＝180的两个测试点，其正弦值为零，所以这两个点不进行测试。
随着信息技术的发展，无线通信产品的空间性能测试越来越多，同时也越来越复杂，测试所占用的时间是制约空间射频性能测试测试速度的一个瓶颈，随着多频段无线通信产品的增加，完成其空间射频性能评估的时间也越长，目前，对于现有的使用等角度进行球面取点测试方法，测试点在球面分布不均匀，为了能更加准确地评估EUT(Equipment Under Test，被测设备)的空间射频性能，需测量足够多的点，TRP测试264个点，TIS测试60个点。射频性能的测试速度很大程度上取决于测试点的个数，因此测试点过多会造成测试时间过长。另外，在测试结果的处理上由于测试点在球面上非均匀分布，计算TRP和TIS时需要使用球面积分进行处理，计算过程比较复杂。再者，这样球面上θ角为0度和180度的两个点在计算中为0，在TRP或TIS计算中不起作用。
鉴于上述内容，如果能够提供一种既能够节省测试时间又可以简化测试后的计算方法，同时对于θ等于0度和180度时测试结果有意义的空间射频性能测试方法无疑是理想的。
发明内容
考虑到相关技术中存在的上述问题而提出本发明，为此，本发明旨在提供一种用于无线通信产品的空间射频性能测试方案。
根据本发明，提供了一种空间射频性能测试方法。
该方法包括：球面坐标系建立步骤，以被测无线通讯产品为坐标原点建立由x、y、z轴所定义的球面坐标。θ角为测试点与z轴正方向的夹角，
Figure A200710161465D00071
角为x轴正向与测试点在x、y平面上的投影点的夹角；
测试点选取步骤，使用正N面体对整个球面进行三角化来获得尽可能均匀分布在球面上的测试点；其中正N面体的一个顶点位于θ＝0度点处。测试路径规划步骤，为不增加机械实现难度需进行测试路径规划。旋转测试装置的第一旋转轴和第二旋转轴，按照每一测试点所对应的θ角大小按照一定顺序进行测试，对于θ角相等的点依据
Figure A200710161465D0007165148QIETU
大小按照一定顺序进行测试；数据处理步骤，将在各个测试点所测量的数据进行线性平均得到需要的TRP及TIS值，公式如下：
Figure A200710161465D00072
Figure A200710161465D00073
其中，N1为进行L次三角化得到的测量点个数，n为L次三角化得到θ值不同的测试点个数，m为L次三角化得到的θ角相同但角不同的测试点个数。
EiRPθ(θi，φj)为角度为θi，的测试点的等效全向辐射功率水平极化分量值，单位为毫瓦。
EiRPφ(θi，φj)为角度为θi，φj的测试点的等效全向辐射功率垂直极化分量值，，单位为毫瓦。
EISθ(θi，φj)为角度为θi，φj的测试点的等效全向接收功率水平极化分量值，单位为毫瓦。
EISθ(θi，φj)为角度为θi，φj的测试点的等效全向接收功率垂直极化分量值，单位为毫瓦。
在上述方法中，在测试步骤中，不增加测试系统机械复杂度，旋转测试装置的第一旋转轴和第二旋转轴测量各测试点。对于θ角相等的测试点，按照角大小顺序对各测试点进行测试。
根据本发明，还提供了一种空间射频性能测试系统。
该系统包括：球面坐标系建立模块，用于建立球面坐标系，对于无线通信产品以其为原点建立由x、y、z轴所定义的球面坐标系。θ角为测试点与z轴正方向的夹角，角为x轴正向与测试点在x、y平面上的投影点的夹角；测试点选取模块，用于选取测试点，使用正N面体对整个球面进行三角化来获得均匀分布在球面上的测试点；测试模块，用于按照测试装置有2个旋转轴第一旋转轴和第二旋转轴对测试点进行测试，第一旋转轴旋转范围为0-180度和第二旋转轴旋转范围为0-360度。测试点的θ角的大小顺序依次测试每个θ所对应的平面上的对应于不同角的测试点；数据处理模块，将在各个测试点所测量的数据进行线性平均得到需要的总发射功率TRP、全向接收灵敏度TIS值。
在上述系统中，旋转测试装置旋转轴第一旋转轴、第二旋转轴测量各测试点。对于θ角相等的测试点，测试路径规划模块按照
Figure A200710161465D00084
角大小顺序对各测试点进行测试。
通过本发明，可以使得空间的测试点在球面上的分布尽量均匀，能够在满足测试精度要求的情况下减少测试点数，从而节省测试时间，同时简化了测试结果处理算法，以及在θ角为0度和180度时的测试结果对于空间性能的评估是有意义的。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明实施例的空间射频性能测试方法的流程图；
图2是以被测无线通讯产品为原点建立的球面坐标系；
图3是测试装置两个旋转轴与空间球坐标对应关系图；
图4是根据本发明实施例的在球面上进行正20面体球面处理的示意图；
图5是正20面体球面三角化示意图；
图6是使用正20面体进行3次三角化得到的测试点分布图；
图7是使用正20面体进行2次三角化得到的测试点分布图；
图8A是根据本发明一种实施例的测试装置示意图；
图8B是根据本发明另一实施例的测试装置示意图；
图9是使用正20面体进行3次三角化得到的测试点测试路径图；
图10是使用正20面体进行2次三角化得到的测试点测试路径图；
图11是根据本发明实施例2次规划测试点的角度分布列表。
图12是根据本发明实施例3次规划测试点的角度分布列表。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
根据本发明实施例，首先提供了一种用于无线通信产品的空间射频性能测试方法。
如图1所示，该方法大致可以包括以下几项处理：球面坐标系建立步骤(S102)，测试点选取步骤(S104)，测试步骤(S106)，以及数据处理步骤(S108)。
以下将进一步对各处理步骤进行详细描述。
(一)球面坐标系建立
对于无线通信产品空间射频性能测试，以被测无线通信产品为原点建立由x、y、z轴所定义的球面坐标系。θ角为测试点与z轴正方向的夹角，
Figure A200710161465D00101
角为x轴正向与测试点在x、y平面上的投影点的夹角，参见图2。被测无线通信产品放置于一测试装置的第一旋转轴或第二旋转轴上，测试装置两个旋转轴与空间球坐标对应关系见图3；
(二)测试点选取
使用正N面体对整个球面进行三角化来获得均匀分布在球面上的测试点。
所谓三角化，是指先将单位球面划分为正四面体、正八面体、正十二面体、正十六面体、或者正二十面体，每一个面对应一个球面三角形，然后连接球面三角形三条边的中点，把每一个球面三角形划分为四个球面三角形，取三角网格的顶点为测试点。如此递归划分直到达到需要的三角形个数即测试点个数。这些三角形的顶点尽可能均匀的分布在整个球面上。所以只要获得足够的测试点数就可以评估移动终端或者其他的无线设备的空间射频性能总发射功率(TRP)、全向接收灵敏度(TIS)。因为测试点均匀分布在球面上，所以可以大大较少TRP、TIS测试需要的测试点数，从而减少测试时间。
例如，在如图2所示的球面上，通过如下处理选取测试点：首先以正20面体对整个球面进行三角化，球面三角化的目的是使测试点均匀分布在球面上。将球面均匀三角化时，可以先将单位球面划分为正四面体或正八面体，也可以是正十二面体、正十六面体或者正二十面体。此处以正20面体为例进行说明，如图4、图5所示，在图4中，1、12为球面两顶点，2-11分别两个正五边形顶点，点2到x轴正向的角度为26.565度；在图5中，三角形1-2-3分别被三角化为1-4-6、4-2-5、6-5-3、4-5-6四个三角形，依次类推进行划分得到需要的测量点数，测试点选在各个球面三角形的顶点。在图6中，1是测试点，2是三角化后的三角形。
每一个面对应一个球面三角形，然后连接球面三角形三条边的中点，把每一个球面三角形划分为四个球面三角形，如此递归划分直到达到需要的三角形个数。测试点选在各个球面三角形的顶点。图6所示是进行3次三角化得到的测试点的分布，可以得到162个测试点，这些测试点尽可能均匀地分布在以被测设备为中点的球面上，经过TRP测试证明，这些点的测量能够准确给出与CTIA上的方法同样的TRP值。能够准确地评价被测设备的空间射频性能TRP，但是测试点却由CTIA标准规定的264个点减少到162个点，这样，测量时间就减少约38％。对于TIS测试只需要进行2次三角化，测量42个点，如图7所示，可以完全评估测试设备的接收性能，测量结果与CTIA的测试方法得到的TIS结果相同，与CTIA规定的每30度角测试一个点相比减少了18个点，这样测量时间减少了30％。同时由于测试点均匀分布在球面上，所以避免了CTIA标准中的测试结果的积分处理，只需要对测量结果进行线性平均，这样简化了测试结果处理算法，从而也节省了结果处理时间。由于以前采用积分处理测试结果，因此对于θ等于0度和180度点的测量结果不能涵盖在整个测试结果评估中，但是采用线性平均就避免了这一点。
(三)测试步骤
参见图8A和8B所示，图8A为一种测试装置，1为第一旋转轴，轴旋转范围为0-180度，2为第二旋转轴，旋转范围为0-360度，3为测量天线。图8B为另一种测试装置，1为第一旋转轴，轴旋转范围为0-180度，2为第二旋转轴，旋转范围为0-360度。3为测量天线。为不增加测试装置机械难度，依次旋转测试装置旋转轴θ轴Φ轴测量各测试点。
取得了球面上的测试点以后，就需要进行测试的路径规划，经过对测试点所对应的角度值进行分析，在同一θ角上对应了几个
Figure A200710161465D00121
角不等的点。越是接近大圆，需要测量的点数越多，在两极附近需要的测试点减少，这样避免了CTIA标准中的等角度测试方法在任何一个高度角θ上都需要测量等数量的点。
为此，按照测试点的θ(0-180)的大小顺序依次测试每个角θ所对应的平面上的对应于不同(0-360)的测试点；对于θ角相等的测试点，按照
Figure A200710161465D00132
的大小顺序对各测试点进行测试。其中，图9示出了TRP测试点及路径规划，图10示出了TIS测试点及路径规划。首先将测试装置的两个轴都旋转到0度，使被测设备的状态达到测试要求。从θ＝0度的点开始测试，测试完成后旋转测试装置的第一旋转轴使θ角到下一个角度，在此角度上对应着几个
Figure A200710161465D00133
值不同的角，旋转测试装置的第二旋转轴，依次测试这些点，以此类推测试完成所有的点。2次划分和3次划分的测试点如图11和图12所示。
(四)数据处理
将在各个测试点所测量的数据进行线性平均，就可以得到移动终端设备或者其他无线通信产品的空间射频性能指标TRP、TIS。而不需要进行繁杂的积分运算，简化了计算方法。
通过本发明，可以使得空间的测试点在球面上的分布尽量均匀，能够在满足测试精度及准确度要求的情况下减少测试点数，从而节省测试时间。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种空间射频性能测试方法，用于无线通信产品的空间射频性能测试，被测无线通信产品放置于一测试装置的第一旋转轴或第二旋转轴上，其特征在于，该方法包括：
以被测无线通信产品为原点建立由x、y、z轴所定义的球面坐标系；
选取测试点的步骤，使用正N面体对整个球面进行三角化来获得均匀分布在球面上的测试点；
测试步骤，旋转测试装置的第一旋转轴和第二旋转轴，按照各测试点的θ角大小依次测试每个θ角所对应的平面上的对应于不同
Figure A200710161465C00021
角的测试点的空间射频性能数据，其中θ角为测试点与所述z轴正方向的夹角，
Figure A200710161465C00022
角为所述x轴正向与测试点在所述x、y平面上的投影点的夹角；
数据处理步骤，将在各个测试点所测量的空间射频性能数据进行线性平均计算得到总的测试结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述测试步骤中，对于θ角相等的测试点，按照
Figure A200710161465C00023
角大小顺序对各测试点进行测试。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述测试步骤具体包括：按照测试点对应的θ值的大小进行排序，对于θ值相同但
Figure A200710161465C00024
值不同的测试点再按照
Figure A200710161465C00025
值大小进行排序，按照排序后的测试点顺序依次测试各测试点的空间射频性能数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一旋转轴的旋转范围为0-180度，第二旋转轴的旋转范围为0-360度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选取测试点的步骤具体包括：将球面划分为正四面体、正八面体、正十二面体、正十六面体、或者正二十面体，每一个面对应一个球面三角形，连接球面三角形三条边的中点，把每一个球面三角形划分为四个球面三角形，取三角网格的顶点为测试点。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各测试点的空间射频性能数据包括以下数据中的至少一种：发射功率、接收灵敏度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述数据处理步骤计算总的测试结果的步骤包括：
根据以下公式计算总发射功率(TRP)：
Figure A200710161465C00031
和/或根据以下公式计算全向接收灵敏度(TIS)：
Figure A200710161465C00032
其中，NL为进行L次三角化得到的测量点个数，n为L次三角化得到θ值不同的测试点个数，m为L次三角化得到的θ角相同但
Figure A200710161465C00033
角不同的测试点个数；
EiRPθ(θi，φj)为角度为θi，φj的测试点的等效全向辐射功率水平极化分量值，单位为毫瓦；
EiRPφ(θi，φj)为角度为θi，φj的测试点的等效全向辐射功率垂直极化分量值，单位为毫瓦；
EISθ(θi，φj)为角度为θi，φj的测试点的等效全向接收功率水平极化分量值，单位为毫瓦；
EISθ(θi，φj)为角度为θi，φj的测试点的等效全向接收功率垂直极化分量值，单位为毫瓦。
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