CN101415199A - 一种模拟无线信道的切换测试系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟无线信道的切换测试系统及其方法，其中系统包括：资源管理和服务模块(11)、底层通讯控制模块、主控模块(21)和执行模块(23)；方法包括：资源管理和服务模块(11)将测试脚本通过底层通讯控制模块转发至主控模块(21)；主控模块(21)控制执行模块(23)进行移相和衰减操作并将测试结果反馈至上位PC机界面上实时显示。这种系统及方法能同时实现无线信号幅度和相位变化的控制，并通过信号源(26)加载不同类型的信号干扰来模拟真实无线场景中的外部干扰，更加逼真地模拟出各种无线信道环境进而提高有线切换测试的可靠性。

Description

一种模拟无线信道的切换测试系统及其方法

技术领域

本发明涉及无线通讯测试领域，具体涉及一种模拟无线信道的切换测试系统及其方法。

背景技术

无线通讯领域中，移动通讯基站的切换测试，包括软/硬切换测试等，无疑是整个系统测试中最重要而且是最复杂的一项。传统的切换测试方法有两种：一种是通过测试人员进行呼叫并在各个基站之间移动测试终端来进行，真实地完成各种类型的切换，毋庸置疑，这种测试方法切换成功率是极低的，而且效率也不高，只能实现基本的简单测试；另一种方法是在实验室通过在多基站和测试终端之间加衰减器、双工器和合路器等，模拟无线信道，通过手工调整基站和终端间的衰减器以改变不同信道的信号强度，从而触发切换，该方法由于可以直接控制无线信号的强度，所以测试成功率比较高，但测试效率比较低，一般只能作很有限的几部测试终端、少量信道的切换测试，对于多用户的切换实现复杂程度非常高；目前较新的测试方法是通过信道模拟仪来进行切换测试，但是这种方法整个测试成本较高，而且一般只能模拟2路信道，很难模拟多用户在多基站下的切换测试。

中国发明专利“一种移动通讯基站测试系统”，中国申请号CN200410086140.1，公开号CN1767683A，提出了一种可以同时控制测试终端和可调步进衰减器仿真无线信道衰减的幅度变化控制装置，但是该专利存在以下不足：1、信道模型简单，只能对幅度进行控制，很难真实地模拟出各种复杂的无线信道环境；2、对整个测试的外部干扰考虑较少，一个鲁棒的移动通信系统必须要有较强的抗干扰能力，因此从测试角度来看对系统的可靠性测试略显薄弱。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种模拟无线信道的切换测试系统及其方法，能够更加逼真地反映无线信道环境，更加有效地实现有线切换测试的无线信道模拟，提高切换测试的可靠性及测试效率。

本发明的上述第一个技术问题这样解决，提供一种模拟无线信道的切换测试系统，连接多个被测基站和多个测试终端，包括：

上位机子系统，包括资源管理和服务模块和上位机底层通讯控制模块；

下位机子系统，与上位机子系统网络连接，包括下位机底层通讯控制模块和主控模块及与主控模块连接的执行模块；

其中：

所述主控模块是整个系统的核心部分，控制执行模块按照定制的测试任务对无线信号做相应幅度和相位上的变化，通过底层通讯控制模块与资源管理和服务模块建立连接、传递控制信息和数据；所述执行模块包括移相执行模块和衰减执行模块，所述移相执行模块驻留在被测基站的基带部分，由基带处理板完成相应的移相操作。

按照本发明提供的切换测试系统，还包括信号源，用于在模拟的无线信道中加载不同类型的信号干扰，模拟真实无线场景中的外部干扰。

按照本发明提供的切换测试系统，所述资源管理和服务模块完成测试任务的定制，测试数据的统计，即时信息和测试结果的显示；所述测试任务的定制包括测试资源的定制和测试脚本的定制。

按照本发明提供的切换测试系统，所述多个被测基站和多个测试终端能根据需要分成若干相互独立的测试组进行多人多任务的并行测试，并通过改变基站组和终端组之间的连接关系仿真各种类型的切换模型。

按照本发明提供的切换测试系统，所述主控模块采用基于MPC或者DSP的主控制器。

按照本发明提供的切换测试系统，所述衰减执行模块包括驱动和接口子模块、I2C扩展子模块、译码子模块、电源子模块、锁存子模块和衰减单元子模块。

按照本发明提供的切换测试系统，所述I2C扩展子模块通过I2C总线同时控制多个衰减器，并根据不同的引脚连接方式确定衰减器唯一的I2C地址。

本发明的上述另一个技术问题这样解决，提供一种模拟无线信道的切换测试方法，其特征在于，使用含资源管理和服务模块、主控模块和执行模块的切换测试系统，包括以下步骤：

1.1)可调衰减控制单元组通过射频信号线及合路器、分路器、信号源、双工器连接多个被测基站和测试终端；

1.2)资源管理和服务模块收到测试执行命令后，将测试脚本通过上位机底层通讯控制模块和下位机底层通讯控制模块经网络转发至主控模块；

1.3)主控模块将数据存储在CPU的RAM上，开始控制执行模块执行相应的指令，同时将执行的变化情况和结果反馈给资源管理和服务模块并在上位PC机界面上实时显示；

1.4)执行模块按照主控模块的指令进行移相和衰减操作，同时将各路信号进行合路操作，并将完成相位和幅度改变的射频信号送给测试终端。

按照本发明提供的切换测试方法，所述步骤1.3)和1.4)之间还包主控模块收到上位机要求停止的命令或者其他异常情况导致无法继续执行时，主控模块将采集的异常信息反馈给上位机，同时保存相关执行信息，等待后续指令。

本发明提供的一种模拟无线信道的切换测试系统及其方法，在常见的控制无线信号幅度变化的基础上通过驻留在被测基站基带处理单元的移相执行模块实现对无线信号相位变化的控制，同时通过信号源在模拟的无线信道中加载不同类型的信号干扰来模拟真实无线场景中的外部干扰，因而能更逼真地模拟出各种无线信道环境，提高有线切换测试的可靠性。进一步，通过改变基站组和终端组之间的连接关系，可以仿真出各种类型的切换模型，通过软件扩展，可以模拟更多用户的切换测试实现多用户在多基站下的复杂切换测试，提高生产测试效率。

附图说明

图1是本发明提出的切换测试系统的连接示意图；

图2是本发明提出的切换测试系统的功能模块结构框图；

图3是主控模块和执行模块连接关系示意图；

图4是衰减执行模块工作示意图；

图5是移相衰减过程下行信号流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。

一种真实的无线信道变化主要包括三部分：幅度变化，相位变化，以及频率变化，其中幅度变化以及相位变化是相对比较常见的。

信道模拟仪器的主要原理是将射频信号先进行下变频处理，然后进行模数转换，再将数字信号交给基带处理单元进行处理，处理完后，经过数模转换，最后经过上变频处理。本发明在常见的信号幅度变化的基础上增加一种相对简单的信号相位变化的方法，通过对信号幅度和相位变化的控制更加真实有效地实现有线切换测试的无线信道模拟。

本发明切换测试系统充分利用整个测试系统中基站Base TransceiverStation，简称BTS，作为相位改变的执行部分，主控单元给BTS发出相位改变命令，BTS将此命令发送给基带部分，从而完成数字信号在基带处理单元相位变化的控制；完成移相处理后的信号通过射频处理后，再进行幅度的衰减控制。

其中整个移相部分理论基础是基于数字信号处理中的IFFT变换：

$\begin{array}{cc}\tilde{x}\left(n\right)=\mathrm{IDFS}\left[\tilde{X}\left(k\right)\right]=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\tilde{X}\left(k\right)W^{-\mathrm{kn}}& 0\≤n\≤N-1\end{array}$

其中：W_N＝e^-j(2π/N)

从离散的时域信号看，如果

$\begin{array}{cc}\tilde{x}(n-1)=\mathrm{IDFS}\left[\tilde{X}\left(k\right)\right]=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\tilde{X}\left(k\right)W^{-k(n-1)}& 0\≤n\≤N-1\end{array}$

实际上是频域信号

乘上W_N＝e^-j(2π/N)，即在频域上完成一个相位的旋转，然后通过做内插和D/A即可恢复出一个完整的信号周期在时间上的延迟，同时延迟的精度实际上和IFFT的采样点N有直接关系，如果N＝1024，则采样精度是0.35度。

BTS都有一个基带处理板，对于频率上的信号处理功能一般通过软件实现，而对于频域到时域上的转变，如IFFT，由于涉及到较大的数据运算，一般采用硬件实现。本发明对前述的相位偏移功能，在基带处理板中利用软件来实现频域上相位的乘法运算。

本发明提出的切换测试系统的连接示意如图1所示，主要包括多台采用PC机的上位机10，一个基于MPC或者DSP的主控制器单元，即下位机20，多个数字可调衰减控制单元组50，多个基站30和多个测试终端40，在图1中省略了相关的双工器29、合路器27、分路器28、信号源26等配件。上位机10通过网线和下位机20建立TCP/IP连接，下位机20控制多个基站30和多个衰减控制单元组50，其中各个衰减控制单元组50是分别独立的，互不干扰，这样便于多人同时进行测试，一个衰减控制单元组50分别对应多个基站30和测试终端40。另外，通过信号源26可以加不同类型的信号干扰，可以非常真实模拟各种无线场景；而改变基站组和终端组之间的连接关系，可以仿真出各种类型的切换模型；同样通过软件扩展，可以模拟16个用户甚至更多用户的切换测试。

本发明切换测试系统的功能模块结构框图如图2所示，资源管理和服务模块11以及底层通讯控制模块12分布在上位机10上，其主要功能包括测试任务的定制，测试过程和状态的监控，测试数据的统计，测试实时信息和测试结果的显示，以及测试资源的管理等。测试任务的定制又包括测试资源的定制和测试脚本的定制，前者完成测试任务中衰减器，测试终端40等资源的预定，后者包括测试终端40的各种动作，工作时长以及衰减器的各种工作模式。另外，用户接口模块负责整个过程和状态的监控，统计等功能。测试资源的管理主要包括对测试系统中的所有资源进行统一管理，包括当前资源的状态显示，资源的分配和资源的互斥访问管理等，系统资源包括各种型号的测试终端40、以组划分的衰减移相以及扩展测试的测试装置等；用户管理应该属于资源管理的一部分，主要针对多个用户同时操作，避免发生未授权的误操作。

底层通讯控制模块12、22分别位于上位机10和下位机20中，主要作用是资源管理和服务模块11和主控模块21联系的桥梁和纽带，通过TCP/TP协议传递控制信令和数据。

主控模块21是整个测试装置的核心部分，资源管理和服务模块11中的一些测试资源信息通过底层通讯控制模块12、22传递给主控模块21，如测试脚本的下载，测试控制指令信息等，主控模块21根据相关的参数，分别对不同的衰减移相单元进行指令控制，同时将一些控制过程中的信息反馈给资源管理和服务模块11。

执行模块23包括移相执行模块24和衰减执行模块25，前者驻留在基站30的基带单元，后者一方面通过合路器27、分路器28、双工器29以及信号源26和多个测试终端40进行连接，另一方面通过射频信号线以及合路器27与多个被测基站30进行连接。通过I2C总线扩展，可以对多于16个测试终端40同时进行控制。

图3是主控模块21和执行模块23的连接关系示意图。多个被测基站30和多个测试终端40根据需要分成若干测试组，这些测试组互相独立，这样便于多人同时进行测试，提高测试装置的利用率。首先M个基站30的射频信号通过合路器27合入一路，然后通过N路分路器28分到N个测试终端40，采用这个方法，可以测试多用户的切换测试；另外，如果对M个基站30在合入之前进行分路，还可以进行多用户不同模式下的切换。同时，在下行链路中加入信号源26装置，可以模拟出不同类型的干扰，更加符合真实的外场测试环境。

如图4所示，衰减执行模块25主要包括如下几部分：

①驱动和接口子模块251：该子模块主要负责和上位机之间的接口；

②I2C扩展子模块252：由于多个衰减器都连接在I2C总线上，必须有自己唯一的地址，I2C提供了这样的一种扩展器件，利用相应的扩展芯片，可以根据不同的引脚连接方式，确定衰减器唯一的I2C地址；

③译码子模块253：由于系统包含上下行衰减链路，同时由于一般衰减器衰减范围为0-15.5/31dB，因此根据实际情况，有时需要将衰减器串联来完成整个衰减工作，对于大幅度的衰减一般采用2级或4级衰减器串联，这就需要译码子模块253选定相应的衰减芯片进行工作。

④电源子模块254：提供各模块所需电源；

⑤锁存子模块255：完成在系统选中衰减单元子模块256之后的数据锁存工作；

⑥衰减单元子模块256：该单元是整个衰减执行模块25的核心部分，配合其他子模块完成衰减器的衰减工作。

下面结合具体实施例说明利用本发明切换测试系统进行切换测试的方法：

如图5所示，切换测试的整个过程主要包括：主控模块21发出移相和衰减控制指令，基站30的基带部分完成对下行信号的相位处理，然后送给基站30的射频部分，射频信号经过衰减执行模块25进行衰减处理，并将处理后的射频信号送给测试终端40。

以衰减幅度取40dB，移相幅度取30度，IFFT变换的N值取1024作为最佳实施例，移相衰减过程主要包括以下步骤：

步骤1：主控模块21通过译码子模块253找到对应的移相执行模块24和衰减执行模块25；

步骤2：在对应的BTS基带处理单元进行相应的移相操作，具体计算如下：360/1024＝0.35，n＝30/0.35＝85，其中n为基带处理单元延迟处理的数值；

步骤3：与步骤2同时，衰减执行模块25的锁存器开启，同时主控模块21将衰减值通过I2C总线传递给锁存子模块255，锁存器得到数据后，开始锁存；

步骤4：本实施例中衰减幅度超过单衰减器的范围，需启动2个衰减器串连，其中一个衰减31dB，另一个衰减9dB；

步骤5：经过移相的信号通过衰减器后，完成幅度的改变；

步骤6：完成相位和幅度改变的射频信号送给测试终端40。

Claims (10)

1、一种模拟无线信道的切换测试系统，连接多个被测基站(30)和多个测试终端(40)，其特征在于，包括：

上位机子系统，包括资源管理和服务模块(11)和上位机底层通讯控制模块(12)；

下位机子系统，与上位机子系统网络连接，包括下位机底层通讯控制模块(22)和主控模块(21)及与主控模块(21)连接的执行模块(23)；

其中：

所述主控模块(21)控制所述执行模块(23)按照定制的测试任务对无线信号做相应幅度和相位上的变化，通过所述下位机底层通讯控制模块(22)和上位机底层通讯控制模块(11)与所述资源管理和服务模块(11)建立连接、传递控制信息和数据；所述执行模块(23)包括移相执行模块(24)和衰减执行模块(25)，所述移相执行模块(24)驻留在被测基站(30)的基带部分，由基带处理板完成相应的移相操作。

2、根据权利要求1所述切换测试系统，其特征在于，还包括信号源(26)，用于在模拟的无线信道中加载不同类型的信号干扰，模拟真实无线场景中的外部干扰。

3、根据权利要求1所述切换测试系统，其特征在于，所述资源管理和服务模块(11)完成测试任务的定制，测试数据的统计，即时信息和测试结果的显示。

4、根据权利要求3所述切换测试系统，其特征在于，所述测试任务的定制包括测试资源的定制和测试脚本的定制。

5、根据权利要求1所述切换测试系统，其特征在于，所述多个被测基站(30)和多个测试终端(40)能根据需要分成若干相互独立的测试组进行多人多任务的并行测试，并通过改变基站组和终端组之间的连接关系仿真各种类型的切换模型。

6、根据权利要求1所述切换测试系统，其特征在于，所述主控模块(21)采用基于MPC或者DSP的主控制器。

7、根据权利要求1所述切换测试系统，其特征在于，所述衰减执行模块(25)包括驱动和接口子模块(251)、I2C扩展子模块(252)、译码子模块(253)、电源子模块(254)、锁存子模块(255)和衰减单元子模块(256)。

8、根据权利要求7所述切换测试系统，其特征在于，所述I2C扩展子模块(252)通过I2C总线同时控制多个衰减器，并根据不同的引脚连接方式确定衰减器唯一的I2C地址。

9、一种模拟无线信道的切换测试方法，其特征在于，使用含资源管理和服务模块(11)、主控模块(21)和执行模块(23)的切换测试系统，包括以下步骤：

9.1)可调衰减控制单元组(50)通过射频信号线及合路器(27)、分路器(28)、信号源(26)、双工器(29)连接多个被测基站(30)和测试终端(40)；

9.2)资源管理和服务模块(11)收到测试执行命令后，将测试脚本通过上位机底层通讯控制模块(12)和下位机底层通讯控制模块(22)经网络转发至主控模块(21)；

9.3)主控模块(21)将数据存储在CPU的RAM上，开始控制执行模块(23)执行相应的指令，同时将执行的变化情况和结果反馈给资源管理和服务模块(11)并在上位PC机界面上实时显示；

9.4)执行模块(23)按照主控模块(21)的指令进行移相和衰减操作，同时将各路信号进行合路操作，并将完成相位和幅度改变的射频信号送给测试终端(40)。

10、根据权利要求9所述切换测试方法，其特征在于，所述步骤9.3)和9.4)之间还包主控模块(21)收到上位机(10)要求停止的命令或者其他异常情况导致无法继续执行时，主控模块(21)将采集的异常信息反馈给上位机(10)，同时保存相关执行信息，等待后续指令。

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