CN101999215B - 用于测试无线电设备的传输质量的测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过将噪声发生设备(140)集成在测试设备(100)的传输链中来测试无线电设备(150)的传输质量的测试设备(100)。为此目的，将待传输的数据(111)映像到各个部分数据流上，所述各个部分数据流被调制到与所述各个部分数据流相关联并具有不同载波频率的信号(131、132、…、133)上。在传输链的此处，针对信号中的至少一部分信号，向载波频率(131、132、…、133)的每个信号添加噪声分量(141，142，…，143)，以便允许对添加到具有载波频率的信号中的噪声分量进行频率选择性的控制。具有载波频率的所得含噪信号和不含噪信号通过发送设备(123)来发送，并且通过接收设备(160)接收由待测试的无线电设备(150)发回的响应信号。分析设备(180)对接收到的响应信号进行评估。

Description

用于测试无线电设备的传输质量的测试设备

本发明涉及用于测试无线电设备的测试设备。 

对无线电设备日益增长的需求已引领并继续引领无线电标准、即无线电设备的传输标准更快速地发展。为了获得不断增大的数据速率和不断减小的误码率，无线电标准变得越来越复杂。相应地，用于测试来自于无线电设备的传输的测试设备也变得越来越复杂。 

一个重要的发展曾是并且仍是多信道的同时传输。相应地，在诸如UMTS的第三代移动无线电系统中，通过编码来同步地传输多个信道。为此目的，第四代移动无线电系统(LTE，长期演进(Long Term Evolution))还特别使用正交频率复用法(OFDM/OFDMA)，即正交频分复用/正交频分多址)。在这种背境下，各个信道在固定的带宽之内的许多个相互正交的载波频率上并行地传输。作为载波频率正交的结果，能够获得数量为上千的数量级但高度地重叠的若干载波频率。 

另一个发展曾是并且仍是使以下的操作成为可能：以灵活的方式将传输参数，例如传输功率、调制类型、编码、和尤其是在OFDM的情况中所使用的载波频率，与无线电传输的条件匹配，以便在最大效率传输这个意义上使传输最优化，即，在无误码且同时低功耗的传输这个意义上使传输最优化。但是，为此目的，根据传输参数来编码得到可靠的错误识别是不可缺少的。为了容许始终如一的错误识别，将用于识别错误的校验和(checksum)与有效载荷数据一起在传输块(transmission block)中传输。 

德国公开文本DE 10 2005 016 585 A1公开了一种用于测试第三代移动无线电设备的测试设备，其中考虑了传输标准的不断增加的复杂性，尤其是关于不断增加的灵活性和并行性。在这种背景下，产生了各自具有不同的传输参数组合的各种部分数据流(partial data stream)，并且所述各种部分数据流在相继的时隙(time slot)中传输。待测试的设备对接收到的具有这些部分数据流的传输块进行评估，并在正确传输的情况下将肯定性的信号发送至测试设备，或在不正确传输的情况下将否定性的信号传输至测试设备。通过将否定性信号相对于每个部分数据流的全部信号来进行计数，测试设备此时可以提供每个传输参数组合的单独的误码率。 

然而，这种方法不适合用来测试使用OFDM的第四代移动无线电设备。信号的无线电传输在传输路径上受到许多频率相关效应的干扰，所述频率相关效应例如有衰减、由反射而导致的干扰、吸收、衍射效应等。例如LTE利用这些干扰的频率依赖性，以便找出用于与无线电设备进行通信的质量最佳的载波频率，并相应地找出用于传输的载波频率的最佳集合。但是，上述德国公布文本并没有提供用于单独地测试不同频率的方法。 

为了测试实际的信号状况，必须对传输中的频率相关干扰进行仿真。已知可以借助于从外部添加的一般为白噪声的噪声，来对无线电传输中的干扰进行仿真。在此文本中，干扰的强度可以随着噪声的变化而变化。但是，由于白噪声包含所有比例相同的频率，因此不适合用来仿真频率相关干扰。尤其是当每个载波信号的噪声的强度将为可变的时。 

要产生在特定频率范围内具有特定强度的噪声，在技术上是难以实现的，并且尤其昂贵。为此目的，需要以复杂的顺序连接高通及低通滤波器，和花费成本地重复以此方式产生具有特定频率的噪声的过程。此方法的另一个缺点是，由于滤波器的边缘陡度(edge steepness)有限和载波频率重叠的原因，不能足够准确地产生单个载波频率的很窄的频率范围。 

本发明正是要克服上述的现有技术的缺点。本发明的目的是提供一种测试设备，所述测试设备能够对传输信号中的频率相关干扰进行仿真，并因此能够针对接收无线电的设备对质量最佳的若干载波频率的选择进行测试。 

关于根据本发明的测试设备，初始地，通过在映像设备中建立的映像规格，从待传输的信息产生若干个部分数据流，也就是从待传输的数据产生若干个部分数据流。将这些部分数据流进行调制，以便在处于不同载波频率的并行信号中产生所述信息的并行传输。 

只要具有载波频率的各个信号(子载波)仍以未混合的形式存在，则噪声发生设备针对所述信号中的至少一些信号，选择性地向载波频率的每个信号分别添加一个噪声分量，以便仿真频率相关干扰。发送设备发送具有各个载波频率的所得信号、即发送具有各个载波频率的信号加上分别向这些信号添加的噪声分量。接收设备接收从要测试的无线电设备发回的响应信号，所述响应信号由分析设备来评估。 

在根据本发明的测试设备的情况中，有利的是，待测试的设备受到诸如在人们所处的环境中经常出现的频率相关干扰的影响。通过将噪声分量选择性地添加到仍然呈现为根据其载波频率而被编码的信号中，可以以简单且低成本的方式来对频率相关噪声进行仿真，而不需要使用复杂的滤波器来实现频率相关噪声的产生。 

根据本发明的测试设备的更加有优势的发展描述如下。 

尤其地，由分析设备从响应信号提取并评估传输的质量是有利的。相应地，可以检查待测试的设备是否在响应信号中将正确的即最有效的载波信号返回至测试设备。由此可以更加真实地估算无线电设备的误码率及其相应的质量。 

此外，借助于根据本发明的测试设备来主要测试利用OFDM作为传输技术的无线电设备是有利的，因为OFDM对用于对无线电设备进行频率选择性测试的设备有着严格的要求。 

本发明涉及所有使用频率复用法的无线电设备的测试设备，特别是那些使用OFDM的无线电设备的测试设备。相应地，应用领域主要针对移动电话，以及使用诸如LTE的供移动无线电用的传输标准的所有设备。然而，也可以借助于根据本发明的测试设备来对支持OFDM的其它无线电设备进行测试，例如，在诸如WiMax的无线局域网络领域中的无线电设备、在诸如WiMedia/Ecma-386标准的个人区域网络领域中的无线电设备、或在诸如DVB-T、DVB-H、T-DMB和EUREKA147DAB、全球数字广播（Digital Radio Mondiale）、HD广播、T-DMB的数字电视及广播的地面传输领域中的无线电设备。 

下面将结合附图来更加详细描述本发明的示例性实施例。附图列举如下： 

图1示出根据本发明的测试设备的一个示例性实施例； 

图2示出频率选择性噪声图样（frequency-selective noise pattern）的一个示例性实施例。 

图1示出根据本发明的测试设备的一个可能的示例性实施例。测试设备100包括OFDM传输设备120、噪声发生设备140、接收设备160、分析设备180和结果输出设备190。 

除了测试设备100以外，还图示出了作为无线电设备的待测试的移动无线电设备150，所述移动无线电设备150可以接收来自于测试设备100的信号并发送响应信号。这里的移动无线电设备150包括为传输而使用频率复用法(FDM/FDMA)尤其是使用正交频率复用法(OFDM/OFDMA)及其进一步发展的所有移动无线电设备。 

在以下的段落中，描述根据本发明的测试设备的一个可能的示例性实施例。 

首先，测试设备100产生要传输的数据111。数据111可以由伪随机数发生器来产生，或者数据111也可以包括固定的测试数据记录。替代地，也可以经由输入端口将所述数据输入至测试设备100。所述数据以数据流的形式出现，即以比特序列的形式出现。以下也将此称为串行数据。 

OFDM传输设备120将数据111并行化，并以此方式产生部分数据流。测试设备100在各个正交载波频率上传输这些部分数据流。为此目的，串行数据111被输入至映像设备121并经映像设备121被细分为N个并行的部分数据流，所述N个并行的部分数据流中的每一个又包括比特序列。这可以通过例如将串行数据流111分解成具有长度L的数据块来实现。替代地，对于交错的情况而言，也可以将串行数据流111中的相邻的比特分配成N个并行数据流，以便避免由于相关联的数据块的原因而造成的错误。通过诸如QPSK(正交相移键控)、QAM(正交幅度调制)等数字调制法，将所述N个并行化的数据流调制到N个载波频率上。替代地，为了考虑不同的传输质量，对于不同的载波频率也可以使用不同的调制方法。映像设备121把用所述部分数据流的基带信号调制了的N个载波信号131、132、…、133发送至求和设备122，据此，载波信号131、132、…、133成为包括利用相应的调制法而转换得到的相应的并行化的部分数据流并被调制到载波频率f1的信号。 

为了对实际的信号传输进行仿真，也就是对用于测试移动无线电设备150的所有载波信号131、132、…、133的实际传输进行仿真，用噪声来干扰各个载波信号131、132、…、133。在这种背境下，噪声发生设备140可以分别为各个载波信号131、132、…、133提供具有给定强度的噪声141、142、…、143。通过频率选择性地将具有不同强度的噪声分量添加到尚未被混合或尚未被叠加的载波信号中，可对不同的传输质量或不同的载波信号的干扰进行仿真。含噪载波频率的数量可以处于1至载波频率的数量N之间。 

在噪声发生设备中产生添加到各个载波信号131、132、…、133中的每 个噪声分量141、142、…、143。替代地，可以经由来自于测试设备100外部的端口将用于各个载波信号131、132、…、133的每个噪声分量141、142、…、143输入至噪声发生设备。关于哪些载波信号是含噪的以及这些含噪的载波信号究竟含噪有多强的信息，例如可以以固定的方式储存在噪声发生设备中，或者可替代地，可以经由来自于测试设备100外部的端口而被输入。此信息被发送至分析设备180用于后续的使用。 

因选择性地产生载波信号131、132、…、133的噪声而得到的载波信号在求和设备122中被组合，以形成信号。在这种背境下，通过傅里叶逆变换，将在傅里叶空间中表现为频率的各个所得载波信号变换到时域中。通常以IFFT(快速傅里叶逆变换)的算法来实现此变换。接着，所得的载波信号在时域中相加以形成传输信号，并且传输信号被传输至发送设备123。发送设备123包括天线124，利用天线124来发送包括被变换到时域中并相加的所得载波信号的传输信号。替代地，发送设备可以具有若干个天线124，并发送时域中的各个所得载波信号，或者也可以发送这些载波信号的部分和。 

待测试的移动无线电设备150经由天线154接收发送来的信号。在从发送来的信号中提取出各个载波信号131、132、…、133之后，产生与所使用的标准相对应的响应信号，并将响应信号发回测试设备100的接收设备160。在OFDM的情况中，响应信号必须包含关于每个载波信号所传输的数据的质量的信息，也就是说，包含关于每个载波频率的传输质量的信息。关于质量的信息可以是例如以CQI(信道质量指示符)的形式出现的。基于信噪比(SNR，信噪比)来确定CQI，其中，将移动无线电信号的导频信号(pilot signal)用于SNR的估算。此估算是以本质上已知的方式来实现的，因此不再详细描述。此质量信息随着响应信号被发回测试设备100。 

测试设备100借助于接收设备160经由天线164接收所述响应信号。天线164可以与发送设备的天线124相同；另一方面，如果接收设备160是所谓的多天线系统(MIMO，多输入多输出)，那么接收设备160也可以包含若干个天线。当然，同样的情况也适用于移动无线电设备150。用未示出的设备将从响应信号传送来的数据数字化，并将其发送至分析设备180。 

在分析设备180中分析响应信号，并且通过目标/实际的比较而得到测试结果。在第一选择设备181中，基于来自于响应信号的信息来选择可调数量的质量最佳的信道或它们相应的载波频率，并借助于例如信道质量指示符(CQI，信道质量指示符)来储存所述可调数量的质量最佳的信道或它们相 应的载波频率。CQI允许准备具有数量为k个的信道或载波频率的列表，在所述列表中所包含的载波频率是以降序的方式从传输质量最佳的载波频率(最高的CQI)起排列至传输质量第k个最佳的载波频率(CQI_k)。替代地，当然也可以想到以相反的顺序来储存所述k个最佳的载波频率，或不经排序而储存。这里的数量k表示处于1与载波频率的数量N之间的数量。关于所选择的k个最佳的载波频率的信息，例如CQI，被发送至比较设备183。第一选择设备181也可以被包含在移动无线电设备中，所述移动无线电设备随后基于CQI而直接制作列表并将列表发送至测试设备100。在后者的情况中，接收单元160将已数字化的响应信号直接发送至比较设备183(由虚线箭头所示)，而不是发送至选择设备181。 

此时第二选择设备182基于每个载波频率的源自于噪声发生设备140的噪声分量的信息，以与第一选择设备181相同的方式计算出k个质量最佳的载波频率，也就是计算各个CQI。以下将称这些CQI为目标CQI，由于这些CQI是根据曾经为每个载波频率仿真频率相关噪声时所使用的信息而计算出来的，由此可以无错误地根据k个含噪最少的载波频率来确定k个质量最佳的载波频率。如果各个载波频率使用不同的传输参数，则在计算目标CQI时必须将这点考虑进去。因此，例如在含噪最少的载波频率中使用较易于出错的64-QAM(Quadrature Amplitude Modulation)调制，可能会比在含噪较多的载波频率中使用相对较安全的QPSK调制产生更高的误码率。在正确计算出目标CQI之后，目标CQI也被输入到比较设备183中。 

此时对比设备183将目标CQI与来自于响应信号的各个CQI进行比较。此比较的结果可以包括“正确”/“错误”信号，或者在“错误”的情况中，可以更加具体地指出目标CQI与响应信号的各个CQI之间的偏差。在这种背境下，偏差的数量和/或各个偏差的质量是可想到的，例如是否曾经仅使用了紧邻的载波频率而非使用正确的载波频率。 

然后将结果发送至结果输出设备，在结果输出设备处，例如在屏幕上向用户显示所述结果，或例如通过端口将所述结果发送至计算机，用于进一步的评估。 

图2示出当噪声发生设备140添加频率相关噪声到载波信号时，所述频率相关噪声的示例性图样231。在这种背境下，噪声201的方差是相对于频率f202而绘制的。传输的带宽Δf由频率下限211和频率上限212来标记。再将带宽Δf细分为独立的载波频率或载波频率范围221，所述各个载波频率 或载波频率范围221中的每一个都受到相应的噪声分量干扰。此处仅示出少量的载波频率。在OFDM传输的情况中，载波频率的数量处于1000的数量级的范围内。 

在传输的带宽Δf之外，图样231为零，或者相应地，每个频率的噪声的方差等于零。曲线或此处的阶梯函数231示出对于载波信号中的至少一些载波信号而言，所述至少一些载波信号中的每个载波信号221相应的噪声分量。在此情况中，所有的载波信号221都已受到噪声分量的干扰。由于具有载波频率的正交权重函数重叠并且是不恒定的，因此在实际情况中231并不是严格的阶梯函数。阶梯函数231是对每个载波频率的噪声分量近似且理想化的表示。 

在噪声发生设备240使用噪声图样231的情况下，选择设备241会将箭头241、242、243所标记的载波频率选择作为质量最佳的，因为它们提供最小的噪声分量，也就是最小的方差。接下来将会是选择箭头244、245、246所标记的载波频率。可以继续此操作，直到选择出了k个最佳的载波频率为止。以此方式可以计算出相应的目标CQI。在所描述的实例中，为了对用于测试的所有载波频率实现相同的条件，假设针对所有的载波频率所选择的诸如传输功率、调制类型等传输参数是相同的。通过针对不同的载波频率使用不同的传输参数，可以扩展此测试方法，其中，在计算目标CQI时必须考虑这点，即针对不同的载波频率使用不同的传输参数，这是因为，例如PSK调制比64-QAM调制产生少得多的传输误码。 

本发明并不局限于所述的示例性实施例，确切地说，单独的特征也可以有益地彼此结合。 

Claims (10)

1.一种用于测试无线电设备(150)的测试设备，包括：

映像设备(121)，所述映像设备(121)用于将要传输的信息映像到信号(131、132、…、133)上；

噪声发生设备(140)，所述噪声发生设备(140)用于向各个信号添加噪声；

发送设备(123)；

接收设备(160)，所述接收设备(160)用于接收由作出响应的所述无线电设备(150)发回的响应信号；

分析设备(180)，所述分析设备(180)用于评估所述响应信号；并且

所述测试设备的特征在于，

所述信号(131、132、…、133)包括载波频率各不相同的各个信号，并且所述信息通过所述信号(131、132、…、133)被并行传输，每个信号(131、132、…、133)传输从所述信息产生的部分数据流；

所述噪声发生设备(140)被配置成：针对所述信号中的至少一些信号，分别向不同载波频率的各个信号中的一个信号频率选择性添加一个噪声分量(141、142、…、143)，

其中被添加的所述一个噪声分量仅干扰相应的一个信号的载波频率范围，

其中至少一个被添加至一信号的噪声的噪声分量不同于至少一个其他的被添加至另一信号的噪声分量(141、142、…、143)，并且阶梯函数是每个载波频率的频率相关的噪声分量的表示，其中特定的噪声分量对应于特定的载波频率，并且所述特定的噪声分量被添加至相应的所述特定的载波频率；

所述测试设备包括求和设备(122)，所述求和设备(122)被配置成通过将各个载波频率的所得的含噪信号和不含噪信号进行叠加，来形成传输信号；以及

所述发送设备(123)被配置成将所述传输信号发送至所述无线电设备(150)。

2.如权利要求1所述的测试设备(100)，其特征在于，

所述分析设备(180)是按以下方式配置的：所述分析设备(180)从所述响应信号中提取出每个载波频率的传输质量。

3.如权利要求1或2所述的测试设备(100)，其特征在于，

所述分析设备(180)包括用于对若干质量最佳的载波频率进行选择的选择设备(181、182)。

4.如权利要求1或2所述的测试设备(100)，其特征在于，

所述分析设备(180)包括比较设备(183)，以便将从所述响应信号中提取出的质量最佳的载波频率与期望的质量最佳的载波频率进行比较。

5.如权利要求4所述的测试设备(100)，其特征在于，

所述期望的质量最佳的载波频率是根据添加到载波信号的所述噪声分量(141、142、…、143)来确定的。

6.如权利要求1或2所述的测试设备(100)，其特征在于，

所述映像设备(121)是按以下方式配置的：所述映像设备(121)将要传输的信息映像到载波频率各不相同的各个信号(131、132、…、133)上，其中，所述信号的载波频率彼此正交。

7.如权利要求1或2所述的测试设备(100)，其特征在于，

在发送之前，包含在所述测试设备(100)中的求和设备(122)将各个载波频率的所述信号相加在一起。

8.如权利要求7所述的测试设备(100)，其特征在于，

所述求和设备(122)利用傅里叶逆变换，将各个载波频率的所得的含噪信号和不含噪的信号变换到时域中，并将这些变换的结果相加。

9.如权利要求1或2所述的测试设备(100)，其特征在于，

被添加到载波频率的各个信号(131、132、…、133)中的噪声分量分别为白噪声。

10.如权利要求8所述的测试设备(100)，其特征在于，

被添加到载波频率的各个信号(131、132、…、133)中的噪声分量分别为白噪声。