CN103477576B - 产生干扰信号的方法以及执行这样方法的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于生成干扰信号的方法以及用于实施所述方法的设备，其中在用于组合和分离信号的网络（3）中将干扰信号（1）与携带测试消息的所希望信号（4）相加，将和信号发送给要测试的设备（5）。干扰信号（1）是利用与信号划分和调节块（7）连接的单个源生成的，信号划分和调节块（7）衰减用于生成干扰信号（1）的源产生的额外干扰，同时提供与设备（5）中天线（Rx，Rx/Tx）的数量一样多的干扰信号（1），以及其中将每个干扰信号（1）发送给各个放大和隔离块（8），放大和隔离块（8）调整干扰信号（1）的功率水平，并衰减受测设备（5）发送信号产生的反向互调产物。

Description

产生干扰信号的方法以及执行这样方法的设备

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及执行测试，以便测量正在测试的设备在存在干扰信号的情况下接收射频信号的射频信号发送器和接收器的信号接收质量。关于这方面，提出了生成干扰信号的系统，其可以在多输入多输出（MIMO）的情况下用在发送器和接收器中。

背景技术

在信号发送器和接收器设备中在存在干扰的情况下测量信号接收质量的方法在于生成至少两个信号，即，携带测试消息的所希望信号和干扰信号。例如，在信号组合和分离网络中相加这两个信号，并发送给称为EUT（“受测设备”）的正在测试的信号发送器和接收器设备。这个设备对包含在接收的和信号中的消息作出估计，并将估计消息重发给处理器，该处理器比较受测设备估计的消息，因此能够确定像误码率（BER）或误包率（PER）那样的不同信号接收质量参数。

在信号接收质量测试当中，干扰信号是位于不包括受测信号发送器/接收器设备的接收频带的频率中的连续波信号的那些原因，使测试变得特别困难。这是因为干扰信号的功率与接近受测设备的灵敏度水平的所希望信号的功率相比非常大。在这样的状况下，可能会在受测设备的接收频带中出现额外干扰，劣化了信号接收质量和改变了测试结果。这种额外不想要的干扰可能是生成干扰信号的源引起的宽带噪声、谐波、子谐波和杂散，或系统本身中由受测设备重发的信号生成的反向互调的产物。

针对这个问题的常见解决方案是把滤波器组放置在干扰信号的生成源的输出端上。该滤波器组由带阻滤波器和高通滤波器组成。当其低通截止频率大于干扰信号的中心频率时，选择带阻滤波器，而当干扰信号的中心频率大于带阻滤波器的低通截止频率时，高通滤波器消除受测设备的接收频带中的干扰。

尽管这种解决方案可以衰减出现在该设备的接收频带中的干扰，但当必需在不同接收频带中进行测试时，存在许多缺点，因此，

·系统支持的每个服务频带都需要一个带阻滤波器。这些滤波器既昂贵又笨重，因为它们是高阶的并采用谐振腔技术。

·滤波器组需要额外切换阵列以选择要进行测试的接收频带。这种切换阵列的复杂性和成本随着支持的频带的数量增加而显著增加。

·每当需要在不同接收频带中进行测试时，必要校准从生成连续波干扰信号的源到受测设备的整个系统的响应。

·不易于将系统更新成工作在新接收频带中。

另一方面，与像WiMAX（全球微波接入互操作性）标准和LTE（长期演进）标准那样的最近无线通信标准兼容的射频信号发送器和接收器设备具有不止一个的接收天线，以便支持像接收分集或MIMO（多输入多输出）特性那样的功能。这使问题增多，因为测试这样设备所需的干扰信号的数量成倍增加。

具有接收分集的多输入多输出设备的当前解决方案目的是在滤波器组的输出端上提供功率划分器，以便将干扰信号划分给受测设备的不同接收天线。

这种解决方案在测试中存在干扰信号处在设备的接收频带之外的问题。在这种类型的测试中，频率范围非常宽（1MHz至几十GHz的数量级），这意味着需要功率划分器的实现是电阻性的，以便不存在必要隔离，从而防止受测设备发送的信号干扰接收的信号。

实现这样隔离的一种解决方案在于将衰减器插在功率划分器与受测设备之间。但是，这给干扰信号的生成源带来了非常苛刻的功率技术要求。更进一步，从功率划分器的输入端到受测设备的每个接收天线所希望信号和干扰信号遭受的损失不是相同的。这是由部件的瑕疵、制造公差、和互连电缆的不同长度选成的，使得难以满足发送给受测设备的功率的严格不确定要求。

为了克服这些问题，已知的是一种基于重复干扰信号的生成源和滤波器组的解决方案。这样，实现了发送给受测设备的信号之间的良好隔离，并以完全独立方式调整每个接收点上的水平。这种解决方案的缺点是当牵涉到覆盖几个接收频带的设备时，使系统的已大幅增加成本进一步增加。

因此，有必要提供为具有多输入多输出的射频信号发送器和接收器设备中的应用生成干扰信号和能够以简单、经济和有效的方式解决上述问题的系统。

发明内容

按照本发明，提出了一种生成用于测量可以由多输入多输出（MIMO）组成的无线发送器和接收器设备的信号接收质量那种类型的干扰信号的系统。该系统实现了干扰信号之间的良好隔离，使反向互调产物最少，以及与传统解决方案相比具有较低的成本。

本发明的生成干扰信号的系统由单个干扰信号的生成源组成，该单个干扰信号的生成源与信号划分器和调节器块连接，在该信号划分器和调节器块的输出端上获取与受测设备含有天线的数量一样多的干扰信号。将该信号划分器和调节器块提供的每个干扰信号发送给各个放大和隔离块，以便在各个信号组合和分离网络中将如此获得的干扰信号与携带测试消息的所希望信号相加在一起。将获得的和信号发送给正在测试设备的相应天线。因此，该信号划分器和调节器块消除了该干扰信号的生成源引起的额外干扰，以及该放大和隔离块衰减了源自受测设备进行发送时的反向互调产物。

该信号划分器和调节器块由与至少一个滤波器连接的第一开关形成，该至少一个滤波器执行衰减该干扰信号的生成源产生的额外干扰的功能，又将这个滤波器与第二开关连接，在该第二开关的输出端上安排了功率划分器，用于将干扰信号划分成与受测设备中存在接收天线的数量一样多的信号。

按照一个优选实施例，衰减该干扰信号的生成源产生的额外干扰的该信号划分器和调节器块的滤波器是覆盖受测设备的接收频带的可调谐带通滤波器。

按照另一个优选实施例，衰减该干扰信号的生成源产生的额外干扰的该信号划分器和调节器块的滤波器是具有不同调谐频率范围，以便覆盖甚至更宽的频率间隔的带通滤波器组。

在该可调谐带通滤波器的输出端上或在该滤波器组的每个滤波器的输出端上，配备了补偿该滤波器本身引起的衰减的低噪声放大器。

该放大和隔离块由可变增益放大器组成，该可变增益放大器使受测设备进行发送时产生的反向互调产物的水平最低。连接在该可变增益放大器的输出端上的是锁相环中，所述放大器的自动增益控制块。同样，将该可变增益放大器的输出端与滤波器组连接，该滤波器组的后面接着衰减器，该衰减器是这样使用的，那就是使该可变增益放大器的工作点在反向互通方面最佳。

所述滤波器组由高通滤波器和低通滤波器组成，他们用于消除该信号划分器和调节器块的低噪声放大器和该放大和隔离块的可变增益放大器产生的谐波。

该放大和隔离块的可变增益放大器必须具有对反向互调产物的高抑制性。为此，按照一个示范性实施例，所述块由可变衰减器、高功率放大器和第二衰减器组成，使得该高功率放大器工作在极大地降低了反向互调产物的水平的范围中。按照另一个示范性实施例，所述可变增益放大器含有在该可变衰减器的前面、在其输入端上的方波转换器，以便提高反向互调产物的抑制性。

因此获得了对于生成干扰信号的预定应用在其设计和功能特性方面优选的系统，从而以简单、有效、和低成本方式解决了与像干扰信号的生成源产生的宽带噪声、谐波、分谐波或杂散那样的额外不想要干扰的出现有关的问题，以及降低正在测试设备的接收质量的反向互调产物的出现引起的问题。

附图说明

图1示出了用于正在测试的信号接收器设备的生成干扰信号的一种传统系统；

图2示出了用于具有多输入多输出的发送器/接收器设备的生成干扰信号的另一种传统系统；

图3示出了用在具有多输入多输出的发送器/接收器设备中的生成干扰信号的另一种传统系统；

图4示出了由单个干扰信号的生成源、信号划分器和调节器块、以及信号放大和隔离块形成的、按照本发明的用于生成干扰信号的系统；

图5示出了图4的信号划分器和调节器块的一个示范性实施例；

图6示出了图4的信号划分器和调节器块的另一个实施例；

图7示出了图4的信号放大和隔离块的示范性实施例；

图8示出了信号放大和隔离块的可变增益放大器的一个示范性实施例；以及

图9示出了信号放大和隔离块的可变增益放大器的另一个示范性实施例。

具体实施方式

图1示出了用于正在测试的信号接收器设备的生成干扰信号的一种传统系统，所述系统由干扰信号（1）的生成源形成，该干扰信号（1）被滤波器组（2）限制成在信号组合和分离网络（3）中与来自所希望信号的生成源（4）、携带测试消息的所述所希望信号（4）相加在一起，以便将相加所得的信号发送给受测设备（5），受测设备（5）对包含在已经接收的和信号中的消息作出估计，并将估计消息重发给处理器（未示出），该处理器将初始发送的测试消息与受测设备（5）估计的消息相比较，因此能够确定不同信号接收质量参数。

滤波器组（2）由带阻滤波器（2.1）和高通滤波器（2.2）组成，当其低通截止频率大于干扰信号（1）的中心频率时，选择带阻滤波器（2.1），而当干扰信号（1）的中心频率大于带阻滤波器（2.1）的低通截止频率时，由高通滤波器（2.2）消除受测设备（5）的接收频带中的不想要干扰。

滤波器组（2）提供的这种解决方案可以衰减由干扰信号（1）的生成源引起的可能出现在设备（5）的接收频带中的干扰；即使如此，当必需在设备（5）的不同接收频带中进行测试时，仍然存在许多缺点。

图2示出了由干扰信号（1）的生成源形成、用于具有多输入多输出的发送器/接收器设备的生成干扰信号的另一种传统系统，该干扰信号（1）受滤波器组（2）限制，在滤波器组（2）的输出端上放置了与受测设备（5）中存在接收天线（Rx）的数量一样多地划分干扰信号的功率划分器（6）。

这个图2示出了设备（5）含有两个天线的最简单情况，一个天线（Rx）用于接收信号，另一个天线（Rx/Tx）用于接收和发送信号。在这种类型的设备中，对于干扰信号（1）处在设备（5）的接收频带之外的情况，频率范围非常宽（1MHz至几十GHz的数量级），这迫使功率划分器（6）是电阻性设计，以便不存在必要隔离，从而防止经由受测设备（5）的天线（Rx/Tx）发送的信号干扰经由天线（Rx）接收的信号。

为了实现所需隔离，需要将衰减器放置在功率划分器（6）与受测设备（5）之间，这迫使干扰信号（1）的生成源达到非常苛刻的功率技术要求。更进一步，从功率划分器（6）的输入端到受测设备（5）的每个接收天线（Rx）所希望信号（4）和干扰信号（1）遭受的损失不是相同的。为了防止这种情况，系统部件需要具有最低程度的制造公差，这使设备的成本大幅增加（需要几乎相同的布线和部件组成）。

图3示出了用在具有多输入多输出的发送器/接收器设备中、与现有技术有关的生成干扰信号的另一种系统。这个系统基于按照受测设备（5）中接收天线（Rx）的数量重复图1的生成干扰信号的系统。这意味着为每个天线（Rx）提供一个生成干扰信号的系统（1）和一个滤波器组（2）。在不同信号组合和分离网络（3）中将这些干扰信号（1）与所希望信号（4）相加。这种解决方案解决了干扰信号（1）的生成源引起的额外干扰的问题和受测设备（5）的天线之间的隔离的问题。此外，可以独立地调整受测设备（5）的每个天线中的信号水平。即使如此，需要重复整个系统也使这种解决方案在经济上是不可行的。

图4示出了由单个干扰信号（1）的生成源形成的、按照本发明的用于生成干扰信号的系统，干扰信号（1）的生成源与信号划分器和调节器块（7）连接，信号划分器和调节器块（7）消除干扰信号（1）的生成源引起的额外干扰，并在其输出端上产生与受测设备（5）存在天线（Rx，Rx/Tx）的数量一样多的干扰信号（1），将信号划分器和调节器块（7）产生的干扰信号（1）发送给各个放大和隔离块（8），各个放大和隔离块（8）调整干扰信号（1）的功率水平，并衰减受测设备（5）的发送引起的反向互调产物。在各个信号组合和分离网络（3）中将干扰信号（1）与所希望信号（4）相加在一起，并将所得和信号发送给受测设备（5）的它们各个天线（Rx，Rx/Tx）。受测设备（5）最终将接收的信号重发给处理器（未示出），在处理器上计算测量信号接收质量的参数。

图5示出了信号划分器和调节器块（7）的一个示范性实施例，它由第一双向开关（9）、滤波器（10）、第二双向开关（11）和功率划分器（12）组成。第一开关（9）处在信号划分器块（7）的输入端上，并且将滤波器（10）连接在两个开关（9，11）的两条第一路径之间。这个滤波器（10）优选的是可调谐带通滤波器，该可调谐带通滤波器至少覆盖需要支持的通信标准并且因此受测设备（5）的所有接收频带。

因此，当干扰信号（1）的频率在需要支持的通信标准的频率范围之内时，开关（9，11）选择滤波器（10），而当该干扰信号的频率处在这个范围之外时，将开关（9，11）的第二路径短路。

例如，如果需要保证与接收频带处在700MHz的最小接收频率（fRx,min=700MHz）和3GHz的最大接收频率（fRx,max=3GHz）中的不同标准兼容，则滤波器（10）的最小工作频率应该小于700MHz（fmin<700MHz)，并且最大工作频率应该大于3GHz（fmax>3GHz）。当干扰信号（1）的频率包含在受测设备（5）接收的最小频率与最大频率之间（fRx,min<f<fRx,max）时，选择滤波器（10），而当干扰信号（1）的频率在这个范围之外时，使干扰信号（1）的生成源直接与功率划分器（12）连接。

如图5的示范性实施例所示，可以将低噪声放大器（13）放置在滤波器（10）的输出端上，以便补偿滤波过程引起的衰减。

如果滤波器（10）是用调谐频率范围从500MHz到4GHz的YIG（钇铁石榴石）技术制成的，则只用单个滤波器就可以覆盖所有蜂窝式标准、蓝牙标准和位于4GHz以下的WiMAX频带。为了工作在甚至更宽的频带中，两个开关（9，10）可以具有切换到一组可调谐带通滤波器（10）的几条路径如图6所示。

图7示出了由可变增益放大器（14）组成、按照本发明的用于生成干扰信号的系统的信号放大和隔离块的示范性实施例，可变增益放大器（14）产生很低水平的反向互调，在锁相环中它的输出端与功率检测器（15）连接，后面接着放大器（14）的自动增益控制单元（16），还与所述放大器（14）的输出端连接的是滤波器组（17），后面接着衰减器（18）。

放大和隔离块（8）调整干扰信号的功率，以便在受测设备（5）的输入端上达到指定功率水平。为此，功率检测器（15）对放大器（14）的输出端上的功率进行连续测量，以及自动控制单元（16）调节放大器（14）的增益作为设备（5）中的所希望功率水平和功率检测器（15）提供的测量的函数。使用衰减器（18），使得可变增益放大器（14）的工作点最佳。

放大和隔离块（8）的滤波器组（17）由消除可能出现在系统中的谐波的（成本降低和尺寸缩小了的）高通滤波器（17.1）和低通滤波器（17.2）组成。取决于滤波器组（17）中的干扰信号的频率，选择适当低通滤波器（17.2）来消除低噪声放大器（13）和可变增益放大器（14）造成的谐波。

当干扰信号（1）的频率小于设备（5）的最小接收频率（fcw<fRx,min）时，在滤波器组（17）中配置低通滤波器（17.2）来衰减可能出现在受测设备（5）的接收频带内的干扰信号（1）的能量内容。对于大于最大接收频率（fcw>fRx,max）的干扰信号（1）的频率，激活单个高通滤波器（17.1）来执行这个相同任务。因此，不必让可调谐带通滤波器（10)负责干扰信号（1）的整个频率范围。

当受测设备发送信号时，后者到达可变增益放大器（14）的输出端。由于这个放大器（14）的非线性行为，产生可能劣化设备（5）的接收质量的两种反向互调产物。这些反向互调产物服从如下方程：

f1=2·fcw-fTx;f2=2·fTx-fcw;

其中f1和f2是反向互调产物的各个频率，fcw是干扰信号（1）的频率，以及fTx是设备（5）发送的信号的频率。

为了不影响测量信号接收质量的测量，可变增益放大器（14）被设计成与所希望信号（4）的功率相比达到极低水平的噪声和互调产物。

图8示出了可变增益放大器（14）的一个示范性实施例，它由可变衰减器（19）、高功率放大器（20）和第二衰减器（21）组成。应该指出，使高功率放大器（20）位于可变衰减器（19）之后，以便利用后者的较大线性度。

为了使可变增益放大器（14）在频率f1和f2上具有对反向互调产物的良好抑制性，需要作如下考虑：

一方面，每当第二衰减器（21）的衰减量Lk上升一个dB时，频率f2上的反向互调产物就衰减2dB。对这种现象的解释是频率f2上的反向互调产物的功率P2取决于如下关系：

P₂=Pcw(dBm)+2·Peut(dBm)-Lk)dB)

其中Pcw和Peut分别是干扰信号（1）的放大器的输出端上和受测设备（5）的功率，以及Lk是衰减器（21）的衰减量。

按照这种关系，当衰减量Lk增加1dB时，干扰信号的功率Pcw增长1dB，而设备（5）的功率Peut降低1dB。因此，为了衰减频率f2上的反向互调产物，增加衰减器（21）的衰减量Lk。

另一方面，三阶非线性系统的理论预测频率f1上的反向互调产物的功率P₁与衰减量Lk无关。

频率f1上的反向互调产物的行为取决于如下关系：

P₁=2·Pcw(dBm)+Peut(dBm)-Lk(dB)

其中Pcw和Peut分别是干扰信号（1）和受测设备（5）的功率，以及Lk是衰减器（21）的衰减量。

即使如此，在真实状况下，也将高功率放大器（20）的模型调整成阶次高于三的多项式。其结果是，在频率f1上的反向互调产物的水平与干扰信号（1）的功率参数、设备（5）的功率、和衰减器（21）的衰减量Lk之间存在非线性关系。这种情况被用于使工作在大信号条件下的功率放大器中的互调产物最少。该解决方案在于通过第二衰减器（21）将高功率放大器（20）的工作点设置在消除三阶互调产物的输出功率上。

总之，可以增加衰减器（21）的衰减量Lk将作为高功率放大器（20）的非线性行为的后果出现在受测设备（5）的天线中的反向互调产物的水平降低到最低程度。这进一步使衰减器可以衰减所提出系统的放大器带入的噪声。

图9示出了可变增益放大器（14）的另一个示范性实施例，其中在放大和隔离块（8）的输入端上可变衰减器（19）的前面配备了方波转换器（22）。在前面的例子中，假设了干扰信号（1）是连续波信号，为了对反射互调产物实现还要更好的抑制性，可以通过所述方波转换器（22）将这个连续波信号转换成方波信号，所述方波转换器（22）是工作在饱和状态下的限幅放大器。

这种解决方案的的基础是基于频率f1上的反向互调产物比可变增益放大器（14）产生的那些更强大。因此，应该尽可能多地衰减它。在表征高功率放大器（20）的非线性行为的多项式中找到了对这种互调产物的来源的解释，其中三阶产物由如下形式引起：

Scw²(t)·STx(t)

其中Scw是连续波的干扰信号（1），以及STx是设备（5）发送的信号。

项Scw2是引起频率2·fcw-fTx上的成分的出现的原因。因此，通过使用方波来取代连续波信号，可以使频率2·fcw-fTx上的成分不出现，因为方波在理想情况下没有偶数阶的谐波。

Claims (10)

1.一种用于生成干扰信号的方法，所述方法用于生成在信号组合和分离网络(3)中与携带测试消息的所希望信号(4)相加的干扰信号(1)，将和信号发送给提供有多个信号接收和发送/接收天线(Rx，Rx/Tx)的正在测试的设备(5)，其特征在于，所述干扰信号(1)由单个干扰信号(1)的生成源生成，所述干扰信号(1)的生成源与信号划分器和调节器块(7)连接，所述信号划分器和调节器块(7)衰减所述干扰信号(1)的生成源产生的额外干扰，所述信号划分器和调节器块(7)在其输出端上提供与受测的所述设备(5)含有天线(Rx，Rx/Tx)的数量一样多的干扰信号(1)，以及将在所述信号划分器和调节器块(7)中获得的每个干扰信号(1)发送给各个放大和隔离块(8)，所述放大和隔离块(8)调整相应干扰信号(1)的功率水平，并衰减受测的所述设备(5)发送信号产生的反向互调产物，将干扰信号(1)引向各个信号组合和分离网络(3)，在各个信号组合和分离网络(3)中与所希望信号(4)相加。

2.一种实现如权利要求1所述的方法的设备，所述设备用于生成在信号组合和分离网络(3)中与携带测试消息的所希望信号(4)相加的干扰信号(1)，将和信号发送给提供有多个信号接收和发送/接收天线(Rx，Rx/Tx)的正在测试的所述设备(5)，其特征在于，所述设备包含干扰信号(1)的生成源，所述干扰信号(1)的生成源与信号划分器和调节器块(7)连接，所述信号划分器和调节器块(7)具有与所述设备(5)含有天线(Rx，Rx/Tx)的数量一样多的干扰信号(1)的输出端，将每个干扰信号(1)的各个放大和隔离块(8)与所述信号划分器和调节器块(7)的每个输出端连接。

3.依照权利要求2所述的设备，其特征在于，所述信号划分器和调节器块(7)由与至少一个滤波器(10)连接和又与第二开关(11)连接的第一开关(9)形成，所述第二开关(11)的输出端与在受测的所述设备(5)的天线(Rx，Rx/Tx)之间分配干扰信号(1)的功率划分器(12)连接。

4.依照权利要求2所述的设备，其特征在于，所述放大和隔离块(8)由可变增益放大器(14)组成，在锁相环中所述可变增益放大器(14)的输出端与后面接着所述可变增益放大器放大器(14)的自动增益控制块(16)的功率检测器(15)连接；此外，所述可变增益放大器放大器(14)的输出端与后面接着天线(18)的滤波器组(17)连接。

5.依照权利要求3所述的设备，其特征在于，所述滤波器(10)是覆盖受测的所述设备(5)的接收频带的可调谐带通滤波器。

6.依照权利要求3所述的设备，其特征在于，所述滤波器(10)是一组可调谐带通滤波器。

7.依照权利要求3所述的设备，其特征在于，在所述信号划分器和调节器块(7)的所述滤波器(10)的输出端上，提供补偿所述滤波器(10)引起的衰减的低噪声放大器(13)。

8.依照权利要求4所述的设备，其特征在于，所述放大和隔离块(8)的所述滤波器组(17)由高通滤波器(17.1)和低通滤波器(17.2)组成。

9.依照权利要求4所述的设备，其特征在于，所述放大和隔离块(8)的所述可变增益放大器(14)由可变衰减器(19)、高功率放大器(20)和第二衰减器(21)组成，所述第二衰减器(21)调整所述高功率放大器(20)的工作点，以便最小化反向互调产物的水平，以及衰减系统的放大器引起的噪声。

10.依照权利要求4到9之一所述的设备，其特征在于，所述可变增益放大器(14)含有在该可变衰减器(19)的前面、在其输入端上的方波转换器(22)，以便衰减反向互调产物。