CN103856272A - Mimo无线终端的无线性能测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种MIMO无线终端的无线性能测试方法，所述被测MIMO无线终端具有多个天线，被测MIMO无线终端放置于微波暗室中，所述方法包括以下步骤：获得所述MIMO被测无线终端的多个天线的天线方向图信息；根据所述被测MIMO无线终端的天线方向图信息获得测试用发射信号；将所述测试用发射信号馈入至微波暗室的多个测量天线之中，并通过所述测量天线向所述无线终端发射以对所述无线终端进行测试。本发明可以保持被测无线终端的真实工作状态的优势，保证测量准确性、便捷性，增加了测量模式的灵活性，并且实现简单，成本低。

Description

MIMO无线终端的无线性能测试方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种MIMO无线终端的无线测试方法。

背景技术

第四代移动通信系统（4G）的标准（LTE，Long Term Evolution）为了满足高数据率和高系统容量方面的需求，支持上下行应用MIMO（Multiple InputMultiple Output，多个发射天线和多个接收天线）。其中，上行MIMO包括空间复用和传输分集，基本配置是l发2收，并支持更高阶的天线配置扩展；下行MIMO包括空间复用、波束成形以及传输分集，基本天线配置是2发2收，最大支持虚拟4发4收。与之前的SISO（Single Input Single Output）移动通信系统相比，LTE所采用的MIMO系统有很多的技术优势，包括在衰落环境下能够达到更高的传输数据率、通信可靠性的提高等。如果多天线技术只用于发射端，而接收端采用单个天线，则称为多入单出通信系统（MISO，MultipleInput Single Output）；如果多天线技术只用于接收端，而发射端采用单个天线，则称为单入多出系统（SIMO，Single Input Multiple Output）。如果收发两端都采用多天线技术，则称为多入多出系统MIMO，如图1所示。根据信号处理方法的不同，MIMO天线系统可以有两种方式，智能天线和空间多路复用。空间多路复用的方式下，每个发射天线发送独立的数据码流，理论上一个N×N的MIMO系统，数据传输速率可以达到SISO系统的N倍。但是MIMO通信系统的实际传输数据率，取决于很多实际因素，除了空间传播环境以外，MIMO终端的性能对于传输速率有很重要的影响。

MIMO终端能否达到实际性能（例如数据传输的吞吐率）取决于很多因素，包括射频方面的灵敏度失真、基带处理、无线传播环境和天线性能等，当然其中无线传播环境、终端天线性能、终端的灵敏度失真起很大的作用。MIMO终端的OTA（OTA，Over The Air）测试方案，提供了一种在受控环境下评估、测试MIMO终端性能的方法和测试系统。MIMO终端的OTA测试，既是移动运营商检验移动终端性能、发放终端入网许可证的依据，也是终端厂商在研发、质量控制过程中的技术手段。因此，在移动运营商的大力推动下，MIMO终端的无线性能测试受到工业界、学术界的广泛重视。

SISO终端的OTA测试方案，其模拟实现的受控环境是自由空间传播环境，在自由空间传播环境下，测试被测终端的收发性能，后来加入了使用者手持、靠近人头等模式。与SISO中的OTA测试不同，MIMO终端的OTA测试评估，必须引入和实现MIMO信道模型，这里的挑战在于如何模拟真实的无线传播环境，使得OTA测试系统的测试评估结果能够反映真实环境下实际效果。

目前主要有3类方法包括:混响暗室法、两阶段法和多探头法。上述三种方法各有优缺点。

（1）混响暗室法采用无吸波材料的混响暗室，优点是吞吐率测试速度快，但是能够模拟的信道模型受局限，也不能测试被测件天线方向图信息（天线的方向图信息在终端的研发过程中很重要），混响暗室法基于其设计原理，无法获得对研发非常重要的天线方向图，应用受到限制。

（2）多探头法采用多个环绕在被测件周围的天线（例如16个）和信道模拟器一起，实现MIMO信道的模拟，是一种直观的方法，但是系统造价非常高、系统校准复杂。如图2所示。

（3）如图3所示，原始的两阶段法，测量过程分为两个阶段。

第一阶段（Stage 1）：采用传统的SISO测试系统测量被测件的多个天线方向图信息，测试方法遵循3GPP TS 34.114（见参考文献1）的要求。其中，具有多个天线的被测件，被放置在全波暗室中，测得每个天线的方向图信息（幅值和相位）。

第二阶段（Stage 2）：将Stage 1中测得的被测件天线方向图信息，融合进MIMO信道模型。信道模拟器的输出，通过电缆用传导的方式输入到MIMO接收机的输入端口。

与多探头MIMO测量相比，两步法的优点在于，通过将测得的被测件天线方向图信息融合到空间传播信道模型，并用信道模拟器来产生测试，避免了采用很多测量天线的复杂性，大大降低了测试系统的成本；测试被测件天线方向图，可以采用传统的SISO暗室，增加吞吐率测试仅仅是在第二步增加测试仪器的投入，测试系统的升级改造费用低；用基站模拟器和信道模拟器一起来产生测试信号，具有很好的灵活性，并且如果被测件天线方向图不变，仅仅评估不同的MIMO空间信道模型，那么就不用重复第一阶段的测试，效率高；最后，两步法的测试可以提供被测件天线方向图信息，这是MIMO无线终端研发所需的重要信息。

然而，系统配置上较为简化的两步法具有非常明显的不足，甚至是错误：首先，被测件需要用电缆和仪器连接（传导测量），这使得第二步测量与通过无线测量获得天线矢量方向图的第一步操作在过程上被分为两个不连续的步骤，使该方法执行过程较为繁琐。更为重要的是第二阶段由于采用了传导测量改变了被测件的实际工作状态（无线到有线），同时由于传导电缆直接连到了接收机端口（传导电缆连接到天线无法进行正常传输），强行将被测天线排除到测量体系之外，切断了被测件产生的噪声、干扰信号通过被测件天线进入接收机的耦合途径，实际工作状态下可能存在的接收机灵敏度失真、自干扰等因素没有在测量结果中反应出来，导致了测量结果的不准确，如图4所示。最后，由于需要连接测量导线，在第二阶段的测量由于连接部位插入损耗和模式转换造成的不确定性，另外导线屏蔽不好而引入的外部噪声也会引起测量不确定性，增加了引入系统误差的可能性。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种MIMO无线终端的无线性能测试方法，该方法可以保持被测无线终端的真实工作状态的优势，并且实现简单，成本低。

为实现上述目的，本发明的实施例提出一种MIMO无线终端的无线性能测试方法，所述被测MIMO无线终端具有多个天线，被测MIMO无线终端放置于微波暗室中，所述方法包括如下步骤：

A、获得所述被测MIMO无线终端的多个天线的天线方向图信息；

B、根据所述被测MIMO无线终端的天线方向图信息获得测试用发射信号；

C、将所述测试用发射信号馈入至微波暗室的多个测量天线之中，并通过所述测量天线向所述无线终端发射以对所述无线终端进行测试。

根据本发明实施例的MIMO无线终端的无线性能测试方法，能够充分利用现有SISO的OTA测试系统，系统升级改造的成本低，即使建设新的测量系统，造价也较低，测试可以得到被测无线终端的天线方向图信息，也可以进行吞吐率的测试，适合研发和最终认证测试。此外，本发明实施例的无线终端的测试方法可以方便的模拟不同的信道模型，灵活性高；测试吞吐率的时候，被测件不用旋转，测试时间短；吞吐率测试时，不需要电缆连接，可以保持被测无线终端的真实工作状态，从而能够评估自干扰对于被测件性能的影响。

在本发明的一个实施例中，所述微波暗室的测量天线的个数大于或等于所述无线终端的天线的个数。

进一步，本发明实施例的MIMO无线终端的无线性能测试方法，所述测试用发射信号与测试信号满足如下方程显示的关系，测试用发射信号MT₁…MT_n可以通过已经获得的测试信号S₁...S_m，求解下面的方程获得：

$\left[\begin{array}{c}{S}_1\\ S_2\\ .\\ .\\ .\\ S_m\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& ...& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& ...& a_{2n}\\ & .& & \\ & .& & \\ & .& & \\ a_{m1}& a_{m2}& ...& a_{\mathrm{mn}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{MT}}_1\\ {\mathrm{MT}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{MT}}_n\end{array}\right],$

a_ij=G（tx_antj,ij）+P_ij+G（rx_antj,ij）,i=1,2,...m；j＝1,2...n

其中，MT₁至MT_n为所述测试用发射信号，S₁和S_m分别为所述测试信号，a_ij为第j发射天线的输入端口到第i接收天线的输出端口的路径复增益；G（tx_antj,ij）为第j发射天线指向第i接收天线方向的增益；G（rx_anti,ij）为第i接收天线朝向第j发射天线方向的增益；P_ij为从第j发射天线到第i接收天线的空间路径损耗，m为无线终端的天线的个数，n为暗室里的测试天线的个数。

进一步，本发明实施例的MIMO无线终端的无线性能测试方法，所述测试信号根据预设的MIMO基站发射天线方向图信息、预设的MIMO空间信道传播模型、所述天线方向图信息获得。在本发明的实施例中，在所述测试步骤C的过程中，测量天线和被测无线终端保持静止状态。

在本发明的实施例中，所述微波室的测量天线的个数大于或等于所述无线终端的天线的个数。

并且，本发明实施例的MIMO无线终端的无线性能测试方法中的所述测试为吞吐率测试。

在本发明的实施例中，所述测量天线保持静止状态。

其中，本发明实施例的无线终端的测试方法中的所述步骤A及所述步骤C中所使用的微波暗室相同。

进一步，所述多个测量天线之中一部分测量天线为水平极化天线，所述多个测量天线中另一部分测量天线为垂直极化天线。

在本发明的一个实施例中，所述被测无线终端的多个天线的天线方向图信息通过测量获得。

在本发明的另一个实施例中，所述被测无线终端的多个天线的天线方向图信息通过已测得的天线方向图获得。

在本发明的一个实施例中，测试天线数量是2，被测MIMO无线终端的接收天线数量是2，测试用发射信号与测试信号满足如下关系：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{MT}1\\ \mathrm{MT}2\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cc}a11& a12\\ a21& a22\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}S1\\ S2\end{array}\right],$ 其中a11=G(tx_ant1,11)+P11+G(rx_ant1,11)；a21=G(tx_ant1,21)+P21+G(rx_ant2,21)；a12=G(tx_ant2,12)+P12+G(rx_ant1,12)；a22=G(tx_ant2,22)+P22+G(rx_ant2,22)；其中，MT1和MT2分别为所述实际发射信号，S1和S2分别为所述测试信号，a11为第一发射天线的输入端口到第一接收天线的输出端口的路径复增益；a12为第二发射天线的输入端口到第一接收天线的输出端口的路径复增益；a21为第一发射天线的输入端口到第二接收天线的输出端口的路径复增益；a22为第二发射天线的输入端口到第二接收天线的输出端口的路径复增益，G（tx_ant1,11）为第一发射天线指向第一接收天线方向的增益；G（rx_ant1,11）为第一接收天线指向第一发射天线方向的增益；P11为从第一发射天线到第一接收天线的空间路径损耗；G（tx_ant1,21）为第一发射天线指向第二接收天线方向的增益；G（rx_ant2,21）为第二接收天线朝向第一发射天线方向的增益；P21为从第一发射天线到第二接收天线的空间路径损耗；G（tx_ant2,12）为第二发射天线指向第一接收天线方向的增益；G（rx_ant1,12）第一接收天线朝向第二发射天线方向的增益；P12为从第二发射天线到第一接收天线的空间路径损耗；G（tx_ant2,22）为第二发射天线指向第二接收天线方向的增益；G（rx_ant2,22）为第二接收天线朝向第二发射天线方向的增益；P22为从第二发射天线到第二接收天线的空间路径损耗。

本发明具有如下优点：

（1）根据本发明实施例的无线终端的测试方法，测试过程不需要用电缆连接到被测件，使得被测件保持实际工作状态，从而可以评估被测件自身产生的噪声、干扰对于MIMO无线终端性能的影响；

（2）根据本发明实施例的无线终端的测试方法，吞吐率的测试是在暗室中进行，通过空中接口加载测试用发射信号，不需要把被测件拿出暗室用电缆连接。这使得测试过程是一个连续的过程，操作过程非常方便；

（3）能够充分利用现有SISO的OTA测试系统，系统升级改造的成本低，即使建设新的测量系统，造价也较低；

（4）测试既可以得到被测无线终端的天线方向图信息，也可以进行吞吐率的测试，既满足MIMO终端研发过程的需求，有可以作为最终吞吐率测试用；

（5）吞吐率测试的过程中，测量天线和被测无线终端保持静止不动，不必边测试边旋转，测试时间短、效率高；

（6）可以模拟不同的MIMO空间传播模型，灵活性高。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为MIMO系统的示意图；

图2为传统的多探头的MIMO测试方法的示意图；

图3为传统的两阶段（Two-Stage）的MIMO测试系统的示意图；

图4为被测件在辐射测量和传导测量的状态下，噪声和自干扰通过天线耦合的不同情况的示意图；

图5为根据本发明实施例的MIMO无线终端的无线性能测试方法的流程图；

图6a为根据本发明实施例的MIMO无线终端的无线性能测试方法测试被测无线终端的天线的一个示意图；

图6b为根据本发明实施例的MIMO无线终端的无线性能测试方法测试被测无线终端的天线的另一个示意图；

图7为根据本发明实施例的MIMO系统工作原理图；

图8为根据本发明实施例的辐射加载方式的MIMO测试方法的示意图；

图9为根据本发明实施例的一个MIMO系统信号传输特例（m=2，n=2）的工作原理图；

图10为根据本发明实施例的一个MIMO系统信号传输特例（m=2，n=2）的示意图；

图11为根据本发明实施例的一个辐射加载方式MIMO测试系统特例（m=2，n=2）的工作示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考图5描述根据本发明实施例的MIMO无线终端的无线性能测试方法。其中，被测MIMO无线终端具有多个天线，被测MIMO无线终端放置于微波暗室中。微波室的测量天线的个数大于或等于无线终端的天线的个数。

如图5所述，本发明实施例的MIMO无线终端的无线性能测试方法，包括如下步骤：

步骤S101，获得被测MIMO无线终端的多个天线的天线方向图信息。其中，天线方向图为天线的性能之一。在本发明的一个实施例中，被测MIMO无线终端的多个天线的天线方向图信息通过测量获得。在本发明的另一个实施例中，被测MIMO无线终端的多个天线的天线方向图信息通过已测得的天线方向图获得。在对MIMO无线终端的天线的性能测试中，会对包括天线方向图、增益信息和相位信息在内的多个性能参数进行测试。其中，用于SISO终端的OTA测试系统都可以完成上述性能测试。换言之，用于SISO终端的OTA测试系统可以实现对MIMO无线终端的天线的天线方向图信息的测量。

下面以图6a和图6b为例，对测量被测MIMO无线终端的多个天线的天线方向图的进行描述。

结合图6a和图6b所示，被测MIMO无线终端（DUT）放置在一个转台的中心，测量天线和被测MIMO无线终端之间的距离满足标准规定。旋转MIMO无线终端的时候，测量天线测试获得被测MIMO无线终端在空间各个方向的发射及接收性能。对于MIMO终端接收天线的测量，需要测试得到每个接收天线的天线方向图，增益、极化和相位信息。

被测MIMO无线终端可以有多种放置的状态，例如：自由空间、靠近模拟人头、手持等。根据用户需求，可以测试其中的一种放置状态以及每一种放置状态下的被测MIMO无线终端的天线性能。

通过上述方式，可以测量得到被测MIMO无线终端的多个天线的天线方向图信息。

步骤S102，根据被测MIMO无线终端的多个天线的天线方向图信息获得测试用发射信号。具体方式分为2个步骤，第一步是将步骤S101中获得的无线终端的多个天线的天线方向图信息与预先设定的MIMO信道传播模型融合，用以模拟获得完整的MIMO传输信道，产生测试信号S₁...S_m用于进一步产生测试用的实际发射信号MT₁…MT_n；第二步根据被测件相对于暗室里的测量天线的相对具体位置、方向，确定暗室里面针对被测件的校准矩阵，再根据校准矩阵和S₁...S_m产生MT₁…MT_n，这两个步骤是为了描述清晰起见，将MT₁…MT_n的产生过程分为了2个步骤，实际上的产生过程不一定有这么明显区分的2个步骤。下面进一步详细描述。

将步骤S101中获得的MIMO无线终端的多个天线的天线方向图信息与预先设定的MIMO信道传播模型融合，用以模拟获得完整的MIMO传输信道，产生测试信号S₁...S_m用于进一步产生测试用的实际发射信号MT₁…MT_n。完整的MIMO传输信道，需要发射端和接收端的每一个收发天线的方向图信息。对于LTE下行传输信道，基站一侧的天线方向图信息需要预先定义，终端一侧的天线方向图信息则可以由步骤S101测试得到。采用该方法的优点在于，一旦测试得到MIMO无线终端的天线方向图，则将该天线方向图在与不同的MIMO空间传播模型、不同的场景相融合时，该MIMO无线终端的天线方向图信息可以反复使用，而不必重复测量。需要说明的是，上述情况的MIMO无线终端的天线方向图信息是在无线终端不发生改变的情况下，可以反复使用。如果MIMO无线终端发送改变，则相应的天线方向图也需要重新测量。

下面对利用多个天线的天线方向图信息和预设的MIMO信道空间传播模型获得等效传输信道模型的具体过程进行描述。

SCM（Spatial Channel Model，空间信道模型）是一种基于几何统计法的模型，是对确定型建模方法中的射线寻迹法的一种简化，无需知道信道的具体环境地图，主要用于MIMO系统链路级和系统级仿真。SCM根据一定的统计特性在基站和移动台周围随机散布散射体组，每个散射体组对应信道模型中的一条径(Path)，而组中的散射体反射、散射和绕射到接收端的射线就是各条子径(Subpath)。每一个散射体需符合测量统计出来的APDS(Angle Power DelaySpectrum，角功率时延谱)，然后用射线寻迹法确定每条射线的角度、时延等信道参数。在接收端将上述射线的响应进行叠加，则获得整个信道的冲激响应。SCM模型中无线传播信道参数和收发天线参数自然的、直接地融合。

参考图7所示，U x S MIMO信道，其中，接收天线包括U个天线单元，发射天线包括S个天线单元，该U x S MIMO信道的脉冲冲击响应矩阵为：

$H(t;\mathrm{\τ})=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{H}_n(t;\mathrm{\τ})---\left(1\right)$

其中t是时间，τ是时延,N是路径的数量,n是径的下标。上述脉冲冲击响应矩阵由收发天线的天线阵列响应矩阵F_tx、F_rx构成。从发射天线Tx的天线单元S到接收天线Rx的天线单元u经“散射簇”n的信道表示为：

其中，H_u，s，n(t;τ)为等效传输信道模型，F_rx，u,V和F_rx，u，H分别是天线单元u的垂直和水平极化方向图，α_n，m，VV和α_n，m，VH分别是射线子径n,m的垂直到垂直、垂直到水平极化传播路径上的复增益，λ₀是载波波长，

是AoD（Angle ofDeparture）单位向量，

是AoA（Angle of Arrival）单位向量,

and

分别是天线单元s和天线单元u的位置向量，v_n,m是射线子径n,m的多普勒频移分量。对于MIMO下行链路吞吐率测试，F_rx，u,V和F_rx，u,H是上述步骤S101中测试得到的MIMO终端UE的接收天线方向图信息，而F_tx，s，V和F_tx，s，H是基站端eNB的发射天线方向图信息。对于MIMO上行链路测试，F_rx，u，V和F_rx，u，H是基站端eNB的天线方向图信息，而F_tx，s，V和F_tx，s，H则是步骤S101中测试得到的UE发射天线方向图信息。需要说明的是，上述算法仅为本发明的一种优选方式，在本发明的其他实施例中还可选择其他算法。

从上述公式（2）可以看出，基于射线寻迹法的MIMO信道模型可以很直接的融合被测无线终端DUT的方向图，从而完成MIMO传输信道的建模，进一步用于MIMO终端的OTA测试。

下面结合图7对本步骤的具体过程进行描述。MIMO无线传输信道（Wireless Transmission Channel）由发射天线阵列、空间传播信道（RadioPropagation Channel）和接收天线阵列组成。如图7所示，发射天线包括S个天线单元，发射机将要传送的信号通过传导方式送入发射天线，发射天线的方向图是已知的。发射天线的辐射信号进入空间传播信道，空间传播信道的模型可以用信道模拟器来实现，符合3GPP标准的规范，接收天线包括U个天线单元，其中每个单元天线的方向图都已经在步骤S101中测试得到。通过上述公式（2）将发射天线、空间传播信道、接收天线融合在一起，则可以得到整个MIMO无线通信信道的完整模型，即等效传输信道模型，进一步得到接收天线的输出信号，即MIMO接收机的多个输入信号。其中，MIMO接收机的多个输入信号即为多个测试信号。以两个发射机（如图7中的发射机1和发射机0）和两个接收机（如图7中的接收机1和接收机0）为例，则MIMO接收机的输入信号可以分别记为S1和S2。

MIMO终端的OTA测试系统中，接收天线方向图信息可以输入到信道模拟器中，信道模拟器能够根据SCM信道模型加上接收天线方向图信息、已知的发射天线信息，进一步产生MIMO接收机的输入信号，即获得测试信号，例如，S1和S2。

在本发明的一个实施例中，空间传播信道模型可以采用相关矩阵法的情况，在此不再赘述。

首先对辐射加载法进行描述。如图8所示，辐射加载法在对模拟信号的传输方式，辐射加载法采用无线空口传输的方式以取代传导电缆。然而，如果直接将信道模拟器产生的信号简单地通过无线传播至接收机端口，接收机捕获的信号必然会由于物理因素，如发射/接收天线阵列之间的相互影响、空间传播信道损耗等原因而发生改变，导致测量结果的错误。为了使MIMO接收机的输入端口（即MIMO接收天线的输出端口）等效地得到信道模拟器产生的信号，模拟信号在经过发射天线传播前，经由逆矩阵算法处理，则经过发射天线阵列、空间传播信道及接收天线阵列这个传递路径的矩阵变化之后，到达接收机端口的信号恰好等效于信道模拟器生成的信号，从而实现了辐射加载信号的准确传输。

由于通过逆矩阵的算法实现了模拟信号的无线传输，辐射加载法解决了两步法由于传导电缆只能接入接收机端口而绕开天线这个测量方法的本质性错误，同时在不增加成本的情况下，完整地还原了被测无线终端真实的工作状态，使测量更加准确。另外，由于不需要额外接入电缆，辐射加载法获得天线矢量方向图和MIMO吞吐量测量的工程可以不间断地在同一个工作环境下完成，使测量过程简单化。

具体地，将经过变换的测试用发射信号馈入微波暗室的测量天线，经过微波暗室里的空间辐射路径到达MIMO终端，使得在MIMO接收机的输入端口（即MIMO接收天线的输出端口）等效地得到上述测试信号，进行MIMO终端吞吐率测试。上述测试用发射信号由测试信号经过变化产生，但是不同于测试信号。

步骤S102中的第二步，根据被测件相对于暗室里的测量天线的相对具体位置、方向，确定暗室里面针对被测件的校准矩阵，再根据校准矩阵和S₁...S_m产生MT₁…MT_n作为下一步实际送入测量天线的测试用发射信号。

下面以测试信号为S1和S2为例对辐射加载法的过程进行详细描述。

具体地，将经过变换的测试信号MT1和MT2馈入微波暗室的测量天线，经过微波暗室里的空间辐射路径到达MIMO终端，使得在MIMO接收机的输入端口（即MIMO接收天线的输出端口）等效地得到上述测试S1、S2测试信号，进行MIMO终端吞吐率测试。上述信号MT1、MT2由S1和S2经过变化产生，但是不同于S 1和S2信号。

上述吞吐率测试用的微波暗室可以是步骤S101中测试MIMO终端天线方向图的S I SO微波暗室。在这种系统配置下，步骤S101的天线方向图测试，与吞吐率测试都在同一个微波暗室中进行，而且天线方向图测试、吞吐率测试所需信号的产生、通过辐射方式将吞吐率测试信号馈入MIMO终端，这一系列步骤的是连贯的、连续的测试过程，测试人员不需要取出被测的MIMO终端、做传导测试，测试过程本身是连续的，非常便捷。

本发明实施例中，所述测试用发射信号与测试信号满足如下方程显示的关系，测试用发射信号MT₁…MT_n可以通过已经获得的测试信号S₁...S_m，求解下面的方程获得，后面以2×2为例描述如何求解。

$\left[\begin{array}{c}{S}_1\\ S_2\\ .\\ .\\ .\\ S_m\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& ...& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& ...& a_{2n}\\ & .& & \\ & .& & \\ & .& & \\ a_{m1}& a_{m2}& ...& a_{\mathrm{mn}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{MT}}_1\\ {\mathrm{MT}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{MT}}_n\end{array}\right]$

其中，a_ij=G（tx_antj,ij）+P_ij+G（rx_antj,ij）,i=1,2，...m；j=1,2...n

其中，MT₁至MT_n为测试用发射信号，S₁至S_m分别为测试信号，a_ij为第j发射天线的输入端口到第i接收天线的输出端口的路径复增益；G（tx_antj,ij）为第j发射天线指向第i接收天线方向的增益；G（rx_anti,ij）为第i接收天线朝向第j发射天线方向的增益；P_ij为从第j发射天线到第i接收天线的空间路径损耗，m为无线终端的天线的个数，n为暗室里的测试天线的个数。

具体地，如果以2×2MIMO配置为例，即发射天线和接收天线都是2个，分别为第一接收天线（接收机1）、第二接收天线（接收机2）、第一发射天线（发射机1）和第二发射天线（发射机2）。

具体地，将MIMO终端放置在铺设了吸波材料的无反射微波暗室中，包含微波暗室的测量系统安装有2个测量天线，在测量天线的输入端口馈入测试信号MT1和MT2。被测MIMO无线终端的接收天线数量也是2。MT1和MT2分别是S1、S2经变换后形成的信号，它们之间的变换关系见公式（3）和公式（4）。如图9和图10所示，MT1、MT2经过测量天线、暗室里的空间路径、被测终端接收天线，到达被测MIMO终端的接收机的输入端口。

测试用发射信号与测试信号满足如下关系：

$\left[\begin{array}{c}S1\\ S2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}a11& a12\\ a21& a22\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{MT}1\\ \mathrm{MT}2\end{array}\right]---\left(3\right)$

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{MT}1\\ \mathrm{MT}2\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cc}a11& a12\\ a21& a22\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}S1\\ S2\end{array}\right]---\left(4\right)$

a11＝G(tx_ant1,11)+P11+G(rx_ant1,11)；a21=G(tx_ant1,21)+P21+G(rx_ant2,21)；a12=G(tx_ant2,12)+P12+G(rx_ant1,12)；a22=G(tx_ant2,22)+P22+G(rx_ant2,22)                 （5）

MT1和MT2分别为所述测试用发射信号，S1和S2分别为所述测试信号，a11是第一发射天线的输入端口到第一接收天线的输出端口的路径复增益；a12是第二发射天线的输入端口到第一接收天线的输出端口的路径复增益；a21是第一发射天线的输入端口到第二接收天线的输出端口的路径复增益；a22是第二发射天线的输入端口到第二接收天线的输出端口的路径复增益。

其中，公式（5）中每参数的含义分别是：G（tx_ant1,11）为第一发射天线指向第一接收天线方向的增益；G（rx_ant1,11）为第一接收天线指向第一发射天线方向的增益；P11为从第一发射天线到第一接收天线的空间路径损耗；G（tx_ant1,21）为第一发射天线指向第二接收天线方向的增益；G（rx_ant2,21）为第二接收天线朝向第一发射天线方向的增益；P21为从第一发射天线到第二接收天线的空间路径损耗；G（tx_ant2,12）为第二发射天线指向第一接收天线方向的增益；G（rx_ant1,12）第一接收天线朝向第二发射天线方向的增益；P12为从第二发射天线到第一接收天线的空间路径损耗；G（tx_ant2,22）为第二发射天线指向第二接收天线方向的增益；G（rx_ant2,22）为第二接收天线朝向第二发射天线方向的增益；P22为从第二发射天线到第二接收天线的空间路径损耗。

在本发明的实施例中，测量信道传递矩阵的逆矩阵 ${\left[\begin{array}{cc}a11& a12\\ a21& a22\end{array}\right]}^{-1},$ 可以在基带实现，优选的方式是利用信道模拟器来实现。当然在本发明的其他实施例中， ${\left[\begin{array}{cc}a11& a12\\ a21& a22\end{array}\right]}^{-1}$ 也可以用射频的方式来实现。

从图10可以看出，从2个发射天线的输入端口到2个接收天线的输出端口，采用辐射方式加载测量信号的通信信道，上述加载测试信号的通信信道可以称之为测量信道，相应的 $\mathrm{MeasTf}=\left[\begin{array}{cc}a11& a12\\ a21& a22\end{array}\right]$ 称之为信道传递矩阵，实际上是暗室（包括测量天线、被测无线终端接收天线）的校准矩阵。

由于发送天线为已知的，接收天线的方向图信息在步骤S101中已经测试得到，根据上述步骤中被测无线终端的放置位置和方向，公式（5）中的所有参数都是确定、已知的，因此 $\mathrm{MeasTf}=\left[\begin{array}{cc}a11& a12\\ a21& a22\end{array}\right]$ 是可以确定的。发射天线确定的情况下，被测无线终端的放置位置和方向，影响上述测量信道传递矩阵MeasTf中的参数，须使得该矩阵MeasTf是满秩的，其逆矩阵 ${\left[\begin{array}{cc}a11& a12\\ a21& a22\end{array}\right]}^{-1}$ 是存在的，可以根据公式（4）产生MT1和MT2。其中，MT1和MT2即为测试用发射信号。

上述方法在测试过程避免了用电缆进行传导测量，被测无线终端的灵敏度失真、自干扰等因素都可以在测试中反应出来，能够测试被测无线终端天线方向图、吞吐率，适合研发和最终验收测试用，而且测试系统造价低（或者可以对SISO的OTA系统升级），这些特点使得该方法成为MIMO终端OTA测试的最优方法和系统。

步骤S103，将测试用发射信号馈入至微波暗室的多个测量天线之中，并通过测量天线向无线终端发射（即空口发射）以对无线终端进行测试。

其中，上述通过测量天线向无线终端发射以对无线终端进行测试是指对无线终端进行吞吐率测试。

在本发明的实施例中，微波暗室的测量天线的个数与无线终端的天线的个数相同。

图11示出了辐射加载方式MIMO测试系统。

步骤S101测得的MIMO终端接收天线方向图信息，经与MIMO信道模型融合，产生吞吐率测试信号S1和S2，S1和S2经过上述测量信道传递矩阵的逆矩阵 ${\left[\begin{array}{cc}a11& a12\\ a21& a22\end{array}\right]}^{-1}$ 变换后产生MT1和MT2；将MT1和MT2馈入暗室的测试天线，经过上述测量信道传递矩阵 $\mathrm{MeasTf}=\left[\begin{array}{cc}a11& a12\\ a21& a22\end{array}\right],$ 馈入被测MIMO终端的接收机输入端口。

需要指出的是，图11中的测量信道传递矩阵的逆矩阵 ${\left[\begin{array}{cc}a11& a12\\ a21& a22\end{array}\right]}^{-1},$ 可以在基带实现，优选的方式是利用信道模拟器来实现； ${\left[\begin{array}{cc}a11& a12\\ a21& a22\end{array}\right]}^{-1}$ 也可以用射频的方式来实现。

如果要测试MIMO终端在靠近人头模式、手持模式下的吞吐率，则在步骤S101和步骤S103中，MIMO终端的放置状态应该保持一致，使得步骤S101中测试得到的接收天线方向图可以用在后面的吞吐率测试中。如果被测终端的放置状态不一致，接收天线的方向图会有变化。

在本发明的实施例中，在所述测试步骤C的过程中，测量天线和被测无线终端保持静止状态。在吞吐率测试过程中，被测件保持静止、不转动，MIMO终端接收不同来波方向的信号，是通过信道模拟器来模拟的。

同样地，在步骤S101和步骤S103中，测量天线的放置状态也相同。在本发明的实施例中，测量天线可保持静止状态。

并且，在步骤S101和步骤S103中所使用的微波暗室相同。

在本发明的另一个实施例中，多个测量天线之中一部分测量天线为水平极化天线，另一部分测量天线为垂直极化天线。例如，图9和图10中的两个发射天线，其中一个可以是测量天线的水平极化天线，另一是垂直极化天线，相应的，计算测量信道传递矩阵、测量信道传递矩阵的逆矩阵时，所用接收天线的增益与测量天线的极化也需对应。

暗室中布置多个测量天线，测量天线的个数n大于或等于MIMO终端的接收天线个数m。优选的，测量天线个数等于MIMO终端接收天线个数。在实际测试中测量信道传递矩阵（即校准矩阵） $\left[\begin{array}{cc}a11& a12\\ a21& a22\end{array}\right]$ 已在测量被测天线方向图的过程中获得，在吞吐率的测试中可从已有的数据中得到此数据，用于产生测试用发射信号MT1和MT2。

根据本发明实施例的MIMO无线终端的无线性能测试方法，能够充分利用现有SISO的OTA测试系统，系统升级改造的成本低，即使建设新的测量系统，造价也较低，测试可以得到被测无线终端的天线方向图信息，也可以进行吞吐率的测试，适合研发和最终认证测试。此外，本发明实施例的无线终端的测试方法可以灵活的模拟不同的信道模型，而且可以保持被测无线终端的真实工作状态的优势，实现简单，成本低。

本发明具有如下优点：

（1）根据本发明实施例的无线终端的测试方法，测试过程不需要用电缆连接到被测件，使得被测件保持实际工作状态，从而可以评估被测件自身产生的噪声、干扰对于MIMO无线终端性能的影响；

（2）根据本发明实施例的无线终端的测试方法，吞吐率的测试是在暗室中进行，通过空中接口加载测试用发射信号，不需要把被测件拿出暗室用电缆连接。这使得测试过程是一个连续的过程，操作过程非常方便；

（3）能够充分利用现有SISO的OTA测试系统，系统升级改造的成本低，即使建设新的测量系统，造价也较低；

（4）测试既可以得到被测无线终端的天线方向图信息，也可以进行吞吐率的测试，既满足MIMO终端研发过程的需求，有可以作为最终吞吐率测试用；

（5）吞吐率测试的过程中，测量天线和被测无线终端保持静止不动，不必边测试边旋转，测试时间短、效率高；

（6）可以模拟不同的MIMO空间传播模型，灵活性高。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种MIMO无线终端的无线性能测试方法，其特征在于，所述被测MIMO无线终端具有多个天线，被测MIMO无线终端放置于微波暗室中，所述方法包括以下步骤：

A、获得所述被测MIMO无线终端的多个天线的天线方向图信息；

B、根据所述被测MIMO无线终端的天线方向图信息获得测试用发射信号；

C、将所述测试用发射信号馈入至微波暗室的多个测量天线之中，并通过所述测量天线向所述无线终端发射以对所述无线终端进行测试。

2.如权利要求1所述的无线终端的无线性能测试方法，其特征在于，所述测试用发射信号与测试信号满足如下关系：

$\left[\begin{array}{c}{S}_1\\ S_2\\ .\\ .\\ .\\ S_m\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& ...& a_{1n}\\ a_{21}& a_{22}& ...& a_{2n}\\ & .& & \\ & .& & \\ & .& & \\ a_{m1}& a_{m2}& ...& a_{\mathrm{mn}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{MT}}_1\\ {\mathrm{MT}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{MT}}_n\end{array}\right]$

a_ij=G（tx_antj,ij）+P_ij+G（rx_antj,ij）,i=1,2，...m；j＝1,2...n，其中，MT₁至MT_n为所述测试用发射信号，S₁至S_m分别为所述测试信号，a_ij为第j发射天线的输入端口到第i接收天线的输出端口的路径复增益；G（tx_antj,ij）为第j发射天线指向第i接收天线方向的增益；G（rx_anti,ij）为第i接收天线朝向第j发射天线方向的增益；P_ij为从第j发射天线到第i接收天线的空间路径损耗，m为无线终端的天线的个数，n为暗室里的测试天线的个数。

3.如权利要求2所述的无线终端的无线性能测试方法，其特征在于，所述测试信号根据预设的MIMO基站发射天线方向图信息、预设的MIMO空间信道传播模型、所述天线方向图信息获得。

4.如权利要求1所述的无线终端的无线性能测试方法，其特征在于，所述微波室的测量天线的个数大于或等于所述无线终端的天线的个数。

5.如权利要求1所述的无线终端的无线性能测试方法，其特征在于，所述测试步骤C的过程中，测量天线和被测无线终端保持静止状态。

6.如权利要求1-5任一项所述的无线终端的无线性能测试方法，其特征在于，所述测试为吞吐率测试。

7.如权利要求1-5任一项所述的无线终端的无线性能测试方法，其特征在于，所述步骤A及所述步骤C中所使用的微波暗室相同。

8.如权利要求1-5任一项所述的无线终端的无线性能测试方法，其特征在于，所述多个测量天线之中一部分测量天线为水平极化天线，所述多个测量天线中另一部分测量天线为垂直极化天线。

9.如权利要求1所述的无线终端的无线性能测试方法，其特征在于，所述被测无线终端的多个天线的天线方向图信息通过测量获得。

10.如权利要求1所述的无线终端的无线性能测试方法，其特征在于，所述被测无线终端的多个天线的天线方向图信息通过已测得的天线方向图获得。

11.如权利要求2所述的无线终端的无线性能测试方法，其特征在于，测试天线数量是2，被测MIMO无线终端的接收天线数量是2，测试用发射信号与测试信号满足如下关系：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{MT}1\\ \mathrm{MT}2\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cc}a11& a12\\ a21& a22\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}S1\\ S2\end{array}\right],$ 其中a11=G(tx_ant1,11)+P11+G(rx_ant1,11)；a21＝G(tx_ant1,21)+P21+G(rx_ant2,21)；a12＝G(tx_ant2,12)+P12+G(rx_ant1,12)；a22=G(tx_ant2,22)+P22+G(rx_ant2,22)；

其中，MT1和MT2分别为所述测试用发射信号，S1和S2分别为所述测试信号，a11为第一发射天线的输入端口到第一接收天线的输出端口的路径复增益；a12为第二发射天线的输入端口到第一接收天线的输出端口的路径复增益；a21为第一发射天线的输入端口到第二接收天线的输出端口的路径复增益；a22为第二发射天线的输入端口到第二接收天线的输出端口的路径复增益，G（tx_ant1,11）为第一发射天线指向第一接收天线方向的增益；G（rx_ant1,11）为第一接收天线指向第一发射天线方向的增益；P11为从第一发射天线到第一接收天线的空间路径损耗；G（tx_ant1,21）为第一发射天线指向第二接收天线方向的增益；G（rx_ant2,21）为第二接收天线朝向第一发射天线方向的增益；P21为从第一发射天线到第二接收天线的空间路径损耗；G（tx_ant2,12）为第二发射天线指向第一接收天线方向的增益；G（rx_ant1,12）第一接收天线朝向第二发射天线方向的增益；P12为从第二发射天线到第一接收天线的空间路径损耗；G（tx_ant2,22）为第二发射天线指向第二接收天线方向的增益；G（rx_ant2,22）为第二接收天线朝向第二发射天线方向的增益；P22为从第二发射天线到第二接收天线的空间路径损耗。

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