CN104917577B - Mimo无线终端性能的暗室多探头测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MIMO无线终端性能的暗室多探头测试系统，该系统包括环、两个及以上的探头、信道仿真器、基站模拟器，探头分布在环上，信道仿真器的每个物理通道连接探头的一个极化，基站模拟器与信道仿真器连接。本发明的测试原理为从发射机或基站模拟器产生的测试信号通过无线信道仿真器，无线信道仿真器根据预先定义的信道模型来模拟无线信道；随后该信号在信道仿真器内部进行分离，并分配到暗室内的各个探头，各自独立地辐射进入暗室；最后是辐射的多路信号在暗室中心空间合成，并在被测设备周围产生所需要的无线信道环境。本发明模拟出现实中复杂的无线环境，保证测量的准确性，能够测量到终端在真实环境下的性能表现。

Description

MIMO无线终端性能的暗室多探头测试系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种测量MIMO无线终端性能的暗室多探头测试系统。

背景技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。

为了满足无线通讯系统对更高数据率的要求，IEEE802.11ac及4G—LTE等先进的无线通信技术均采用了多入多出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Output)如图2所示。MIMO运用空时编码，通过利用信道的空域资源使系统容量(反应为吞吐率或下载速率)得到大幅提高，而技术上的复杂性也给MIMO设备的验证测试方法带来挑战。如图1所示，在真实的通讯环境中存在多径、干扰信号影响。所以为了评估MIMO设备的性能，必须将信道模型在实验室中进行真实的复现。传统的OTA测试方案无法实现真实通信环境的干扰、多径的信道模型的模拟，从而无法精确甄别MIMO设备的性能表现。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种MIMO无线终端性能的暗室多探头测试系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下所述：一种MIMO无线终端性能的暗室多探头测试系统，其特征在于，该系统包括环、两个及以上的探头、信道仿真器、基站模拟器，探头分布在环上，信道仿真器的每个物理通道连接探头的一个极化，基站模拟器与信道仿真器连接。所述探头上可使用仪器添加噪声。

本发明的测试原理为从发射机或基站模拟器产生的测试信号通过无线信道仿真器，无线信道仿真器根据预先定义的信道模型来模拟无线信道；随后该信号在信道仿真器内部进行分离，并分配到暗室内的各个探头，各自独立地辐射进入暗室；最后是辐射的多路信号在暗室中心空间合成，并在被测设备周围产生所需要的无线信道环境。

本系统的信道建模原理如，对于一个由n根发射天线Ntx与m根接收天线Mrx组成的Ntx X Mrx线性时变MIMO系统中，输入与输出之间的冲击响应矩阵为

其中：

Hι(t，τ)＝∫∫Ntx·Mrx·H[m*n] (2)

Hι(t，τ)表示收发端中ι根径的冲击响应矩阵，Ntx是表示发射天线增益的矩阵，Nrx表示接收天线增益矩阵，H[m1]表示空口矩阵。

所述的发射和接收取决于测试时信号的传输方向,但基于天线的互异性,Ntx也可以被认为是接收天线增益。因此(2)可改写为：

Hι(t，τ)＝∫∫N·M·H[m*n]

其中N和M表示被测物的天线增益矩阵和测量系统的天线增益矩阵。

带入表达式1，可得(3)

H(t，τ)＝N’·M’·B[m*n] (3)

这里N’和M’分别表示被测物的无线性能和测量系统的天线增益。

在测试之前需要对系统路径校准，标准天线放置于暗室中心，使用网络分析仪进行测量不同通道信号(即多径的测量)的到达角、极化方向、幅度和相位，获得校准矩阵M’。再将校准矩阵M’添加到系统中对被测MIMO设备测量，将校准矩阵M’带入(3)的冲击响应矩阵可得：

H(t，τ)＝N′·B′[m＊n] (4)

这里的B’表示除去被测物外本身对整个通信贡献后的所有路径的合集。

得到MIMO系统中输入端与输出端的关系。校准矩阵M’被补偿入信道仿真器。使用基站模拟器测量经过了模拟物理通道后的MIMO设备性能，由于信道仿真器所模拟的信道为已知，即B’为已知。结合左右表达式推断出被测MIMO设备测试其吞吐量、功率和灵敏度N’。

进行MIMO接收性能测试时，被测设备需要在水平面内进行旋转，在不同的朝向上进行下行吞吐量测试，得到M(M>＝1)条吞吐量曲线其中M取决于旋转的步长。测试结束后，需要对M条吞吐量曲线进行平均，得到一条平均吞吐量曲线，平均吞吐量为：

综上所述，本系统能模拟MIMO测试所需的干扰、多径环境。因此能甄别出MIMO设备的性能。

根据上述结构的本发明，其有益效果在于，本发明是通过围绕被测设备的天线探头及相关射频器件来制造空域衰落的特性，由于没有进行预衰落，探头数量的多寡决定了所合成信道模型重建的优劣。因此环上的探头数目越多，所拥有的物理通道数越多，模拟的信道环境越接近现实，测量的准确性更高。本发明模拟出现实中复杂的无线环境，保证测量的准确性，能够测量到终端在真实环境下的性能表现。

附图说明

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的说明。

图1为系统能模拟MIMO测试所需的干扰、多径环境示意图；

图2为MIMO信道通信原理示意图；

图3为本发明网络分析仪信道校准系统连接示意图；

图4为本发明系统的仪器连接示意图；

图5为本发明系统路径校准时系统设备连接示意图；

图6为本发明探头示意图。

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。

如图4所示，其中1为电脑，2为基站模拟器，3为信道仿真器，4为暗室，5为电机控制(Motion Control)。本发明中电脑对基站模拟器、信道仿真器和Motion Control连接并对基站模拟器和信道仿真器参数进行设置，基站模拟器连接信道仿真器，信道仿真器连接暗室且信道仿真器中的每一个通道连接暗室中探头的一个极化(极化a、极化b)(如图6所示)，暗室连接基站模拟器。

本系统的测试过程为：在进行测试之前，需要对系统路径进行系统路径校准，系统路径校准时系统设备连接如图5所示。网络分析仪连接信道仿真器，信道仿真器连接到暗室中，标准天线放在暗室中心。使用网络分析仪对各个通道进行测试，获取校准矩阵M’。

再将系统设备如图4所示进行连接，对MIMO测试设备进行测试。此时的测试是已经添加校准矩阵进行测试。利用电脑软件对基站模拟器和信道仿真器进行参数的设置，信号从基站模拟器传输到信道仿真器，在信号仿真器中将发射信号进行分离，分离的信号进入暗室，在暗室中心空间合成，形成测试所需的环境。将校准矩阵M’带入测试后，信道仿真仪所模拟的信道表示除去被测物外的所有路径的合集B’。所以基站模拟器能测试出经过了模拟物理通道后被测MIMO设备的吞吐量、功率和灵敏度。

本系统信道仿真器需要定期用网络分析仪进行校准，校准示例如图3所示，网络分析仪连接信道仿真器，信道仿真器连接到暗室中，标准天线放在暗室中心。网络分析仪向信道仿真器发送信号，对信道仿真器的各个通道进行校准，保证信道仿真仪中信道一致。

Claims (1)

1.一种MIMO无线终端性能的暗室多探头测试系统，其特征在于，该系统包括环、两个及以上的探头、信道仿真器、基站模拟器，探头分布在环上，信道仿真器的每个物理通道连接探头的一个极化，基站模拟器与信道仿真器连接，

所述暗室多探头测试系统的测试过程为：

在进行测试之前，对系统路径进行系统路径校准，网络分析仪连接信道仿真器，信道仿真器连接到暗室中，标准天线放在暗室中心，使用网络分析仪对各个通道进行测试，获取校准矩阵M’；

添加校准矩阵对MIMO测试设备进行测试，电脑对基站模拟器、信道仿真器和MotionControl连接并对基站模拟器和信道仿真器参数进行设置，基站模拟器连接信道仿真器，信道仿真器连接暗室且信道仿真器中的每一个通道连接暗室中探头的一个极化，暗室连接基站模拟器，利用电脑软件对基站模拟器和信道仿真器进行参数的设置，信号从基站模拟器传输到信道仿真器，在信号仿真器中将发射信号进行分离，分离的信号进入暗室，在暗室中心空间合成，形成测试所需的环境，将校准矩阵M’带入测试后，信道仿真仪所模拟的信道表示除去被测物外的所有路径的合集B’；

信道仿真器需要定期用网络分析仪进行校准，网络分析仪连接信道仿真器，信道仿真器连接到暗室中，标准天线放在暗室中心，网络分析仪向信道仿真器发送信号，对信道仿真器的各个通道进行校准，保证信道仿真仪中信道一致。