CN105577295A - 一种封闭空间无线信号衰减性能测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种封闭空间无线信号衰减性能测试系统及方法，包括发射端和接收端，所述发射端包括信号发生器、第一天线、第一馈线和第一支撑架，所述信号发生器通过第一馈线与第一天线相连，所述第一天线水平放置在所述第一支撑架上；所述接收端包括频谱仪、第二天线、第二馈线和第二支撑架，所述频谱仪通过所述第二馈线与所述第二天线相连，所述第二天线水平放置在所述第二支撑架上。本发明的封闭空间无线信号衰减性能测试系统及方法采取双天线对射方法进行测试，将封闭空间分为直线段和拐弯段分别进行测试，并且以直线段作为衡量标准，使得不同地形的测试具有同一标准；采取最小二乘法对模型进行处理，相比其他算法准确度更高。

Description

一种封闭空间无线信号衰减性能测试系统及方法

技术领域

本发明涉及无线通信的技术领域，特别是涉及一种封闭空间无线信号衰减性能测试系统及方法。

背景技术

随着多媒体业务的增加和无线自组网的广泛应用，无线网络通信系统发展迅速，可移动高带宽网络系统在日常生活中应用日趋丰富。封闭空间内的无线宽带移动通信系统需要实现高速、高负荷上行传输信号，同时下行传输服务。因此对于无线网络的各方面性能有较高的要求，通信网络性能的优劣也是评价这个系统好坏的关键因素。

随着无线通信技术的发展不断完善，测试网络性能的方法也多种多样，一般系统性能测试包括实验室测试、小规模外场测试和实际环境应用中测试等。封闭空间环境下的无线通信网络信号衰减是反映网络性能的主要因素，对于网络衰减性能测试目前比较多的是实验室测试，而不能对系统进行良好的实际测试，故对于改进系统性能具有局限性。对于评估封闭空间内不同地形、结构等环境条件下，无线信号的衰减情况存在一定的难度。因此能够设计一种封闭空间信号衰减性能测试系统和方法至关重要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种封闭空间无线信号衰减性能测试系统及方法，能够在封闭空间内不同地形、结构等环境条件下进行实际网络信号衰减的性能测试，为封闭空间无线宽带移动通信系统总体网络规划、技术开发、系统方案设计提供可资借鉴的依据。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种封闭空间无线信号衰减性能测试系统，包括发射端和接收端，所述发射端包括信号发生器、第一天线、第一馈线和第一支撑架，所述信号发生器通过第一馈线与第一天线相连，所述第一天线水平放置在所述第一支撑架上；所述接收端包括频谱仪、第二天线、第二馈线和第二支撑架，所述频谱仪通过所述第二馈线与所述第二天线相连，所述第二天线水平放置在所述第二支撑架上，其中，所述发射端的第一天线与所述接收端的第二天线相对放置。

根据上述的封闭空间无线信号衰减性能测试系统，其中：所述发射端与所述接收端的架设点均位于封闭空间地面纵向中轴线处，且所述发射端的第一天线和所述接收端的第二天线位于封闭空间的1/2高度处。

根据上述的封闭空间无线信号衰减性能测试系统，其中：所述发射端的第一天线和所述接收端的第二天线采用喇叭天线。

根据上述的封闭空间无线信号衰减性能测试系统，其中：所述第一馈线的长度为所述信号发生器到所述第一天线的最短距离；所述第二馈线的长度为所述频谱仪到所述第二天线的最短距离。

同时，本发明还提供一种根据上述任一所述的封闭空间无线信号衰减性能测试系统的测试方法，其中所述封闭空间为直线段式，包括以下步骤：

步骤S11、在封闭空间一端沿纵向上随机选定长度为m的直线段作为一个测试标准距离；

步骤S12、将发射端设置在所选定直线段的起点，并调节信号发生器的频点和初始信号强度P₀；

步骤S13、将接收端设置在所选定直线段上距离发射端m/n处，并调节频谱仪的中心频点和频宽，其中，频谱仪的中心频点与信号发生器的频点相同，n为自然数；

步骤S14、记录接收端的频谱仪所接收到的信号强度P₁，距离记为d₁＝m/n；

步骤S15、以此类推，将接收端移动到在距离基准点2m/n、3m/n……m分别进行测试，得到不同的信号强度P₂、P₃……P_n和距离d₂、d₃……d_n；

步骤S16、以所选定直线段的终点为起点，在封闭空间纵向上重新选定长度为m的直线段，并重复上述步骤S12至步骤S15，直到测试范围覆盖整个封闭空间的纵向；

步骤S17、将得到的测试数据带入封闭空间内直线段距离和信号衰减的函数中，并利用最小二乘法对此公式进行计算，得到A和b的值，其中P_x为接收端离直线段起点为d_x时接收端接收到的信号强度，A为衰减系数，b为衰减指数，至此便得到封闭空间无线信号强度衰减公式。

根据上述的封闭空间无线信号衰减性能测试方法，其中：所选定直线段位于封闭空间地面纵向中轴线处。

另外，本发明还提供一种根据上述任一所述的封闭空间无线信号衰减性能测试系统的测试方法，其中所述封闭空间为拐弯段式，包括以下步骤：

步骤S21、在封闭空间一端沿纵向上随机选定长度为m的拐弯段作为一个测试标准距离；

步骤S22、将发射端设置在所选定拐弯段的起点，并调节信号发生器的频点和初始信号强度P₀；

步骤S23、将接收端设置在所选定直线段上距离发射端m/n处，并调节频谱仪的中心频点和频宽，其中，频谱仪的中心频点与信号发生器的频点相同，n为自然数；观察频谱仪接收到的信号强度是否与当前距离m/n下的参考信号强度相同，若不同则移动接收端天线的位置，直至频谱仪接收到的信号强度与当前距离m/n下的参考信号强度P₁相同，并且记录此时发射端与接收端间的距离S₁，其中，当前距离下的参考信号强度是指同样的发射端和接收端在直线段中相隔当前距离时频谱仪接收到的信号强度；

步骤S24、继续移动接收端，直到频谱仪接收到的信号强度与距离为2m/n、3m/n、…..m时的参考信号强度P₂、P₃……P_n相同，并记录此时发射端与接收端间的距离S₂、S₃、……S_n；

步骤S25、以所选定拐弯段的终点为起点，在封闭空间纵向上重新选定长度为m的拐弯段，并重复上述步骤S22至步骤S24，直到测试范围覆盖整个封闭空间的纵向；

步骤S26、将测试数据带入封闭空间拐弯段距离和信号衰减的函数并利用最小二乘法对公式进行计算，得到C和e的值，其中P_x是接收端离拐弯段起点为S_x时接收端接收到的信号强度，C为衰减系数，e为衰减指数，至此便得到封闭空间无线信号强度衰减公式。

根据上述的封闭空间无线信号衰减性能测试方法，其中：所选定拐弯段位于封闭空间地面纵向中轴线处。

如上所述，本发明的封闭空间无线信号衰减性能测试系统及方法，具有以下有益效果：

(1)采取双天线对射方法进行测试，检测准确度更高；

(2)将封闭空间分为直线段和拐弯段分别进行测试，并且以直线段作为衡量标准，使得不同地形的测试具有同一标准，测试结果更加准确；

(3)采取最小二乘法对模型进行处理，相比其他算法准确度更高。

附图说明

图1显示为本发明的封闭空间无线信号衰减性能测试系统的结构示意图；

图2显示为本发明的直线段封闭空间无线信号衰减性能测试系统的结构示意图；

图3显示为本发明的拐弯段封闭空间无线信号衰减性能测试系统的结构示意图。

元件标号说明

1信号发生器

2支撑架

3馈线

4天线

5频谱仪

6支撑架

7馈线

8天线

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明的封闭空间无线信号衰减性能测试系统包括发射端和接收端。发射端包括信号发生器1、支撑架2、馈线3和天线4，信号发生器1通过馈线3与天线4相连，天线4水平放置在支撑架2上。接收端包括频谱仪5、支撑架6、馈线7和天线8，频谱仪5通过馈线7与天线8相连，天线8水平放置在支撑架6上。其中，发射端的天线4与接收端的天线8相对放置。

优选地，本发明的封闭空间无线信号衰减性能测试系统还包括电源(图中未示出)，用于为发射端和接收端供电。其中，该电源可以为同一电源模块，同时为发射端和接收端供电；也可以两个独立的电源模块，分别为发射端和接收端供电。其中，电源可采用封闭空间内部220V/AC供电。

优选地，发射端与接收端的架设点均位于封闭空间地面纵向中轴线处，且发射端的天线和接收端的天线位于封闭空间的1/2高度处。

优选地，发射端的天线和接收端的天线可采用喇叭天线。馈线的长度为信号发生器/频谱仪到天线的最短距离。若馈线长度过长，则会带来不必要的信号衰减和干扰，给后续信号处理增加复杂度。

需要说明的是，本发明所指的封闭空间是指在纵向不断延伸，且任意处纵向截面相同或基本相同的封闭空间。

在本发明的一个优选实施例中，封闭空间为地铁隧道。在地铁隧道无线信号的衰减性能测试系统中，发射端包括N9030APXA信号发生器1台、HD-70HA10双角喇叭天线1个、2米馈线一根、便携式专业三角架1个、220V插座1个和供电系统；接收端包括频谱仪1台、HD-70HA10双角喇叭天线1个、2米馈线一根、便携式专业三角架1个、220V插座1个和供电系统。其中，发射端中信号发生器与喇叭天线通过馈线相连。喇叭天线架设于三脚架，离地距离为2米，喇叭天线呈水平放置，供电系统为上述设备供电。接收端中频谱仪与喇叭天线通过馈线相连。接收端的喇叭天线同样架设于三脚架上，离地距离2米，与发射端的喇叭天线相对水平放置，供电系统为上述系统供电。需要说明的是，由于地铁隧道的高度通常为4-5米，故将天线的高度设置为2米，馈线的长度为也为2米。当采用三脚架作为支撑架时，可根据封闭空间的实际高度来调节发射端和接收端天线的高度。

如图2所示，本发明的直线段封闭空间无线信号衰减性能测试方法采用双天线对射方式进行测试，具体包括以下步骤：

步骤S11、在封闭空间一端沿纵向上随机选定长度为m的直线段作为一个测试标准距离。

具体地，直线段的长度m可以是100米、200米或300米等等。优选地，m为300米。经过试验，当m为300米时，测试性能最优。优选地，所选定直线段位于封闭空间地面纵向中线处。

步骤S12、将发射端设置在所选定直线段的起点，并调节信号发生器的频点和初始信号强度P₀。

具体地，将发射端设置在所选定直线段的起点，并调节信号发生器频点至5.825GHz，信号强度为P₀＝13dBm。

步骤S13、将接收端设置在所选定直线段上距离发射端m/n处，并调节频谱仪的中心频点和频宽，其中，频谱仪的中心频点与信号发生器的频点相同，n为自然数。

优选地，将接收端设置在所选定直线段上距离发射端50米处，并调节频谱仪的中心频点为5.825GHz，频宽为1KHz。

步骤S14、记录接收端的频谱仪所接收到的信号强度P₁，距离记为d₁＝m/n。

步骤S15、以此类推，将接收端移动到在距离基准点2m/n、3m/n……m分别进行测试，得到不同的信号强度P₂、P₃……P_n和距离d₂、d₃……d_n。

优选地，将接收端移动到在距离基准点100米、150米、200米、250米和300米的地方分别进行测试，得到不同的信号强度P₂、P₃、P₄、P₅、P₆。

步骤S16、以所选定直线段的终点为起点，在封闭空间纵向上重新选定长度为m的直线段，并重复上述步骤S12至步骤S15，直到测试范围覆盖整个封闭空间的纵向。

步骤S17、将得到的测试数据带入封闭空间内直线段距离和信号衰减的函数中，并利用最小二乘法对此公式进行计算，得到A和b的值，其中P_x为接收端离直线段起点为d_x时接收端接收到的信号强度，A为衰减系数，b为衰减指数，至此便得到封闭空间无线信号强度衰减公式。

如图3所示，本发明拐弯段封闭空间无线信号衰减性能测试方法采用双天线对射方式进行测试，具体包括以下步骤：

步骤S21、在封闭空间一端沿纵向上随机选定长度为m的拐弯段作为一个测试标准距离，其中拐弯段的长度为封闭空间纵向中轴线的长度。

具体地，拐弯段的长度m可以是100米、200米或300米等等。优选地，m为300米。经过试验，当m为300米时，测试性能最优。

步骤S22、将发射端设置在所选定拐弯段的起点，并调节信号发生器的频点和初始信号强度P₀。

具体地，将发射端设置在所选定直线段的起点，并调节信号发生器频点至5.825GHz，信号强度为P₀＝13dBm。

步骤S23、将接收端设置在所选定直线段上距离发射端m/n处，并调节频谱仪的中心频点和频宽，其中，频谱仪的中心频点与信号发生器的频点相同，n为自然数；观察频谱仪接收到的信号强度是否与当前距离m/n下的参考信号强度相同，若不同则移动接收端天线的位置，直至频谱仪接收到的信号强度与当前距离m/n下的参考信号强度P₁相同，并且记录此时发射端与接收端间的距离S₁，其中，当前距离下的参考信号强度是指同样的发射端和接收端在直线段中相隔当前距离时频谱仪接收到的信号强度。

优选地，将接收端设置在所选定直线段上距离发射端50米处，并调节频谱仪的中心频点为5.825GHz，频宽为1KHz。可知，S₁<50米。

步骤S24、继续移动接收端，直到频谱仪接收到的信号强度与距离为2m/n、3m/n、…..m时的参考信号强度P₂、P₃……P_n相同，并记录此时发射端与接收端间的距离S₂、S₃、……S_n。

步骤S25、以所选定拐弯段的终点为起点，在封闭空间纵向上重新选定长度为m的拐弯段，并重复上述步骤S22至步骤S24，直到测试范围覆盖整个封闭空间的纵向；

步骤S26、将测试数据带入封闭空间拐弯段距离和信号衰减的函数并利用最小二乘法对公式进行计算，得到C和e的值，其中P_x是接收端距离拐弯段起点为S_x时接收端接收到的信号强度，C为衰减系数，e为衰减指数，至此便得到封闭空间无线信号强度衰减公式。

综上所述，本发明的封闭空间无线信号衰减性能测试系统及方法采取双天线对射方法进行测试，检测准确度更高；将封闭空间分为直线段和拐弯段分别进行测试，并且以直线段作为衡量标准，使得不同地形的测试具有同一标准，测试结果更加准确；采取最小二乘法对模型进行处理，相比其他算法准确度更高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种封闭空间无线信号衰减性能测试系统，其特征在于：包括发射端和接收端，所述发射端包括信号发生器、第一天线、第一馈线和第一支撑架，所述信号发生器通过第一馈线与第一天线相连，所述第一天线水平放置在所述第一支撑架上；所述接收端包括频谱仪、第二天线、第二馈线和第二支撑架，所述频谱仪通过所述第二馈线与所述第二天线相连，所述第二天线水平放置在所述第二支撑架上，其中，所述发射端的第一天线与所述接收端的第二天线相对放置。

2.根据权利要求1所述的封闭空间无线信号衰减性能测试系统，其特征在于：所述发射端与所述接收端的架设点均位于封闭空间地面纵向中轴线处，且所述发射端的第一天线和所述接收端的第二天线位于封闭空间的1/2高度处。

3.根据权利要求1所述的封闭空间无线信号衰减性能测试系统，其特征在于：所述发射端的第一天线和所述接收端的第二天线采用喇叭天线。

4.根据权利要求1所述的封闭空间无线信号衰减性能测试系统，其特征在于：所述第一馈线的长度为所述信号发生器到所述第一天线的最短距离；所述第二馈线的长度为所述频谱仪到所述第二天线的最短距离。

5.一种根据权利要求1-4之一所述的封闭空间无线信号衰减性能测试系统的测试方法，其特征在于：所述封闭空间为直线段式，包括以下步骤：

步骤S11、在封闭空间一端沿纵向上随机选定长度为m的直线段作为一个测试标准距离；

步骤S12、将发射端设置在所选定直线段的起点，并调节信号发生器的频点和初始信号强度P₀；

步骤S13、将接收端设置在所选定直线段上距离发射端m/n处，并调节频谱仪的中心频点和频宽，其中，频谱仪的中心频点与信号发生器的频点相同，n为自然数；

步骤S14、记录接收端的频谱仪所接收到的信号强度P₁，距离记为d₁＝m/n；

步骤S15、以此类推，将接收端移动到在距离基准点2m/n、3m/n……m分别进行测试，得到不同的信号强度P₂、P₃……P_n和距离d₂、d₃……d_n；

步骤S16、以所选定直线段的终点为起点，在封闭空间纵向上重新选定长度为m的直线段，并重复上述步骤S12至步骤S15，直到测试范围覆盖整个封闭空间的纵向；

步骤S17、将得到的测试数据带入封闭空间内直线段距离和信号衰减的函数中，并利用最小二乘法对此公式进行计算，得到A和b的值，其中P_x为接收端离直线段起点为d_x时接收端接收到的信号强度，A为衰减系数，b为衰减指数，至此便得到封闭空间无线信号强度衰减公式。

6.根据权利要求5所述的封闭空间无线信号衰减性能测试方法，其特征在于：所选定直线段位于封闭空间地面纵向中轴线处。

7.一种根据权利要求1-4之一所述的封闭空间无线信号衰减性能测试系统的测试方法，其特征在于：所述封闭空间为拐弯段式，包括以下步骤：

步骤S21、在封闭空间一端沿纵向上随机选定长度为m的拐弯段作为一个测试标准距离；

步骤S22、将发射端设置在所选定拐弯段的起点，并调节信号发生器的频点和初始信号强度P₀；

步骤S23、将接收端设置在所选定直线段上距离发射端m/n处，并调节频谱仪的中心频点和频宽，其中，频谱仪的中心频点与信号发生器的频点相同，n为自然数；观察频谱仪接收到的信号强度是否与当前距离m/n下的参考信号强度相同，若不同则移动接收端天线的位置，直至频谱仪接收到的信号强度与当前距离m/n下的参考信号强度P₁相同，并且记录此时发射端与接收端间的距离S₁，其中，当前距离下的参考信号强度是指同样的发射端和接收端在直线段中相隔当前距离时频谱仪接收到的信号强度；

步骤S24、继续移动接收端，直到频谱仪接收到的信号强度与距离为2m/n、3m/n、…..m时的参考信号强度P₂、P₃……P_n相同，并记录此时发射端与接收端间的距离S₂、S₃、……S_n；

步骤S25、以所选定拐弯段的终点为起点，在封闭空间纵向上重新选定长度为m的拐弯段，并重复上述步骤S22至步骤S24，直到测试范围覆盖整个封闭空间的纵向；

步骤S26、将测试数据带入封闭空间拐弯段距离和信号衰减的函数并利用最小二乘法对公式进行计算，得到C和e的值，其中P_x是接收端离拐弯段起点为S_x时接收端接收到的信号强度，C为衰减系数，e为衰减指数，至此便得到封闭空间无线信号强度衰减公式。

8.根据权利要求7所述的封闭空间无线信号衰减性能测试方法，其特征在于：所选定拐弯段位于封闭空间地面纵向中轴线处。