CN105850062A - 有源天线系统及测试方法 - Google Patents

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Abstract

有源天线测试系统包括有源天线单元，该有源天线单元包括：多个天线元件；至少一个处理器；多个收发机模块，其与至少一个处理器可操作地耦合且布置成接收至少一个第一基带信号，用于经由多个天线元件中的至少一个天线元件发射且布置成将从多个天线元件中的至少一个接收和降频变频后的至少一个第二基带信号传送至此；以及至少一个开关模块，其将多个天线模块与多个收发机模块可操作地耦合。其还包括至少一个通信测试装备。其进一步包括至少一个外部可连接射频RF测试端口，可操作地与至少一个开关模块耦合，且被布置成在外部将至少一个通信测试装备与多个收发机模块中的至少一个可操作地耦合以用于传导测试。

Description

有源天线系统及测试方法
技术领域
本发明的领域涉及天线布置和测试方法，尤其涉及应用于有源天线系统的测试方法。
背景技术
在由基站和无源天线系统构成的传统无线电网络中，存在天线上的至少一个连接器化50Ω端口以及基站上的至少一个连接器化50Ω端口，允许经由至少一个50Ω连接器化电缆在它们之间传递信号。基站上的连接器可以是例如7/16DIN RF连接器或N型RF连接器。连接器化50Ω基站和天线端口还可用作一个或多个测试端口，以利于基站的射频(RF)收发机电路的测试和功率校准。有益地，用于允许与天线互连的连接器化50Ω端口反而能够与测试装备耦合以允许对耦合在它们之间的信号执行测量。
图1示出了在发射构造100和接收构造150中具有天线(阵列)的传统基站的简化框图。首先参考发射构造100，无源天线108经由50Ω连接器化电缆107与发射滤波器106耦合。发射滤波器106进一步与任选的外部功率放大器模块104耦合，外部功率放大器模块104又经由另一50Ω连接器103与基站机柜模块102耦合。通过这种方式，将基站机柜模块102与无源天线108耦合的50Ω连接器103和107可用作测试端口，以允许发射器被测试和校准。任选地，基站机柜可包括发射(TX)滤波器模块106和功率放大器模块104。现在参考接收构造150，无源天线108经由50Ω连接器化电缆157与接收滤波器156耦合。接收滤波器156进一步与外部低噪声放大器模块154耦合，外部低噪声放大器模块154又经由另一50Ω连接器153与基站机柜模块102耦合。
如发射构造中，接收(RX)滤波器156和LNA 154可集成为基站机柜102的部分，如上所述，50Ω连接器153和157可用作测试端口，以允许测试和校准接收器。例行地，用于发射测试的连接器化电缆107和用于接收测试的连接器化电缆157是相同的电缆，从而允许共享天线和馈电电缆用于发射和接收功能。在该情况下，发射滤波器106和接收滤波器156可以双工滤波器的形式组合。
图1指的是用于规范和一致性测试的发射和接收测试点的基站无线接口标准规范3GPPTM TS 25.104定义。在传统的系统中存在用于运行模式的连接器化50Ω连接。在有源天线系统(AAS)中，单个的天线辐射元件直接连接到它们关联的无线电基站电子设备且集成在同一壳体内。在AAS中，不存在需要外部可连接50Ω连接的运行模式。因此，当前，为了实施一致性测试，AAS不得不被拆卸或者(至少很大部分)部分地拆卸从而接近壳体内的单个的辐射元件。处于拆卸或部分拆卸状态的测试单元固有地影响用于天线测量的电磁辐射模式，并且因此导致因此不代表若AAS完全组装在现场部署系统中所期望的性能的结果。
此外，任何形式的拆卸需要破坏环境和安全性密封，这将有损AAS的未来的功能。另一可选项可以是执行辐射测试。远场辐射测试不需要拆卸AAS，但是确实需要无回声室。无回声室是物理上较大的封闭空间，其中抑制来自商业RF服务的外部环境辐射。由于封闭在法拉第罩结构中，无回声室还抑制来自测试中的天线(AUT)的干扰辐射到室附近的授权频带。无回声室壁、地板和屋顶表面均覆盖有基本上最小化通常会影响辐射测量的反射的RF吸收锥形结构。放置在无回声室的内表面上的RF吸收锥形结构通过抑制多路径信号来帮助最小化辐射测试方面的问题。多路径信号将使得在无回声室中测量AAS的探头天线中接收到的信号畸变，导致高度的测量不确定性或者使得结果畸变成非确定水平。
此外，一些AAS可以是物理上较大，并且在700MHz至900MHz频带的情况下，天线可以超过2米高。在2米高700MHz天线的情况下，远场可大于55米。因此，将需要极大的无回声室。
在近场测试的情况下，探头天线的确切的物理放置或接近度和方位对于做出精确测量是关键的，因为天线位置的小的变化会产生数十dB(分贝)的差别。近场探头本身对测试结果增加了极大程度的不确定性并且探头的性能直接影响测试结果。此外，近场探头不适合许多测量，诸如误差向量(EVM)，因为来自多个源的信号的近场组合会使得探头检测到的信号畸变。因此，在近场、远场和进行的测量之间存在显著的差别。
现在参考图2，示出了已知的有源天线系统(AAS)200。AAS包括例如用于与蜂窝基站的基带处理单元接口的普通公共无线电接口(CPRI)接口240，诸如第三代合作项目(3GPPTM)演进节点B。蜂窝基站包括基带处理单元，其在接收路径中执行例如解调和译码，并且在发射路径中执行调制和编码。AAS 200包括其自身基带处理电路208中的一个或多个，自身基带处理单元布置成执行系统控制，束成形操纵和附加信号处理。
AAS 200包括多个并行收发机电路201，其由发射模块204和接收模块206构成。收发机201内的发射模块204和接收模块206也可操作地耦合天线布置210，如图所示。
在该情况下，天线布置210包括天线阵列，天线阵列具有采用例如+45°和-45°正交天线元件的多个交叉偏振(XPOL)天线元件，具有与每个天线端口连接的独立的发射模块204和接收模块206。
如所论述的，当前的标准主体仅建议对基站或无源天线系统的50Ω(测试)端口执行‘传导’测试方法。这对于图2中的有源天线模块200是不可能的，因为该连接点并入了AAS内的密封单元202内。因此，唯一的接近有源天线模块200的方式是拆卸AAS以及在每个有源天线模块和每个天线元件馈线处单独地测试。由于如上文列出的原因，这对于图2中的有源天线模块200是不实用的，因为该连接点并入了AAS内的密封单元202内。因此，唯一已知的接近有源天线模块200的方式是拆卸AAS且单独地测试每个有源天线模块和每个天线元件馈线。
因此，有益的是确定用于确定AAS中的各组件、电路或模块的操作状况、性能和功能而无需拆卸系统的替选机制。
发明内容
因此，本发明寻求缓解、减轻或消除上述一个或多个缺点，或者是单一地或者是以任意组合。
根据第一方面，有源天线测试系统包括：有源天线单元，其包括多个天线元件；至少一个处理器；多个收发机模块，其与至少一个处理器可操作地耦合且布置成接收至少一个第一基带信号以经由多个天线元件中的至少一个发射且布置成将从多个天线元件中的至少一个接收且降频变频的至少一个第二基带信号传送至此。有源天线单元进一步包括至少一个开关模块，该至少一个开关模块将多个天线模块的多个天线元件馈线可操作地耦合到多个收发机模块；以及至少一个通信测试装备。有源天线单元进一步包括至少一个外部可连接射频RF、与至少一个开关模块可操作地耦合且布置成在外部将至少一个通信测试装备与多个收发机模块中的至少一个耦合用于传导测试的测试端口。
在一个任选的实施例中，在接收操作模式中，RF测试模块可传导地施加至少一个RF测试信号到至少一个外部可连接RF测试端口，并且至少一个开关模块布置成将RF测试信号路由通过选定的接收模块。
在一个任选的实施例中，选定的接收模块可将RF测试信号的数字化表示路由到基带处理器以确定接收模块的性能。
在一个任选的实施例中，基带处理器可布置成确定接收模块的性能包括基带处理器布置成连续地接收至少一个测试信号以判定在任意接收模块中是否存在故障。
在一个任选的实施例中，在发射操作模式中，基带处理器可传导性地施加基带测试信号到有源天线单元的至少一个处理器，该至少一个处理器路由基带测试信号通过选定的发射模块。
在一个任选的实施例中，至少一个开关模块可布置成经由外部可连接RF测试端口将RF测试信号从选定的发射模块路由到至少一个通信测试装备以执行来自如下组中的至少一个：判定是否存在故障或者测量发射模块的性能。
在一个任选的实施例中，多个发射模块可被连续地选择，使得至少一个通信测试装备能够确定发射模块的性能。
在一个任选的实施例中，至少一个通信测试装备可布置成判定在任意发射模块中是否存在故障。
在一个任选的实施例中，校准收发机可以与至少一个开关模块可操作地耦合且布置成经由至少一个开关模块选择性地施加信号到外部可连接RF测试端口或者经由至少一个开关模块来从外部可连接RF测试端口接收信号以确定校准收发机的性能。
在一个任选的实施例中，至少一个开关模块可包括开关耦合器网络，所述开关耦合器网络包括多个耦合器端口，至少一个开关模块接收来自所述至少一个处理器的控制信号从而选择用于经由多个耦合器端口中的至少一个耦合器端口路由测试信号的发射模块或接收模块。
在一个任选的实施例中，至少一个通信测试装备可包括来自如下组中的至少一个：射频RF、测试模块和至少一个基带处理器。
在一个任选的实施例中，至少一个通信测试装备可进一步包括定标(scaling)过程，该定标过程布置来定标传导耦合信号以消除(negate)在外部可连接RF测试端口与相应的天线端口之间路由的信号的传递函数。在一个任选的实施例中，定标过程可以可操作地布置成利用测试器能访问的定标因子来修改至少一个测试结果。在一个任选的实施例中，定标过程可使用传递函数表，该传递函数表表示天线元件的多个组合到至少一个外部可连接RF测试端口的传递函数矩阵。
在一个任选的实施例中，传递函数表可包括来自如下组中的至少一个：用于至少一个RF工作频率的S参数表、H参数表、X参数表、Y参数表、Z参数表。
在一个任选的实施例中，至少一个基带处理器可布置成将生成的测试信号与已通过测试中的收发机模块的测试信号的表示进行比较。
在一个任选的实施例中，至少一个通信测试装备可进一步包括如下中的至少一个：本地监测器终端，其与至少一个基带处理器可操作地耦合且布置成确定有源天线单元中的性能或组件或电路故障；向量电压表或向量分析器，其与本地监测器终端可操作地耦合，以确定由于有源天线单元中的组件或电路故障引起的向量错误；信号发生器，其布置成以射频或基带生成测试信号。
根据第二方面，有源天线单元包括：多个天线元件；至少一个处理器；以及多个收发机模块，其与至少一个处理器可操作地耦合且布置成接收至少一个第一基带信号用于经由多个天线元件中的至少一个发射且布置成将从多个天线元件中的至少一个接收和降频变频的至少一个第二基带信号传送至此。有源天线单元进一步包括：至少一个开关模块，其将多个天线模块的多个天线元件馈线与多个收发机模块可操作地耦合；以及至少一个外部可连接RF测试端口，其与至少一个开关模块可操作地耦合且布置成将多个收发机模块中的至少一个从外部与至少一个通信测试装备耦合以用于传导测试。
根据第三方面，一种测试有源天线系统的方法包括经由至少一个开关模块与多个收发机模块可操作地耦合的多个天线元件。该方法包括：将至少一个通信测试装备与有源天线系统的至少一个外部可连接RF测试端口耦合，其中至少一个外部可连接RF测试端口与至少一个开关模块耦合；经由至少一个开关模块将至少一个外部可连接RF测试端口与如下至少之一选择性地耦合：测试中的无线电发射模块，测试中的无线电接收模块；经由至少一个外部RF测试端口将测试信号传导性地耦合到测试中的收发机模块或者耦合自测试中的收发机模块；以及对通过测试中的收发机模块的测试信号执行至少一个信号测量。
在一个任选的实施例中，该方法可进一步包括来自如下组中的至少一个：连续地选择多个接收模块以判定在任意接收模块中是否存在故障；连续地选择多个发射模块以判定在任意发射模块中是否存在故障；经由外部可连接RF测试端口和至少一个开关模块将测试信号与有源天线系统中的校准收发机选择性地耦合以判定在校准收发机中是否存在故障。
在一个任选的实施例中，该方法可进一步包括定标传导耦合测试信号以消除在外部可连接RF测试端口与有源天线系统的相应的天线端口之间路由的信号的传递函数对测试结果的影响。
在一个任选的实施例中，该方法可进一步包括将多个定标因子存储在存储器元件中以便能够由测试器访问。
在一个任选的实施例中，定标可包括对于至少一个测试频率采用传递函数表，所述传递函数表表示天线元件的多个组合到多个外部RF测试端口的传递函数矩阵。在一个任选的实施例中，传递函数表可包括来自如下组中的至少一个：用于至少一个测试频率的S参数表、H参数表、X参数表、Y参数表、Z参数表。
在一个任选的实施例中，该方法可进一步包括来自如下组中的至少一个：将已通过测试中的收发机模块的测试信号的测量结果与至少一个预定的上限值和下限值进行比较；将已通过测试中的收发机模块的测试信号的定标后的测量结果与至少一个预定的上限值或下限值进行比较；将已通过测试中的收发机模块的测试信号的测量结果与生成的测试信号进行比较。
根据第四方面，非暂态计算机程序产品包括用于当在有源天线测试系统中执行时实施第三方面的有源天线系统的测试方法的可执行程序代码。
附图说明
将仅通过实施例的方式参考附图来描述本发明的实施方案，在附图中：
图1示出了在发射和接收构造中具有天线测量端口的传统基站的简化框图。
图2示出了已知的有源天线系统的简化的实施例。
图3示出了适于支持本发明的各方面的有源天线系统的实施例。
图4示出了适于支持本发明的各方面的另一有源天线系统的实施例。
图5示出了适于支持本发明的各方面的又一有源天线系统的实施例。
图6示出了适于支持本发明的各方面的另又一有源天线系统的实施例。
图7示出了根据本发明的各方面的射频(RF)开关矩阵和耦合器结构的实施例。
图8示出了根据本发明的各方面的用于简化测试体制的流程图的实施例。
图9示出了根据本发明的各方面的测试中的天线的束成形能力的简化确定程序的流程图的实施例。
图10示出了使用本发明的各方面的简化的计算机系统的实施例。
具体实施方式
本发明的示例性实施方案是参考在无线通信系统中使用的智能(或有源)天线技术来描述的。
下面的说明集中于能够应用于在通用移动远程通信系统(UMTS)蜂窝通信系统中采用的有源天线阵列且尤其应用于在第三代合作项目(3GPPTM)系统中运行的UMTS地面无线电接入网络(UTRAN)以及该标准的演进诸如HSPA+或长期演进(LTE)系统的有线天线阵列的本发明的实施方案。然而，将意识到，本发明不限于该特定的蜂窝通信系统，但是可应用于采用天线布置的任何无线通信系统，包括卫星通信系统。
参考图3，示出了适于支持本发明的示例性实施例的AAS 300的实施例。实施例的AAS 300包括CPRI接口340，用于与蜂窝基站的基带处理单元接口，诸如第三代合作项目(3GPPTM)演进节点B(未示出)。在其它实施例中，替选的接口也可以被采用，诸如例如开放无线电接口(ORI)或OBSAI-RP301。蜂窝基站包括至少一个基带处理单元，其在接收路径中执行解调和译码并且在发射路径中执行调制和编码。多输入/多输出(MIMO)数据在基站基带处理单元与AAS 300之间传递。AAS 300包括一个或多个其自身的基带处理电路，例如，数字信号处理器308，在一些实施例中，数字信号处理器可布置成执行如下中的一个或多个：系统控制，束成形操纵以及附加的信号处理。本发明的示例性实施方案使用多个并行的收发机路径，经常等于所使用的天线元件的数量。在一个示例性的实施方案中，可以包含另外的收发机路径以提供专用的共同自校准收发机路径。
在一个实施例中，AAS 300可包含通信网络元件或广播发射器的射频(RF)发射子系统，AAS 300包括多个并行收发机电路301，该多个并行收发机电路301经由开关耦合器结构328与天线阵列310可操作地耦合，在该实施例中，天线阵列包括交叉偏振天线元件阵列350。在收发机301内的发射模块304和接收模块306与天线布置310可操作地连接，如图所示，从而实现无线通信。
在正常发射操作模式和校准发射操作模式中，正交(I-Q)采样对均输入到数字信号处理器308中且经过低通滤波器(未示出)滤波，用于各个发射路径中的每一个，以及为发射束成形阵列校准处理提供参考。复定标(complex scaling)模块(未示出)将存储在一个或多个存储器模块中的一个或多个复定标量(complex scalar)值应用于在数字信号处理器308中产生的相应的‘I’和‘Q’对基带信号中的每一个，例如，适应在发射操作中使用的偏振类型。复定标量(有时称为复乘法因子)由这样的模块构成：对于每个复IQ采样，模块将IQ样本乘以一种形式的另一复项，例如{(I+jQ)×(Z+jY)}，其中合量是另一复数。字母“j”用于表示复数运算符。数字修正‘I’和‘Q’对信号随后输入到例如数模转换器(DAC)312，然后模拟信号在低通滤波器316中进行滤波。然后，基带模拟信号在升频混频电路系统318，319中进行升频变频并且在功率放大器322中放大之前组合。射频、功率放大信号然后经由双工器324和耦合器结构328馈送到天线阵列310。
在正常接收操作模式和校准接收操作模式中，每个接收器电路经由耦合器结构328可操作地与能够接收偏振分集信号的XPOL天线元件350耦合。从XPOL天线元件350检测到的接收信号由耦合器结构328处理，随后在相应的双工器滤波器324中进行处理，随后通过相应的低噪声放大器(LNA)230处理。LNA 330提供接收信号的放大形式给正交混合器332，从而生成相应的正交(‘I’和‘Q’)降频变频信号。正交混合器332布置成基于通过选择本地振荡器信号336频率的频率降频变频来对相应的放大后接收信号进行降频变频。降频变频本地振荡器信号以正交格式从本地振荡器发生子系统336，330馈送。正交降频变频放大后接收信号的正交混合器332输出被输入到相应的低通滤波器338且此后输入到相应的模数转换器314以将正交降频变频接收信号变换成数字形式。合成的数字信号被传送到数字信号处理模块308用于处理，包括滤波和/或数字降频变频和束成形。
在一些实施例中，AAS 300进一步包括由dc馈线302从dc电源模块351馈送的dc功率管理模块360。dc功率管理模块360管理到有源AAS 300内的各相应组件和电路的dc电源。在一个使脸色中，DC电源电缆可包括0V，-48V和地线。DC功率管理模块360的操作，以及任何时钟发生功能或模块(未示出)为简化原因未在此处进行说明。此外，AAS 300还可以包括用于连接到例如任选的测试配置控制终端的任选以太网连接342。
还利用耦合器结构328来提供自校准信号反馈路径377。在该背景下，例如发射信号的相对小的比例，如-30dB，或者信号的较大的代表性部分，如10dB，与耦合器端口耦合，该耦合器端口经由射频开关矩阵325馈送到自校准信号反馈路径377中。在一个实施例中，射频(RF)开关矩阵325放置在反馈路径上，使得输入到校准收发机311的单个检测路径能够用于多个收发机。从自校准信号反馈路径377上的发射器呈现的信号可布置成在校准收发机311中处理之后提供发射信号相对于其它从多个发射器输出的发射信号的相位、振幅和/或等待时间失配的检测。在一些实例中，内部校准收发机可以不能正确地校准AAS 300。这可以例如如果跟随AAS内的一个或多个组件的故障。特别地，在当前的AAS体系结构中，校准收发机311将用于检测在AAS 300内何处发生故障。
然而，根据本发明的实施例，至少一个外部RF测试端口370与RF开关矩阵325可操作地耦合。在一个实施例中，至少一个外部RF测试端口370可以包括包含至少一个外部RF测试端口的外部可连接RF测试端口模块371。在一个实施例中，至少一个外部RF测试端口370可操作以接收从耦合器结构328中的一个或多个选定的耦合路径327路由的‘传导’发射信号。在替选的实施例中，至少一个外部可连接RF测试端口模块371可配置为施加从测试装备372路由到AAS 300内的至少一个接收模块306的一个或多个测试信号。
在一些实施例中，可以存在与RF开关矩阵325可操作地耦合的多个外部可连接RF测试端口模块371。在该实施例中，外部连接可以是可选的以耦合信号到/自校准收发机311，从而检测例如校准收发机(或位于其中的组件、模块或电路)是否故障。在一些实施例中，可以存在‘N’个外部可连接RF测试端口模块371，其中总数量‘N’小于可用的天线元件350或耦合器结构328中的耦合路径327的数量。
因此，RF开关矩阵325可是可配置的以便选择性地耦合一个或多个接收和/或发射耦合路径327到一个或多个外部可连接RF测试端口模块371。在该实施例中，测试装备372可以包括用于发射模式测试的如下中的一个或多个：功率计、频谱分析仪和误差向量幅度计。对于接收模式测试，测试装备372可包括如下中的一个或多个：通过调制后信号生成RF载波频率的一个或多个信号发生器，协议发生器，干扰源，信号组合器和衰落源。
外部可连接RF测试端口模块371可由能够连接到例如RF测试装备的至少一个连接器化电缆构成。在一个实施例中，RF测试端口模块371可以是电缆束，其中多个电缆能够连接到RF测试装备。电缆可以具有近似50Ω的特性阻抗。电缆上的连接器可包括例如SMA，MCX，BNC或N型。
在一些实施例中，一些测试装备372需要频率锁定到AAS 300共用的时钟源。这可通过向基带单元(未示出)输出时钟基准的一些测试装备372来实现，或者反之亦然。在其它实施例中，AAS可包括任选的共享时钟输出375，其可以与其自身测试端口可操作地耦合。
参考图4，根据本发明的方案示出了另一简化AAS 400的实施例。在该实施例中，大多数特征类似于图3所示的那些特征，因此，将仅详细论述另外的特征。
在该实施例中，测试装备模块372可以包括：RF测试装备402，其可以与至少一个外部RF测试端口模块371可操作地耦合；基带处理器404，其在一个实施例中可以与RF测试装备402可操作地耦合且经由CPRI接口340与AAS可操作地耦合；以及本地监测器终端(LMT)406，其可以与基带处理器404可操作地耦合。在一些实施例中，基带处理器404可位于AAS 400内。在该情况下，LMT 406可以与AAS 400内的基带处理器404可操作地耦合，而不是在测试装备372内的基带处理器可操作地耦合。在其它示例性的实施方案中，LMT可以连接到例如AAS 400的任选的以太网端口342，从而调用和/或配置测试操作模式。
如之前所论述的，存在这样的实施例：AAS 400内的一个或多个组件有关的故障不能通过校准收发机311来确定。此外，无回声室内的辐射测试可能是不可行的。因此，在该实施例中，LMT 406可运行以调用一个或多个接收或发射测试模式，从而判定在AAS 400内是否存在故障，并且在在一些实施例中判定故障很可能出现在哪。LMT 406可运行以经由基带处理器404和RF测试装备402来调用接收测试模式。在该情况下，至少一个外部可连接RF测试端口模块471可运行以接收从RF测试装备402发射的测试信号，在测试信号经由RF开关矩阵325路由到至少一个接收模块306上以便测试。在该实施例中，RF开关矩阵325可运行以选择要使用外部可连接RF测试端口模块371中的哪个外部测试端口370，如果多于一个，则选择测试信号应当与哪个天线元件馈线耦合，例如，与天线元件馈线410。在该实施例中，测试信号可经由来自耦合器结构328的如耦合器412的耦合器与天线元件馈线410耦合。通过这种方式，RF开关矩阵325可允许测试信号经由期望的天线元件馈线410与收发机模块301的期望的接收模块306可操作地耦合。收发机模块301的至少一个接收模块306随后可运行以输出合成信号，该合成信号随后通过束成形和数字信号处理模块308来处理且随后经由CPRI接口340路由到基带处理器404。在一个实施例中，基带处理器404可以已经接收到或者配置为检测到从RF测试装备402直接发射的测试信号的表示。基带处理器404随后可运行以将从CPRI接口340输出的合成信号与RF测试装备402发射的测试信号的接收的表示进行比较。在其它实施例中，基带处理器404随后可运行以将从CPRI接口340输出的合成信号与至少一个预定的上限或下限进行比较。通过该方式，基带处理器404可运行以判定至少一个接收模块306和/或至少一个天线元件馈线410是否存在故障，例如位错率。在一些实施例中，LMT随后可重新配置AAS以经由另一接收器路径路由测试信号，从而判定在该路径上是否存在故障。
如所论述的，在一些实施例中，校准收发机311可能异常。在该情况下，测试信号可与耦合到校准收发机311的输入的至少一个外部可连接RF测试端口模块371耦合。因此，基带处理器404可以运行以判定校准收发机311是否存在故障，否则在没有至少一个外部RF测试端口模块371的情况下可能不能检测到该故障。在一些实施例中，可能仅存在一个与RF开关矩阵325和校准收发机311可操作地耦合的外部RF测试端口模块371。
在上文示出的实施例中，测试主要针对识别电路系统中的故障。在其它实施例中，示出的测试还可用于将不一定包含了电路、器件或模块故障的识别的单元的性能特征化。
在另一实施例中，LMT 406可运行以经由基带处理器404和CPRI接口340来调用发射测试模式。在该情况下，发射测试信号由基带处理器404，经由CPRI接口340发射到至少一个发射模块304。至少一个发射模块304可以在经由来自耦合器结构328的至少一个耦合器412和期望的天线元件馈线410将合成信号输出到RF开关矩阵325之前而处理发射测试信号。在一些实施例中，RF开关矩阵325可在测试模式期间运行以经由至少一个外部可连接RF测试端口模块371将合成信号的耦合部分不是路由到校准收发机311。例如，如果不需要校准收发机311来校准AAS 400，则可以使用该重配置。因此，可以调度测试以便当校准序列不运行时来运行。合成信号随后可以在任选地传送到基带处理器404之前被发射到RF测试装备402。基带处理器404可执行经由CPRI接口340路由到至少一个发射模块304的发射测试信号与经由至少一个外部RF测试端口模块371接收到的合成信号之间的比较。在一些实施例中，信号不传送到基带处理器并且可仅利用测试装备来测量发射器的品质因数。这些测量可包括例如输出功率、谱掩模符合性和/或错误向量幅度测试。通过该方法，基带处理器模块404或RF测试装备402可运行以判定存在故障或者测量与AAS 400的品质因数关联的参数，并且在一些实施例中，判定在哪会发生故障。在一些实施例中，LMT可以随后重新配置AAS以经由另一发射路径路由测试信号，从而判定故障可能存在于该路径上或者测量性能。
参考图5，另一AAS 500的实施例是根据本发明的各方面示出的。在该实施例中，多数特征类似于图3所示的那些特征，并且因此，将仅详细论述附加的特征。
在该实施例中，测试装备模块372可包括向量电压表502，其与外部可连接RF测试端口模块370的至少一个测试端口可操作地耦合。信号发生器504可与向量电压表502可操作地耦合以及与AAS 500的共享时钟输出375可操作地耦合。基带处理器506可与信号发生器模块504可操作地耦合以输出IQ数据信号，例如经由CPRI接口340传送的那些IQ数据信号。再有，LMT 508可与基带处理器506可操作地耦合。在一些实施例中，基带处理器506可位于AAS 500内。在该情况下，LMT 508可以与AAS 500内的基带处理器506可操作地耦合，而不是与测试装备372内的基带处理器可操作地耦合。在一些实施例中，测试装备372可运行以便连续地测量例如天线元件馈线410的任何期望的天线元件馈线上的相应的测试信号的相位和振幅。
在实施例中，LMT 508可运行以经由基带处理器506、信号发生器504和向量电压表502来调用接收测试模式。在该情况下，至少一个外部RF测试端口模块370可运行以将经由RF开关矩阵325从信号发生器504发射的接收测试信号路由到至少一个接收模块306以便经由例如耦合器412测试。在该情况下，测试信号可经由例如天线元件馈线410上的天线元件馈线上的耦合器结构328中的耦合器412来路由。至少一个接收模块306随后可运行以输出合成信号，然后通过束成形和数字信号处理模块308处理合成信号，然后经由CPRI接口340将合成信号路由到基带处理器506。基带处理器506还可以将CPRI接口信号的表示传送到向量电压表，该CPRI接口信号的表示与从信号发生器504发射的测试信号的表示进行比较。可选地，在其它示例性实施方案中，CPRI接口上的信号可以直接传送到向量电压表，而不通过基带处理器506。基带处理器506随后可运行以将经由至少一个外部可连接RF测试端口模块370(经由接收模块306和CPRI接口340)发射的信号与如向量电压表502所确定的从信号发生器504接收到的测试信号的表示进行比较。在一些实施例中，LMT随后可重新配置AAS以经由另一接收路径来路由测试信号，从而确定传播通过其中的信号的相位和振幅。
在一个实施例中，使用向量电压表的单个测试的结果可能在呈现给CPRI接口的信号与通过天线元件馈线410上的耦合器412呈现的信号在相位和/或振幅方面有差别。
通过对于多个天线元件馈线重复该测试，可以对从来自共同馈入点即CPRI接口340的每个元件呈现的信号的每个响应的相位和振幅做出判定。因此，通过该方式，可以确定在每个元件处所处理的信号的相位/振幅加权表。在一个实施例中，这可允许通过一些数学处理判定正在运行的任何阵列校准算法的束成形符合性和精度。
在另一实施例中，LMT 508可运行以经由基带处理器506和CPRI接口340或者经由任选的以太网接口342来调用发射测试模式。在该情况下，发射测试信号由基带处理器506经由CPRI接口340来发射，然后，由束成形和数字信号处理模块308处理，然后路由到至少一个发射模块304。至少一个发射模块304随后可运行经由例如来自耦合器结构328的至少一个耦合器412和期望的天线馈线410而利用从基带处理器模块506路由到RF开关矩阵325的发射测试信号来输出合成发射信号。至少一个外部可连接RF测试端口模块370接收来自RF开关矩阵325的合成发射信号且将其转送给向量电压表502，随后，向量电压表502被配置为使用通过CPRI接口提供的信号来形成向量电压表测量。在实施例中，向量电压表602可运行以执行发射到在耦合器412处耦合的至少一个发射模块304的发射测试信号呈现在CPRI接口上的所处理的信号的表示与之间的比较。
为了在本文所描述的实施方案中清晰论述的目的，向量电压表是能够确定两个信号之间在振幅和相位两者方面的差别的测量装备。该装备具有两个输入：基准信号输入和测量信号输入。得到的测量是两个信号之差。为清晰，输入信号可以是数字格式或模拟格式或者RF格式。
在一些实施例中，LMT可随后重新配置AAS以经由另一发射路径来路由测试信号，从而实施该路径在相位和振幅方面相对于基准信号的传递函数，从而确认阵列校准算法的性能水平和/或信号上的束成形加权的实现。
在另一实施例中，向量电压表502能够经由通过RF开关矩阵325开关且通过天线元件馈线410的耦合器412耦合的至少一个外部RF测试端口模块370来辨别来自发射模块304的合成测试信号的电压振幅和相位。在该实施例中，合成测试信号与信号发生器504利用通过CPRI接口340从基带处理器606传送且由发射模块304使用的IQ信号数据所产生的基准信号进行比较。显然，该数据已经通过束成形与数字信号处理模块308处理。
在另一实施例中，向量电压表功能还可通过对选为呈现在外部可连接RF测试端口模块370上的测试信号进行降频变频以及数字化来实现以及将该经过降频变频和数字化的测试信号与在利用比如定制测试硬件发射至少一个天线元件馈线410时呈现在CPRI接口340上的信号基准进行比较来实现。在一个实施例中，定制硬件可以例如实现两个信号在数字域上的向量比较，从而提供振幅和相位差的测量估计。在一个实施例中，这可以是利用诸如最小均方法的自适应滤波技术进行比较的系统的实现，从而确定基准信号与呈现在外部可连接RF测试端口模块370上的信号之间的振幅和相位关系。定制硬件可以包括如下中的一个或多个或全部：降频变频模块，数模转换器模块，比较逻辑和用于转送测试结果的接口以及用于接收数字基准信号的接口。
对于呈现给阵列的多个元件中的每个元件的信号的振幅和相位结果的测试将允许计算合成的束形状的方式。与如阵列的元件维度、间距等已知信息组合的振幅和相位测量允许精确地估计由AAS产生的辐射束形，而无需将诸如无回声室的设施中的全部单元特征化。这有益地限制了执行测试所需的物理资源和时间。
参考图6，示出了根据本发明的方面的另一AAS 600的实施例。在该实施例中，多数特征类似于之前图中所示的那些，因此将不详细论述附加的特征。
在该实施例中，测试装备模块372可以包括向量信号发生器602，其可以与至少一个外部可连接RF测试端口模块370可操作地耦合以及与共享时钟375可操作地耦合。IQ向量信号比较模块604可以与向量信号发生器602可操作地耦合以及与分光器610可操作地耦合。基带处理器606可以经由分光器610与CPRI接口340可操作地耦合。分光器610的一个用途是允许在AAS 600与基带处理器606之间传递的信号的一部分被吸走，从而允许IQ向量信号比较模块604来检测这些吸走的信号，而无需中断或者导致AAS 600与基带处理器606之间的光链路的不利的性能降级。LMT 608还可与与基带处理器606可操作地耦合，或者任选地通过例如以太网端口342与AAS 600可操作地耦合。在一些实施例中，基带处理器606可安置在AAS 600内。在该情况下，LMT 608可与AAS 600内的基带处理器606可操作地耦合，而不是与测试装备372内的基带处理器可操作地耦合。
在实施例中，LMT 608可运行以调用接收测试模式，并且因此向量信号发生器602能运行以产生接收测试信号以及经由至少一个外部可连接RF测试端口模块370将接收测试信号路由到RF开关矩阵325，并且将接收测试信号的表示转送到IQ向量信号比较模块604。RF开关矩阵325能运行以经由天线元件馈线410上的至少一个耦合器412将测试信号路由到至少一个接收模块306以便测试，其中至少一个接收模块306输出合成测试信号，然后合成测试信号由系统控制与束成形模块308来处理且然后经由CPRI接口340输出到分光器610。分光器610可运行以将合成的接收测试信号的一部分路由到基带处理器606，以及将接收测试信号的其余部分路由到IQ向量信号比较模块604。在IQ向量信号比较模块604中，合成的接收测试信号可由CPRI串行格式重构成IQ向量信号且与最初由向量信号发生器602发射的IQ接收测试信号的副本进行比较，从而允许IQ向量信号比较模块604计算比如这些测试信号之间的振幅差和相位差。
在另一个实施例中，LMT 608可运行以调用发射测试模式，并且因此基带处理器606可运行以经由CPRI接口340和分光器610发射测试信号到至少系统控制与束成形模块308且随后发射到至少一个发射模块604。在一些实施例中，从基带处理器606输出的发射测试信号的一部分可经由分光器610与IQ向量信号比较模块604耦合。发射模块604随后可运行以经由RF开关矩阵325和至少一个外部可连接RF测试端口模块370将RF合成发射测试信号输出到IQ向量信号比较模块604。IQ向量信号比较模块604然后可运行以将经由分光器610耦合的初始发射测试信号与从至少一个外部RF测试端口模块370输出的合成发射测试信号进行比较，从而确定比如两个信号之间的可能的振幅差和/或相位差。在一些实施例中，这两个比较的信号可能需要变换到它们能够易于比较的域，使得例如它们均可处于数字域中或者均处于RF域中。这可以是IQ向量信号比较模块604的功能装置的部分。
在一些实施例中，对存在于天线元件馈线410上或者通过例如耦合器412呈现给天线元件馈线410的信号的耦合形式测量结果。因此，在一些情况下，可能需要对结果定标以确保测试结果解释存在于天线元件馈线410处的信号电平和相位。例如，20dB耦合器可用于耦合器412，其中通过RF开关矩阵325的损耗可以是例如10dB。因此，在该实施例中，从外部可连接RF测试端口模块370上的比如图5的信号发生器504呈现的信号的振幅可以是30dB，比存在于天线元件馈线410上存在的那些信号的振幅高。在一些实施例中，在呈现于能连接的RF测试端口模块370上的信号与开关耦合器结构328内的单个的耦合器412和也在开关耦合器结构328内的另一单个耦合器之间存在相位和/或振幅传递函数的变化。
为了使得上文所描述的测量变换成天线元件馈线410上存在的测量，在一些实施例中可以考虑能连接的RF测试端口模块370与天线元件馈线410之间的传递函数的变化。发明人还理解，在给定AAS 600上这些/任意振幅和/或相位偏差参数可以不相同，因为例如第一单个耦合器412的信号路径到第二单个耦合器的信号路径到外部可连接RF测试端口模块370的信号路径可包括便于一个耦合器开关的更多的开关路径或者可以包括到耦合器的同轴传输线的长度的变化。此外，可能存在单元间性能的变化，诸如那些由于所使用的PCB上的工艺参数所诱发的变化。出于该原因，许多结果可能需要被定标，从而变换成所指示的性能，好像用50Ω测试端口替代能连接到天线元件馈线410的天线元件350进行测试一样。
在一些实施例中，频散参数(S参数)，诸如格式S参数文件，可以被使用，其代表了从天线元件350的端口到至少一个外部RF测试端口模块370的传递函数。在一些实施例中，频散参数传递函数可被生成且存储成用于每个天线元件350和外部RF测试端口模块370的数据文件格式，得到多端口传递函数。对于在将天线元件馈线410连接到外部可连接RF测试端口模块370时振幅和相位的变化，频散参数数据的该数据文件可以提供作为频率的函数的传递函数。该数据可存储成笛卡尔(‘I’和‘Q’)格式或者可以存储为度格式的dB振幅/相位值。在一些实施例中，可预想的是，这些S参数可在AAS制造过程中由AAS制造商来提供，以便由之后测试AAS 600的任何人使用。在一些实施例中，向量网络分析仪可用于针对例如在制造期间AAS的插入损耗和相位延时而生成该格式文件。在进一步的实施例中，Z参数，Y参数，H参数和X参数可被使用，而不使用S参数，这是本领域技术人员所能理解的。
S参数可用于定标在测试程序中得到的一些测量结果，从而消除包含耦合器本身412的通过开关路由器结构328的信号的路径，从而允许结果被天线端口参考，这与外部可连接RF测试端口模块370不同。
参考图7，示出了用于在AAS的部分与至少一个外部RF测试端口模块370之间路由测试信号的RF开关矩阵325和耦合器结构的更详细的实施例。图7的实施例的RF开关矩阵325和耦合器结构包括天线阵列，天线阵列包含两列以及八行的十六个交叉偏振天线元件，美各元件具有通过多个RF开关设备连接到用于全部天线和全部偏振类型的共用反馈点的耦合反馈结构。
在图7的RF开关矩阵325和耦合器结构中示出了三十二个收发机端口。为简化目的，将仅对天线耦合器阵列部分的上半部进行说明。将意识到，对称的本质使得进一步的描述没有必要。在天线阵列中示出了十六个XPOL天线元件对。天线元件包括-45°偏振的十六个元件741，743，745，747，749，751，753，755，以及+45°偏振的十六个元件757，759，761，763，765，767，769，771。两种偏振类型的每个天线元件单独地与相应的耦合器结构704，754，760，710，716，764，722，772，726，732，782，738，788，748，798，754的第一端口可操作地耦合。三十二个收发机端口702，752，708，758，714，764，720，770，730，780，736，788，746，792，752，753也各自单独地与相应的耦合器结构704，754，760，710，716，764，722，772，726，732，782，738，788，748，798，754的第二端口可操作地耦合。每个收发机端口702，752，708，758，714，764，720，770，730，780，736，788，746，792，752，753也与通信元件中的收发机阵列上的相应的收发机端口可操作地耦合，例如与图6中的多个并行的收发机电路301和校准收发机311可操作地耦合。十六个收发机端口702，752，708，758，714，764，720，770，730，780，736，788，746，792，752，753与多个并行的收发机电路301可操作地耦合，并且另外十六个收发机端口与校准收发机311可操作地耦合。耦合器结构704，754，760，710，716，764，722，772，726，732，782，738，788，748，798，754具有两个耦合器端口，其中最少一个耦合器端口与RF开关网络726，727，707，701，776，766，777，703，705，709可操作地耦合。
三十二个收发机端口702，752，708，758，714，764，720，770，730，780，736，788，746，792，752，753中的每一个由天线元件馈线例如410构成或者包括天线元件馈线例如410的一部分。
RF开关网络允许校准收发机311在特定瞬时与单个相应的耦合器结构端口可操作地耦合。校准收发机311与RF开关网络输出端口711可操作地连接。在该实施例中，RF开关网络726，776，727，777，707，705，709和701可包含在RF开关矩阵325中。此外，存在于RF开关网络输出端口711上的信号可被选择而与校准收发机311或者至少一个外部可连接RF测试端口模块370可操作地耦合。如上所述，在一些实例中，在密封的AAS内可能存在潜在故障，例如图6中所示的AAS 600。在该情况下，校准收发机311不能确定或者重新校准AAS，因为故障可能与多个并行收发机电路301内的一个或多个组件有关，与一个或多个天线元件馈线410有关，或者与校准收发机311本身内的一个或多个组件有关，或者实际上在RF开关矩阵325内。
在该实施例中，至少一个外部RF测试端口模块370与来自RF开关701的至少一个输出可操作地耦合。在该情况下，经由至少一个外部可连接RF测试端口模块370路由的测试信号延伸超过示出的外壳781，并且因此可允许外部可连接RF测试端口模块370与RF开关矩阵325之间的外部连接性。在正常(非外部测试)操作模式实施例中，网络端口711可用于通过RF开关701的选择而可操作地耦合到到/来自校准收发机311的发射模块或接收模块301。当外部测试装备与外部可连接RF测试端口模块370耦合时，RF开关701能够被选择以将信号路由到/自校准收发机311或可操作地耦合到/自发射模块或接收模块301到外部可连接RF测试端口模块370。因此，在该情况下，至少一个外部可连接RF测试端口模块370可允许AAS 600和校准收发机311的各种组件被测试，而无需拆卸或破坏图示的外壳781周围的任何环境或安全密封。
当考虑以下的实施例的信号流时，能够更好地理解图7的RF开关矩阵325和耦合器结构的操作。
例如，Ant3 745上的信号可以反向耦合/耦合通过耦合器结构716到RF开关设备端口718。RF开关726可以被选择以将该耦合信号输出/输入到RF开关705。RF开关矩阵325的RF开关705能够将该信号输入/输出到单极双掷(SPDT)开关709，其输出端口可与RF开关701可操作地耦合。RF开关701能够被选择以将信号可操作地耦合到/自例如图6的校准收发机311和/或至少一个外部可连接RF测试端口模块370。在一些实施例中，SPDT RF开关709和或其他RF开关可运行以在校准收发机、一个或多个发射模块、一个或多个接收模块和至少一个外部RF测试端口模块370之间切换。有益地，最少一个外部RF测试端口模块可以用于测试的所有方面。考虑使用Ant7 753上的信号的发射器校准反馈选择的情况。如果反向耦合的信号在例如经由RF开关726端口A 750和不同的RF开关707端口B 797的不同的反馈之间测得的不同，则可以假设误差会分布作为反馈路径失配。该反馈失配随后可利用RF开关726输出A 718的全部信号路径的对应的相位/振幅/等待时间校正中消除，从而实质上最小化反馈误差。此外，该失配误差可应用于通过RF开关A耦合的所有其他信号。
相反，对于接收校准，信号可首先输入到RF开关端口A 718，然后是RF开关端口B 797，并且对应的接收测量将允许消除在前馈校准信号路径上的失配。在测试操作模式被调用且能够通过至少一个外部可连接RF测试端口模块370检测到信号的情况下，开关耦合器结构325的性能被测量且与例如AAS 600制造商供应的S参数数据相关是可能的。在一些实施例中，还可允许测量开关矩阵结构325的性能，从而提供用于与开关矩阵结构325相关联的电路测试的手段。
在校准收发机311不能量化和/或生成任何反馈信号的情况下，例如在一个或多个组件、天线元件馈线410或者校准收发机本身存在故障的情况下，至少一个外部RF测试端口模块370可运行以在接收模式下将来自外部测试源(未示出)的至少一个测试信号输入到RF开关矩阵325。此外，至少一个外部RF测试端口模块370可运行以接收合成信号或者应用来自RF开关矩阵325的测试信号且输出到外部测试测量/信号比较单元(未示出)。
所提出的耦合器矩阵和关联的RF开关矩阵325能够定标不足和超过三十二个天线的使用，并且不限于阵列尺寸。能够单独校准相应的天线路径以确定绝对处理路径延时，到天线交叉偏振天线元件的信号处理路径馈线的相位响应和振幅响应。这些绝对响应可彼此进行比较，从而确定每个路径上的失配。在一些实施例中可延伸，提出的耦合器矩阵和关联的RF开关矩阵325能够扩展以允许测试比本文定义的阵列尺寸大或小的阵列尺寸。
参考图8，示出了根据本发明的各方面的测试机理的流程图的实施例。在该实施例中，示出了与图4的AAS 400对应的操作。然而，应当指出，这仅是为了帮助读者理解，并且图8的实施例可应用于其它图中示出的其它测试装备模块372。
最初，在802处，AAS 400、RF测试装备402、基带处理器404和LMT406可被加电。在804处，基带处理器404和RF测试装备模块可在一些实施例中通过LMT 406来配置以响应于选定测试模式，例如接收或发射测试模式。在806处，LMT 406可配置测试信号可取的测试路径，例如LMT可经由例如RF开关矩阵325针对例如存在于天线元件馈线410上的信号控制天线元件350与至少一个外部RF测试端口模块370耦合的开关。在808处，可通过LMT 406来调用选定测试模式，在一个实施例中，该选定测试模式可以是接收测试模式。在该情况下，至少一个外部可连接RF测试端口模块370可运行以对从RF测试装备402发射的接收测试信号进行路由，该接收测试信号可经由RF开关矩阵325路由到要测试的至少一个接收模块306。然后，至少一个接收模块306可运行以经由CPRI接口340将系统控制与束成形DSP模块308处理过的信号输出到基带处理器404，其中基带处理器404也可以能够传送从RF测试装备402路由的接收测试信号的表示。
在另一实施例中，LMT 406可运行以经由基带处理器404和CPRI接口340来调用发射测试模式。在该情况下，发射测试信号可由基带处理器404经由CPRI接口340而发射，通过系统控制与束成形DSP模块308来处理，发射到至少一个发射模块304。合成信号或者其部分(已通过选定的发射模块)，随后可以在任选地传送到基带处理器模块404之前被发射到RF测试装备402。
在一些实施例中，测量结果可以是例如存在于测试中的天线元件350处的天线元件馈线410上所存在的信号的耦合变化形式。因此，需要将测量结果定标成表征天线元件处的信号。在810处，可利用来自传递函数表的S参数值，例如使用格式S参数文件，来定标RF结果，并且任选地随后包括将测量和定标的结果进行存储。S参数文件例如可包含测试频率下的‘S21’参数，其可表示从天线元件350端口到至少一个外部RF测试端口模块370的传递函数。传递函数表可表示天线元件350端口的每个组合到在感兴趣频率下测试的多个外部RF测试端口371的传递函数矩阵。因此，在传递函数表内可得到多端口多频率传递函数。在812处，LMT 406所寄存的测试程序或操作者可判定是否需要选择任何另外的天线元件馈线410进行测试。如果LMT 406所寄存的测试程序或操作者判定存在要测试的另一天线元件馈线410信号，则该过程循环回到806，且LMT 406可配置到新天线元件350和/或发射模块和/或要测试的接收模块。否则，该过程移到814，其中基带处理器404或LMT 406寄存的测试程序可运行以将通过频散参数所适当定标的合成测试信号与预定义的规格限值进行比较以判定在AAS内是否存在故障，例如是否已经超过了合格/失败阈值。在816处，LMT 406所寄存的测试程序或操作者可以判定是否存在要执行的另一测试，例如接收或发射测试。如果LMT 406所寄存的测试程序或操作者判定存在要执行的另一测试，则该过程可循环回到804，并且基带处理器和RF测试装备402可被配置为调用另一测试。否则，测试程序在818结束。在一些实施例中，可能需要多个天线元件结果的组合来在814处判定合格或失败。这可能是例如天线阵列310的输出功率需要被测试的情况。在该情况下，可能需要多个测试结果的总和，因为来自全部天线元件的发射器输出将得到来自阵列310的RF输出功率。在一些实施例中，测试结果的合格或失败的判定可针对客户要求或标准要求所限定的限值来设定。
参考图9，示出了根据本发明的各方面的测试中天线的束成形能力的判定程序的流程图的实施例。在该实施例中，显示出操作与图6的AAS 600对应。然而，应当指出，这仅仅是帮助读者理解，图9的实施例可应用于在其它图中示出的其它测试装备模块372。
最初，在902处，AAS 600、测试装备，例如向量信号发生器602和IQ向量信号比较模块604、基带处理器606和LMT 608可被加电，并且在904处，可配置为响应于选定测试模式。此外，AAS 600内的束可配置为用于束生成，在一些实施例中，束生成可涵盖设定配置中要包含的束特性的操作模式，束特性诸如例如为倾斜、束宽偏振和/或功率。在906处，LMT608可配置测试信号可取的测试路径，例如，LMT 608可以控制天线元件350与至少一个外部可连接RF测试端口模块370的耦合。在908处，可执行在外部可连接RF测试端口模块370处测试信号的向量测量。在外部可连接RF测试端口模块370处的测量可以是例如通过RF开关矩阵325耦合的RF发射测试信号，或者是来自向量信号发生器602的中继接收测试信号。在图6中示出了接收和发射信号操作的说明，并且因此，这些程序将不在此重复从而不会导致本发明的各方面含混不清。然而，总之，可以对耦合在天线阵列310内的天线元件馈线410处的每个天线元件350处所存在的信号执行相位和振幅测量，这可通过IQ向量比较模块604来执行以估计天线元件馈线信号与其在CPRI接口上的表示之间的传递函数。在接收测试模式中，IQ向量比较模块604可将来自CPRI 340的接收信号(呈串行格式)重构成IQ向量信号并且将该IQ向量信号与输入到至少一个外部可连接RF测试端口模块370的向量信号发生器602所最初产生的IQ信号进行比较。在910处实施S参数定标程序之前，可以在这两个信号之间测量振幅和相位差，从而将测量精确地变换成天线元件馈线410而不是外部可连接RF测试端口370的基准。在910处，在一个实施例中，可确定到天线元件350的束成形传递函数。在912处，LMT 608可以判定在天线阵列310内是否存在要测试的另一天线元件350。如果LMT 608测试程序或操作者在912中判定存在要测试的另一天线元件350，则过程可以转回906，并且LMT 608操作者或测试程序可被配置到要测试的新天线元件350。否则，该过程可移到914，其中利用束成形计算器以及已知天线元件350之间的间距，能够推断出远场束形状。本领域已知的是，如果单个的元件束形状先验已知，并且阵列的维度已知，工作频率已知，则能够精确地计算出所生成的束。
在发射测试模式中，基带处理器606可以经由CPRI 340接口来发射发射测试信号，其中测试信号的一部分可转送到IQ向量信号比较模块604，例如通过分光器610。可在IQ向量信号比较模块604处测量发射的测试信号和来自至少一个外部可连接RF测试端口模块370的合成测试信号的振幅和相位，并且在914处，利用束形计数器以及已知天线元件350之间的间距，能够推断出远场束形状。在916处，LMT 608可以确定是否需要进行另一项测试。如果LMT 608确定要进行另一项测试，则在916处，程序可以返回至904。否则，程序可以在918处终止。
上述方法和装置还可用于生产环境，作为校准例如天线阵列310的输出功率的手段。当前的3GPPTM标准需要精确的RF功率测试，这可利用本发明的各方面来提供。
此外，上述方法和装置还可以至少由于至少一个外部RF测试端口模块370和定标因子的使用而用于限制空间约束方法中。使用本发明的各方面还可允许更加可重复的测试，因为可利用传导器件来执行测试，并且因此可以大幅地降低或消除辐射性能不确定性。
在现场服务人员的情况下，例如，上述方法和装置可用于调查网络元件的性能。使用本发明的各方面可允许在不中断实时网络传输的情况下实施AAS的性能。例如，实时网络下行链路传输可被观察到。此外，还可以执行用于接收器性能的测试模式，由此可以在测试中天线(AUT)或基带单元中测量信号输入，允许经由LMT来访问测量报告。
当前的AAS的可能存在的问题在于，无线电和天线阵列通常是集成的。因此，天线阵列的性能与系统的无线电和束成形能力紧密关联。使用本发明的各方面可减轻上述的一些或全部问题，因为传导测试能够至少利用至少一个外部可连接RF测试端口模块370来执行。这可以减少不得不执行远场测试的需要，远场测试不适用于批量生产环境。
使用本发明的各方面还可以允许AAS制造商确保它们的天线在束成形方面的性能，其中线测试空间的端部和速度是关键的。
现在参考图10，示出了可被用来实现本发明的实施方案中的信号处理功能的典型的计算系统1000。该类型的计算系统可用于网络元件/无线通信单元。在一些实施例中，计算机程序和存储媒介可位于云端或者在操作者环境的网络中的某处，例如在操作与管理中心(OMC)。本领域技术人员还将认识到如何利用其它计算机系统或体系结构实现本发明。计算系统1000可以代表例如台式计算机、膝上型计算机或笔记本计算机、手持式计算设备(PDA，手机、掌上设备等)、主机、服务器、客户端或给定应用或环境所期望或适合的任何其它类型的专门的或通用的计算设备。计算系统1000可以包括一个或多个处理器，诸如处理器1004。处理器1004可以利用通用或专用处理引擎来实现，诸如例如微处理器、微控制器或其它控制逻辑。在该实施例中，处理器1004连接到总线1002或其它通信媒介。
计算系统1000还可以包括主存储器1008，诸如随机存取存储器(RAM)或其它动态存储器，用于存储信息和由处理器1004执行的指令。存储器1008还可用于存储在处理器1004执行的指令的执行期间的临时变量或其它中间信息。计算系统1000可同样包括与总线1002耦合的只读存储器(ROM)或其它静态存储设备，用于存储用于处理器1004的静态信息和指令。
计算系统1000还可以包括信息存储系统1010，信息存储系统1010可以包括例如媒介驱动器1012和可移除存储接口1020。媒介驱动器1012可包括支持固定或可移除存储媒介的驱动器或其它机制，诸如硬盘驱动器，软盘驱动器，磁带驱动器，光盘驱动器，密致盘(CD)或数字视频驱动器(DVD)读或写驱动器(R或RW)或其它可移除或固定的媒介驱动器。存储媒介1018可以包括例如硬盘、软盘、磁带、光盘、CD或DVD，或者其它由媒介驱动器1012读和写的固定或可移除媒介。如这些实施例示出的，存储媒介1018可包括其中存储有特定的计算机软件或数据的计算机可读存储媒介。
在可选的实施方案中，信息存储系统1010可包括用于允许计算机程序或其它指令或数据装载到计算系统1000中的其它类似的组件。这些组件可包括例如可移除存储单元1022和接口1020，诸如程序盒和盒接口，可移除存储器)例如，闪存或其它可移除存储器模块)以及存储器槽，以及其它可移除的存储单元1022和接口1020，它们允许将软件和数据从可移除的存储单元1018传送到计算系统1000。
计算系统1000还可以包括通信接口1024。通信接口1024能够用于允许在计算系统1000与外部设备之间传送软件和数据。通信接口1024的实施例可包括调制解调器、网络接口(诸如以太网或其它NIC卡)、通信端口(诸如例如通用串行总线(USB)端口)、PCMCIA槽和卡，等等。经由通信接口1024传送的软件和数据呈可以为电、电磁和光或者能够由通信接口1024接收的其它信号的信号形式。这些信号经由通道1028提供给通信接口1024。该通道1028可以运载信号并且可利用无线媒介、电线或电缆、光纤或其它通信媒介来实现。通道的一些实施例包括电话线、蜂窝电话链路、RF链路、网络接口、局域网或广域网以及其它通信通道。
在该文献中，术语‘计算机程序产品’、‘计算机可读媒介’等可通常用来指代诸如例如存储器1008、存储设备1018或存储单元1022的媒介。计算机可读媒介的这些以及其它的形式可以存储处理器1004使用的一个或多个指令，以使得处理器执行规定的操作。这些通常称为‘计算机程序代码’(其可以计算机程序形式的分组或其它群组形式分组)的这些指令在被执行时，使得计算系统1000能够执行本发明的实施方案的功能。注意，代码可以直接使得处理器执行规定的操作，被编译以便这样做，和/或与其它软件、硬件和/或固件元件(例如，用于执行标准函数的库)组合组合来这样做。
在利用软件实现元件的实施方案中，软件可以利用例如可移除存储驱动器1022、驱动器1012或通信接口1024而存储在计算机可读媒介中且装载到计算系统1000中。控制逻辑(在该实施例中为软件指令或计算机程序代码)当被处理器1004执行时，使得处理器1004执行如本文所描述的本发明的功能。
将意识到，为清除的目的，上述说明已经参考不同的功能单元和处理器描述了本发明的实施方案。然而，显而易见的是，在不同的功能单元或处理器之间的任何适合的功能分布，例如，相对于广播模式逻辑或管理逻辑，可以被使用，而不偏离本发明。例如，图示为由单独的处理器或控制器执行的功能可通过相同的处理器或控制器来执行。因此，提及具体的功能单元仅应理解为对适合提供所描述的功能的手段的提及，而不是表明严格的逻辑或物理结构或组织。
本发明的各方面可通过包括硬件、软件、固件或这些的任意组合在内的任何适合的形式来实现。本发明可任选地至少部分地实现为运行于一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上的计算机软件。因此，本发明的实施方案的元件和组件可以通过任何适合的方式以物理地、功能上的和逻辑上的方式来实现。事实上，功能可实现在单个单元中、多个单元中或者作为其它功能单元的部分。
虽然已经结合一些实施方案描述了本发明，目的不是限制为此处所阐述的具体形式。相反，本发明的范围仅由随附的权利要求来限定。另外，虽然看起来是结合特定的实施方案描述了特征，本领域技术人员将认识到所描述的实施方案的各特征可以根据本发明来组合。在权利要求中，术语‘包括’不排除其它元件或步骤的存在。
此外，虽然单独地列出，多个器件、元件或方法步骤可以通过例如单个单元或处理器来实现。另外，虽然单个特征可包含在不同的权利要求中，但是这些可能有益地组合，并且在不同的权利要求中包含不暗示特定的组合不可行和/或无益。而且，在一类权利要求中包含特征不暗示限于该类别，而是表明特征同样适当地适用于其它权利要求类。
此外，权利要求中的特征的顺序不暗示必须执行特征的任何特定顺序并且尤其是方法权利要求中的各个步骤的顺序不暗示必须按该顺序来执行步骤。相反，步骤可按任何适合的顺序来执行。另外，单数的指代不排除多个。因此，提到‘一(a)’、‘一个(an)’、‘第一’、‘第二’等不排除多个。

Claims (26)

1.一种有源天线测试系统，包括：
有源天线单元，包括：
多个天线元件；
至少一个处理器；
多个收发机模块，可操作地与所述至少一个处理器耦合，被布置来接收至少一个第一基带信号以便经由所述多个天线元件中的至少一个天线元件发射，且被布置来将从所述多个天线元件中的至少一个接收到且降频变频的至少一个第二基带信号传送到其；以及
至少一个开关模块，其可操作地将所述多个天线模块的多个天线元件馈线耦合到所述多个收发机模块；以及
至少一个通信测试装备；
其中所述有源天线单元进一步包括至少一个外部可连接射频RF测试端口，所述外部可连接射频RF测试端口可操作地与所述至少一个开关模块耦合且被布置来在外部地将所述至少一个通信测试装备与所述多个收发机模块中的至少一个收发机模块耦合，以用于传导测试。
2.如权利要求1所述的有源天线测试系统，其中在接收操作模式下，所述RF测试模块传导性地施加至少一个RF测试信号到所述至少一个外部可连接RF测试端口，并且所述至少一个开关模块被布置来使得所述RF测试信号路由通过选定的接收模块。
3.如权利要求2所述的有源天线测试系统，其中所述选定的接收模块将所述RF测试信号的数字化表示路由到所述基带处理器以确定所述接收模块的性能。
4.如权利要求3所述的有源天线测试系统，其中被布置来确定接收模块的性能的所述基带处理器包括被布置来连续地接收至少一个测试信号用于判定在任意接收模块中是否存在故障的基带处理器。
5.如任一前述权利要求所述的有源天线测试系统，其中在发射操作模式中，所述基带处理器传导性地施加基带测试信号到将基带测试信号路由通过选定的发射模块的所述有源天线单元的至少一个处理器。
6.如权利要求5所述的有源天线测试系统，其中所述至少一个开关模块被布置来经由外部可连接RF测试端口将RF测试信号从所述选定的发射模块路由到所述至少一个通信测试装备，以执行来自如下的组中的至少一个：判定是否存在故障，或者测量发射模块的性能。
7.如权利要求5或权利要求6所述的有源天线测试系统，其中多个发射模块被连续地选择以使得所述至少一个通信测试装备能够确定所述发射模块的性能。
8.如权利要求7所述的有源天线测试系统，其中所述至少一个通信测试装备被布置来判定在任意发射模块中是否存在故障。
9.如任一前述权利要求所述的有源天线测试系统，进一步包括校准收发机，所述校准收发机可操作地耦合到所述至少一个开关模块，被布置来经由至少一个开关模块来选择性地施加信号到所述外部可连接RF测试端口，或者经由所述至少一个开关模块从所述外部可连接RF测试端口接收信号，以确定校准收发机的性能。
10.如任一前述权利要求所述的有源天线测试系统，其中所述至少一个开关元件包括包含多个耦合器端口的开关耦合器网络，并接收来自所述至少一个处理器的控制信号以选择用于经由所述多个耦合器端口中的至少一个耦合器端口路由测试信号的发射模块或接收模块。
11.如任一前述权利要求所述的有源天线测试系统，其中所述至少一个通信测试装备包括来自如下组中的至少一个：射频RF测试模块和至少一个基带处理器。
12.如任一前述权利要求所述的有源天线测试系统，其中所述至少一个通信测试装备进一步包括定标过程，所述定标过程被布置来对传导耦合的信号定标以消除在外部可连接RF测试端口与相应的天线端口之间路由的信号的传递函数的影响。
13.如权利要求12所述的有源天线测试系统，其中所述定标过程可操作地被布置来利用测试器能访问的定标因子来修正至少一个测试结果。
14.如权利要求12或权利要求13所述的有源天线测试系统，其中所述定标过程使用传递函数表，所述传递函数表表示天线元件的多个组合到所述至少一个外部可连接RF测试端口的传递函数矩阵。
15.如权利要求13和14所述的有源天线测试系统，其中所述传递函数表包括来自如下的组中的至少一个：用于至少一个RF工作频率的S参数表、H参数表、X参数表、Y参数表、Z参数表。
16.如任一前述权利要求所述的有源天线测试系统，其中所述至少一个基带处理器被布置来将生成的测试信号与已通过测试中的收发机模块的测试信号的表示进行比较。
17.如任一前述权利要求所述的有源天线测试系统，其中所述至少一个通信测试装备进一步包括如下中的至少一个：本地监测器终端，其与所述至少一个基带处理器可操作地耦合且被布置来确定有源天线单元中的性能或组件或电路故障；向量电压表或向量分析器，其与本地检监测器终端可操作地耦合，被布置来确定由于有源天线单元中的组件或电路故障引起的向量错误；信号发生器，其被布置来以射频或基频产生测试信号。
18.一种有源天线单元，包括：
多个天线元件；
至少一个处理器；
多个收发机模块，与所述至少一个处理器可操作地耦合，被布置来接收至少一个第一基带信号，用于经由所述多个天线元件中的至少一个发射，并被布置来将从所述多个天线元件中的至少一个接收且降频变频的至少一个第二基带信号传送到其；
至少一个开关模块，其可操作地将所述多个天线模块的多个天线元件馈线与所述多个收发机模块耦合；以及
至少一个外部可连接RF测试端口，其可操作地与所述至少一个开关模块耦合，并被布置来在外部地将所述多个收发机模块中的至少一个与至少一个通信测试装备耦合，以用于传导测试。
19.一种测试有源天线系统的方法，所述有源天线系统包括可操作地经由至少一个开关模块与多个收发机模块耦合的多个天线元件，所述方法包括：
将至少一个通信测试装备与所述有源天线系统的至少一个外部可连接RF测试端口耦合，其中所述至少一个外部可连接RF测试端口与所述至少一个开关模块耦合；
经由所述至少一个开关模块将所述至少一个外部可连接RF测试端口与下列中的至少一个选择性地耦合：测试中的无线电发射模块，测试中的无线电接收模块；
经由所述至少一个外部RF测试端口将测试信号传导性地耦合到或者耦合自测试中的收发机模块；以及
对通过测试中的收发机模块的测试信号执行至少一个信号测量。
20.测试权利要求19的有源天线系统的方法，进一步包括来自如下组中的至少一个：
连续地选择多个接收模块以判定在任意所述接收模块中是否存在故障；
连续地选择多个发射模块以判定在任意所述发射模块中是否存在故障；
经由外部可连接RF测试端口和所述至少一个开关模块，将测试信号选择性地耦合到有源天线系统中的校准收发机，以判定在校准收发机中是否存在故障。
21.如权利要求19或权利要求20所述的测试有源天线系统的方法，进一步包括：定标传导性耦合的测试信号，以消除在外部可连接RF测试端口与有源天线系统的相应的天线端口之间路由的信号的传递函数对测试结果的影响。
22.如权利要求21所述的测试有源天线系统的方法，进一步包括将多个定标因子存储在存储器元件中以便由测试器访问。
23.如权利要求21或权利要求22所述的测试有源天线系统的方法，其中定标包括对于至少一个测试频率采用传递函数表，所述传递函数表表示天线元件的多个组合到多个外部RF测试端口的传递函数矩阵。
24.如权利要求23所述的测试有源天线系统的方法，其中传递函数表包括来自下列中的至少一个：用于至少一个测试频率的S参数表、H参数表、X参数表、Y参数表、Z参数表。
25.如前述权利要求19至24中的任一项所述的测试有源天线系统的方法，进一步包括来自如下组中的至少一个：
将已通过测试中的收发机模块的测试信号的测量结果与至少一个预定的上限值或下限值进行比较；
将已通过测试中的收发机模块的测试信号的定标后的测量结果与至少一个预定的上限值或下限值进行比较；
将已通过测试中的收发机模块的测试信号的测量结果与生成的测试信号进行比较。
26.一种包括用于测试有源天线系统的方法的可执行程序代码的非暂态计算机程序产品，所述可执行程序代码在有源天线测试系统中执行时可操作来执行前述权利要求19至25中任一项所述的方法。
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