CN106332106A - 一种无线模拟信号测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线模拟信号测试系统，包括控制终端、包含第一飞行器的信源发射端和包含第二飞行器的信号接收端，控制终端分别与信源发射端和信号接收端无线通信连接，控制信源发射端和信号接收端工作；信源发射端悬停在空中，发射CW信号；信号接收端按控制终端控制的路线飞行，并接收CW信号，完成CW测试和数据采集。本发明适用于无线网络规划中传播模型校正的CW测试，可提高CW测试的实施效率、降低实施成本；同时可应用于传统CW测试中无法有效测试的区域，扩展了CW测试的区域范围，增加了CW测试数据的多样性，进而能够提升传播模型校正的准确度、提高无线网络规划的精度。

Description

一种无线模拟信号测试系统

[技术领域]

本发明涉及无线网络规划领域，涉及CW测试及传播模型校正工作，尤其涉及一种无线模拟信号测试系统。

[背景技术]

在无线网络规划中，传播损耗的预测对无线覆盖预测的正确性具有重要的影响。由于无线信道的复杂性，经典的无线信道理论模型存在一定的误差，因此无线网络规划的工作中一般采用实测统计的方法，在实际环境中进行CW测试，利用大量的测试数据对经验公式进行修正，以此获得更精准的传播损耗模型和覆盖预测。

CW(Continuous Wave)即连续波。CW测试是指使用连续波作为信号源对无线信号传播的损耗进行测量和统计。CW测试中，通常将信号源安置于规划的站点位置，测试接收机放置于车辆内并沿着规划的测试路径移动。根据慢衰落变化规律，信号在几十个波长的距离上经历慢的随机变化，其统计规律服从对数正态分布。当我们在40个波长的空间距离上取平均的话，就可以得到其均值包络，这个量通常称作本地均值，其和特定地点上的平均值相对应。CW测试是获取特定长度上的本地均值主要方法之一。利用CW测试获得的本地均值可对该区域的传播模型进行校正，得到本区域内无线信号传播的慢衰落变化特性。

利用随机过程的理论分析移动通信的传播可以表示为：

r(x)＝m(x)r₀(x)

其中，x为距离，r(x)为接收信号，r₀(x)为瑞利衰落，m(x)为本地均值，也就是长期衰落和空间传播损耗的合成，可以表示为：

$m\left(x\right)=\frac{1}{2l}\underset{x-l}{\overset{x+l}{\∫}}r\left(y\right)dy$

其中2l为平均采样区间长度也叫本征长度。

根据著名的李建业定理，在移动通信中，当2l取40个波长，采样点为30～50个时，能有效地达到“消除快衰落、保留慢衰落”的目的。因此，要求在传播模型的校正工作中，CW测试必须达到李氏定理所要求的测试密度，才能使得测试数据与实际本地均值之差最小。

完整的传播模型校正流程包括了：前期准备、站址选择和CW测试路线选择、站点架设、CW测试数据采集、数据处理以及模型校正并生成报告。其中站点架设过程涉及站点位置选取、立杆、取电等工作，站点选址困难、站点架设工程量较大，成本消耗较高，降低了测试过程的效率。同时，由于车辆运行的限制，目前的CW测试中存在无法有效测试的区域，包括高层建筑物窗边、立体区域等测试困难的区域，以及限制车辆行驶的测试效率受限区域等。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种无线模拟信号测试系统，以减少CW测试中站点建设带来的工程量和成本消耗，提高CW测试过程的效率，同时弥补传统CW测试方式受区域、地理位置限制的不足，改善CW测试的灵活性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种无线模拟信号测试系统，包括控制终端、包含第一飞行器的信源发射端和包含第二飞行器的信号接收端，控制终端分别与信源发射端和信号接收端无线通信连接，控制信源发射端和信号接收端工作；信源发射端悬停在空中，发射CW信号；信号接收端按控制终端控制的路线飞行，并接收CW信号，完成CW测试和数据采集。

以上所述的无线模拟信号测试系统，所述的信源发射端包括以下组成模块：

信源发射端无人机模块：包括所述的第一飞行器、GPS模块和摄像模块，第一飞行器用于飞行、负载信源发射端的其他设备；GPS模块对信源发射端的飞行位置进行GPS定位及高度测量；摄像模块进行拍摄；

信源发射模块：根据来自控制终端的指令发射符合频率和功率要求的CW信号；

信源发射端控制模块：与控制终端通信，根据控制终端的指令实现对信源发射端无人机模块、信源发射模块和信源发射端数据处理及传输模块的控制；

信源发射端数据处理及传输模块:存储测试日志、GPS位置信息和图片数据，并实现信源发射端与控制终端之间的数据通信。

以上所述的无线模拟信号测试系统，信源发射模块搭载在信源发射端无人机模块的第一飞行器上，与信源发射端控制模块及信源发射端数据处理及传输模块连接；信源发射端控制模块搭载在信源发射端无人机模块的第一飞行器上，与信源发射端无人机模块、信源发射模块及信源发射端数据处理及传输模块连接；信源发射端数据处理及传输模块搭载在信源发射端无人机模块的第一飞行器上，与信源发射端无人机模块、信源发射模块及信源发射端控制模块连接。

以上所述的无线模拟信号测试系统，所述的信号接收端包括以下组成模块：

信号接收端无人机模块：包括所述的第二飞行器、GPS模块和摄像模块，第二飞行器用于飞行、负载信号接收端的其他设备；GPS模块对信号接收端的飞行位置进行GPS定位及高度测量；摄像模块进行拍摄；

测试接收机模块:发现和接收信号源发射的CW信号，并对接收到的波形进行处理和数据采集；

信号接收端控制模块：与控制终端通信，根据控制终端的指令实现对信号接收端无人机模块、测试接收机模块和信号接收端数据处理及传输模块的控制；

信号接收端数据处理及传输模块：存储测试日志、GPS位置信息和图片数据，并实现信号接收端与控制终端之间的数据通信。

以上所述的无线模拟信号测试系统，测试接收机模块搭载在信号接收端无人机模块的第二飞行器上，并与信号接收端控制模块和信号接收端数据处理及传输模块连接；信号接收端控制模块搭载在信号接收端无人机模块的第二飞行器上，并与信号接收端无人机模块、测试接收机模块及信号接收端数据处理及传输模块连接；信号接收端数据处理及传输模块搭载在信号接收端无人机模的第二飞行器上，并与信号接收端无人机模块、测试接收机模块及信号接收端控制模块连接。

以上所述的无线模拟信号测试系统，控制终端包括以下组成模块：

控制器模块：对信源发射端和信号接收端进行飞行控制，调整飞行的高度、速度、方向和角度；对CW测试的过程进行控制，包括CW波的频率选择控制和功率选择控制；对信源发射端和信号接收端的拍摄和数据传输过程进行控制；

数据存储及传输模块：与信源发射端和信号接收端进行数据通信，并存储照片、测试日志和测试结果数据；

控制器模块与数据存储及传输模块连接。

以上所述的无线模拟信号测试系统，无线模拟信号测试系统的工作过程包括以下步骤：

701、信源发射端悬停位置设置；

702、信号接收端飞行参数设置；

703、CW波形设置；

704、启动CW测试和数据采集；

705、数据收集。

以上所述的无线模拟信号测试系统，其特征在于.

801、在步骤701中，控制终端对信源发射端进行飞行控制，信源发射端利用GPS和高度计获取经纬度和高度信息反馈给控制终端，测试人员通过位置信息对信源发射端的位置进行调整，直到信源发射端飞行到指定位置，并保持悬停；

802、在步骤702中，信号接收端的飞行速度与数据采集频率的要求相适应，并保持速度恒定；测试中横纵向的街道采集同样数量的标本，避免以同心圆的方式进行测试；

803、在步骤703中，控制终端对信源发射模块的频率选择进行控制，信源发射模块的发射频率范围为：350MHz-4.4GHz；控制终端为信源发射模块设置频点后，信源发射模块首先进行扫频；如果发现干扰则反馈给控制终端，测试人员据此调整频点，直到扫频结果为无干扰，并将该无干扰频点设定为信源发射模块的发射频率；控制终端对信源发射模块的功率选择进行控制，信源发射模块的发射功率范围为200mW-20W；

804、在步骤704中，测试人员通过控制终端启动信源发射端的信号发射以及信号接收端的飞行和信号接收；

805、在步骤705中，测试人员通过控制终端控制信源发射端和信号接收端，以获得测试数据、环境照片、GPS信息和测试相关数据。

以上所述的无线模拟信号测试系统，所述的无线通信连接为Wi-Fi通信连接，所述的第一飞行器和第二飞行器为无人机。

本发明的无线模拟信号测试系统适用于无线网络规划中传播模型校正的CW测试，可提高CW测试的实施效率、降低实施成本；同时可应用于传统CW测试中无法有效测试的区域，扩展了CW测试的区域范围，增加了CW测试数据的多样性，进而能够提升传播模型校正的准确度、提高无线网络规划的精度。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例基于无人机技术的无线模拟信号测试系统的原理框图。

图2是本发明实施例CW测试的示意图。

[具体实施方式]

本发明实施例基于无人机技术的无线模拟信号测试系统的结构和原理如图1和图2所示。

如图1所示，基于无人机技术的无线模拟信号测试系统包括信源发射端100、信号接收端200和控制终端300。

信源发射端100包括以下组成模块：

信源发射端无人机模块101，包括飞行器、GPS模块和摄像模块，飞行器用于飞行、负载CW测试信号源相关设备并对设备供电；GPS模块对信源发射端100飞行位置进行GPS定位及高度测量；摄像模块进行拍摄。

信源发射模块102，根据来自控制终端300的指令发射符合频率和功率要求的连续波；

信源发射端控制模块103，与控制终端300通信，根据控制终端300的指令实现对信源发射端无人机模块101、信源发射模块102和信源发射端数据处理及传输模块104的控制；

信源发射端数据处理及传输模块104，存储测试日志、GPS位置信息、图片等数据，并实现信源发射端100与控制终端300之间的数据通信。

其中，信源发射模块102搭载在信源发射端无人机模块101的无人机上，与信源发射端控制模块103及信源发射端数据处理及传输模块104连接；信源发射端控制模块103搭载在信源发射端无人机模块101的无人机上，与信源发射端无人机模块101、信源发射模块102及信源发射端数据处理及传输模块104连接；信源发射端数据处理及传输模块104搭载在信源发射端无人机模块101的无人机上，与信源发射端无人机模块101、信源发射模块102及信源发射端控制模块103连接。

信号接收端200包括以下组成模块：

信号接收端无人机模块201，包括飞行器、用于飞行、负载CW测试信号源相关设备并对设备供电；对信源接收端200飞行位置进行GPS定位及高度测量；并进行拍摄；

测试接收机模块202，发现和接收信号源发射的CW波，并对接收到的波形进行处理和数据采集；

信号接收端控制模块203，与控制终端300通信，根据控制终端300的指令实现对信号接收端无人机模块201、测试接收机模块202和信号接收端数据处理及传输模块204的控制；

信号接收端数据处理及传输模块204，存储测试日志、GPS位置信息、图片等数据，并实现信号接收端200与控制终端300之间的数据通信。

其中，测试接收机模块202搭载在信号接收端无人机模块201的无人机上，并与信号接收端控制模块203和信号接收端数据处理及传输模块204连接；信号接收端控制模块203搭载在信号接收端无人机模块201的无人机上，并与信号接收端无人机模块201、测试接收机模块202及信号接收端数据处理及传输模块204连接；信号接收端数据处理及传输模块204搭载在信号接收端无人机模块201的无人机上，并与信号接收端无人机模块201、测试接收机模块202及信号接收端控制模块203连接。

控制终端300包括以下组成模块：

控制器模块301，对信源发射端100和信号接收端200进行飞行控制，调整飞行的高度、速度、方向、角度等；对CW测试的过程进行控制，包括CW波的频率选择控制、功率选择控制等；对信源发射端100和信号接收端200的拍摄、数据传输等过程进行控制；

数据存储及传输模块302，与信源发射端100和信号接收端200进行数据通信，并存储照片、测试日志、测试结果等数据。

控制器模块301与数据存储及传输模块302相互连接。

如图1所示，信源发射端100的信源发射端控制模块103以及信号接收端200的信号接收端控制模块203与控制终端300的控制器模块301通过Wi-Fi通信连接；信源发射端100的信源发射端数据处理及传输模块104以及信号接收端200的信号接收端数据处理及传输模块204与控制终端300的控制器模块302通过Wi-Fi通信连接。

本发明是对传播模型校正流程中的站点架设、CW测试数据采集两个步骤进行改进，同时增强了传播模型校正流程中测试站址选择和测试路线选择的灵活性。

图2表示了一个利用本发明进行站点架设、CW测试和数据采集的实施例，具体步骤如下：

1、信源发射端100悬停位置设置

站点的架设主要是要充分考虑天线的高度以及位置，通常要求天线的高度要求比天面高出5米以上，天线的位置在近距离内150米没有明显阻挡，或者至少保证在测试方向上没有阻挡。

根据上述天线位置的要求，控制终端300对信源发射端100进行飞行控制。信源发射端100利用GPS和高度计获取经纬度和高度信息反馈给控制终端300，测试人员可通过位置信息对信源发射端100的位置进行调整，直到信源发射端100飞行到规划的指定位置，并保持悬停。

2、信号接收端200飞行参数设置

信号接收端200替代传统CW测试中使用的车辆，可在更丰富的地理环境中采集数据样本。信号接收端200的飞行速度需满足数据采集频率的要求。根据李氏定理，需取本征长度2l为40个波长，数据密度为50个样本/40λ。例如，如果选择的测试信号的中心频率为：f＝2150MHz即λ＝0.139m，当接收机采样点数是120个/秒时，根据公式40λ×n/v＝50，得到飞行速度为48.038km/h。则要求在测试中，飞行速度需≤48.038km/h，并保持速度恒定。测试中需注意，横纵向的街道尽量采集同样数量的标本，同时尽量避免以同心圆的方式进行测试。

3、CW波形设置

根据不同的规划需求，控制终端300需求对信源发射模块102的频率选择进行控制。信源发射模块102的发射频率范围为：350MHz-4.4GHz。在选择频点时，还需要考虑周围的干扰情况：测试人员通过控制终端300为信源发射模块102设置频点后，信源发射模块102首先进行扫频；如果发现干扰则反馈给控制终端300，测试人员据此调整频点，直到扫频结果为无干扰，并将该无干扰频点设定为信源发射模块102的发射频率。

同样地，根据规划需求，控制终端300需求对信源发射模块102的功率选择进行控制。信源发射模块102的发射功率范围为200mW-20W。

4、启动CW测试和数据采集

按照以上步骤进行设置后，可以启动CW测试。测试人员通过控制终端300启动信源发射端100的信号发射以及信号接收端200的飞行和信号接收。

5、数据收集

测试人员通过控制终端300控制信源发射端100和信号接收端200，以获得测试数据以及环境照片、GPS信息等测试相关数据。

本发明按照上述五个步骤完成CW测试和数据采集过程。规划人员可根据获得的测试数据对无线传输模型进行校正，使其更精确地反映实地传输环境的特点，提高无线规划的精度。

本发明以上实施例具有以下有益效果：

利用无人机的飞行和悬停能力，消除了传统CW测试所需站点建设的时间消耗和经济消耗，提高CW测试的效率；利用无人机的飞行能力，提高了路测路径规划的灵活性，使CW测试能够深入到车辆无法进入的区域，丰富了CW测试的数据；可灵活获取信号源端与信号接收端的位置信息、高度信息、环境照片等测试相关数据，降低人力成本。

Claims (9)

1.一种无线模拟信号测试系统，其特征在于，包括控制终端、包含第一飞行器的信源发射端和包含第二飞行器的信号接收端，控制终端分别与信源发射端和信号接收端无线通信连接，控制信源发射端和信号接收端工作；信源发射端悬停在空中，发射CW信号；信号接收端按控制终端控制的路线飞行，并接收CW信号，完成CW测试和数据采集。

2.根据权利要求1所述的无线模拟信号测试系统，其特征在于，所述的信源发射端包括以下组成模块：

信源发射端无人机模块：包括所述的第一飞行器、GPS模块和摄像模块，第一飞行器用于飞行、负载信源发射端的其他设备；GPS模块对信源发射端的飞行位置进行GPS定位及高度测量；摄像模块进行拍摄；

信源发射模块：根据来自控制终端的指令发射符合频率和功率要求的CW信号；

信源发射端控制模块：与控制终端通信，根据控制终端的指令实现对信源发射端无人机模块、信源发射模块和信源发射端数据处理及传输模块的控制；

信源发射端数据处理及传输模块:存储测试日志、GPS位置信息和图片数据，并实现信源发射端与控制终端之间的数据通信。

3.根据权利要求2所述的无线模拟信号测试系统，其特征在于，信源发射模块搭载在信源发射端无人机模块的第一飞行器上，与信源发射端控制模块及信源发射端数据处理及传输模块连接；信源发射端控制模块搭载在信源发射端无人机模块的第一飞行器上，与信源发射端无人机模块、信源发射模块及信源发射端数据处理及传输模块连接；信源发射端数据处理及传输模块搭载在信源发射端无人机模块的第一飞行器上，与信源发射端无人机模块、信源发射模块及信源发射端控制模块连接。

4.根据权利要求1所述的无线模拟信号测试系统，其特征在于，所述的信号接收端包括以下组成模块：

信号接收端无人机模块：包括所述的第二飞行器、GPS模块和摄像模块，第二飞行器用于飞行、负载信号接收端的其他设备；GPS模块对信号接收端的飞行位置进行GPS定位及高度测量；摄像模块进行拍摄；

测试接收机模块:发现和接收信号源发射的CW信号，并对接收到的波形进行处理和数据采集；

信号接收端控制模块：与控制终端通信，根据控制终端的指令实现对信号接收端无人机模块、测试接收机模块和信号接收端数据处理及传输模块的控制；

信号接收端数据处理及传输模块：存储测试日志、GPS位置信息和图片数据，并实现信号接收端与控制终端之间的数据通信。

5.根据权利要求4所述的无线模拟信号测试系统，其特征在于，测试接收机模块搭载在信号接收端无人机模块的第二飞行器上，并与信号接收端控制模块和信号接收端数据处理及传输模块连接；信号接收端控制模块搭载在信号接收端无人机模块的第二飞行器上，并与信号接收端无人机模块、测试接收机模块及信号接收端数据处理及传输模块连接；信号接收端数据处理及传输模块搭载在信号接收端无人机模的第二飞行器上，并与信号接收端无人机模块、测试接收机模块及信号接收端控制模块连接。

6.根据权利要求1所述的无线模拟信号测试系统，其特征在于，控制终端包括以下组成模块：

控制器模块：对信源发射端和信号接收端进行飞行控制，调整飞行的高度、速度、方向和角度；对CW测试的过程进行控制，包括CW波的频率选择控制和功率选择控制；对信源发射端和信号接收端的拍摄和数据传输过程进行控制；

数据存储及传输模块：与信源发射端和信号接收端进行数据通信，并存储照片、测试日志和测试结果数据；

控制器模块与数据存储及传输模块连接。

7.根据权利要求1所述的无线模拟信号测试系统，其特征在于，无线模拟信号测试系统的工作过程包括以下步骤：

701、信源发射端悬停位置设置；

702、信号接收端飞行参数设置；703、CW波形设置；704、启动CW测试和数据采集；705、数据收集。

8.根据权利要求7所述的无线模拟信号测试系统，其特征在于.

801、在步骤701中，控制终端对信源发射端进行飞行控制，信源发射端利用GPS和高度计获取经纬度和高度信息反馈给控制终端，测试人员通过位置信息对信源发射端的位置进行调整，直到信源发射端飞行到指定位置，并保持悬停；

802、在步骤702中，信号接收端的飞行速度与数据采集频率的要求相适应，并保持速度恒定；测试中横纵向的街道采集同样数量的标本，避免以同心圆的方式进行测试；

803、在步骤703中，控制终端对信源发射模块的频率选择进行控制，信源发射模块的发射频率范围为：350MHz-4.4G Hz；控制终端为信源发射模块设置频点后，信源发射模块首先进行扫频；如果发现干扰则反馈给控制终端，测试人员据此调整频点，直到扫频结果为无干扰，并将该无干扰频点设定为信源发射模块的发射频率；控制终端对信源发射模块的功率选择进行控制，信源发射模块的发射功率范围为200mW-20W；

804、在步骤704中，测试人员通过控制终端启动信源发射端的信号发射以及信号接收端的飞行和信号接收；

805、在步骤705中，测试人员通过控制终端控制信源发射端和信号接收端，以获得测试数据、环境照片、GPS信息和测试相关数据。

9.根据权利要求1所述的无线模拟信号测试系统，其特征在于.所述的无线通信连接为Wi-Fi通信连接；所述的第一飞行器和第二飞行器为无人机。