CN107819527B - 一种大规模天线基站设备的测试装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大规模天线基站设备的测试装置及测试方法。本发明基于两步法测试大规模天线基站设备，可无需搭建大量射频线缆连接的测试环境，同时，本发明实施例无需对被测试基站设备的改造，即可支持多端口导频信号的发送。

Description

一种大规模天线基站设备的测试装置及测试方法
技术领域
本发明涉及大规模天线基站设备，具体涉及一种大规模天线基站设备的测试装置及测试方法。
背景技术
大规模天线基站设备，又称为三维多输入多输出(3D-MIMO)基站设备或全维多输入多输出(FD-MIMO)基站设备，其采用大规模射频通道和天线阵列，可以大幅提升波束赋形能力和频谱效率，是移动通信设备下一步演进的主要方式。大规模天线基站设备的射频通道数量可能是32、64、128甚至更多。
在测试验证大规模天线基站设备性能时，需要能够模拟大规模天线信道(又称为3DMIMO信道或FD-MIMO)的信道模拟仪表和测试方法。现有的测试仪表和方法通常都是基于最大8天线设备的要求设计的，可支持的最大射频通道数为8个，无法满足大规模天线基站设备的测试需求。
如果采用现有的基于8天线设备的信道模拟仪表测试大规模天线基站设备时，需要多台仪表堆叠。这带来如下问题：
1)仪表间需要精确校准，校准误差会严重影响测试结果。
2)需要多台仪表和射频线缆搭建测试环境，成本高效率低，容易受人为影响和干扰而影响测试结果的准确性。
为解决上述问题，现有技术提出的一种两步法，可以避免大量射频线缆搭建测试环境的问题，其主要方法是：将被测大规模天线基站设备和测试终端间的信道构造为两段，第一段为大规模天线基站设备和射频信道模拟器之间的空口信道，第二段为射频信道模拟器内部信道。射频信道模拟器首先估计第一段空口信道的信道矩阵，然后在内部消除第一段信道的影响，最后在第二段加载符合测试需求的信道模型。
上述两步法的缺点是，需要获知第一段空口信道的信道矩阵，这依赖于被测大规模天线基站设备发送多端口导频信息。而目前最新的空口标准，例如LTE-A标准，最大支持8端口的导频信号发送，因此若不对被测基站设备进行改造，则不能支持32、64甚至128端口的导频信号发送。因此，亟需一种大规模天线设备的测试装置和方法，解决在两步法测试中多端口导频信号的发送问题。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题是提供一种大规模天线基站设备的测试装置及测试方法，无需对被测试设备的改造，即可通过两步法进行大规模天线基站设备的测试。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种大规模天线基站设备的测试装置，所述大规模天线基站设备包括天线单元，所述测试装置包括：
用于产生多端口导频信号的多端口导频发射装置；
用于接收天线单元发射出的信号的多天线接收板；
用于模拟大规模天线信道的信道模拟装置，所述信道模拟装置分别与所述多天线接收板和一个以上的测试终端连接；
其中，所述多端口导频发射装置与所述天线单元相连，所述多端口导频发射装置产生的多端口导频信号通过所述天线单元进行发送。
优选的，上述测试装置中，所述多端口导频发射装置产生的多端口导频信号通过通用公共无线电接口CPRI输入至所述天线单元。
优选的，上述测试装置中，所述多端口导频发射装置还通过一射频线缆与所述信道模拟装置连接。
优选的，上述测试装置还包括：
用于屏蔽外界干扰信号的屏蔽箱；
所述天线单元与所述多天线接收板内置于所述屏蔽箱内。
优选的，上述测试装置中，
所述信道模拟装置，具体用于根据所述多天线接收板接收到的多端口导频信号，计算所述天线单元到所述多天线接收板之间的大规模天线信道的第一信道矩阵；以及，根据所述第一信道矩阵、第二信道矩阵、和第二信号，生成第三信号并发送给所述测试终端，其中，所述第二信道矩阵为模拟测试所需的大规模天线信道的信道矩阵，所述第二信号为所述大规模天线基站设备发送的第一信号在所述多天线接收板处的接收信号，根据本发明实施例的另一方面，提供了一种大规模天线基站设备的测试方法，所述大规模天线基站设备包括天线单元，所述测试方法包括：
通过一多端口导频发射装置产生多端口导频信号，并经由所述天线单元将所述多端口导频信号发送至一多天线接收板；以及，通过一信道模拟装置，检测所述多天线接收板接收到的导频信号，并根据接收到的导频信号，计算所述天线单元到所述多天线接收板之间的大规模天线信道的第一信道矩阵；
在对所述大规模天线基站设备进行测试时，通过大规模天线基站设备产生第一信号，并经由所述天线单元将所述第一信号发送至所述多天线接收板，以及，通过所述信道模拟装置，模拟测试所需的大规模天线信道的第二信道矩阵，并根据所述第一信道矩阵、第二信道矩阵、和所述多天线接收板接收到的第二信号，生成第三信号并发送给所述测试终端。
优选的，上述测试方法还包括：
根据所述大规模天线基站设备发送的第一信号，以及所述测试终端接收到的第四信号，对相关指标进行测试，评估大规模天线基站设备的工作性能，所述相关指标包括终端接收信号质量或者数据传输吞吐量。
优选的，上述测试方法中，进一步按照以下公式生成所述第三信号：y2＝H1 -1H2 y1，其中，H1表示所述第一信道矩阵，H2表示所述第二信道矩阵，y1表示所述多天线接收板接收到的第二信号，y2表示所述第三信号。
优选的，上述测试方法中，所述通过一多端口导频发射装置产生多端口导频信号的步骤，包括：
根据大规模天线基站设备的工作带宽，将各个天线端口的导频分散于所述工作带宽上，获得多天线端口的导频图案并发送，其中，不同天线端口的导频之间通过时分方式或频分方式复用。
优选的，上述测试方法中，所述多端口导频发射装置在开始产生所述多端口导频信号时，进一步通过与所述信道模拟装置之间的射频线缆，向所述信道模拟装置发送用于提示开始检测导频信号的通知消息；以及，
所述多端口导频发射装置在停止产生所述多端口导频信号时，进一步通过与所述信道模拟装置之间的射频线缆，向所述信道模拟装置发送用于提示停止检测导频信号的通知消息。
与现有技术相比，本发明实施例提供的大规模天线基站设备的测试装置及测试方法，应用于两步法进行大规模天线基站设备的测试中，无需搭建大量射频线缆连接的测试环境，同时，本发明实施例通过多端口导频信号发射装置产生多端口导频信号，从而可以避免对被测试基站设备的改造，即可支持多端口导频信号的发送。
附图说明
图1为本发明实施例的大规模天线基站设备的测试装置的结构示意图；
图2为本发明实施例应用于LTE系统时的一种导频图案示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。另外，本文中术语“系统”和“网络”在本文中常可互换使用。
本发明实施例提供的大规模天线基站设备的测试装置，应用于对大规模天线基站设备进行测试。大规模天线基站设备通常包括基带处理单元(BBU，Baseband Unit)和有源天线单元(AAU，Active Antenna Unit)，两者通过公共无线电接口(CPRI，Common PublicRadio Interface)接口相连。
请参照图1，本发明实施例提供的大规模天线基站设备的测试装置，用于对大规模天线基站设备10进行测试，如图1所示，大规模天线基站设备10包括BBU 11和AAU 12。BBU11和AAU 12之间通过CPRI连接。本实施例的测试装置则具体包括：
用于产生多端口导频信号的多端口导频发射装置21；
用于接收AAU 12发射出的信号的多天线接收板22；
用于模拟大规模天线信道的信道模拟装置23，所述信道模拟装置23分别与所述多天线接收板22和一个以上的测试终端25连接；
其中，所述多端口导频发射装置21与所述AAU 12相连，所述多端口导频发射装置21产生的多端口导频信号通过所述AAU 12进行发送。
这里，所述信道模拟装置23可以模拟特定的测试场景的信道环境，例如，仿真特定的大规模天线信道，或者将预先获得的大规模天线信道进行回放，从而实现特定测试信道的叠加。
这里，上述测试装置中，所述信道模拟装置23，具体用于根据所述多天线接收板接收到的多端口导频信号，计算所述天线单元到所述多天线接收板之间的大规模天线信道的第一信道矩阵；以及，根据所述第一信道矩阵、第二信道矩阵、和第二信号，生成第三信号并发送给所述测试终端，其中，所述第二信道矩阵为模拟测试所需的大规模天线信道的信道矩阵，所述第二信号为所述大规模天线基站设备发送的第一信号在所述多天线接收板处的接收信号。
从以上结构可以看出，本发明实施例的测试装置中，特别提供了用于产生多端口导频信号的多端口导频发射装置21，多端口导频发射装置21产生的多端口导频信号通过AAU 12发送出去，经过空口传输到多天线接收板22。这里，多端口导频发射装置21可以产生32、64甚至128端口或更多端口的导频序列，从而无需对被测大规模基站设备进行改造，即可通过两步法进行大规模天线基站设备的测试。
本发明实施例中，所述多端口导频发射装置21产生的多端口导频信号也可以通过CPRI输入至所述AAU 12，进而通过空口发射出去。另外，多端口导频发射装置21还可以通过射频线缆与所述信道模拟装置23连接，从而通过射频线缆向信道模拟装置23发送同步信号，所述同步信号用于指示信道模拟装置23开始检测导频信号或停止检测导频信号。
图1中，为了减少或避免外界干扰信号对测试的影响，还可以将AAU 12和多天线接收板22内置于一屏蔽箱24内，屏蔽箱24可以屏蔽外界干扰信号。
基于图1的测试装置，本发明实施例还提供了一种大规模天线基站设备的测试方法，该测试方法包括：
首先，通过多端口导频发射装置21产生多端口导频信号，并经由所述AAU 12将所述多端口导频信号发送至多天线接收板22；以及，通过信道模拟装置23，检测所述多天线接收板22接收到的导频信号，并根据接收到的导频信号，计算所述AAU 12到所述多天线接收板22之间的大规模天线信道的第一信道矩阵H1。这里，还可以进一步计算得到第一信道矩阵H1的逆矩阵H1 -1。
这里，在产生多端口导频信号时，本实施例可以根据大规模天线基站设备的工作带宽，将各个天线端口的导频分散于所述工作带宽上，获得多天线端口的导频图案并发送，其中，不同天线端口的导频之间通过时分方式或频分方式复用。
然后，在对大规模天线基站设备进行测试时，需要关闭多端口导频发射装置21，开启被测大规模天线基站设备的BBU 11，此时大规模天线基站设备进入正常工作状态，BBU11的信号经过AAU 12发送到空口，此时可以通过多天线接收板22接收所述AAU 12发送的信号。
这样，在大规模天线基站设备正常工作状态下，通过大规模天线基站设备产生第一信号，并经由所述天线单元将所述第一信号发送至所述多天线接收板，以及，通过信道模拟装置23，模拟测试所需的大规模天线信道的第二信道矩阵H2，并根据所述第一信道矩阵H1、第二信道矩阵H2、和所述多天线接收板23接收到的第二信号y1，生成第三信号y2并发送给所述测试终端25，从而实现了测试环境的搭建和工作。
接下来，本发明实施例的测试方法，还可以根据所述大规模天线基站设备发送的第一信号，以及所述测试终端接收到的第四信号，对相关指标进行测试，评估大规模天线基站设备的工作性能，所述相关指标包括终端接收信号质量或者数据传输吞吐量，具体的更多测试指标和性能参数的选择，可以根据需要进行，本发明实施例对此不再进行赘述。
以上测试过程中，信道模拟装置23可以进一步按照以下公式生成所述第三信号y2：y2＝H1 -1H2 y1。然后，将第二信号发送给各个测试终端25。
通过以上公式，实现了根据测试需要的信道模型，在多天线接收板22接收到的信号y1上，叠加相应的信道衰落，即对输入信道施加相位、幅度、延迟等各种变化，生成经过信道模型的输出信号，送给被测终端或终端模拟仪的接收端。另外，在叠加信道时，还进一步在信道模型所定义的信道矩阵H2之前乘以H1 -1，消除了AAU 12到多天线接收板22之间的信道的影响。
另外，多端口导频发射装置21可以在开始产生所述多端口导频信号时，进一步通过与所述信道模拟装置23之间的射频线缆，向所述信道模拟装置23发送用于提示开始检测导频信号的通知消息；以及，在停止产生所述多端口导频信号时，进一步通过与所述信道模拟装置23之间的射频线缆，向所述信道模拟装置23发送用于提示停止检测导频信号的通知消息。
本发明实施例中，上述导频信号可以是任何确知信号，例如m序列，Gold序列，或是Zadoff-Chu序列。每一个天线端口都有各自的导频。多个天线端口的导频分散整个无线系统的工作带宽上，不同天线端口的导频在时域和频域可以通过时分复用和频分复用相互错开。
例如，在工作带宽上、一个发送时间间隔内的资源按最小粒度计算共有M个，而大规模天线基站的天线端口共有N个，则本实施例可以采用的一种导频图案中，第i个导频所使用的资源序号li为i+N*(z-1)，其中z取值为1,2…k，所述k为M/N的向下取整。
对于时域和频域资源有特定约束的系统，例如长期演进(LTE)系统，则可按照导频在整个工作频带分散的原则并保持其特殊的约束。例如，对于32端口的大规模天线，导频在一个LTE物理资源块中的一种位置可如图2所示。在一个物理资源块(PRB，PhysicalResource Block)内，即由12个子载波和7个OFDM符号组成的84个资源元素中(图2中每个小方块代表一个资源元素RE)，每2个资源元素上发送一个天线端口的导频，图2中在第1个时隙内共使用64个资源元素。这些被导频使用的资源元素位置与LTE系统的参考信号所用资源元素位置(图2中的填充有阴影的资源元素)相互错开。另外，在LTE系统中所有的PRB中都使用图2所示的导频图案，即让所有端口的导频分散在整个系统工作带宽。当测试64端口的大规模天线基站设备时，该导频位置可以扩展到图2中的第2个时隙，也就是图中未表注数字的资源位置，从而支持64端口的导频。当天线端口数增加到128时，可扩展使用两个PRB上。
综上，本发明实施例提供的大规模天线基站设备的测试装置及测试方法，基于两步法进行测试，无需搭建大量射频线缆连接的测试环境，同时，本发明实施例无需对被测试基站设备的改造，即可支持多端口导频信号的发送。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大规模天线基站设备的测试装置，所述大规模天线基站设备包括天线单元，其特征在于，所述测试装置包括：
用于产生多端口导频信号的多端口导频发射装置，其中，所述多端口导频发射装置与所述天线单元相连，所述多端口导频发射装置产生的多端口导频信号通过所述天线单元进行发送；
用于接收天线单元发射出的信号的多天线接收板；
用于模拟大规模天线信道的信道模拟装置，所述信道模拟装置分别与所述多天线接收板和一个以上的测试终端连接；具体用于根据所述多天线接收板接收到的多端口导频信号，计算所述天线单元到所述多天线接收板之间的大规模天线信道的第一信道矩阵；以及，根据所述第一信道矩阵、第二信道矩阵、和第二信号，生成第三信号并发送给所述测试终端，其中，所述第二信道矩阵为模拟测试所需的大规模天线信道的信道矩阵，所述第二信号为所述大规模天线基站设备发送的第一信号在所述多天线接收板处的接收信号，按照公式y2＝H1 -1H2 y1生成所述第三信号，H1表示所述第一信道矩阵，H2表示所述第二信道矩阵，y1表示所述多天线接收板接收到的第二信号，y2表示所述第三信号。
2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，
所述多端口导频发射装置产生的多端口导频信号通过通用公共无线电接口CPRI输入至所述天线单元。
3.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，
所述多端口导频发射装置还通过一射频线缆与所述信道模拟装置连接。
4.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包括：
用于屏蔽外界干扰信号的屏蔽箱；
所述天线单元与所述多天线接收板内置于所述屏蔽箱内。
5.一种大规模天线基站设备的测试方法，所述大规模天线基站设备包括天线单元，其特征在于，所述测试方法包括：
通过一多端口导频发射装置产生多端口导频信号，并经由所述天线单元将所述多端口导频信号发送至一多天线接收板；以及，通过一信道模拟装置，检测所述多天线接收板接收到的导频信号，并根据接收到的导频信号，计算所述天线单元到所述多天线接收板之间的大规模天线信道的第一信道矩阵；
在对所述大规模天线基站设备进行测试时，通过大规模天线基站设备产生第一信号，并经由所述天线单元将所述第一信号发送至所述多天线接收板，以及，通过所述信道模拟装置，模拟测试所需的大规模天线信道的第二信道矩阵，并根据所述第一信道矩阵、第二信道矩阵、和所述多天线接收板接收到的第二信号，生成第三信号并发送给所述测试终端，其中，按照公式y2＝H1 -1H2 y1生成所述第三信号，H1表示所述第一信道矩阵，H2表示所述第二信道矩阵，y1表示所述多天线接收板接收到的第二信号，y2表示所述第三信号。
6.如权利要求5所述的测试方法，其特征在于，还包括：
根据所述大规模天线基站设备发送的第一信号，以及所述测试终端接收到的第四信号，对相关指标进行测试，评估大规模天线基站设备的工作性能，所述相关指标包括终端接收信号质量或者数据传输吞吐量。
7.如权利要求5所述的测试方法，其特征在于，
所述通过一多端口导频发射装置产生多端口导频信号的步骤，包括：
根据大规模天线基站设备的工作带宽，将各个天线端口的导频分散于所述工作带宽上，获得多天线端口的导频图案并发送，其中，不同天线端口的导频之间通过时分方式或频分方式复用。
8.如权利要求5所述的测试方法，其特征在于，
所述多端口导频发射装置在开始产生所述多端口导频信号时，进一步通过与所述信道模拟装置之间的射频线缆，向所述信道模拟装置发送用于提示开始检测导频信号的通知消息；以及，
所述多端口导频发射装置在停止产生所述多端口导频信号时，进一步通过与所述信道模拟装置之间的射频线缆，向所述信道模拟装置发送用于提示停止检测导频信号的通知消息。
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Recent advances in the radiated two-stage MIMO OTA test method and its value for antenna design optimization;Moray Rumney,et al.;《2016 10th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP)》;20160602;全文 *

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