CN108307421A - 无线终端的测量方法、计算机可读存储介质、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MIMO无线终端的测量方法：S101.定义无线终端的接收机R_x的输入端口的测量信号为T_x，其余接收机的输入端口无测量信号，通过传输矩阵A获得此时的测量用发射信号；S102.将S101中所述的测量用发射信号馈入测量天线中，通过测量天线向所述无线终端发射以对无线终端进行测量获得相应的误码率BER_X；S103.调整测量信号T_x的功率，直到接收机R_x达到预设的误码率BER₀，此时的误码率BER₀对应的测量信号T′_x的功率为接收机R_x的辐射灵敏度P_x。本发明能够对现有技术中无法测量的无线参数进行测量，并且测量结果高度反映了无线终端在正常工作状态下的无线性能。在MIMO无线终端产品的研发和生产中，对工程师诊断问题和改进设计有极大的参考价值。

Description

无线终端的测量方法、计算机可读存储介质、装置及系统

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种无线终端的无线性能参数的测量方法、计算机可读存储介质、装置及系统。

背景技术

目前，CCSA(China Communications Standards Association)、3GPP(The 3rdGeneration Partnership Project)及CTIA(The Cellular Telecommunication andInternet Association)等国内外通信标准组织提出的MIMO OTA测量标准中，MIMO无线终端的OTA测量只需测量吞吐量(Throughput)。吞吐量标准测量方法包括多探头暗室法(TheMulti-Probe Anechoic Chamber Method,MPAC)(唯一的认证标准方法)和辐射两步法(TheRadiated Two-Stage method,RTS)(唯一的候选方法)。MPAC方法中，多路径环境通过信道仿真器加上多个探头来实现，该方法需要至少16个探针用于2D通道模型实现。RTS方法在仪表中通过对所测量的天线方向图和信道模型进行积分来计算接收机的接收信号，然后馈送到接收机，是一种更具成本效益的方法。

然而，仅仅进行吞吐量测量无法为工程师提供终端的更多信息以调试和改进产品。当MIMO无线终端的吞吐量劣化时，工程师也难以定位故障。MIMO无线终端具有比SISO无线终端更复杂的射频电路，更是给分析带来了极大的困难。

接收机是手机、笔记本电脑等各种MIMO无线终端的基础部件。无线设备在研发和生产过程必须经过各种性能检测，其中包括接收机的灵敏度检测。灵敏度定义了接收机可以接收到的并仍能正常工作的最低信号强度，灵敏度是一个功率电平，接收机的灵敏度常靠检测误码率BER来确定。误码率是指信号在被接收机接收后，出错的数据包数量与总传输数据包数量的比值，常以百分比的形式表示。以全球移动通信系统协议(GSM)为例，当接收机输入功率使其以2.44％的误码率工作时，是相应的灵敏度。接收机灵敏度的确定是十分必要且重要的，尤其是在现代数字通信系统中。由于模拟器件之间的差异性影响，相同型号无线接收机的灵敏度之间也会存在很大的差异性。

用于评估MIMO无线终端的接收机的现有方法是传导法，采用RF电缆连接无线终端，测量获得其传导灵敏度。然而，无线终端在正常工作状态下，自身辐射的干扰和噪声(由自身的电路引起)可以耦合到自身的天线，然后馈入接收机，传导测量法不能测得此耦合干扰，其测量结果不能反映无线终端的真实工作性能。

此外，现有技术中，各接收机的噪声水平，无线终端的电路模块对接收机的干扰都无法单独测量获得。

一种能够获得MIMO无线终端在真实工作状态下各接收机的无线性能参数的测量方法亟待提出。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种无线终端的无线性能参数的测量方法、计算机可读存储介质、装置及系统。

本发明包括无线终端的两方面的测量方法，就第一方面的测量方法而言，所述无线终端为MIMO无线终端，包括m个接收机，所述测量在微波暗室中进行，所述微波暗室包括n个测量天线，m个接收机R₁，R₂，…R_m的输入端口的测量信号分别为T₁，T₂，…，T_m，测量用发射信号为MT₁，MT₂，…，MT_n，测量用发射信号与测量信号满足如下关系：

令A为测量天线到接收机输入端口的传输矩阵，所述测量方法如下：

S101.对于任一接收机R_x，x＝1,2,…,m，定义所述接收机R_x的输入端口的测量信号为T_x，其余接收机的输入端口无测量信号，通过传输矩阵A获得此时的测量用发射信号；

S102.将S101中所述的测量用发射信号馈入测量天线中，通过测量天线向所述无线终端发射以对无线终端进行测量获得相应的误码率BER_x；

S103.调整测量信号T_x的功率，直到接收机R_x达到预设的误码率BER₀，此时的误码率BER₀对应的测量信号T′_x的功率为接收机R_x的辐射灵敏度P_x，由此获得接收机R_x的辐射灵敏度P_x。

作为本发明第一方面测量方法的进一步限定，定义接收机R_x和其对应的天线x为第x个空中链路系统，根据所述接收机R_x的辐射灵敏度P_x和所述天线x的增益获得第x个空中链路系统的EIS值或/和TIS值。

在本发明第一方面测量方法的上述限定中，所述第x个空中链路系统的EIS值为：

EIS_x(θ,φ)是第x个空中链路系统在角度(θ,φ)的EIS值，P_x是接收机R_x的辐射灵敏度，G_{V_x}(θ,φ)是天线x在V极化及角度(θ,φ)的增益，G_{H_x}(θ,φ)是天线x在H极化及角度(θ,φ)的增益；

所述第x个空中链路系统的TIS值为：

作为本发明第一方面测量方法的另一种限定，分别在干扰源关闭和开启的状态下执行S101～S103所述的测量方法，根据两次测量结果的差值获得所述干扰源对接收机的辐射灵敏度劣化。

在本发明第一方面测量方法的上述限定中，所述干扰源为所述无线终端的至少一个模块，或与所述无线终端连接的外部装置。

本发明无线终端的第二方面测量方法中，所述无线终端为MIMO无线终端，包括m个接收机，所述测量在微波暗室中进行，所述微波暗室包括n个测量天线，m个接收机R₁，R₂，…R_m的输入端口的测量信号分别为NT₁，NT₂，…，NT_m，测量用发射信号为MT₁，MT₂，…，MT_n，测量用发射信号与测量信号满足如下关系：

令A为测量天线到接收机输入端口的传输矩阵，所述测量方法如下：

S201.对于任一接收机R_x，x＝1,2,…,m，定义所述接收机R_x的输入端口的测量信号为NT_x，测量信号NT_x包括恒定测量信号T_px与测量噪声N_x，其余接收机的输入端口无测量信号，通过传输矩阵A获得此时的测量用发射信号；

S202.将S201中所述的测量用发射信号馈入测量天线中，通过测量天线向所述无线终端发射以对无线终端进行测量获得相应的误码率BER_x；

S203.恒定测量信号T_px的功率保持不变，调整测量噪声N_x的功率，直到接收机R_x达到权利要求1中所述的预设的误码率BER₀，此时的误码率BER₀对应的测量噪声为N′_x，由此获得接收机R_x的噪声电平N_{nor_x}，其中P_x为接收机R_x在误码率BER₀下的辐射灵敏度。

作为本发明第二方面测量方法的进一步限定，所述接收机R_x的恒定测量信号T_px至少比所述接收机R_x的辐射灵敏度P_x大3dB。

作为本发明第二方面测量方法的进一步限定，所述测量噪声为无损耗的加性高斯白噪声。

作为本发明第二方面测量方法的进一步限定，分别在干扰源关闭和开启的状态下执行S201～S303所述的测量方法，根据两次测量结果的差值获得所述干扰源导致的噪声电平。

在本发明第二方面测量方法的上述限定中，所述干扰源为所述无线终端的至少一个模块，或与所述无线终端连接的外部装置。

就用于无线终端的测量的计算机可读存储介质而言，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明任一测量方法的步骤。

就用于无线终端的测量装置而言，所述测量装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明任一测量方法的步骤。

就用于无线终端的测量系统而言，包括微波暗室以及测量天线，在所述测量系统中集成本发明的测量装置。

MIMO无线终端中单个接收机的辐射灵敏度、单个空中链路系统的OTA性能(EIS值，TIS值)、单个接收机的辐射灵敏度劣化、接收机噪声电平以及干扰源噪声电平无法通过现有技术中的测量方法获得，本发明能够对上述项目进行测量，并且测量是通过OTA进行的，无需插入电缆连接，与现有的传导测量相比，测量结果高度反映了无线终端在正常工作状态下的无线性能。在MIMO无线终端产品的研发和生产中，对工程师诊断问题和改进设计有极大的参考价值。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中测量用发射信号与测量信号的关系示意图。

图2为MIMO无线终端自身产生的噪声耦合到天线并贡献到接收机噪声电平的示意图。

图3为本发明用于无线终端的测量系统的具体实施方式的示意图。

图4为采用本发明具体实施方式对MIMO平板电脑进行测量，在相机开启和关闭状态下的吞吐量测量结果。

具体实施方式

在此先对本发明中所述测量用发射信号与测量信号的关系进行说明。令MIMO无线终端(以下简称DUT)包括m个接收机，微波暗室包括n个测量天线，m个接收机R₁，R₂，…R_m的输入端口的测量信号分别为T₁，T₂，…，T_m，测量用发射信号为MT₁，MT₂，…，MT_n，测量用发射信号与测量信号满足如下关系：

令A为测量天线到接收机输入端口的传输矩阵，a_ij包含从MT_j到T_i的路径损耗和相位偏移信息，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n，具体而言，a_ij＝G(tx_antj,ij)+P_ij+G(rx_antj,ij)，其中，a_ij为第j个测量天线的输入端口到第i个接收机对应的天线的输出端口的路径复增益，G(tx_antj,ij)为第j个测量天线指向第i个接收机对应的天线方向的增益，G(rx_antj,ij)为第i个接收机对应的天线朝向第j个测量天线方向的增益，P_ij为从第j个测量天线到第i个接收机对应的天线的空间路径损耗。总是可以找到DUT的位置和测量天线的位置的组合，使得传输矩阵A为非奇异的，相应地，测量用发射信号被确定为：

此时，测量用发射信号经测量仪表输出至测量天线，测量天线辐射的信号经传输矩阵A到达DUT接收机输入端口时，接收机的实际接收信号即测量信号。

下面以2×2MIMO DUT为例，对本发明的第一方面实施例测量方法进行描述。

2×2MIMO DUT包括2个接收机R₁和R₂，2个接收机输入端口的测量信号分别为T₁，T₂，当微波暗室中包括2个测量天线时，测量用发射信号为MT₁，MT₂，本发明测量方法如下：

S101.参照图1，对于接收机R₁，定义所述接收机R₁的输入端口的测量信号为T₁，接收机R₂的输入端口无测量信号，通过传输矩阵A获得此时的测量用发射信号如下：

S102.将S101中所述的测量用发射信号馈入测量天线中，通过测量天线向所述DUT发射以对DUT进行测量获得此时相应的误码率BER₁；

S103.调整测量信号T₁的功率，直到接收机R₁达到预设的误码率BER₀，此时的误码率BER₀对应的测量信号T′₁的功率为接收机R₁的辐射灵敏度P₁，由此获得接收机R₁的辐射灵敏度P₁。

同理，按上述S101-S103方法获得接收机R₂的辐射灵敏度P₂。

本发明的测量方法中，根据上述辐射灵敏度和天线的增益，可计算得到DUT各空中链路系统的EIS值(有效全向灵敏度)或/和TIS值(总全向灵敏度)。具体而言，接收机R₁和其对应的天线1组成的第1个空中链路系统的EIS值为：

其中，EIS₁(θ,φ)是第1个空中链路系统在角度(θ,φ)的EIS值，P₁是接收机R₁的辐射灵敏度，G_{V_1}(θ,φ)是天线1在V极化及角度(θ,φ)的增益，G_{H_1}(θ,φ)是天线1在H极化及角度(θ,φ)的增益；

同理，接收机R₂和其对应的天线2组成的第2个空中链路系统的EIS值为：

根据CTIA测试标准，TIS值是用球面积分把DUT在三维的接收性能表达成一个数值。第1个空中链路系统的TIS值为：

灵敏度劣化(Desense)是由噪声(主要由数字电路和RF电路引起)引起的灵敏度的损失，此噪声可认为是干扰源，它可能来自DUT自身的任意一个或多个模块，包括但不限于：接收机自身、硬盘、相机、屏幕、存储卡等，或者与DUT连接的外部装置。本发明中，辐射灵敏度劣化的测量方法为：分别在干扰源关闭和开启的状态下执行S101～S103所述的测量方法，根据两次测量结果的差值获得所述干扰源对接收机的辐射灵敏度劣化。

在强耦合的MIMO系统中，噪声可以耦合到天线并贡献到接收机的噪声电平中，此噪声可能会显著影响DUT的性能，如图2所示。因此，噪声测量对DUT的电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)分析及灵敏度劣化分析都是非常有价值的。例如，可以分别对LTE的接收机在WiFi模块开启和关闭状态下的噪声水平，以此获知WiFi模块对LTE灵敏度的影响。本发明中，接收机本身的噪声的测量方法如下：

S201.对于接收机R₁，x＝1,2,…,m，定义所述接收机R₁的输入端口的测量信号为NT₁,测量信号NT₁包括恒定测量信号T_p1与测量噪声N₁，测量噪声N₁可采用无损耗的加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)，接收机R₂的输入端口无测量信号，通过传输矩阵A获得此时的测量用发射信号；

S202.将S201中所述的测量用发射信号馈入测量天线中，通过测量天线向所述DUT发射以对DUT进行测量获得相应的误码率BER₁；

S203.恒定测量信号T_p1的功率保持不变，调整测量噪声N₁的功率，直到接收机R₁达到S103中所述的预设的误码率BER₀，此时的误码率BER₀对应的测量噪声为N′₁，由此获得接收机R₁的噪声电平N_{nor_1}，

下面具体阐述S203的计算原理。对于固定的接收机而言，在频率和协议模式不变的情况下，一个固定的误码率BER对应一个固定的信噪比SNR(signal-to-noise ratio),两者关系如下：

其中SNR是接收机的输入端口处的测量信号的SNR值，f_bit是在不变的频率和协议模式下被认为是常数的比特率。

那么，

上式等价于：

N_{nor_1}*(T_p1+N′₁-P₁)＝N′₁*P₁，

当T_p1＞＞P₁，例如，T_p1至少比P₁大3dB时：

N_{nor_1}*(T_p1+N′₁-P₁)≈N_{nor_1}*(T_p1+N′₁)，

那么

N′₁*P₁≈N_{nor_1}*(T_p1+N′₁)，

即

由此近似计算获得N_{nor_1}：

同理，按上述S201-S203方法获得接收机R₂的噪声电平N_{nor_2}。

本发明中，干扰源带来的噪声的测量方法为：分别在干扰源关闭和开启的状态下执行S201～S303所述的测量方法，根据两次测量结果的差值获得所述干扰源导致的噪声电平。

在此，为了清楚地展示噪声对MIMO DUT的影响，本实施例中对2×2MIMO平板电脑进行了测量验证，将相机模块作为干扰源，分别在平板电脑的相机模块关闭和开启的状态下进行了测量。所述测量采用的测量系统如图3所示，测量系统包括微波暗室，测量天线，测量操作及结果输出用的电脑，此外，测量系统中集成了实施本发明测量方法的测量装置(Instrument)，测量系统设置如下表1所示：

表1

需要说明的是：进行空间信道模型扩展(SCME)UMi(详见3GPP技术报告)以进行最终吞吐量测量；记录下行链路功率，当接收机工作在BER值为4％时，作为测量的辐射灵敏度。

测量结果如下表2所示：

表2

图4所示为相机开启和关闭状态下的吞吐量测量结果。

上述测量结果显示，相机电路带来的desense导致接收机R₁产生9.93dB的辐射灵敏度劣化，接收机R₂产生2.43dB的辐射灵敏度劣化；接收机R₁产生9.93dB的TIS劣化，接收机R₂产生2.43dB的TIS劣化；接收机R₁增加9.80dB的噪声，接收机R₂增加2.37dB的噪声。此外，相机电路还导致了吞吐量产生约6.8dB的显著劣化。

可以看出，相机电路对接收机R₁的劣化影响较接收机R₂更大，而作为被测件的此平板电脑中，相机距离天线1的馈电点较近，距离天线2的馈电点较远，因此，上述测量结果是合理的。通过本发明的测量方法获得的测量结果可高度反映MIMO无线终端各部件在工作状态下的无线性能，并且能够诊断无法通过现有技术的方法知晓的噪声源，在MIMO无线终端产品的研发和生产中，对工程师诊断问题和改进设计有极大的参考价值。

本发明另一方面实施例为一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如测量方法实施例中所述的步骤。

本发明另一方面实施例为一种测量装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如测量方法实施例中所述的步骤。

需要说明的是，可通过多种方式来实现本发明的实施方式，例如，硬件、固件、软件或其组合。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.无线终端的测量方法，所述无线终端为MIMO无线终端，包括m个接收机，所述测量在微波暗室中进行，所述微波暗室包括n个测量天线，其特征在于，m个接收机R₁，R₂，…R_m的输入端口的测量信号分别为T₁，T₂，…，T_m，测量用发射信号为MT₁，MT₂，…，MT_n，测量用发射信号与测量信号满足如下关系：

令A为测量天线到接收机输入端口的传输矩阵，所述测量方法如下：

S101.对于任一接收机R_x，x＝1,2,…,m，定义所述接收机R_x的输入端口的测量信号为T_x，其余接收机的输入端口无测量信号，通过传输矩阵A获得此时的测量用发射信号；

S102.将S101中所述的测量用发射信号馈入测量天线中，通过测量天线向所述无线终端发射以对无线终端进行测量获得相应的误码率BER_x；

S103.调整测量信号T_x的功率，直到接收机R_x达到预设的误码率BER₀，此时的误码率BER₀对应的测量信号T′_x的功率为接收机R_x的辐射灵敏度P_x，由此获得接收机R_x的辐射灵敏度P_x。

2.如权利要求1所述的无线终端的测量方法，其特征在于，定义接收机R_x和其对应的天线x为第x个空中链路系统，根据所述接收机P_x的辐射灵敏度P_x和所述天线x的增益获得第x个空中链路系统的EIS值或/和TIS值。

3.如权利要求2所述的无线终端的测量方法，其特征在于，所述第x个空中链路系统的EIS值为：

EIS_x(θ,φ)是第x个空中链路系统在角度(θ,φ)的EIS值，P_x是接收机R_x的辐射灵敏度，G_{V_x}(θ,φ)是天线x在V极化及角度(θ,φ)的增益，G_{H_x}(θ,φ)是天线x在H极化及角度(θ,φ)的增益；

所述第x个空中链路系统的TIS值为：

4.如权利要求1所述的无线终端的测量方法，其特征在于，分别在干扰源关闭和开启的状态下执行S101～S103所述的测量方法，根据两次测量结果的差值获得所述干扰源对接收机的辐射灵敏度劣化。

5.如权利要求4所述的无线终端的测量方法，其特征在于，所述干扰源为所述无线终端的至少一个模块，或与所述无线终端连接的外部装置。

6.无线终端的测量方法，所述无线终端为MIMO无线终端，包括m个接收机，所述测量在微波暗室中进行，所述微波暗室包括n个测量天线，其特征在于，m个接收机R₁，R₂，…R_m的输入端口的测量信号分别为NT₁，NT₂，…，NT_m，测量用发射信号为MT₁，MT₂，…，MT_n，测量用发射信号与测量信号满足如下关系：

令A为测量天线到接收机输入端口的传输矩阵，所述测量方法如下：

S201.对于任一接收机R_x，x＝1,2,…,m，定义所述接收机R_x的输入端口的测量信号为NT_x，测量信号NT_x包括恒定测量信号T_px与测量噪声N_x，其余接收机的输入端口无测量信号，通过传输矩阵A获得此时的测量用发射信号；

S202.将S201中所述的测量用发射信号馈入测量天线中，通过测量天线向所述无线终端发射以对无线终端进行测量获得相应的误码率BER_x；

S203.恒定测量信号T_px的功率保持不变，调整测量噪声N_x的功率，直到接收机R_x达到权利要求1中所述的预设的误码率BER₀，此时的误码率BER₀对应的测量噪声为N′_x，由此获得接收机R_x的噪声电平N_{nor_x}，其中P_x为接收机R_x在误码率BER₀下的辐射灵敏度。

7.如权利要求6所述的无线终端的测量方法，其特征在于，所述接收机R_x的恒定测量信号T_px至少比所述接收机R_x的辐射灵敏度P_x大3dB。

8.如权利要求6所述的无线终端的测量方法，其特征在于，所述测量噪声为无损耗的加性高斯白噪声。

9.如权利要求6所述的无线终端的测量方法，其特征在于，分别在干扰源关闭和开启的状态下执行S201～S303所述的测量方法，根据两次测量结果的差值获得所述干扰源导致的噪声电平。

10.如权利要求9所述的无线终端的测量方法，其特征在于，所述干扰源为所述无线终端的至少一个模块，或与所述无线终端连接的外部装置。

11.计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-10中任一所述测量方法的步骤。

12.无线终端的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-10中任一所述测量方法的步骤。

13.无线终端的测量系统，包括微波暗室以及测量天线，其特征在于，在所述测量系统中集成如权利要求12所述的测量装置。