CN109470938B - 大规模mimo设备辐射吞吐量的测量系统与测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了大规模MIMO设备辐射吞吐量的测量系统与测量方法，单探头测试方案无法同时检测两个以上方向辐射性能，多探头测试方案探头的分布在同一球面球心的一个或两个切面上，难以同时检测多角域范围内信号。Massive MIMO设备的测试需要同时检测多角域范围内信号，故解决了传统的检测设备难以精准的检测Massive MIMO的辐射性能的问题。测量系统其技术方案要点探头组，探头组包括至少三个探头，探头位于以被测物为球心的球面，且每两个探头置于过球心的平面，平面的数量至少3个，全部探头所形成的投影面正对于被测设备,实现多角度测量Massive MIMO的辐射性能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及天线测量系统技术领域，更具体地说，它涉及一种大规模MIMO设备辐射吞吐量的测量系统以及测量方法。
背景技术
大规模MIMO（massive MIMO, large-scale MIMO），是将传统MIMO的天线数增加，现有文献的仿真大多采用100-256根天线，现有的原型机一般采用128根天线。大规模天线阵列基于多用户波束成形的原理，在基站端布置几百根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束，通过空间信号隔离，在同一频率资源上同时传输几十条信号。这种对空间资源的充分挖掘，可以有效利用宝贵而稀缺的频带资源，并且成几十倍地提升网络容量。
在实际应用中，多天线的基站也可以同时瞄准多个用户，构造朝向多个目标客户的不同波束，并有效减小各个波束之间的干扰。这种多用户的波束成形在空间上有效地分离了不同用户间的电磁波，是Massive MIMO天线的基础所在。
Massive MIMO技术利用增加天线的方式提高了频谱分配的信道容量网络容量，Massive MIMO中的信号处理方法原则上可以直接用到大规模Massive MIMO中，但是天线数增加后，Massive MIMO的方法可能会表现出不同的效果,故需要检测Massive MIMO设备辐射的吞吐量。现有技术，通常采用探头对Massive MIMO设备进行发出或者接收辐射波，从而来检测Massive MIMO设备的辐射吞吐量的方式，传统的辐射性能测试方案中，探头的分布在有限的一个面或两个面上，且探头接受波段的信号强弱不一，难以同时检测多角域范围内信号。
传统的辐射性能测试方案中，单探头测试方案无法同时检测两个以上方向辐射性能，多探头测试方案探头的分布在同一球面球心的一个或两个切面上，难以同时检测多角域范围内信号。Massive MIMO设备的测试需要同时检测多角域范围内信号，故传统的检测设备难以精准的检测Massive MIMO的辐射性能。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种大规模MIMO设备辐射吞吐量的测量系统，所述设备的多个探头分布在以被测物为球心的不同平面上，实现多角度测量大规模MIMO的辐射性能的目的。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的： 一种大规模MIMO设备辐射吞吐量的测量系统，包括探头组，探头组包括至少三个探头，探头位于以被测物为球心的球面，且每两个探头置于过球心的平面，平面的数量至少3个，全部探头所形成的投影面正对于被测设备。
通过采用上述技术方案，探头三个以上是为了适应满足Massive MIMO多发多收的工作机制并同时检测一个球面上的信号，提高了测试结果的准确性。
探头位于三个不同的平面，探头相对被测物可以三维空间上分散布置，避免了探头集中于一个平面或两个平面的情况发生，提高了对Massive MIMO设备多角度测试的精准度。
探头朝向均是指向被测设备的，故多个探头辐射正前方一个面，也就投影面，实现信号从多个角度同时发射或接收信号，提高了对Massive MIMO设备的辐射吞吐量的检测性能。
探头朝向均是指向被测设备，可以保证Massive MIMO通道的一致性。
根据需求可以调整对被测设备朝向投影面的位置，实现对被测设备上特定位置进行针对性检测，特定位置也就是投影面朝向的位置。
所有探头到被测设备（Massive MIMO设备）距离相同，均为球面的半径，其的目的在于，各个探头在接收或发出波段时，波段的信号强弱尽可能的保持一致，这样可以提高检测效果的精确度。
较佳的，相邻探头之间的横向距离相同均为d1，相邻探头之间的竖向距离相同均为d2。
通过采用上述技术方案，探头到被测设备的间距相同，探头阵列中每个探头处于等幅等相位的面上，有利于进一步提高检测精度。
两个探头横向距离相同是指：在同一个水平面上，相邻两个探头沿着横向面的最短距离相同，若有中心探头位于两个探头之间，就以探头与中心探头在同一水平面上的最短距离；两个探头竖向距离相同是指：在同一个竖向面上，相邻两个探头沿着竖向面的最短距离相同，若有中心探头位于两个探头之间，就以探头与中心探头在同一水平面上的最短距离； 横向距离与竖向距离的相同均是有利于波段信号的采集，提高设备在辐射吞吐量检测过程中的精度。
较佳的，d1与d2均大于被测设备所发出波的一半波长。
通过采用上述技术方案，大于1/2波长目的在于避免探头间的互耦，提升检测结果的精度。
较佳的，探头数量为5个或者15个。
通过采用上述技术方案，探头数量为5个或者15个，具有良好的测试结果。
较佳的，被测设备置于探头组中心，探头组中心两端的探头形成直线L，被测设备测试面口径边沿与L的端部形成直线X，两侧直线X形成夹角，夹角大于60度。
通过采用上述技术方案，对于Massive MIMO 只有主辐射面的辐射性能，夹角大于60度能够涵盖半功率，能够有效提升检测结果的精度。
较佳的，探头组依次电连接有信号调节装置、信道仿真器、综合测试仪和测量分析平台，还包括用于放置被测设备的承载装置。
通过采用上述技术方案，承载装置，用于放置被测设备；
综合测试仪发出信号；
信号调节装置的作用将发出的信号进行滤波、放大处理后，然后传送至探头组；
信道仿真器作用建立预先定义的信道模型，然后通过信道模型转为Massive MIMO的信号；
测量分析平台用于控制综合测试仪和Massive MIMO设备的信号发生，以及将测试信号转化为图形或数字化信息。
探头组发出的波段由Massive MIMO设备接收后，并通过测量分析平台转化为图形或数字信号，以得到Massive MIMO设备辐射接收体量。
Massive MIMO设备自动发出波段由探头组接收后，并通过测量分析平台转化为图形或数字信号，以得到Massive MIMO设备辐射发射吐量。利用该设备的一次测试，就可以检测出Massive MIMO设备的辐射吞吐量。
较佳的，信号调节装置为滤波器或/和放大器或/和衰减器。
通过采用上述技术方案，信号调节装置的组合可以是单个的滤波器或放大器或衰减器，也可以是三个设备中任意两个组合，也可以三个设备一起使用。
较佳的，探头置于架体，架体呈缺球面状。
通过采用上述技术方案，缺球面是球面上截取的部分曲面，缺球面的边沿可以平整的如球冠状，缺球面的边沿也可以是凹凸不平的。
球冠是指一个球面被平面所截后剩下的曲面；架体为球冠状，便于探头在架体上按球面的位置关系进行安装与布置。
本发明的第二目的是提供一种大规模MIMO设备辐射吞吐量的测试方法,达到通过该系统控制被测设备接收和发出辐射，测量分析平台计算转化为图形或数字化信息，观察并记录其吞吐量表现。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种通过测量系统来测试Massive MIMO设备辐射吞吐量的方法，步骤如下，
S1，将被测设备放置在与探头装置相隔一定距离的承载装置上，使被测设备测试面口径与探头阵列中心位置两端探头所在直线L所形成的夹角大于60°；
S2.测试被测设备下行性能时，由测量分析平台发出指令，控制综合测试仪发射信号，信号经由信道仿真器中预定义的发射信道模型后转化为所需的Massive MIMO信号，信号经调节装置的滤波、放大处理后进入探头组，经空间辐射传播到被测设备，测量分析平台计算转化为图形或数字化信息，观察并记录其吞吐量表现。
S3.测试被测设备上行发射性能时，由测量分析平台发出指令，控制被测设备发射Massive MIMO信号，信号经空间辐射传播到探头组，经调节装置滤波、放大处理后进入信道仿真器，信号经由信道仿真仪中预定义的信道模型后转化为综合测试仪能处理信号，经由综合测试仪调制解调处理后传递给测量分析平台计算转化为图形或数字化信息，观察并记录其吞吐量表现。
综上所述，本发明具有以下有益效果本系统利用Massive MIMO天线多发多收的性质，结合Massive天线的波束扫描特性，在空间范围内多角度布置阵列探头，既覆盖率Massive天线扫描角域，又利用多探头阵列布局满足了Massive MIMO多发多收的工作机制。
因为之前普通的测试采用单探头发射和接收测试，假设利用单探头轨迹运动扫描完成测试，本方案采用固定探头布局，减少机械运动误差和探头运动过程中对电磁环境的扰动，所以测试更加成熟稳定。
附图说明
图1是实施例1的布置图；
图2是实施例1中被测设备与两端探头的位置关系示意图；
图3是实施例1中5个探头的正投影示意图；
图4是实施例 1中5个探头的俯视图；
图5是实施例1中5个探头的左视图；
图6是实施例2中15个探头沿球面的布置示意图；
图7是实施例2中15个探头的正投影示意图。
图中：1、信号调节装置；2、信道仿真器；3、综合测试仪；4、测量分析平台；5、承载装置；6、被测设备；7、探头；8、夹角；9、架体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1，一种大规模MIMO设备辐射吞吐量的测量系统，如图1、图2、图3、图4与图5所示， 包括电连接（图1中的虚线表示电连接线）的探头组、信号调节装置1、信道仿真器2、综合测试仪3和测量分析平台4，探头组正对有承载装置5。探头组可以有6、7、8、9、10个探头7，本实施例中，探头组中探头7数量为5个。
且探头7均位于同一个球面，探头7安装在架体9，架体9位球冠形面板，架体9下方会有支撑杆。单一探头7与被测设置之间的间距为定值Y，探头7位于以被测物为球心，探头7阵列的中心探头7为半径所在圆的球面上。Y为球面所在球形的半径，故被测设备6的中心到各个探头7之间的间距相同。
相邻探头7之间沿球面的横向距离均为d1，相邻探头7之间沿球面的竖向距离均为d2，并且以中间探头7位中心点，故在正投影面上，以中间探头7为中心，左右两侧以及上下两侧相邻的探头7间距应当相同，而随着的探头7在横向的行数或者在竖向列数增加后，在投影面上的相邻探头7间距将会有内至外逐渐缩小；并且d1与d2均大于被测设备6波长的一半。本实施例中，d1与d2距离相同，且d1与d2的长度均等于被测设备的所辐射发出波的波长。
被测设备6置于探头组中心，探头组中心两端的探头7形成直线L，被测设备6测试面口径边沿与直线L的端部形成直线X，两侧直线X形成夹角8，夹角8可以为65、70、80、90、120度，本实施例夹角8为68度。
信号调节装置1为滤波器和放大器和衰减器。
实施例2，一种Massive MIMO设备辐射吞吐量的测量系统，其与实施例1的不同之处在于，如图6与图7所示，探头7的数量为15个；显然，探头7的列数大于3，在正投影面上，最外侧的相邻探头7之间的横向距离应当是小于内侧的相邻探头7之间的横向距离。
实施例3，一种利用实施例1或实施例2中系统的来测试大规模MIMO设备辐射吞吐量的方法，步骤如下，
S1，将被测设备6放置在与探头7装置相隔一定距离的承载装置5上，使被测设备6测试面口径与探头7阵列中心位置两端探头7所在直线L所形成的夹角8大于60°；
S2.测试被测设备6下行性能时，由测量分析平台发出指令，控制综合测试仪发射信号，信号经由信道仿真器中预定义的发射信道模型后转化为所需的Massive MIMO信号，信号经调节装置的滤波、放大处理后进入探头组，经空间辐射传播到被测设备，测量分析平台计算转化为图形或数字化信息，观察并记录其吞吐量表现。
S3.测试被测设备6上行性能时，由测量分析平台4发出指令，控制被测设备6发射Massive MIMO信号，信号经空间辐射传播到探头7组，经调节装置滤波、放大处理后进入信道仿真器2，信号经由信道仿真仪中预定义的接收信道模型后转化为综合测试仪3能处理的信号，经由综合测试仪3调制解调处理后传递给测量分析平台4计算转化为图形或数字化信息，观察并记录其吞吐量表现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.大规模MIMO设备辐射吞吐量的测量系统，其特征是：包括探头组，探头组包括至少三个探头(7)，探头(7)位于以被测物为球心的球面，探头(7)安装在架体(9)，架体(9)为球冠形面板，架体(9)下方设有支撑杆，每两个探头（7）所连的直线与球心的组成一个平面，这样平面的数量至少3个，全部探头（7）所形成的投影面正对于被测设备（6）；相邻探头(7)之间的横向距离相同均为d1，相邻探头(7)之间的竖向距离相同均为d2；d1与d2均大于被测设备（6）所发出波的一半波长；探头(7)数量为5个或者15个。
2.根据权利要求1所述的大规模MIMO设备辐射吞吐量的测量系统，其特征是：被测设备(6)置于探头组中心，探头组中心两端的探头(7)形成直线L，被测设备(6)测试面口径边沿与L的端部形成直线X，两侧直线X形成夹角(8)，夹角(8)大于60度。
3.根据权利要求1所述的大规模MIMO设备辐射吞吐量的测量系统，其特征是：探头组依次电连接有信号调节装置(1)、信道仿真器(2)、综合测试仪(3)和测量分析平台(4)，还包括用于放置被测设备（6）的承载装置（5）。
4.根据权利要求3所述的大规模MIMO设备辐射吞吐量的测量系统，其特征是：信号调节装置(1)为滤波器或/和放大器或/和衰减器。
5.根据权利要求1所述的大规模MIMO设备辐射吞吐量的测量系统，其特征是：探头（7）置于架体（9），架体（9）呈缺球面状。
6.一种通过权利要求1的测量系统来测试大规模 MIMO设备辐射吞吐量的方法，其特征是：步骤如下，
S1，将被测设备(6)放置在与探头(7)装置相隔一定距离的承载装置(5)上，探头组中心两端的探头(7)形成直线L，被测设备(6)测试面口径边沿与L的端部形成直线X，两侧直线X形成夹角(8)，夹角(8)大于60度；
S2.测试被测设备(6)下行性能时，由测量分析平台(4)发出指令，控制综合测试仪(3)发射信号，信号经由信道仿真器(2)中预定义的发射信道模型后转化为所需的MassiveMIMO信号，信号经调节装置的滤波、放大处理后进入探头组，经空间辐射传播到被测设备(6)，测量分析平台(4)计算转化为图形或数字化信息，观察并记录其吞吐量表现；
S3.测试被测设备(6)上行性能时，由测量分析平台(4)发出指令，控制被测设备(6)发射Massive MIMO信号，信号经空间辐射传播到探头组，经调节装置滤波、放大处理后进入信道仿真器(2)，信号经由信道仿真仪中预定义的接收信道模型后转化为综合测试仪(3)能处理的信号，经由综合测试仪(3)调制解调处理后传递给测量分析平台(4)计算转化为图形或数字化信息，观察并记录其吞吐量表现。
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