CN109791171B - 用于总辐射功率测量的精简网格 - Google Patents

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Abstract

一种用于执行天线系统的TRP测量的方法和装置使用采样网格，所述采样网格考虑被测天线的球形几何形状和方向性，同时考虑测试时间。所述采样网格的优化平衡了减少样本数量以减少测试时间与确保TRP估计的准确性之间的权衡。

Description

用于总辐射功率测量的精简网格
技术领域
本公开一般地涉及天线系统的辐射功率的测量，并且更具体地说，涉及用于使用精简采样网格来测量天线系统的辐射功率的方法和装置。
背景技术
总辐射功率(或简称TRP)是一种有源测量，其用于确定天线或天线系统在连接到有源发射机时发送的总功率。用于测量TRP的一种方法是在被测设备(DUT)(也被称为被测装备(DUT))周围的球体上的多个采样点处执行辐射功率的测量，例如等效全向辐射功率(EIRP)测量。用于估计TRP的直接方法是在球体上以均匀间隔进行EIRP测量。该方法产生的误差与EIRP测量之间的间隔(并且因此与EIRP测量的次数)相关。
当前有关3GPP中的空中(OTA)要求的讨论考虑还针对带内和杂散无用发射(例如相邻信道发射)定义TRP测量。这将需要在大量频率上进行TRP测量，并且可能具有非全向辐射方向图。
当今众所周知并且接受的用于计算TRP的方法基于以Δθn和Δφm的角度间隔，在单位球体的表面上测量θn和φm的EIRP，从而允许等角度方法采样。粗略采样间隔非常适合于测量不产生波束方向图而是全向方向图的设备，例如用户设备(UE)。它还非常适合于测量有用载波TRP。但是，跨越整个球体周围的整个频域测量杂散发射的TRP可能导致大量测量时间。例如，在1度粒度下，整个球体对于仅一个频率将产生64,800(180x360)个样本。因为不能减少测试频率的数量，所以发明者提出减小粒度以提供更粗略的网格，由此这将减少大量样本和关联的测试时间。该方法具有某些挑战，因为仅提供更粗略的网格可能降低整体TRP值的准确性。对于不是全向并且具有相对较窄的半功率波束宽度的波束方向图，这可以证明更是一个问题。例如，如果样本未准确地捕获主波束功率(或过度捕获)，则这可能明显导致TRP值的过度(或不足)估计。
因此，需要一种在测量工作与测量性能之间提供平衡的方法。
发明内容
一种用于执行天线系统的TRP测量的方法和装置使用精简采样网格，所述精简采样网格考虑被测天线的球形几何形状和方向性，同时考虑测试时间。所述采样网格的优化平衡了减少样本数量以减少测试时间与确保TRP估计的准确性之间的权衡。
测量设置将包括被测基站、用于基站的测试和控制硬件和软件、以及测量系统和测试设备。本公开的实施例涉及用于控制基站和测试环境的测试和控制硬件。
要进行测量的点集能够减少到现有技术方法的50％。因此，TRP测量可以比以前更快地执行，这导致成本节省并且增加诸如消声室之类的受限资源的容量。
本公开的示例性实施例包括用于进行天线系统的空中测量的方法。在一个实施例中，所述方法包括：定义围绕所述天线系统的至少一个空间采样网格，所述采样网格具有根据所述天线系统的几何形状和/或所述天线系统的波束方向图而变化的采样点分布；以及在所述空间采样网格的所述采样点中的选定采样点处测量接收功率。
本公开的其它实施例包括用于进行由定向天线系统发射的辐射功率的空中测量的测量设备。所述测量设备的一个实施例包括：测试天线，用于接收由所述定向天线系统发送的测试信号；测量电路，用于测量由所述测试天线接收的所述测试信号的接收功率；定位器，用于改变所述定向天线系统与所述测试天线的相对位置；以及控制电路。所述控制电路被配置为：定义围绕所述定向天线系统的空间采样网格，所述采样网格具有根据所述定向天线系统的几何形状和/或有用覆盖而变化的采样点分布；控制所述定位器以在所述空间采样网格中的采样点处相对于所述定向天线系统来定位所述测试天线；以及控制所述测量电路以在所述空间采样网格中的采样点处测量接收功率。
附图说明
图1示出用于TRP测量的DUT和坐标系；
图2是示出使用均匀网格进行的TRP测量的准确性的图；
图3A和3B分别示出具有分布式轴和组合式轴的TRP测量系统；
图4A和4B示出用于等距离和等区域测量方法的采样点在方位角平面上的投影；
图5A-5D示出完整采样网格；
图6A-6D示出分别投影到方位角平面上的图5A-5D的测量网格；
图7A-7D是分别示出与图5A-5D的测量网格的理想结果的偏差的图；
图8A-8C示出具有两个测量扇区的精简采样网格；
图9A-9C示出分别投影到方位角平面的图8A-8C的采样网格；
图10A-10C是分别示出与图8A-8C的采样网格的理想结果的偏差的图；
图11示出具有两个不相等采样区域的球形采样网格；
图12示出球形网格中的窄波束；
图13示出用于图12中所示的窄波束的采样网格；
图14示出根据一个实施例的进行空中测量的示例性方法；
图15示出用于进行空中测量的示例性测量设置；
图16示出根据一个实施例的测量设备；
图17示出根据另一个实施例的测量设备；
图18示出根据另一个实施例的测量设备；
图19示出紧缩天线测试范围内的路径损耗；
图20示出测量相邻信道泄漏比(ACLR)的方法。
具体实施方式
TRP是一种有源测量，其用于确定天线或天线系统在连接到有源发射机时发送的总功率。在DUT(例如，定向天线系统)周围的球体上的多个位置处执行测量。
图1示出用于进行TRP测量的球面坐标系。角度θ(在此被称为仰角)在区间0＜θ＜π内定义，角度
Figure GDA0003094156970000041
(被称为方位角)在区间
Figure GDA0003094156970000042
内定义。方向
Figure GDA0003094156970000043
是沿着x轴的方向。在理论上，通过在球体表面上对EIRP进行积分来导出TRP：
Figure GDA0003094156970000044
其中θ是仰角，
Figure GDA0003094156970000045
是方位角。实际上，球体表面上的积分近似于下面的总和，其中假设针对θ和
Figure GDA0003094156970000046
等距地执行测量。
Figure GDA0003094156970000047
其中θ是仰角，
Figure GDA0003094156970000048
是方位角。θ和
Figure GDA0003094156970000049
的网格越精细，总和对积分的近似越好。
图2示出使用均匀网格进行的TRP测量的准确性，其中θ和
Figure GDA00030941569700000410
的范围从1/16度到45度，并且相对于θ和
Figure GDA00030941569700000411
的起始位置的灵敏度而分布。测量的波束是具有65度3dB带宽的高斯波束，如在3GPP TR 37.842 V1.9.0第5.3.3.1条款中指定的那样。如图2中所示，并非始终需要使用密集网格以便准确地估计TRP。以这种方式进行的TRP测量主要用于测量具有全向天线的移动设备，例如移动电话。
图3A和3B示出用于执行TRP测量的两个公知的测试设置50。为了测量球体表面上的每个采样点处的EIRP，需要球形定位系统以移动DUT55(例如，定向天线系统)和/或测试天线60。图3A示出分布式轴测试设置50，其中DUT 55围绕第一轴旋转，测试天线60围绕第二轴旋转。图3B示出组合式轴测试设置50，其中DUT 55围绕两个轴旋转，测试天线60固定。如下面更详细描述的，可以在消声室中执行测量。
如在蜂窝电信和互联网协会(CTIA)的“移动站空中性能测试计划”第3.1版第2.6节中规定的，通过针对每个采样点的相等区域而不是节点之间的相等距离来减少测量点的数量。图4A和4B示出用于等距离和等区域方法的采样点在方位角平面上的投影。图4A示出Δθ和
Figure GDA0003094156970000051
中的等距采样网格。图4B示出Δθ和θ相关
Figure GDA0003094156970000052
的等距网格。如图4A中所示，在
Figure GDA0003094156970000053
中的采样点之间具有相等距离，测量结果将更密集，进一步达到执行测量的θ的极限。如图4B中所示，当接近θ的极限时，
Figure GDA0003094156970000054
中的距离可以增加，以使得采样点覆盖更多的相等区域。对于移动电话，通常针对有用载波测量TRP，并且假设移动电话将具有相当全向的辐射方向图。
图5A-5D示出用于执行空中测量的四种参考测量采样网格。
图5A示出等距采样网格，其中
Figure GDA0003094156970000055
Δθ＝15度。注意θ＝0和θ＝180度周围的采样点浓度。
图5B示出在仰角上等距的采样网格，其中Δθ＝15度，并且对于
Figure GDA0003094156970000056
具有仰角相关步长，对于θ＝90度，
Figure GDA0003094156970000057
并且然后在方位角平面上均匀分布的约束下，朝向θ的任何极限而逐渐增加。注意，采样点在球体表面上均匀分布，即每个采样点表示大致相同的区域。
图5C示出在仰角上等距的采样网格，其中Δθ＝15度，并且对于
Figure GDA0003094156970000058
具有仰角相关步长，对于θ＝90度，
Figure GDA0003094156970000059
并且在每个采样点的方位角将与仰角θ＝90度的采样点重合的约束下，朝向θ的任何极限而逐渐增加。可以通过测量设备的设置来施加这种约束。注意，采样点在球体表面上更均匀地分布，即每个采样点表示大致相同的区域。
图5D示出
Figure GDA00030941569700000510
和Δθ＝15度的正交轴采样网格。正交轴采样网格是一种简化采样方法，其基于以下方法：其中TRP在三个平面中被测量并且然后进行平均。TRP由以下等式给出
Figure GDA00030941569700000511
其中EIRPxy+EIRPxz+EIRPyz分别表示xy、xz、以及yz平面中的EIRP。在等式3中，EIRPxy+EIRPxz+EIRPyz被同等地加权。在其它实施例中，EIRP值可以被不同地加权。xy、xz、以及yz平面中的EIRP分别由以下等式给出
Figure GDA0003094156970000061
Figure GDA0003094156970000062
以及
Figure GDA0003094156970000063
如在图5D中可以看到，正交轴采样网格方向图比其它三种方向图中的任何一个都明显稀疏，并且因此允许更快地执行测量。尽管该方法提供一种产生TRP估计的有效手段，但如果由于波束操纵而未在三个正交切口(orthogonal cut)之一中捕获主瓣，则该值可能被高估或低估。估计窄波束宽度方向图产生类似的问题，如粗略均匀网格采样方法表示的那样。例如，当测量杂散发射时，该方法可以是合适的。
图6A-6D示出图5A-5D中的方向图在方位角平面上的投影。
在图7A-7D中示出针对图5A-5D中的采样网格，现有技术方法(至少对于仰角θ＝90度，Δθ在1到15度范围内，
Figure GDA0003094156970000064
在1到15度范围内)与如使用等距采样网格(Δθ＝1/16，
Figure GDA0003094156970000065
度)获得的理想TRP的偏差。波束是具有65度3dB带宽的高斯波束，如在3GPP TR37.842 V1.9.0第5.3.3.1条款中规定的那样。该分布针对取第一采样点的位置，在θ和
Figure GDA0003094156970000066
方面具有5度的不确定性，即，仿真在测量设置中考虑高达5度的未对准。
从图7D可以看出，正交轴采样方法明显偏离理想TRP，而图7A-7C指示与理想TRP的适度偏差的一致性能。
在本公开的示例性实施例中，使用有关被测天线的几何形状和/或辐射方向图的知识来减少测试时间，同时确保TRP估计的准确性。辐射方向图通常包括预期或预测辐射方向图。例如，制造商可以声明预期辐射方向图或波束方向图。在天线系统或DUT周围定义空间采样网格。可以基于由测量设备施加的限制，约束空间采样网格中的采样点的位置。空间采样网格中的采样点的分布基于天线系统的几何形状和/或天线系统的预期/预测辐射方向图而变化。在某些实施例中，基于天线几何形状和/或辐射方向图，将围绕所述定向天线系统的空间采样网格分成两个或更多采样区域，并且采样点分布在所述采样区域的不同采样区域中变化。例如，采样网格可以被分成前采样区域和后采样区域，以分别测量前辐射和后辐射。后扇区可以具有比前扇区更稀疏的采样点分布。作为另一个示例，采样网格的第一采样区域被定义为球冠的表面或球形扇区。第一采样区域具有指定的采样网格密度，其使得能够在定向天线系统的窄波束处实现更密集或更稀疏的网格。
在某些实施例中，网格可以被分成两个以上的采样区域。使用几何形状和/或辐射方向图的知识，允许在粗略测量便已足够的测量区域中减少采样点的数量，而在更关键的测量区域中以更高分辨率进行采样。
作为一个示例，用于AAS的天线通常在后面具有非常低的辐射(例如，前后比约为25-30dB)。因此，可以使用不同密度的网格来测量AAS的前面和后面。甚至可以通过没有网格但具有一个恒定值(例如-30dB，如用于基站天线的典型前后比)，进一步减少测量AAS的后面。还可以基于正在测量的感兴趣信号的方向属性来改变网格密度。例如，在测量窄波束的情况下，将需要精细网格，而宽波束将仅需要粗略网格。网格方向图可以在由波束覆盖的区域与波束的覆盖区域之外的区域之间变化。即，可以在波束的覆盖区域中使用相对更密集的网格，以及可以在波束的覆盖区域之外使用相对更粗略的网格。
网格还可以根据感兴趣的频率而变化。例如，测量杂散发射的频率(即远离载波/有用信号中心的频率)可以放宽网格密度，因为预计信号将变得不太相关(更全向)，并且因此具有密集网格以估计TRP不太重要。在这些频率下还可能具有不太准确的TRP估计。
在某些实施例中，可以通过以下操作来进一步减少测量次数：在所述采样区域的第一采样区域中的采样点处测量接收功率，以及使用恒定值代替第二采样区域上的测量。在某些实施例中，基于用于执行所述测量的测量设备的灵敏度极限来确定恒定值。在其它实施例中，恒定值基于所述采样网格的所述第一扇区中的测量以及将所述第一扇区中的测量与所述第二扇区中的预期接收功率相关的前后比来确定。
在某些实施例中，采样网格中的采样点之间的方位角步长取决于采样点的仰角。在一个实施例中，空间采样网格中的采样点的方位角位置被约束为预定方位角步长的倍数。
在某些实施例中，当测量接近主载波的无用发射的TRP时，采样网格密度在从定向天线系统发射的主波束的位置处增加。
在一个实施例中，采样网格的第一采样区域被定义为球冠或球形扇区。第一采样区域具有指定的采样网格密度，其使得能够根据定向天线系统的窄波束的方向和波束宽度来实现更密集或更稀疏的网格。
在某些实施例中，定义第一和第二采样网格，其中第一和第二采样网格中的至少一者内的采样点根据天线系统的几何形状和/或天线系统的辐射方向图而变化。在一个实施例中，第一采样网格适合于测量期望信号的总辐射功率，第二采样网格适合于测量杂散或无用发射信号的总辐射功率。在另一个实施例中，第一采样网格适合于测量期望信号的总辐射功率，第二采样网格适合于测量总辐射功率。在又一个实施例中，第一采样网格适合于测量期望信号的总辐射功率，第二采样网格适合于测量邻频上的无用发射的总辐射功率。期望信号的总辐射功率和邻居发射的总辐射功率可以用于计算ACLR。
在图8A-8C中示出精简采样网格的三个示例。
图8A示出被分成前部和后部的等距采样网格。在前部中，
Figure GDA0003094156970000081
度以及Δθ＝15度。在后部中，
Figure GDA0003094156970000082
度以及Δθ＝60度。
图8B示出被分成前部和后部的采样网格，其中每个部分中的采样点在仰角上等距并且随方位角而变化。在前部中，Δθ＝15度，以及
Figure GDA0003094156970000083
与仰角相关，在θ＝90度时
Figure GDA0003094156970000084
并且然后朝向θ的极限而逐渐增加。在后部中，Δθ＝60度，以及
Figure GDA0003094156970000085
与仰角相关，在θ＝90度时
Figure GDA0003094156970000086
并且然后朝向θ的极限而逐渐增加。在该实施例中，每个部分中给定仰角处的采样点被约束为均匀分布在方位角平面的相应部分中。
图8C示出被分成前部和后部的采样网格，其中每个部分中的采样点在仰角上等距并且随方位角而变化。在前部中，Δθ＝15度，以及
Figure GDA0003094156970000091
与仰角相关，在θ＝90度时
Figure GDA0003094156970000092
并且然后朝向θ的极限而逐渐增加。在后部中，Δθ＝60度，以及
Figure GDA0003094156970000093
与仰角相关，在θ＝90度时
Figure GDA0003094156970000094
并且然后朝向θ的极限而逐渐增加。在该实施例中，每个部分中给定仰角处的采样点被约束，即每个采样点的方位角应与仰角θ＝90度的采样点对齐。
图9A-9C示出图8A-8C中的方向图在方位角平面上的投影。
在图10A-10C中示出针对图8A-8C中的采样网格，上述方法(至少对于仰角θ＝90度，Δθ在1到15度范围内，
Figure GDA0003094156970000095
在1到15度范围内)与如使用等距采样网格(Δθ＝1/16以及
Figure GDA0003094156970000096
度)获得的理想TRP的偏差。波束是具有65度3dB带宽的高斯波束，如在3GPP TR37.842 V1.9.0第5.3.3.1条款中规定的那样，即与用于上面的现有技术方法的波束相同。该分布针对取第一采样点的位置，在θ和
Figure GDA0003094156970000097
方面具有5度的不确定性，即仿真在测量设置中考虑高达5度的未对准。
图10A-10C与图7A-7C之间的比较表明，当在天线的后面使用更稀疏的网格时，准确性的损失微不足道。如表1中所示，更稀疏的网格导致采样点减少53％，从而使测量时间几乎减少到现有技术的一半。
表1：现有技术(全网格)和精简网格(双网格)中测量点数量的比较
Figure GDA0003094156970000098
下面针对示例性实施例描述精简采样网格的创建。当使用精简采样网格时，根据以下等式估计TRP：
Figure GDA0003094156970000101
其中An表示与第n个采样点(也被称为测量点)关联的区域，r是恒定半径，θ是仰角，以及φ是方位角。
Figure GDA0003094156970000102
第一实施例
在第一实施例(图8A中所示)中，通过将方位角平面分成第一和第二扇区来确定采样网格的采样点，每个扇区分别具有角跨度Ψ和2π-Ψ。在第一扇区中使用仰角步长
Figure GDA0003094156970000103
(满足
Figure GDA0003094156970000104
)，在第二扇区中使用仰角步长
Figure GDA0003094156970000105
(满足
Figure GDA0003094156970000106
)。第一扇区中的仰角网格点由以下集合定义
Figure GDA0003094156970000107
第二扇区中的仰角网格点由以下集合定义
Figure GDA0003094156970000108
可以在第一扇区中使用方位角步长
Figure GDA0003094156970000109
(满足
Figure GDA00030941569700001010
)，在第二扇区中使用
Figure GDA00030941569700001011
(满足
Figure GDA00030941569700001012
)。第一扇区中的方位角网格点由以下集合定义
Figure GDA00030941569700001013
第二扇区中的方位角网格点由以下集合定义
Figure GDA00030941569700001014
在图8A中示出第一方位角扇区的结果采样点的一个示例，这些采样点跨越φ∈[-90°，90°]，即Ψ＝π并且
Figure GDA00030941569700001015
第二实施例
在第二实施例(图8B中所示)中，如在第一实施例中那样导出第一和第二方位角扇区的仰角网格点。但是，以不同方式确定方位角网格点，从而允许比第一实施例中更稀疏的网格。具体地说，方位角步长取决于仰角θ，从而允许在球体或其楔体的表面上更均匀地分布采样网格。
第一扇区中的方位角步长
Figure GDA0003094156970000111
确定如下。
为了找到可以将Ψ划分成的样本步长
Figure GDA0003094156970000112
的数量k(1)(θ)，同时目标是第一扇区中的每个采样点表示类似的区域而不考虑仰角(尽管仰角不同)，搜索最小化Ψ/a与
Figure GDA0003094156970000113
之间的差的正整数除数a，
Figure GDA0003094156970000114
其中
Figure GDA0003094156970000115
对应于要应用的最小步长并且在约束
Figure GDA0003094156970000116
(即，Ψ将可能准确地以
Figure GDA0003094156970000117
的倍数表示)下预先确定。可以通过以下等式来确定要用于仰角
Figure GDA0003094156970000118
的步长
Figure GDA0003094156970000119
已引入被定义为
Figure GDA00030941569700001110
的因数c(1)以便针对最接近仰角点θ＝90度的
Figure GDA00030941569700001111
产生最小步长
Figure GDA00030941569700001112
如果改为使用c(1)＝1，则将仅满足
Figure GDA00030941569700001113
对于该实施例，任何一个都很好。
同样，对于第二扇区，
Figure GDA00030941569700001114
Figure GDA00030941569700001115
Figure GDA00030941569700001116
方位角采样点的集合被定义为
对于第一扇区
Figure GDA0003094156970000121
对于第二扇区
Figure GDA0003094156970000122
该实施例针对测量设置提供有效采样网格，其中针对可以相对于φ和θ进行测量的位置没有限制。如表1中指示，该实施例使用最少数量的采样点。
第三实施例
在第三实施例(图8C中所示)中，同样如在第二实施例中那样导出采样网格，但针对仅使用分别是
Figure GDA0003094156970000123
和
Figure GDA0003094156970000124
的倍数的方位角位置具有额外约束。这种约束的原因可能是测量设置不支持针对φ和θ自由执行测量，或者将导致测量的低效执行。具体地说，在某些测试设置(例如图3A中的测试设置)中，使用作为
Figure GDA0003094156970000125
的倍数的方位角位置是有利的，因为DUT的旋转可能引入不准确性。因此，需要尽可能少地旋转DUT。存在许多备选方案以获得网格，其中所有采样点都位于由
Figure GDA0003094156970000126
的倍数定义的栅格上。其中一种备选方案如下。
为了找到可以将Ψ划分成的样本步长
Figure GDA0003094156970000127
的数量k(1)(θ)，同时目标是第一扇区中的每个采样点表示类似的区域而不考虑仰角(尽管仰角不同)，以及在约束
Figure GDA0003094156970000128
下，搜索最小化到c(1)/sin(θ)的距离的奇数正整数a：
Figure GDA0003094156970000129
其中
Figure GDA00030941569700001210
类似于前一个实施例，可以使用不同的c(1)(例如，c(1)＝1)，由此改变相对于密集与稀疏
Figure GDA0003094156970000131
之间的仰角的切换点。
通过以下等式来确定要用于仰角
Figure GDA0003094156970000132
的步长：
Figure GDA0003094156970000133
同样，对于第二扇区，通过以下等式来确定采样网格步长：
Figure GDA0003094156970000134
Figure GDA0003094156970000135
并且其中，例如，
Figure GDA0003094156970000136
方位角采样点的集合被确定为：
对于第一扇区
Figure GDA0003094156970000137
对于第二扇区
Figure GDA0003094156970000138
在该实施例中，仅使用
Figure GDA0003094156970000139
的奇数倍数，原因是采样点然后可以均匀分布。不排除其它备选方案。
第四实施例
在第四实施例中，在第一扇区上执行测量，而第二扇区上的测量由恒定值代替，该恒定值例如是测量设备的灵敏度极限，或者可以假设被预先固定到远低于最强感兴趣信号的级别(例如，-30dB)。
当估计所有点是否都需要TRP数据时，建议填充固定值，从而减少实际测量的次数，尤其是在预期辐射区域之外。
第五实施例
如果已知应该由DUT的供应商声明有用信号(即，通过从多个收发机发送高度相关的信号而实现的波束成形信号)的波束的位置，则当测量接近载波的无用发射的TRP(例如，ACLR)时，能够在主波束的位置处减小网格。可以基于有用信号的半功率波束宽度(HPBW)(也被称为3dB波束宽度)的知识来设置该网格，以及针对有用信号位置之外的剩余球体使用该网格大小知识。有用信号是感兴趣的载波，无用信号不仅仅是仅在载波之外的信号，而且还包括杂散发射。对于操作频带无用发射，采样网格应该被限于辐射区域。
第六实施例
在本公开的进一步概括中，可以具有两个以上的扇区，每个扇区具有关联的采样网格密度。
第七实施例
网格实施例的进一步扩展是确保网格点之一在波束峰值处。例如，可以修改网格间距或者可以平移网格，以使得所述点之一在波束峰值上。
第八实施例
在本公开的进一步概括中，具有不同采样网格密度的采样区域未被约束为通过方位角平面中的扇区来定义(即，作为球形楔体的表面)，而是可以是球体表面上的任何几何形状。例如，采样区域可以被定义为球冠的表面或球形扇区，如图11中所示。当从非常窄的波束(其在球体中提供小的横截面积，例如笔形波束)进行有用信号的测量时，这种采样网格可能特别有用。此外，采样区域可以被定义为球形段的表面，又称为球形采样区域。具体地说，如果具有三个采样区域，则其中两个采样区域可以构成球冠的表面，第三采样区域可以构成被放置在两个球冠之间的球形段的表面。不排除其它几何形状。图11示出两个采样区域，即区域1和区域2，它们具有单独的采样网格。区域1构成球冠的表面，区域2是球体的剩余表面区域。
在一个实施例中，如果对有用信号进行波束成形，则需要更密集的测量网格，但可以基于波束的覆盖区域来减少需要测量的球体区域。图12示出发送单个波束的一个示例。波束的覆盖区域(如由图12中的加粗锥体所示，在几何上与如图11中所示的球冠或扇区等效)转换为图13中所示覆盖区域的采样网格。在波束的覆盖区域之外使用低密度采样网格(未示出)以减少测试时间。用于定义覆盖区域的一种简单方法是找到波束的峰值，并且在恒定半径的圆中考虑采样网格的子集(使用峰值作为中心点)。供应商可以声明由要测量的波束覆盖的区域，或者可以通过标准来指定区域。在一个实施例中，“锥体”由距波束峰值的预定极限来定义，例如距波束峰值30dB。
本公开的一个方面包括一种用于设置用于估计TRP的采样网格的方法，该采样网格取决于已知或估计的设备几何形状、波束方向图或方向性。所述方法可以被实现为控制被测基站和测试设备的控制硬件和软件。
此外，本公开的另一个方面包括一种算法，该算法被设计为协助优化确定所估计的TRP需要的测量样本数量，从而控制测试设备。可以在测试环境中实现该算法，该测试环境例如包括计算机或其它测试设备(例如，连接在一起的计算机控制的测试设备(例如功率表、频谱分析器等))，其由计算机系统以及DUT AAS集中控制以便促进AAS的自动测试。本公开的实施例提供对用于AAS系统的无用发射要求的完整TRP测量的备选方案。
图14示出根据本公开的一个实施例的用于使用上述技术来执行天线系统的OTA测量的示例性方法100。在基站或其它网络设备中，天线系统可以包括AAS和/或定向天线系统。方法100可以例如通过如图15-18中所示的测量设备200来执行，测量设备200包括：定位器210，其用于定位被测天线系统；测试天线210，其用于从被测天线系统或设备接收测试信号；控制电路240，其用于控制定位器；以及测量电路270，其用于测量从天线系统接收的测试信号的接收功率。为了执行该方法，测量设备200定义围绕天线系统的空间采样网格(方框110)。采样网格具有根据天线系统的几何形状和/或根据天线系统的预期/预测波束方向图而变化的采样点分布。测量设备200测量由天线系统发送的测试信号的接收功率(方框120)。在所述空间采样网格中的采样点中的选定采样点处进行测量。
图15示出用于测量来自有源天线系统AAS基站(BS)的辐射发送功率的示例性设置。在该设置中，BS设备位于由测量设备200定义的坐标参考点处。用于测量设备的AAS BS和测试天线220可以可选地被装入测试系统外壳205内。本领域的技术人员将理解，某些类型的测量设备200不需要测试系统外壳。例如，可以通过近场扫描仪进行测量而无需测试外壳。
图16更详细地示出测量设备(总体由标号200指示)的主要功能组件。测量设备包括定位器210、测试天线220、控制电路240、以及测量电路270。定位器210可以包括任何类型的定位器，例如分布式接入定位器或组合式接入定位器，如图3中所示。定位器210的用途是改变其它被测设备的天线系统230与测试天线220的相对位置。这可以通过以下操作来实现：改变天线系统或被测设备的位置、改变测试天线220的位置、或者两者。测试天线220接收由天线系统230或其它DUT发送的测试信号。所接收的信号被输入到测量电路270以测量测试信号的接收功率。
控制电路240控制测量设备200的操作。控制电路240可以包括一个或多个计算机、处理器、硬件电路、专用集成电路、固件、或者其组合。控制电路240的主要组件包括主控制器250和定位器控制器260。
主控制器250定义用于执行来自天线系统230或其它DUT的接收功率的测量的空间采样网格。在一个示例性实施例中，采样网格中的采样点分布根据测试设备的几何形状和/或由天线系统230或DUT发射的信号的方向而变化。例如，主控制器250可以将采样网格分成两个或更多采样区域，其中分布在每个所述采样区域中变化。
主控制器250可以包括处理器252和关联的存储器254，存储器254用于存储计算机程序256，其包括配置主控制器250的可执行指令。这些指令当由处理器252执行时使得主控制器250如在此所述进行操作。一般而言，计算机程序指令和配置信息存储在非易失性存储器中，例如只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM)或闪存。在操作期间生成的临时数据可以存储在易失性存储器中，例如随机存取存储器(RAM)。在某些实施例中，用于配置如在此描述的主控制器250的计算机程序可以存储在可移动存储器中，例如便携式光盘、便携式数字视频光盘、或者其它可移动介质。计算机程序256还可以包含在载体中，例如电子信号、光信号、无线电信号、或者计算机可读存储介质。主控制器例如可以由独立计算机实现。
定位器控制器260(其可以连接到主控制器250或者与主控制器250集成)控制定位器210以通过以下操作来改变天线系统230或DUT与测试天线220的相对位置：改变天线系统230或DUT的位置、改变测试天线220的位置、或者两者。主控制器260向定位器控制器260提供定位信号，这些定位信号表示要进行测量的采样点。响应于来自主控制器250的定位信号，定位器控制器250生成控制定位器210的控制信号。响应于控制信号，定位器210通过以下操作来改变天线系统230或DUT与测试天线220的相对位置：改变被测设备的位置、改变测试天线的位置、或者两者。定位器210和测试天线220可以可选地被装入测试外壳205(例如用于紧缩测试范围(CATR)的消声室)内。
一旦天线系统230或DUT由定位器210定位，主控制器250便指示天线系统230或DUT发送测试信号。测试信号由测试天线220接收并且被输入到测量电路270以执行接收功率测量。接收功率测量被输入到主控制器250，主控制器250可以使用接收功率测量来计算天线系统的TRP和/或ACLR。
图17和18示出可以用于执行如在此描述的测量的测量设备的其它实施例。为了简单起见，图17和18使用与图16类似的参考标号以指示类似的组件。图17中所示的实施例包括如先前描述的定位器210、测试天线220、控制电路240、以及测量电路270。定位器210和测试天线220被装入测试外壳205(例如消声室)内以形成CATR。该实施例中的测量电路270包括频谱分析器。陷波滤波器280和低噪声放大器(LNA)290沿着将测试天线220连接到测量电路270的线路被布置，以允许对未被测量的频率进行滤波和放大。
图18示出测量设备200的另一个实施例。图18中所示的实施例包括定位器210、测试天线220、控制电路240、以及测量电路270。测量设备200进一步包括测距天线反射器295，其将测试信号反射到测试天线220。定位器210和测试天线220被装入测试外壳205(例如消声室)内以形成CATR。该实施例类似于在第三代合作计划(3GPP)规范TR 37.842第10.3.1.1.3节(其提供进一步细节)中描述的CATR。
在此描述的TRP测量技术和装置可以用于测量AAS或非AAS基站的ACLR。ACLR是一个品质因数，其描述射频(RF)连接器处相邻信道中的最大可允许频谱再生，这归因于收发机阵列中的非线性。ACLR的主要贡献者是三阶非线性失真。传统上，ACLR已被定义为在更低或更高相邻信道中的特定偏移下给定带宽中的功率与期望信号信道中的功率之比。ACLR为：
Figure GDA0003094156970000181
其中S(f)是功率谱密度(包括发射和期望信号两者)，fc是载波频率，B是信道带宽，以及f0是相邻信道功率围绕其集成的偏移频率。
TRP被定义为：
Figure GDA0003094156970000182
EIRP(θ，φ，f)＝EIRPp1(θ，φ，f)+EIRPp2(θ，φ，f)， (等式31)
其中EIRPp1和EIRPp2与两个正交极化关联。
结果是空间ACLR是频率上的两个三重积分与两个空间角度之间的比。空间ACLR的完整数学表达式可以被表示为：
Figure GDA0003094156970000191
尽管空间ACLR的数学表达式很复杂，但能够通过针对期望信号和发射引入每信道带宽B的总EIRP来轻松处理频域。
在OTA测试设施中，功率表被频谱分析器替换或补充。现代频谱分析器可以同时实时测量相邻信道中的期望信号和发射的信道功率，如作为图17中的示例所示。
通过引入TRPe作为邻居信道内发射的功率以及引入TRPd作为期望信号的功率，空间ACLR因此可以被定义为TRPe与TRPd之间的比：
Figure GDA0003094156970000192
预计来自期望信号的辐射功率按照特定波束的声明被集中到某个方向，而邻居信道中的发射倾向于在空间上扩散，但可能还具有某种波束成形，具体取决于发射的相关程度。可以根据在消声室中测量的
Figure GDA0003094156970000193
样本来计算TRPe和TRPd。
从理论上讲，可以通过使用如先前描述的完整球体均匀采样、正交轴采样、或者恒定区域采样，对球体上的总EIRP进行采样来估计TRP。空间样本的数量将确定在消声室中测量空间ACLR需要的总时间。采样网格分辨率将基于方向性的知识，确定与真实TRP相比的系统误差。
根据天线理论，已知EIRP采样网格分辨率(其用于在保持特定系统误差的情况下计算TRP)取决于要从测试对象观察的信号的空间特征。对于空间ACLR，这意味着应该分别考虑期望信号(TRPd)和邻居信道噪声(TRPe)的采样网格分辨率。可以合理地假设针对空间特征不同的期望信号和发射，需要不同的采样网格分辨率。
对于具有天线阵列的AAS基站(这些天线阵列在特定覆盖区域(例如，方位角域中的+/-90度、以及仰角中的+/-60度)内引导波束)，在预期覆盖区域之外的EIRP样本非常低。在图12中示出波束的覆盖区域。在波束的锥体之内，必须测量如图13中所示的EIRP样本，而锥体之外的样本可以被设置为固定的预定EIRP级别以节省测试时间。关于如何减少期望EIRP样本数量的更多理念在附带贡献中描述，该附带贡献如在3GPP贡献R4-168304“On TRPsampling grid for spatial ACLR(关于空间ACLR的TRP采样网格)”(RAN4#80bis)中描述。如果使用太稀疏的网格对波束进行采样，则功率将损失，因此测量误差会增加。但是，通过将采样网格与窄波束的峰值对齐，能够以小误差来测量窄波束。对于空间ACLR，可以设置网格，因此使用相当大的采样网格分辨率来捕获期望信号的功率，同时仍然保持测量不确定性。
与对应于AAS基站后部的半球关联的预期辐射通常相对于前面方向上的最大辐射功率被抑制30dB或更多。这意味着对应于基站后部的角度可以针对期望信号功率和邻居信道发射功率被固定到指定值，并且因此不被测量。
因为根据TRPd和TRPe来计算空间ACLR，所以分析与计算TRPd和TRPe需要的空间EIRP样本相关的测量不确定性非常重要。一种方法是考虑测量接收机(在这种情况下是频谱分析器)处的信噪比(SNR)。假设辐射波束功率是60dBm EIRP的测试对象，则根据图19，紧缩天线测试范围内的路径损耗(L-Grange+L1)可以被假设为50dB，其中L是传播损耗，Grange是测距天线增益，L1是测距天线馈电损耗，No是测量接收机噪声级别，SNRMEAS是测量的信噪比，以及P是功率级别。
对于期望信号的波束峰值处的EIRP样本，信道带宽内的测量接收机处的功率是10dBm。此外，如果发射级别比有用信号低45dB，则它将对应于以下EIRP样本：该样本对应于在测量接收机处将为-35dBm的相邻信道。可以注意，天线测试范围内的路径损耗大致对应于使用频谱分析器测量进行的ACLR所用的衰减器值。需要链路预算中的某些余量以允许发射不相关的情况。
对于某些空间采样点，测量的发射信号并不由测试对象引起的发射来确定。相反，将记录测量接收机的本底噪声。只要测量接收机本底噪声远低于预期发射级别，它便不会影响测量不确定性。
可以使用频谱分析器在消声室(例如，CATR)中测量空间ACLR，如图17中所示。使用频谱分析器允许针对每个采样点
Figure GDA0003094156970000211
和极化而同时测量EIRPd和EIRPe。
图20示出用于使用频谱分析器来测量
Figure GDA0003094156970000212
和
Figure GDA0003094156970000213
的方法150。因为
Figure GDA0003094156970000214
是使用频谱分析器与
Figure GDA0003094156970000215
一起测量的，所以应该以正确捕获TRPd的方式来确定采样网格分辨率。测试对象(例如，BS)被安装在消声室的静区中的定位器210上(方框155)。测试对象被配置为生成和发送测试信号(方框160)。在测试期间，在测试波束的覆盖区域内的所有空间点处测量总EIRPd和EIRPe(方框165)。在每个空间点处，按照极化测量期望和邻居发射的EIRPd和EIRPe，如等式31中所示。然后使用EIRPd和EIRPe测量来计算ACLR。更具体地说，使用EIRPd和EIRPe测量来计算TRPd和TRPe，转而根据等式33使用TRPd和TRPe来计算空间ACLR(方框170、175)。
本公开描述了用于测量天线发射的方法和装置，这些方法和装置在保持合理准确性的同时减少测量次数。使用在此描述的技术减少测量次数将导致测试时间的显著减少。

Claims (40)

1.一种用于进行天线系统的空中测量的方法（100），所述方法（100）包括：
定义（110）围绕所述天线系统的至少一个空间采样网格，所述采样网格具有根据所述天线系统的几何形状和/或所述天线系统的波束方向图而变化的采样点分布，其中，定义（110）围绕所述天线系统的空间采样网格包括：将所述采样网格分成两个或更多采样区域，其中，将所述空间采样网格分成两个或更多采样区域包括：将所述空间采样网格分成用于分别测量所述天线系统的前辐射和后辐射的前扇区和后扇区，其中，所述采样网格的所述后扇区具有比所述前扇区更稀疏的采样点分布，以及
在所述空间采样网格的所述采样点分布中的选定采样点处测量（120）接收功率。
2.根据权利要求1所述的方法（100），还包括：基于所述接收功率测量来确定总接收功率。
3.根据权利要求1或2所述的方法（100），其中，所述采样点分布在所述采样区域的不同采样区域中变化。
4.根据权利要求3所述的方法（100），其中，所述采样网格被分成多于两个的采样区域。
5.根据权利要求3所述的方法（100），其中，在所述空间采样网格的所述采样点分布中的选定采样点处测量（120）接收功率包括：在所述采样区域中的第一采样区域内的采样点处测量接收功率；以及用恒定值代替第二采样区域上的测量。
6.根据权利要求5所述的方法（100），其中，所述恒定值基于用于执行测量的测量设备的灵敏度极限来确定。
7.根据权利要求5所述的方法（100），其中，所述恒定值基于在所述采样网格的所述第一采样区域中的测量以及将在所述第一采样区域中的测量与在所述第二采样区域中的预期接收功率相关的前后比来确定。
8.根据权利要求1或者2所述的方法（100），其中，所述采样网格中的采样点之间的方位角步长取决于所述采样点的仰角。
9.根据权利要求1所述的方法（100），其中，定义（110）围绕所述天线系统的空间采样网格进一步包括：基于由用于执行测量的测量设备施加的限制来约束所述空间采样网格中的所述采样点的空间位置。
10.根据权利要求9所述的方法（100），其中，所述空间采样网格中的所述采样点的方位角位置被约束为预定方位角步长的倍数。
11.根据权利要求1所述的方法（100），其中，当测量接近主载波的无用发射的总接收功率TRP时，采样网格密度在从所述天线系统发射的主波束的位置处增加。
12.根据权利要求3所述的方法（100），其中，所述采样网格的第一采样区域被定义为球冠的表面或球形扇区。
13.根据权利要求12所述的方法（100），其中，所述第一采样区域具有指定的采样网格密度，其使得能够根据所述天线系统的窄波束的方向和波束宽度来实现更密集的网格或更稀疏的网格。
14.根据权利要求1或者2所述的方法（100），还包括：定义第一采样网格和第二采样网格，其中，在所述第一采样网格和所述第二采样网格中的至少一者内的所述采样点根据所述天线系统的几何形状和/或所述天线系统的辐射方向图而变化。
15.根据权利要求14所述的方法（100），其中，所述第一采样网格适于测量期望信号的总辐射功率，所述第二采样网格适于测量杂散发射信号或无用发射信号的总辐射功率。
16.根据权利要求14所述的方法（100），其中，所述第一采样网格适于测量期望信号的总辐射功率，所述第二采样网格适于测量总辐射功率。
17.根据权利要求14所述的方法（100），其中，所述第一采样网格适于测量期望信号的总辐射功率，所述第二采样网格适于测量在邻频上的无用发射的总辐射功率。
18.根据权利要求17所述的方法（100），还包括：基于所述期望信号的所述总辐射功率和所述无用发射的所述总辐射功率来计算ACLR。
19.根据权利要求14所述的方法（100），其中，所述辐射方向图包括预期辐射方向图或预测辐射方向图。
20.一种测量设备（200），用于由定向天线系统发射的辐射功率的空中测量，所述测量设备（200）包括：
测试天线（220），用于接收由所述定向天线系统发送的测试信号；
测量电路（270），用于测量由所述测试天线（220）接收的所述测试信号的接收功率；
定位器（210），用于改变所述定向天线系统与所述测试天线（220）的相对位置；以及
控制电路（240），被配置为：
定义围绕所述定向天线系统的至少一个空间采样网格，所述采样网格具有根据所述定向天线系统的几何形状和/或有用覆盖而变化的采样点分布，其中，所述控制电路（240）进一步被配置为：将所述采样网格分成两个或更多采样区域，其中，所述控制电路（240）进一步被配置为：将所述空间采样网格分成用于分别测量所述定向天线系统的前辐射和后辐射的前扇区和后扇区，其中，所述采样网格的所述后扇区具有比所述前扇区更稀疏的采样点分布，
控制所述定位器（210）以在所述空间采样网格中的采样点处相对于所述定向天线系统来定位所述测试天线（220）；以及
控制所述测量电路（270）以在所述空间采样网格中的采样点处测量接收功率。
21.根据权利要求20所述的测量设备（200），其中，所述控制电路（240）进一步被配置为：基于由所述测量电路（270）提供的接收功率测量来确定总接收功率。
22.根据权利要求20或21所述的测量设备（200），其中，所述采样点分布在所述采样区域的不同采样区域中变化。
23.根据权利要求22所述的测量设备（200），其中，所述控制电路（240）进一步被配置为：将所述采样网格分成多于两个的采样区域。
24.根据权利要求22所述的测量设备（200），其中，所述控制电路（240）进一步被配置为：控制所述测量电路（270）以在所述采样区域中的第一采样区域内的采样点处测量接收功率，以及用恒定值代替第二采样区域上的测量。
25.根据权利要求24所述的测量设备（200），其中，所述恒定值基于所述测量设备（200）的灵敏度极限来确定。
26.根据权利要求24所述的测量设备（200），其中，所述恒定值基于在所述采样网格的所述第一采样区域中的测量以及将在所述第一采样区域中的测量与在所述第二采样区域中的预期接收功率相关的前后比来确定。
27.根据权利要求20或者21所述的测量设备（200），其中，所述采样网格中的采样点之间的方位角步长取决于所述采样点的仰角。
28.根据权利要求20所述的测量设备（200），其中，所述控制电路（240）进一步被配置为：基于所述测量设备（200）的限制，约束所述空间采样网格中的所述采样点的空间位置。
29.根据权利要求20所述的测量设备（200），其中，由所述控制电路定义的所述空间采样网格中的所述采样点的方位角位置被约束为预定方位角步长的倍数。
30.根据权利要求20所述的测量设备（200），其中，当测量接近主载波的无用发射的总接收功率TRP时，由所述控制电路定义的所述采样网格的密度在从所述定向天线系统发射的主波束的位置处增加。
31.根据权利要求22所述的测量设备（200），其中，所述控制电路（240）进一步被配置为：将所述采样网格的第一采样区域定义为球冠的表面或球形扇区。
32.根据权利要求31所述的测量设备（200），其中，所述第一采样区域具有指定的采样网格密度，其使得能够在所述定向天线系统的窄波束处实现更密集的网格或更稀疏的网格。
33.根据权利要求20或者21所述的测量设备（200），其中，所述控制电路（240）进一步被配置为：定义第一采样网格和第二采样网格，其中，在所述第一采样网格和所述第二采样网格中的至少一者内的所述采样点根据所述天线系统的几何形状和/或所述天线系统的辐射方向图而变化。
34.根据权利要求33所述的测量设备（200），其中，所述第一采样网格适于测量期望信号的总辐射功率，所述第二采样网格适于测量杂散发射信号或无用发射信号的总辐射功率。
35.根据权利要求33所述的测量设备（200），其中，所述第一采样网格适于测量期望信号的总辐射功率，所述第二采样网格适于测量总辐射功率。
36.根据权利要求33所述的测量设备（200），其中，所述第一采样网格适于测量期望信号的总辐射功率，所述第二采样网格适于测量在一个或多个邻频上的无用发射的总辐射功率。
37.根据权利要求36所述的测量设备（200），其中，所述控制电路（240）进一步被配置为：基于所述期望信号的所述总辐射功率和所述无用发射的所述总辐射功率来计算ACLR。
38.根据权利要求33所述的测量设备（200），其中，所述辐射方向图包括预期辐射方向图或预测辐射方向图。
39.一种测量设备（200），用于由定向天线系统发射的辐射功率的空中测量，所述测量设备（200）包括：测试天线（220），用于接收由所述定向天线系统发送的测试信号；测量电路（270），用于测量由所述测试天线（220）接收的所述测试信号的接收功率；定位器（210），用于改变所述定向天线系统与所述测试天线（220）的相对位置；以及控制电路，所述测量设备（200）被配置为执行根据权利要求1至19中任一项所述的方法。
40.一种非瞬时性计算机可读存储介质（250），包含计算机程序（256），所述计算机程序（256）包括可执行指令，所述可执行指令当由用于测量天线系统的接收功率的测量设备（200）中的控制电路（240）执行时使得所述测量设备（200）执行根据权利要求1至19中任一项所述的方法。
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