CN111404622B - Ota性能测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种OTA性能测试系统，包括：位于全电波暗室顶部的球面天线墙和侧壁的干扰天线、5G FR1及4G LTE MIMO OTA测试天线环；从球面天线墙中选择天线作为干扰天线，其他天线作为测量天线发射GNSS信号，位于侧壁的干扰天线模拟低仰角干扰源，完成GNSS抗干扰接收机及抗干扰天线性能测试，从球面天线墙选择相应天线作为测量天线，完成无源和/或有源天线阵列静态和准动态方向图性能测试、5G NR信道容量测试和干扰场景下的有源天线阵列自适应波束切换测试；天线环产生不同的信道环境，满足终端设备的MIMO OTA性能测试需求。该方案能完成5G终端设备的全频段全业务模式测试以及GNSS抗干扰测试。
Description
技术领域
本发明涉及OTA测试技术领域，特别涉及一种OTA性能测试系统。
背景技术
无线通信技术的快速发展，无线网络的丰富应用带动了无线数据业务的迅猛增长。5G的研发及大规模商用，将成为产业界关注的热点。
Massive MIMO大规模阵列天线及毫米波频段新频谱的引入是5G实现频谱效率及系统容量大幅度提升的关键技术。大规模天线阵列在现有多天线基础上通过增加天线数可支持多个独立的空间数据流，将数倍提升多用户系统的频谱效率。在毫米波频段，采用相控阵列天线的形式，通过波束赋形技术，提高天线增益以补偿该频段的高路损。上述新技术的引进将对未来5G终端及基站设备的测试认证带来极大的挑战。
对于移动终端设备性能测试，目前现有的OTA(over the air，空中接口测试，作用是进行整机辐射性能方面的测试)暗室测试系统主要包括如下类型：
(1)4G LTE&5G FR1 SISO OTA暗室测试系统；
(2)4G LTE&5G FR1 SISO&MIMO OTA暗室测试系统；
(3)5G FR2 SISO OTA暗室测试系统；
(4)5G FR1&FR2 SISO OTA暗室测试系统。
可见，对于5G终端设备测试，目前现有OTA暗室测试系统功能较为单一，仅能进行单一频段(FR1，450MHz-7125MHz，又被称为Sub-6GHz，或者FR2，24250MHz-52600MHz，又称为Above-6GHz或毫米波)或单一业务模式(SISO，single input single output，单输入单输出/MIMO，Multi-input Multi-output，多输入多输出)组合测试。如果想要完成5G终端设备的全频段全业务模式测试，需要使用多套暗室测试系统，测试成本高昂，效率低下。且目前业内尚无面向Massive MIMO场景下的5G NR信道容量(RRM)测试以及干扰场景下的有源天线阵列自适应波束切换测试的测试环境，无法满足未来5G终端测试认证的需求。
发明内容
本发明实施例提供了一种OTA性能测试系统，包括：位于全电波暗室顶部的球面天线墙、位于全电波暗室中的5G FR1及4G LTE MIMO OTA测试天线环、位于全电波暗室侧壁的干扰天线；
所述球面天线墙包括有不同频段的天线阵列；
根据用户需求，从不同频段的天线阵列中选择相应的天线作为干扰天线施加干扰信号，从不同频段的天线阵列中选择相应的天线作为测量天线用于模拟GNSS卫星星座的空间分布发射GNSS信号，位于全电波暗室侧壁的干扰天线发射不同制式的干扰信号模拟低仰角干扰源，从而完成GNSS抗干扰接收机及抗干扰天线性能测试；
选择暗室顶部正中央位置天线作为单探头测量天线，通过单探头远场测试的方式，实现无源和/或有源天线阵列静态和准动态方向图性能测试；
根据不同信道模型场景，选择天线墙中特定位置的相应频段天线作为测量天线，完成Massive MIMO场景下的5G NR信道容量测试；
根据不同应用场景，选择不同数量，不同仰角、方位角的天线作为干扰天线，模拟相邻小区干扰信号场景，实现干扰场景下的有源天线阵列自适应波束切换测试，通过不同干扰天线切换，模拟动态干扰源的影响；
所述5G FR1及4G LTE MIMO OTA测试天线环产生不同应用场景的信道环境，满足5G FR1终端设备和/或4G LTE终端设备的MIMO OTA性能测试需求。
在本发明实施例中，基于不同应用场景模型，通过在暗室适当区域采用球面结构合理配置不同频段的天线，构建接近真实应用环境的半实物仿真测试环境，只需要一套测试系统，就能完成5G终端设备的全频段全业务模式测试及GNSS抗干扰测试，测试成本低，效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种OTA性能测试系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中存在以下问题：想要完成5G终端设备的全频段全业务模式测试，需要使用多套暗室测试系统，测试成本高昂，效率低下，且目前业内尚无面向Massive MIMO场景下的5G NR信道容量(RRM)测试以及干扰场景下的有源天线阵列自适应波束切换测试的测试环境，无法满足未来5G终端测试认证的需求。
全球卫星导航系统(GNSS，The Global Navigation Satellite System)利用围绕地球运转的人造地球卫星发射经过编码调制的连续波无线电信号，为安装卫星导航接收机的移动载体提供连续、安全、可靠的高精度定位、测速及授时服务，具有覆盖广、全天候、高精度等优点。
GPS系统空间卫星分布于平均高度为20200Km的卫星轨道之上，且星上载荷资源受限导致卫星发射功率有限，因而卫星导航信号到达地面时已经十分微弱，约为-130dBm，信号完全淹没在背景噪声之下，极易受到干扰。随着电磁环境的日益复杂，如何在高动态条件下有效抑制干扰，保证GNSS接收机的可用性，是卫星导航在军事应用及关键民用领域中亟待解决的关键技术难题。为了考核GNSS接收机在真实应用环境下的抗干扰性能，需要构建电磁应用环境，在接近真实的电磁环境下进行GNSS抗干扰接收机及抗干扰天线(CRPA)性能测试。
对于GNSS抗干扰接收机及抗干扰天线(CRPA)性能测试，目前业界现有的抗干扰测试暗室已经较为成熟，能够满足测试需求。考虑到该类型暗室普遍规模尺寸较大，建设成本较高，却功能单一，仅能进行的GNSS抗干扰性能测试，其使用效率相对较低。
基于此，本发明提出GNSS抗干扰测试暗室与5G Massive MIMO OTA暗室方案融合设计，提出一种新的OTA性能测试系统，如图1所示，包括：位于全电波暗室1顶部(上表面)的球面天线墙2、位于全电波暗室中的5G FR1及4G LTE MIMO OTA测试天线环3、位于全电波暗室侧壁的干扰天线4；
所述球面天线墙包括有不同频段的天线阵列；
根据用户需求，从不同频段的天线阵列中选择相应的天线作为干扰天线施加干扰信号，从不同频段的天线阵列中选择相应的天线作为测量天线用于模拟GNSS卫星的星座空间分布发射GNSS信号，位于全电波暗室侧壁的干扰天线发射不同制式的干扰信号模拟低仰角干扰源，从而完成GNSS抗干扰接收机及抗干扰天线性能测试；
选择暗室顶部正中央位置天线作为单探头测量天线，通过单探头远场测试的方式，实现无源和/或有源天线阵列静态和准动态方向图性能测试；
根据不同信道模型场景，选择天线墙中特定位置的相应频段天线作为测量天线，完成Massive MIMO场景下的5G NR信道容量(RRM)测试；
根据不同应用场景，选择不同数量，不同仰角、方位角的天线作为干扰天线，模拟相邻小区干扰信号场景，实现干扰场景下的有源天线阵列自适应波束切换测试，通过不同干扰天线切换，模拟动态干扰源的影响；
所述5G FR1及4G LTE MIMO OTA测试天线环产生不同应用场景的信道环境，满足5G FR1终端设备和/或4G LTE终端设备的MIMO OTA性能测试需求。
也就是说，上述的全电波暗室利用传统GNSS抗干扰测试暗室，这样大大提高了GNSS抗干扰测试暗室的测试能力及测试效率。且本发明基于不同应用场景模型，通过在暗室适当区域采用球面结构合理配置不同频段的天线，构建接近真实应用环境的半实物仿真测试环境，只需要一套测试系统，就能完成5G终端设备的全频段全业务模式测试及GNSS抗干扰测试，测试成本低，效率高。
在本发明实施例中，上述设备是本发明最核心的设备，现有的5G设备的OTA性能测试系统一般可以包括综测仪、矢量信号发生器、5G FR2变频器、转台5(或姿势模拟器，如图1所示)、转台控制器和控制电脑等。其中，综测仪通过天线与待测设备建立连接，用于产生不同测试需求的测试信号；矢量信号发生器用于产生不同干扰场景下的干扰信号；5G FR2变频器用于：将综测仪产生的低频测试信号(Sub6GHz，即5G FR1)转换成射频(5G FR2)信号，将矢量信号发生器产生的低频干扰信号转换成射频(5G FR2)信号，以克服毫米波频段高路损对测试的影响。综测仪接收分析测量天线或者干扰天线发射的射频(5G FR2)信号时，要将其转换成低频信号。转台(或姿势模拟器)，可以是五轴转台，用于在进行测试时放置待测设备；转台控制器，与转台(或姿势模拟器)连接，用于控制转台旋转，调节待测设备姿态，实现对待测设备的三维空间性能评估；控制电脑，通过控制总线与综测仪、矢量信号发生器、转台控制器连接，用于控制综测仪、矢量信号发生器、转台控制器完成测试。
在本发明实施例中，球面天线墙为张角120°的球面。球面天线墙包括Sub 6GHz频段天线墙和/或5G FR2频段天线墙；其中，Sub 6GHz频段天线墙上布置有多个400MHz-6GHz频段天线；5G FR2频段天线墙上布置有多个5G FR2频段天线。不同频段的测量天线阵列(Sub 6GHz&5G FR2)，根据不同的应用场景模型，分布在球面不同区域，形成不同频段、面向不同应用场景的球面天线墙。
多个400MHz-6GHz频段天线以5°步进，均匀分布在所述Sub 6GHz频段天线墙上。多个5G FR2频段天线以5°步进，均匀分布在所述5G FR2频段天线墙上。Sub 6GHz频段天线墙与5G FR2频段天线墙交错排列。天线墙之间通过优化排列，减少不同频段天线之间的相互干扰。
暗室顶部的球面天线墙上的不同频段的天线到暗室中心的距离相同，便于精确设置/控制不同测试/干扰路径之间的功率及相位关系。
所述位于全电波暗室侧壁的干扰天线为双极化Sub 6GHz天线，其仰角调节范围为15°至30°，间隔5°；方位角调节范围为360°，间隔30°。
在本发明实施例中，5G FR1及4G LTE MIMO OTA测试天线环为16组双极化天线阵列，频率覆盖400MHz-7.125GHz。
在本发明实施例中，根据不同测试场景，天线墙中的天线将作为测量天线或干扰天线使用，具体如下：
GNSS抗干扰接收机及抗干扰天线(CRPA)性能测试：干扰天线发射不同制式的干扰信号模拟干扰源的空间分布。位于全电波暗室侧壁的干扰天线用于模拟低仰角干扰源，基于Sub 6GHz频段天线墙，从中选择部分天线作为干扰天线，其余部分作为测量天线发射GNSS信号。在转台/姿态模拟器上摆放待测设备(GNSS抗干扰接收机及抗干扰天线)，根据干扰场景模型，选择不同仰角、方位角的天线作为干扰天线，用于施加干扰信号(干扰信号制式可根据场景需求设置)；根据不同应用场景的星况分布，选择不同仰角、方位角的天线作为卫星导航信号发射天线，发射GNSS信号，用于模拟GNSS卫星星座的空间分布，进行不同干扰场景下GNSS抗干扰接收机及抗干扰天线(CRPA)性能测试。此时，现有的GNSS抗干扰接收机及抗干扰天线(CRPA)性能测试系统一般需要包括卫星信号模拟器、矢量信号发生器等。
Massive MIMO场景下的5G FR1信道容量(RRM)测试：基于Sub 6GHz频段天线墙。在转台上摆放待测基站设备，根据不同信道模型场景，选择天线墙中不同位置(仰角、方位角)天线作为测量天线，与待测基站设备建立通信链接，模拟终端设备分布。完成Massive MIMO场景下的5G信道容量(RRM)测试。
Massive MIMO场景下的5G FR2信道容量(RRM)测试：基于5G FR2频段天线墙。在转台上摆放待测基站设备，根据不同信道模型场景，选择天线墙中不同位置(仰角、方位角)天线作为测量天线，与待测基站设备建立通信链接，模拟终端设备分布。完成Massive MIMO场景下的5G信道容量(RRM)测试。
干扰场景下的有源天线阵列自适应波束切换测试(5G FR1)：基于Sub 6GHz频段天线墙。在转台上摆放待测设备(基站/终端)，根据不同应用场景，选择不同数量，不同仰角、方位角的天线单元作为干扰天线，模拟相邻小区干扰信号场景；选择特定位置(仰角、方位角)的天线单元作为测量天线，与待测终端建立正常通信链接。考察相控阵天线在干扰场景下的自适应波束切换性能。并能通过不同干扰天线切换，模拟动态干扰源的场景，考察待测设备自适应波束切换性能。
干扰场景下的有源天线阵列自适应波束切换测试(5G FR2)：基于5G FR2频段天线墙。在转台上摆放待测设备，根据不同应用场景，选择不同数量，不同仰角、方位角的天线作为干扰天线，模拟相邻小区干扰信号场景；选择特定位置(仰角、方位角)的天线作为测量天线，与待测终端建立正常通信链接。考察相控阵天线在干扰场景下的自适应波束切换性能。并能通过不同干扰天线切换，模拟动态干扰源的场景，考察待测设备自适应波束切换性能。
无源&有源天线阵列静态和准动态方向图性能测试：选择暗室顶部正中央位置天线作为单探头测量天线，该天线可根据测试需求选择5G FR2频段天线或Sub 6GHz频段天线。通过单探头远场测试的方式，能够完成无源&有源天线阵列静态和准动态方向图性能测试，包括5G FR1及4G LTE SISO OTA性能测试。
综上所述，本发明基于不同应用场景模型，通过在暗室适当区域采用球面结构并合理配置不同频段的测量天线，构建接近真实应用环境的半实物仿真测试环境，只需要一套测试系统，就能完成5G终端设备的全频段全业务模式测试，测试成本低，效率高。且使用现有的GNSS抗干扰测试暗室与5G Massive MIMO OTA暗室方案融合，大大提高了GNSS抗干扰测试暗室的测试能力及测试效率。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种OTA性能测试系统，其特征在于，包括：位于全电波暗室顶部的球面天线墙、位于全电波暗室中的5G FR1及4G LTE MIMO OTA测试天线环、位于全电波暗室侧壁的干扰天线；
所述球面天线墙包括有不同频段的天线阵列；
根据用户需求，从不同频段的天线阵列中选择相应的天线作为干扰天线施加干扰信号，从不同频段的天线阵列中选择相应的天线作为测量天线用于模拟GNSS卫星星座的空间分布发射GNSS信号，位于全电波暗室侧壁的干扰天线发射不同制式的干扰信号模拟低仰角干扰源，从而完成GNSS抗干扰接收机及抗干扰天线性能测试；
选择暗室顶部正中央位置天线作为单探头测量天线，通过单探头远场测试的方式，实现无源和/或有源天线阵列静态和准动态方向图性能测试；
根据不同信道模型场景，选择天线墙中特定位置的相应频段天线作为测量天线，完成Massive MIMO场景下的5G NR信道容量测试；
根据不同应用场景，从球面天线墙中的不同频段的天线阵列中选择不同数量，不同仰角、方位角的天线作为干扰天线，模拟相邻小区干扰信号场景，实现干扰场景下的有源天线阵列自适应波束切换测试，通过不同干扰天线切换，模拟动态干扰源的影响；
所述5G FR1及4G LTE MIMO OTA测试天线环产生不同应用场景的信道环境，满足5GFR1终端设备和/或4G LTE终端设备的MIMO OTA性能测试需求。
2.如权利要求1所述的OTA性能测试系统，其特征在于，所述球面天线墙为张角120°的球面。
3.如权利要求1所述的OTA性能测试系统，其特征在于，所述球面天线墙包括Sub 6GHz频段天线墙和5G FR2频段天线墙。
4.如权利要求3所述的OTA性能测试系统，其特征在于，所述Sub 6GHz频段天线墙与5GFR2频段天线墙交错排列。
5.如权利要求3所述的OTA性能测试系统，其特征在于，Sub 6GHz频段天线墙上布置有多个400MHz-7.125GHz频段天线；
所述5G FR2频段天线墙上布置有多个5G FR2频段天线。
6.如权利要求1所述的OTA性能测试系统，其特征在于，所述位于全电波暗室侧壁的干扰天线为双极化Sub 6GHz天线，该干扰天线的仰角调节范围为15°至30°，间隔5°；该干扰天线的方位角调节范围为360°，间隔30°。
7.如权利要求5所述的OTA性能测试系统，其特征在于，所述多个400MHz-7.125GHz频段天线以5°步进，均匀分布在所述Sub 6GHz频段天线墙上。
8.如权利要求5所述的OTA性能测试系统，其特征在于，所述多个5G FR2频段天线以5°步进，均匀分布在所述5G FR2频段天线墙上。
9.如权利要求1所述的OTA性能测试系统，其特征在于，所述暗室顶部的球面天线墙上的不同频段的天线到暗室中心的距离相同。
10.如权利要求1所述的OTA性能测试系统，其特征在于，5G FR1及4G LTE MIMO OTA测试天线环为16组双极化天线阵列。
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