CN111447018A - 一种毫米波多终端分组测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种毫米波多终端分组测试系统和方法，所述系统包括基站暗室、程控衰减矩阵、终端暗箱；基站暗室内包含转台、探头墙和第一双极化探头；转台用于安装毫米波基站，支持俯仰轴和方位轴旋转；探头墙在所述毫米波基站的辐射方向上配置L个第一双极化探头；每个所述第一双极化探头通过稳幅线缆将2个极化方向的下行信号分别接入所述程控衰减矩阵；程控衰减器矩阵，用于调节每一路所述下行信号的衰减；终端暗箱内包含第二双极化探头，所述第二双极化探头用于向所述终端暗箱内发射所述下行信号，接收终端暗箱内终端组产生的上行信号。

Description

一种毫米波多终端分组测试系统和方法

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种支持毫米波的多终端分组测试系统和测试方法。

背景技术

为了提升峰值速率和频谱效率，4G/5G引入了大规模多输入多输出(MIMO)技术，可在不增加系统带宽的情况下，提高基站的峰值速率。5G系统在低频主要采用空分复用方式提升频谱效率，在毫米波频段通过混合波束赋形，增强小区覆盖。

由于毫米波基站缺少射频端口，毫米波基站与多终端性能测试主要采用OTA暗室辐射的方式，测试系统由暗室、毫米波基站和多部测试终端组成。将大量终端聚集在较小区域，实现多终端同一波束接入。但是该传统多终端性能测试方法存在以下问题：

基站和终端位于同一暗室中，无法精细控制每个终端的接收功率，不能很好得模拟实际外场环境；基站和终端距离较近，基站如满功率发射可能会损坏终端，存在安全隐患，若不满功率发射，则上下行链路路损不平衡，与外场实际环境不符；大量终端处于同一位置，用户间干扰较大，很难实现多用户的全部调度；无法支持部分波束固定，部分波束移动的综合性测试。

发明内容

本申请实施例提供一种毫米波多终端分组测试系统和方法，解决现有测试方法测试结果不准确的问题。

本申请实施例提出一种毫米波多终端分组测试系统，包括基站暗室、程控衰减矩阵、终端暗箱。

所述基站暗室内包含转台、探头墙和第一双极化探头。所述转台用于安装毫米波基站，支持俯仰轴和方位轴旋转；所述探头墙在所述毫米波基站的辐射方向上配置L个第一双极化探头；每个所述第一双极化探头通过稳幅线缆将2个极化方向的下行信号分别接入所述程控衰减矩阵。

所述程控衰减器矩阵，用于调节每一路所述下行信号的衰减。

所述终端暗箱内包含第二双极化探头，所述第二双极化探头用于向所述终端暗箱内发射所述下行信号，接收终端暗箱内终端组产生的上行信号。

优选的，所述毫米波多终端分组测试系统中，所述俯仰轴支持的俯仰角度为±30°，所述方位轴旋转角度为360°。

优选的，所述转台支持挂载多个基站设备，进行多小区切换测试。

优选的，所述探头墙为矩形或球面。进一步地，所述探头墙覆盖基站法线方向水平±60°、垂直±20°范围。

所述探头墙中心配备十字形自动滑轨，所述第一双极化探头固定在滑轨中，可沿滑轨的轨迹移动；和/或，所述探头墙包含多个孔位，用于安置所述第一双极化探头，相邻孔位的最小距离不超过基站波束赋形3dB波瓣宽度的1/4。

优选的，所述程控衰减矩阵包含2L个功分器、2L×M个衰减器；每一个功分器用于将1路下行信号分为M路，送入M个衰减器。

优选的，所述终端暗箱通过吸波材料划分有多个区域，每个区域用于放置1个或多个终端组；第一双极化探头输出的下行信号经功分器分为M路后，分别由第二双极化探头发射到M个所述终端组。

最佳地，每一个测试终端组都应被覆盖在对应第二双极化探头的3dB波宽范围内；在任意一个区域内，1个第二双极化探头和1个终端组斜对角或斜对线放置，另一组双极化探头和用户终端组与之对称放置。

优选的，在所述程控衰减矩阵和所述终端暗箱之间，还包含信道仿真器。

可选的，在所述程控衰减器矩阵和所述终端暗箱之间，还包含上下行独立功放装置。所述上下行独立功放装置包含两个单刀双掷开关和两个低噪声放大器，所述单刀双掷开关通过与毫米波基站同步实现开关控制，使得时分的上下行信号在两个独立的链路上传输；所述低噪声放大器分别用于放大上下行信号的功率。本申请实施例还提出一种毫米波多终端分组测试方法，用于本申请任意一个实施例所述毫米波多终端分组测试系统，包含以下步骤：

所述第一双极化探头接收毫米波基站L个下行波束信号，每个下行波束信号包含2个极化方向，通过毫米波线缆接入程控衰减矩阵，产生2L×M路输出，每一路输出均进行功率控制，使到达第二双极化探头的最强链路小信号功率为不小于0dBm；

通过终端暗箱内的L×M个第二双极化探头，每个第二双极探头向1个终端组发射1路下行波束信号，终端组位于第二双极化探头的3dB波宽范围内，接收RSRP在-75dB以上；

通过集线器采集各终端的性能指标，对基站核心算法进行验证。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

通过暗室、滑轨式探头墙、程控衰减矩阵、终端暗箱等器件和仪表，完成基站多用户接入、调度、波束赋形、波束跟踪等关键物理层算法的测试验证。该系统支持高达100部终端以上的同时接入和移动轨迹模拟，并且用户终端的接收功率和用户间干扰精确可控。本方法具有支持毫米波频段、支持接入用户多、模拟场景广泛、系统成本低等优势。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为毫米波基站多终端测试图；

图2为本发明的毫米波端到端性能系统实施例示意图；

图3为滑轨式探头墙实施例示意图；

图4为上下行独立功放装置位置和结构示意图；

图5为终端暗箱多个区域设置示意图；

图6为终端暗箱内第二双极化探头和终端组位置示意图；

图7为本发明的毫米波多终端分组测试方法流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为毫米波基站多终端测试图。

由于毫米波基站缺失射频端口，因此目前毫米波基站与多终端性能测试主要采用OTA暗室辐射的方式，如图1所示。测试系统由暗室、毫米波基站和多部测试终端组成。多部终端位于同一平面，正对毫米波基站放置，毫米波基站信号以空口方式直接打向测试终端。通过图1系统，利用调整转台位置，实现波束跟踪测试，同时将大量终端聚集在较小区域，实现多终端同一波束接入。

但是该传统多终端性能测试方法存在以下问题：基站和终端位于同一暗室中，无法精细控制每个终端的接收功率，不能很好得模拟实际外场环境；基站和终端距离较近，基站如满功率发射可能会损坏终端，存在安全隐患，若不满功率发射，则上下行链路路损不平衡，与外场实际环境不符；大量终端处于同一位置，用户间干扰较大，很难实现多用户的全部调度；无法支持部分波束固定，部分波束移动的综合性测试。

图2为本发明的毫米波端到端性能系统实施例示意图。

本申请实施例提出一种毫米波多终端分组测试系统，包括基站暗室、程控衰减矩阵、终端暗箱。

所述基站暗室内包含转台、探头墙和第一双极化探头。所述转台用于安装毫米波基站，支持俯仰轴和方位轴旋转；所述探头墙在所述毫米波基站的辐射方向上配置L个第一双极化探头；所述第一双极化探头用于接收基站发出的下行信号，每个所述第一双极化探头通过稳幅线缆将2个极化方向的下行信号分别接入所述程控衰减矩阵。例如在图2中，P1～4表示L＝4路下行信号。

所述程控衰减器矩阵，用于调节每一路所述下行信号的衰减。每一路所述下行信号对应一个终端暗室，每一路又分为M路。优选的，所述程控衰减矩阵包含2L个功分器、2L×M个衰减器；每一个功分器用于将1路下行信号分为M路，送入M个衰减器。L、M为正整数。

所述终端暗箱内包含第二双极化探头，所述第二双极化探头用于向所述终端暗箱内发射所述下行信号，接收终端暗箱内终端组产生的上行信号。优选的，所述终端暗箱有多个区域，每个区域用于放置1个或多个终端组；第一双极化探头输出的下行信号经功分器分为M路后，分别由第二双极化探头发射到M个所述终端组。

进一步地，基站暗室内还包含屏蔽体与吸波海绵，屏蔽体的作用是为了屏蔽外部无线射频信号，屏蔽体尺寸取决于暗室内滑轨探头墙的大小。吸波海绵的作用是消除基站暗室内的多径反射。

毫米波基站设备通过支架与转台结合，转台至少支持2维旋转轴，包括俯仰轴和方位轴。俯仰轴支持的俯仰角度需大于基站机械上倾和机械下倾的最大角度，一般为±30°。方位轴支持水平方向旋转，角度0～360°。最佳地，转台步进精度不低于0.1°，通过远程控制可实现启停模式和连续旋转模式。若需进行多小区(例如2个小区)切换测试，则转台需支持挂载多个基站设备(例如2个基站设备)。

进一步地，所述转台支持挂载多个基站设备，可进行多小区切换测试。当转台旋转时，设定位置的一个第一双极化探头可在不同时段接收到不同基站发出的信号，模拟小区切换的应用场景。

进一步地，程控衰减矩阵内主要包含功分器、毫米波衰减芯片。对于来自基站暗室的每个数据流需配置1个功分器，共需2L个功分器。功分器分路个数取等于每个数据流的用户终端组数M。针对功分器分路之后的每路数据需经过毫米波衰减芯片，可实现对每一路信号功率的精细控制。则共需毫米波衰减芯片2L×M个。若需模拟小尺度衰落，即多径、多普勒的对传输性能的影响，需在程控衰减矩阵后加入信道模拟器。

进一步地，终端暗箱内包含屏蔽体与吸波海绵、多部终端和双极化探头。如果每一个暗箱(或暗箱区域)安置2个终端组，暗箱(或暗箱区域)的数量为

表示向上取整。屏蔽体与吸波海绵的作用分别是为了屏蔽外部无线射频信号和消除暗箱内的多径反射。根据用户终端组数M、组内终端个数和终端尺寸，以终端最终接收功率与外场好点接近为准则，以用户终端组内所有终端在探头的3dB波宽覆盖范围内为参考，选择增益和3dB波宽合理的双极化探头，屏蔽体尺寸则是根据以上提及的终端参数和双极化探头参数综合决定。

例如，终端暗箱通过吸波海绵板划分为多个大块区域，区域之间信号完全隔离；在每个区域内，设置第二双极化探头和对应的终端组。

图3为滑轨式探头墙实施例示意图。

滑轨式探头墙如上图所示，探头墙采用矩形或球面设计，水平和垂直尺寸取决于暗室大小和基站覆盖角度，一般需覆盖基站法线方向水平±60°、垂直±20°。探头墙中心配备十字形自动滑轨通过电机和皮带传动。

可移动配置的第一双极化探头：第一双极化探头可通过机械结构固定于滑轨中，根据预先定义的轨迹完成步进移动或连续自动移动。探头后配柔性稳幅线缆和收线装置，确保多次运动测试结果一致且保证线缆不会缠绕。

固定配置的第一双极化探头：探头墙同时预留多个孔位，孔位位置预先通过激光经纬仪精确定位，保证第一双极化探头还可精确置于基站对侧的经纬度位置。相邻孔位的最小距离不超过基站波束赋形3dB波瓣宽度的1/4。滑轨探头墙表面需覆盖吸波海绵，吸收基站波束射向探头墙的反射。

需要说明的是，本申请实施例中的滑轨式探头墙安装的第一双极化探头，用作可移动的第一双极化探头、固定配置的第一双极化探头中至少一种。

所述第一双极化探头为毫米波双极化探头，第一双极化探头3dB波束宽度大于30°，探头增益不小于10dB。探头支持与探头墙滑轨及孔位的快速安装。每个探头后连接2根稳幅线缆，分别把两个极化的信号接入程控衰减矩阵。若需要测试的基站赋形空分波束的数量为L(数据流数为2L)，则配置的双极化探头也为L，一共连接的稳幅线缆数量为2L。双极化探头在暗室的摆放需保证与被测基站天线的极化匹配。

图4为上下行独立功放装置位置和结构示意图。

为解决毫米波频段空间损耗、程控衰减矩阵插损和线损可能导致的终端接收功率不足的问题，本系统提出了一种上下行独立功放装置，该装置连接在终端暗箱之前，程控衰减矩阵之后，如果有信道仿真器则连接在信道仿真器之后，其主要由两个单刀双掷开关(SPDT)和两个低噪声放大器(LNA)组成，SPDT通过与毫米波基站同步实现开关控制，使得TDD时分的上下行信号在两个独立的链路上传输，LNA则是保证下行终端侧接收功率与外场好点类似，一般RSRP需大于-75dBm，同时控制上行功率使得上下行链路互易。该装置可在实现功率放大的同时，有效避免功放环路对仪表和元件造成损害。

图5为终端暗箱多个区域设置示意图。

一个良好的终端暗箱内探头、终端设置方式需兼顾测试性能、成本和可用性。本系统采用的终端设置方式可以在有效降低成本、提高系统可用性的同时，避免不同用户终端组间的信号干扰，保证终端测试性能。

每一个功分器输出的M路下行信号中的每一路对应一个终端测试组，终端暗室内需采用合理的终端摆放策略避免互相干扰。

以终端组数M＝4，组内包含5部终端的情况为例，在图5所示的终端，包括内部贴有吸波海绵的屏蔽体3，通过吸波海绵板5将暗室划分为两个区域，因此两个区域信号完全隔离；左半区域的两个双极化探头1，2对称且倾斜放置，分别正对2个终端组4，每个终端组内含有5部测试终端。

图6为终端暗箱内第二双极化探头和终端组位置示意图。

每一个第二双极化探头安装在终端暗箱内一个区域的棱边处，辐射方向垂直于棱线，相对应地，一个终端组位于相对的棱边处，与所述第二双极化探头正对，因此，每一个终端暗箱区域内可以安置2个第二双极化探头和对应的2个终端组。

双极化探头和用户终端组斜对角或斜对线放置，这样有两点好处，首先，更远的间距可更好的保证终端组在探头的3dB波宽范围内，其次，倾斜放置可以保证终端反射的信号被吸波海绵充分吸收，有效避免反射信号对另一组探头造成干扰；另一组双极化探头和用户终端组与之对称放置，可充分利用终端暗箱空间；终端组内终端需呈平面或弧形紧凑放置，且预留USB接口空间，以保证终端处于双极化探头的3dB波宽范围内。

图7为本发明的毫米波多终端分组测试方法流程图。

本申请的实施例包括系统信号传输及功率控制流程，以下行为例，至少包含以下步骤10～30。

步骤10、所述第一双极化探头接收毫米波基站L个下行波束信号，每个下行波束信号包含2个极化方向，通过毫米波线缆接入程控衰减矩阵，产生2L×M路输出，每一路输出均通过毫米波衰减器进行功率控制；

例如，用滑轨式探头墙上的高增益探头在接收毫米波基站L个下行波束信号后，通过毫米波线缆将信号接入程控衰减矩阵，程控衰减矩阵内部2L个功分器产生2L×M路输出，每一路输出均有一个毫米波衰减芯片实现功率的精准控制，输出信号经过上下行独立功放装置完成下行功率放大，使得最强链路的信号到达终端暗箱探头功率为不小于0dBm，

步骤20、通过终端暗箱内的L×M个第二双极化探头，每个第二双极探头向1个终端组发射1路下行波束信号，终端组位于第二双极化探头的3dB波宽范围内，接收RSRP在-75dB以上；

例如，终端暗箱中采用高增益探头，保证终端接收RSRP在-75dBm以上，终端组在探头的3dB波宽范围内，保证组内终端测试环境相同。

步骤30、通过集线器采集各终端的性能指标，对基站核心算法进行验证。

本发明的目的是提供一种支持毫米波的多终端分组测试系统，将暗室、滑轨式探头墙、信道仿真器(可选配置)、程控衰减矩阵等器件和仪表整合在一个系统中，支持多用户同时接入、移动性模拟且用户间干扰可控的性能测试验证；支持多用户调度算法、解调算法、波束赋形与波束跟踪算法等基站核心算法的精确测试验证。

例如，通过集线器和中控计算机对各终端组性能指标进行采集和处理，性能指标包括RSRP、Throughput、SNR、MCS、RB number、BLER等，进而完成基站多用户接入、调度、波束赋形、波束跟踪等关键物理层算法的测试验证。

当系统配置有信道仿真器时，通过增加信道还可以在多普勒、时延、多径等方面模拟更为复杂和准确的外场环境。

另外，以上行为例，终端上行信号通过高增益天线接收，经过上下行独立功放装置和程控衰减矩阵，最终通过中等增益探头发射信号至毫米波基站。采用校准天线，通过程控衰减矩阵，完成上下行校准，保证TDD信道模型的上下行互易性。

需要说明的是，上行信号传输过程与下行信号传输方向相反，是从第二双极化探头，经所述程控衰减矩阵到第一双极化探头发射至基站；系统中包含信道仿真器和或上下行独立功放装置时，还需经过信道仿真器和或上下行独立功放装置，这里不再赘述。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种毫米波多终端分组测试系统，其特征在于，包括基站暗室、程控衰减矩阵、终端暗箱；

所述基站暗室内包含转台、探头墙和第一双极化探头；

所述转台用于安装毫米波基站，支持俯仰轴和方位轴旋转；所述探头墙在所述毫米波基站的辐射方向上配置L个第一双极化探头；每个所述第一双极化探头通过稳幅线缆将2个极化方向的下行信号分别接入所述程控衰减矩阵；

所述程控衰减器矩阵，用于调节每一路所述下行信号的衰减；

所述终端暗箱内包含第二双极化探头，所述第二双极化探头用于向所述终端暗箱内发射所述下行信号，接收终端暗箱内终端组产生的上行信号。

2.如权利要求1所述毫米波多终端分组测试系统，其特征在于，

所述转台俯仰轴支持的俯仰角度为±30°，所述方位轴旋转角度为360°。

3.如权利要求1所述毫米波多终端分组测试系统，其特征在于，

所述转台支持挂载多个基站设备，进行多小区切换测试。

4.如权利要求1所述毫米波多终端分组测试系统，其特征在于，

所述探头墙为矩形或球面，覆盖基站法线方向水平±60°、垂直±20°范围。

5.如权利要求1所述毫米波多终端分组测试系统，其特征在于，

所述探头墙中心配备十字形自动滑轨，所述第一双极化探头固定在滑轨中，可沿滑轨的轨迹移动。

6.如权利要求1所述毫米波多终端分组测试系统，其特征在于，

所述探头墙包含多个孔位，用于安置所述第一双极化探头，相邻孔位的最小距离不超过基站波束赋形3dB波瓣宽度的1/4。

7.如权利要求1所述毫米波多终端分组测试系统，其特征在于，

所述程控衰减矩阵包含2L个功分器、2L×M个衰减器；每一个功分器用于将1路下行信号分为M路，送入M个衰减器。

8.如权利要求1所述毫米波多终端分组测试系统，其特征在于，

所述终端暗箱通过吸波材料划分有多个区域，每个区域用于放置1个或多个终端组；

第一双极化探头输出的下行信号经功分器分为M路后，分别由第二双极化探头发射到M个所述终端组。

9.如权利要求1所述毫米波多终端分组测试系统，其特征在于，

每一个测试终端组都应被覆盖在对应第二双极化探头的3dB波宽范围内；

在任意一个区域内，1个第二双极化探头和1个终端组斜对角或斜对线放置，另一组双极化探头和用户终端组与之对称放置。

10.如权利要求1所述毫米波多终端分组测试系统，其特征在于，

在所述程控衰减器矩阵和所述终端暗箱之间，还包含上下行独立功放装置；

所述上下行独立功放装置包含两个单刀双掷开关和两个低噪声放大器，所述单刀双掷开关通过与毫米波基站同步实现开关控制，使得时分的上下行信号在两个独立的链路上传输；所述低噪声放大器分别用于放大上下行信号的功率。

11.一种毫米波多终端分组测试方法，其特征在于，包含以下步骤：

所述第一双极化探头接收毫米波基站L个下行波束信号，每个下行波束信号包含2个极化方向，通过毫米波线缆接入程控衰减矩阵，产生2L×M路输出，每一路输出均进行功率控制，使到达第二双极化探头的最强链路小信号功率为不小于0dBm；

通过终端暗箱内的L×M个第二双极化探头，每个第二双极探头向1个终端组发射1路下行波束信号，终端组位于第二双极化探头的3dB波宽范围内，接收RSRP在-75dB以上；

通过集线器采集各终端的性能指标，对基站核心算法进行验证。

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