CN113491076B - 无线电设备测试装置 - Google Patents

Abstract

一种单个无线电设备测试装置(TA)，包括：控制单元(CT)，用于测试多个天线，例如天线阵列；控制单元(CT)，包括第一接口(I1)，用于将控制单元(CT)可操作地耦连到被优选地布置在测试室(TC)中的被测天线(AUT)；控制单元(CT)包括第二接口(I1)，用于将控制单元(CT)可操作地耦连到被优选地也布置在测试室(TC)中的参考天线(REA)，其中控制单元(CT)用于控制和/或监测被测天线(AUT)和参考天线(REA)。

Description

无线电设备测试装置

技术领域

本发明涉及无线电通信系统领域，更具体地涉及无线电设备的测试。

背景技术

西门子及其子公司正在开发用于检验和验证的创新测试系统。这样的测试系统可以包括一个或多个测试装置，这些装置可以在从蜂窝基站到汽车工业的各种高技术领域中使用。例如，例如来自X-STEP产品线的无线电设备测试系统或测试装置允许激励和跟踪现代无线电设备(诸如无线电设备控制(REC)和/或无线电设备(RE)模块(还分别称为基带单元BBU和射频拉远头RRH)中的所有数字接口。这种测试装置所支持的数字接口协议可以包括JESD204B、CPRI、OBSAI RP3、或另一种基于以太网的协议，例如10G、25G、100G或400G以太网。测试装置还可以包括寄存器传输级(RTL)仿真和硬件仿真，并且还可以与FPGA原型设计、实时硅板后调试和最终产品测试一起工作。测试装置可以覆盖无线电基站产品开发周期中的每个阶段，从最初的RTL模拟一直到生产后期。

通常，射频(RF)通信系统和装置，像其它电子设备一样，需要测试，并且在一些情况下需要校准。在支持多路传输(Tx)和接收(Rx)信道的RF通信系统或设备的情况下，测试和校准可能存在挑战。

发明内容

尤其是第五代蜂窝移动通信5G由于较小的小区尺寸而需要大量的天线阵列，尤其是需要能够进行波束成形。因此，天线和天线阵列的测试将成为挑战。

根据第一方面，提出了一种单个无线电设备测试装置。单个无线电设备测试装置包括：控制单元，其用于测试多个天线，例如天线阵列。控制单元进一步包括第一接口，用于将控制单元可操作地耦连至被优选地布置在测试室中的被测天线。控制单元包括第二接口，用于将控制单元可操作地耦连至被优选地也布置在测试室中的参考天线。测试装置的控制单元用于控制和/或监测被测天线和参考天线。

根据第二方面，提出了一种无线电设备测试系统，该无线电设备测试系统包括根据第一方面的无线电设备测试装置以及测试室，在测试室中布置有参考天线和被测天线，并且优选地连接到云平台。

根据第三方面，提出了一种通过单个无线电设备测试装置来测试无线电设备的方法。该方法包括以下步骤：经由无线电设备测试装置的控制单元的第一接口来控制和/或监测优选地布置在测试室中的被测天线。该方法进一步包括以下步骤：经由无线电设备测试装置的控制单元的第二接口来控制和/或监测优选地也布置在测试室中的参考天线。

因此，提出了一种用于测试具有一个或多个数字接口的无线电设备的测试装置。从而简化了无线电设备的测试。此外，所提出的设置和测试装置分别减少了电缆的量。此外，所提出的测试装置和测试系统分别能够同时测试诸如大规模天线(即，大量天线)之类的无线电设备。然而，根据所提出的方面，仅测试有限数目的天线也是可能的。另一个优点是测试矢量，即用于测试的无线电信号，例如由无线电设备测试装置产生的无线电信号，是可再现的，也就是说，确保在不同时间测试相同的无线电设备或不同的无线电设备时使用相同的测试信号。这是因为测试信号的发送和/或接收时间对于单个无线电设备测试装置是已知的和/或测试向量完全相同，因为相同的单个无线电设备测试装置用于产生和接收测试信号。当通过被测无线电设备运行一个或多个测试矢量时，测试矢量的发送(通过被测无线电设备，尤其是被测天线)和接收(通过参考天线)的定时(或反之亦然)是已知的。这可以例如用于确定被测无线电设备，尤其是被测天线的传输延迟。此外，可以对接收到的RF信号和/或发送的测试矢量进行记录。这对于在不同环境中调试天线是尤其有利的，因为可以使用相同的记录的测试序列。可以在不存在或不需要测试室的情况下重放和/或分析记录。例如，如将通过实施例描述的，测量探头可以用于以IQ数据形式记录测试矢量和/或接收的无线电信号。测试矢量和/或接收的RF信号的记录可以在稍后的时间点被重放。如将在以下描述中显而易见的，代替测量探头，可以采用其他测量来记录接收的RF信号和/或一个或多个测试矢量。

附图说明

现在将结合附图更详细地描述实施例：

图1示出了移动通信网络的图示。

图2示出了无线电设备测试系统的图示。

图2a示出了无线电设备测试系统的图示。

图3示出了无线电设备测试系统的另一图示。

图3a示出了无线电设备测试系统的另一图示。

图4示出了无线电设备测试系统的又一图示。

图5示出了无线电设备测试系统的又一图示。

图6示出了无线电设备测试系统的又一图示。

图7示出了无线电设备测试系统的又一图示。

图8示出了无线电设备测试系统的又一图示。

图9示出了无线电设备测试系统的又一图示。

图10示出了用于测试无线电设备的示例性方法步骤。

图11示出了用于测试无线电设备的进一步的示例性方法步骤。

图12示出了用于测试无线电设备的进一步的示例性方法步骤。

图13示出了用于测试无线电设备的进一步的示例性方法步骤。

图14示出了用于测试无线电设备的进一步的示例性方法步骤。

图15示出了用于测试无线电设备的进一步的示例性方法步骤。

图16示出了天线故障特性的图示。

具体实施方式

无线电基站测试系统允许在现代无线电基站的所有前端、在无线电设备控制(REC)和无线电设备(RE)模块(也称为基带单元(BU)和射频拉远头(RRH))中激励和跟踪数字接口。REC和RE之间的数字接口协议包括CPRI、OBSAI RP3和10G以太网。此外，在REC-核心网络边界中使用10GbE和类似变体，例如光传输网络上的CPRI。JESD204是在AD/DA转换器(在天线接口中)和逻辑装置(RE/RRH)之间广泛使用的标准。

在图1中示出了示例性无线电通信系统。传统的单片基站收发信台(BTS)架构日益被分布式BTS架构所取代，在分布式BTS架构中，BTS的功能被分为两个物理上分离的单元—基带单元(BBU)和射频拉远头(RRH)。BBU针对正被用于在一个或多个射频信道上无线通信的特定空中接口执行基带处理。RRH执行射频处理以将从BBU输出的基带数据转换为用于从耦连到RRH的一个或多个天线辐射的射频信号，和/或从经由一个或多个天线在RRH处接收的射频信号产生用于BBU的基带数据。RRH通常安装在一个或多个天线附近，通常在塔的顶部，而BBU通常安装在更容易接触的位置，通常在塔的底部。然而，根据具体情况，RRH和BBU可以在例如实验室中配置。BBU和RRH通常通过一个或多个光纤链路连接。BBU和RRH之间的接口由诸如通用公共无线电接口(CPRI)系列规范、开放基站架构倡议(OBSAI)系列规范和开放无线电接口(ORI)系列规范之类的前传通信链路标准定义。

在5G架构中，将指定新的频域前传接口。频域前传是功能性分割，其中IFFT/FFT(快速傅里叶逆变换/快速傅里叶变换)可以从BBU移动到RRH。频域样本而不是时域样本通过前传被发送。RRH将通过通信信道具有关于针对不同UE的资源分配的信息。新的eCPRI接口规范“eCPRI规范V1.0(2017-08-22)”已经可用。

对于射频拉远头RRH(有时也表示为远端无线电单元RRU，或简称为无线电单元RU)和基带单元BBU(有时也表示为无线电设备控制器REC，或现在的分布式单元DU)被分离的部署情形，从一个或多个天线接收的信号必须在连接RRH和BBU的介质上传输，因为通常在BBU处进行信号组合。通常，用于BBU和RRH之间的连接的接口被称为前传。前传上的信号可以是例如在传统公共无线电接口CPRI中指定的复杂时域采样。数字化的波形可以经由一个或多个无线电聚合单元(RAU)在从BBU到RRH的前传上传输，反之亦然。为了测试一个或多个无线电设备，数字化波形可以是所谓的测试向量的形式，其又可以是IQ数据的形式。

RAU是由不同的5G标准草案引入的实体，并且其功能是将多个无线电设备连接到BBU，并且用作RRH的时间和时延关键数据处理单元。RAU的功能进一步由BBU和RRH之间选择的功能划分来定义。

用户设备UE的信号是功率受限的，并且由于路径损耗随着到UE的距离而变化，当这些信号被数字地表示时会遇到大的动态范围，可以假设，对于复频率样本，将需要大量的比特，并且在MIMO(多输入多输出)/分集层的情况下，所需的前端容量将与天线的数量相乘。此外，期望对无线电信号的这种传播进行建模，以便测试无线电系统及其组件的功能。当限制前传上的容量时，期望找到优化前传的使用的方法。

BBU可以分别经由一个或多个回传或集成回传(英语：crosshaul)连接而连接到在图1中表示为“核心”的核心网络，并且可能连接到其他BBU(未示出)。随着C-RAN拓扑的部署，BBU越来越依赖于商业服务器芯片。BBU需要能够通过支持不同类型的前传拓扑、设备、协议和线路速率来控制演化的前传网络。该过程的复杂性使得BBU测试和无线电设备测试通常具有挑战性和耗时。借助有源天线、无线电和天线部分可以被集成到一个紧凑的、强大的单元中。这些天线需要由基带单元(BBU)控制，并且信息的交换需要公共消息。BBU和有源天线的制造商需要类似地理解消息的内容。无线电设备测试装置(例如X-STEP)也可支持不同的协议和接口(例如JESD204B接口)，从而允许天线制造商以数字方式测试天线接口。这样，可以在装置开发的早期单独设计和测试互操作性。随着4G技术的不断发展和5G技术的兴起，有源天线正获得发展。

现在转向图2所示的无线电设备测试系统，在典型的测试设置中，无线电设备，即被测装置(DUT)(在图2中的虚线内)，经由一个或多个前传协议(例如，CPRI、eCRI、OBSAI、RoE等)连接到用于提供数字数据的无线电设备测试装置，尤其地，优选地IQ数据形式的测试数据或测试信号，即用作分布式单元(DU)。在5G无线电网络中，基站被表示为gNodeB或gNB。该gNB可包括中央单元和一个或多个分布式单元DU。取决于功能划分选项，该逻辑节点包括gNB功能的子集。其操作由中央单元CU(未示出)控制。从4G/LTE向5G新无线电(NR)传输架构演进，主要变化是4G/LTE中的原始BBU功能被划分成三部分：中央单元(CU)、分布式单元(DU)以及无线电单元(RU)。

中央单元(未示出)是逻辑节点，除了专门分配给DU那些功能，逻辑节点可以包括gNB的功能，例如用户数据的传输、移动性控制、无线电接入网络共享、定位、会话管理等。中央单元通过一个或多个前传接口(未示出)控制一个或多个DU的操作。中央单元也被称为BBU/REC/RCC/C-RAN/VRAN。即使在下文中主要使用术语RU、DU和5G，那些术语旨在将相应的功能、单元、模块或装置并入相应的无线电技术(例如2G、3G和4G)或者甚至其他无线电技术(例如Wi-Fi)中。

现在，DU可以连接到RU，RU例如包括(有源)天线单元。因此，取决于在DU和RU之间选择的功能划分，可以将DU连接到一个或多个天线，尤其是一个或多个天线单元(AU)或者甚至一个或多个有源天线单元(AAU)。为了测试被测天线AUT的一个或多个天线，在测试室TC中与天线单元一起布置包括一个或多个天线的参考天线REA。应当理解，如上所述，DU可以由无线电设备测试装置或简称为测试装置来代替。

在2/3/4G中，(天线单元的，例如被测天线AUT或参考天线REA的)天线的数量受到限制，并且可以使用同轴电缆CC通过矢量信号分析器VSA和/或矢量信号发生器VSG来执行直接射频测量装置。VSG可以生成用于调制信号的基带IQ数据向量。另一方面，VSA分析调制信号的基带IQ数据向量。因此，VSA和/或VSG可被用于检查DUT的发送和/或接收性能/功能，如图2所示。参考天线REA可以耦连到矢量信号分析器VSA。相应装置可购买得到，例如通过www.keysight.com/find/spectrumanalyzers。另一方面，被测天线AUT可以耦连到无线电设备测试装置，经由该无线电设备测试装置可以向被测天线AUT发送和/或从被测天线AUT接收测试数据，例如IQ数据。在图2的实施例中，DU用作经由前传通信链路例如发送和/或接收例如IQ数据的无线电设备测试装置。

随着在有限无线电频谱中对高用户吞吐量的需求，大规模MIMO有源天线单元是使用大量内置天线以通过共享相同无线电频谱来建立到不同用户的专用连接的解决方案。

一般而言，天线数在增加，尤其是在5G中，特别是当使用波束成形时。因此，使用经由同轴电缆CC到各个天线的直接连接是不合理的。此外，通常天线(例如，组合到天线阵列的天线)处于相同的机械情况下或者与无线电单元(RU)封装在一起，这种设置也被称为有源天线。现在，用于向DUT提供诸如IQ数据之类的测试信号的无线电设备测试装置以及用于监测/检查/分析由诸如VSA之类的DUT发送的测试信号的测量装置是分开的装置，并且在它们之间没有中央控制。内部和外部辐射防护需要RF测试室TC。RF测试室TC的尺寸可以在手提箱和大厅的尺寸之间变化。测试室TC的内表面可以覆盖有辐射吸收材料(RAM)以限定RF无回声测试室TC。

现在转向图2a，可以看出，DU和VSA和/或VSG被组合成单个无线电设备测试装置TA。这允许使用具有一个或多个数字接口I1和/或I2的单个装置TA来测试无线电设备，视情况而定。当然，尤其是用于提供VSA和/或VGA功能的接口I2可以是用于从所接收的无线电信号接收模拟输入和/或用于经由参考天线REA发送无线电信号的模拟接口，从而简化无线电设备的测试。例如，如图2a所示，待测装置DUT可以仅包括RU，即有源天线单元或天线阵列AUT。另外，通过所提出的设置减少了线缆的量。此外，无线电设备的测试可以包括同时测试大规模天线，即大量天线。所提出的测试装置TA允许测试这种大规模MIMO设置，但也允许仅测试有限数目的天线。另一个优点是测试矢量，即用于测试的无线电信号，例如由无线电设备测试装置TS产生的无线电信号，是可再现的，也就是说，确保在测试相同的无线电设备或不同的无线电设备时使用相同的测试信号。这是因为测试信号的发送和/或接收时间对于单个无线电设备测试装置TA是已知的，并且/或者因为使用相同的单个无线电设备测试装置TA，所以测试向量(完全)相同。此外，可以对接收到的RF信号和/或发送的测试矢量进行记录。这对于在不同环境中调试天线是尤其有利的。可以在不存在或不需要测试室和/或DUT的情况下重放和/或分析记录。例如，如下面将通过实施例描述的，测量探头可以用于以IQ数据形式记录测试矢量和/或接收的无线电信号。测试矢量和/或接收的RF信号的记录可以在稍后的时间点被重放。当然，如将在以下描述中显而易见的，代替测量探头，可以采用其他测量来记录接收的RF信号和/或一个或多个测试矢量。

一般而言，测试可以根据特定要求来执行，例如符合性测试，尤其是如3GPP TS34.114V12.2.0(2016-09)或任何较早或未来版本3GPP标准中所描述的。其中描述了用于用户设备(UE)/移动站(MS)的性能测量的某些测试程序。例如，其中指定了待测试的上行链路和下行链路频率以及被测装置的定位。

如图2a所示的实施例和各个部分可以另外对应于如图2中描述的实施例。DU和VSA/VSG的一个或多个功能和/或功能可以由测试装置TA的控制单元实现。这种控制单元可以包括用于执行所述功能和/或功能性的一个或多个处理器。单个无线电设备测试装置TA可以包括其中布置一个或多个处理器并且优选地布置诸如存储器之类的存储单元的单个壳体、外壳或盒。因此，单个无线电设备测试装置TA可以同时可操作地连接到被测装置DUT和参考天线REA。被测装置DUT可以是作为整体的无线电单元RU，或者仅仅是无线电单元RU的一部分，例如无线电单元RU的天线或天线阵列。

现在转向图3，为了测试被测天线AUT和/或RU的期望功能，可以将被测天线AUT与参考天线REA(包括一个或多个天线)一起放置在测试室TC中。被测天线AUT和RU可以形成有源天线(单元)AAU，并且经受测试，因此可以被表示为被测装置DUT。

如已经提到的，为了接收由被测天线AUT发送的无线电信号，可以在测试室TC中放置参考天线REA，其也被称为测量天线。参考天线REA可以用于接收由被测天线AUT发送的无线电信号和/或用于放大接收的无线电信号。参考天线REA还可以用于例如在其连接到VSG时向AUT和/或DUT发送无线电信号。

根据本公开的一个方面，VSA和/或VGA的一个或多个功能现在被包括在无线电设备测试装置TA中(参见图2a)和/或无线电设备测试装置TA可操作地连接到的云平台CP中。尤其地，由VSA执行的数字信号处理现在是无线电设备测试装置TA和/或云平台CP的一部分。数字信号处理可以包括接收的无线电信号的FFT/IFFT，或者更准确地，表示由被测天线发送和/或接收的无线电信号的信号。尤其地，数字信号处理可以包括由一个或多个参考天线接收的无线电信号的FFT。现在无线电设备测试装置TA的一部分的其它功能可以包括一个或多个解调算法，包括例如无线电信号的(子)采样、(正交)混合和基带调制等。优选地，刚才提到的功能由测试装置的第一处理器P1(例如，FPGA)执行。取而代之，可以使用另一个数字信号处理器DSP，以便执行上述功能中的一个或多个。除了这些功能之外，第一处理器P1可以提供用于测试AUT和/或DUT的测试信号或测试数据，如结合图2所解释的。

被测天线AUT可以是有源天线，即包含诸如晶体管的电子部件的天线。这同样适用于也可以是有源天线的参考天线REA。现在，被测天线AUT优选地经由测试装置TA的第一接口I1连接到测试装置TA。被测天线AUT可以包括在图3中未示出的对应接口，以便可操作地，优选地通信地耦连到测试装置TA。因此，测试装置TA可以例如发送和/或接收数据，例如I/Q数据，涉及被测天线AUT经由第一接口I1发送或接收的无线电信号。例如，可以经由诸如CPRI之类的数字通信协议来发送与发送和/或接收的无线电信号有关的数据。与待发送的无线电信号有关的数据可以由被测天线AUT转换成无线电信号。因此，可以将由被测天线AUT接收的无线电信号从模拟域转换到数字域。

现在，第一处理器P1可以与第二处理器P2交换与例如IQ数据形式的无线电信号相关的数据。为此，控制单元CT的第一处理器P1可以通信地耦连到控制单元CT的第二处理器P2。例如，IQ数据可以从第一处理器P1发送到第二处理器P2以便由第二处理器P2分析，另一方面，第二处理器P2可以将由第二处理器P2生成的IQ数据发送到第一处理器。根据一个或多个RF信道模型，第一处理器P1可以进一步处理从DUT接收的和/或从第二处理器接收的IQ数据。信道模型可以将无线电信号传播表征为频率、距离和其它条件的函数。因此，提出了一种无线电设备测试装置TA，其中在测试装置TA中集成了控制单元，该控制单元被操作用于提供如贯穿本公开所描述的功能。

无线电设备测试装置TA包括控制单元CT，该控制单元进而包括第一处理器P1和第二处理器P2。此外，控制单元CT可操作以从云平台CP接收天线故障的确定结果。确定天线故障的步骤可以基于存储在云平台CP中的一个或多个天线故障特性。一个或多个天线故障特性可以由一个或多个不同测试装置TA的故障特性产生。也就是说，一个或多个相同或不同类型的无线电设备测试装置TA可以记录一个或多个天线故障特性，并且所述特性可以被存储在云平台CP中。因此，可以使用存储在云平台CP中的天线故障特性来确定当前被测天线的一个或多个天线故障或者可能性。为此，代表一个或多个天线故障特性的数据可以优选地分别经由测试装置的第三接口I3或控制单元CT从云平台CP检索(例如下载)到无线电设备测试装置TA。或者，可以将表示由被测天线AUT发送和/或接收的无线电信号的至少一部分信号发送(例如，上传)到云平台CP。然而，在这两种情况下，可以将表示由被测天线AUT发送和/或接收的无线电信号的所述信号与表示一个或多个天线故障特性的数据进行比较。在又一个实施例中，可以通过无线电设备测试装置TA的控制单元CT来确定某些天线故障特性，而可以在远程云平台CP中确定其他天线故障特性。例如，对天线故障的初步检查可以由测试装置TA来完成，而对天线故障的另一个更精细的或资源密集的检查是经由云平台CP，例如云平台的一个或多个服务来完成的。

因此，提出了一种具有第一和第二处理器P1、P2的无线电设备测试装置TA，第一和第二处理器被操作和/或配置为执行上述功能中的一个或多个。测试装置还包括接口I1，用于例如从和/或向被测无线电设备接收和/或发送I/Q数据形式的测试数据。

此外，第一处理器P1可以与由参考天线REA接收和/或待发送的无线电信号相关的数据并行地处理与由天线单元接收和/或待发送的无线电信号相关的数据，即，AUT、RU和DUT。例如，不同的管线或数据路径可以配置用于处理与由AUT、RU、DUT和参考天线接收和/或待发送的无线电信号有关的数据REA，视情况而定。管线或数据路径可包括不同的任务，例如对接收的数据执行傅立叶变换或快速傅立叶变换，视情况而定，分别执行经变换数据的滤波和执行逆傅立叶变换或逆傅立叶变换。此外，在经由参考天线接收或待发送的信号是模拟形式的情况下，第一处理器P1可以执行到或从模拟域到数字域或数字域到模拟域的转换。用于上述任务的相应实现方式指南可以在“用于FPGA的并行程序设计，作者RyanKastner，Janarbek Matai以及Stephen Neuendorffer，2018-5-11”中找到。应当理解，第一处理器P1可以将一个或多个(不同的)信道模型应用于由被测天线AUT和/或参考天线REA接收或发送的无线电信号。

为了将VSA和/或VSG集成到测试装置TA中，通过第二处理器P2来实现VSA和/或VSG的功能。也就是说，可以通过第二处理器P2来分析由第一处理器P1预处理的无线电信号数据。例如，无线电设备测试装置因此可以适于确定由被测天线AUT和/或参考天线REA发送/接收的无线电信号的误差矢量幅度、码域功率和/或频谱平坦度。经由控制单元CT或更准确地经由第一处理器P1的接口I2发送由参考天线接收和/或待发送的测试信号。

尽管图3中的接口I1、I2、I3被示为分别与第一和第二处理器P1、P2分离，但是应当理解，接口可以分别是第一处理器P1和P2的接口，可以直接连接，例如接口I1、I2是处理器P1的数字接口，而I3是处理器P2的数字接口。或者，接口I2可以是处理器P1的模拟接口。

因此，提出具有中央控制单元CT，即，控制单元CT，其提供组合的测试装置和VSA和/或VSG的功能。这通过如贯穿附图和相应描述所描绘的架构来实现。根据本公开的一个方面，VSA和/或VGA的一个或多个功能现在包括在无线电设备测试装置TA，和/或无线电设备测试装置TA可操作地连接到的云平台CP中。

在图3a中，示出了测试装置TA的另一示例性实施例。如图3a所示的这些部件可以布置在共同的壳体或外壳中。接口I1、I2与第一处理器P1(优选为FPGA)之间的连接是并行和/或独立的。每个接口I1、I2可以具有单独的连接和单独的协议，例如第一接口I1可以实现CPRI协议，第二接口I2可以实现JESD204B协议。在第一处理器P1内部，两种连接可以包括单独的数据路径DP1、DP2。另外，图3a示出单独的数据路径DP1、DP2被连接到公共数据路径部分CP。公共数据路径部分CP可以用于第一处理器P1和第二处理器P2之间的数据传输。数据路径DP1、DP2可以被配置为适合所使用的协议，例如CPRI、eCPRI、JESD等。公共数据路径部分CP可以是存储器映射寄存器或存储器空间，例如AXI4。因此，到第二处理器P2的连接可以通过存储器映射协议(PCIe)来实现。经由数据路径DP1和/或DP2，可以访问公共数据路径部分，即相应的存储器，并且可选地可以从存储器流传输数据/将数据流传输到存储器。

一般来说，FPGA通常由实现小逻辑操作的逻辑单元阵列组成，且由可针对不同信令标准而编程的外围I/O包围。

根据针对测试装置TA提出的架构的实施例，数据处理部分地由FPGA执行。主要地，诸如串行化和/或去串行化，线路编码和/或例如经由接口I1和/或接口I2的输入数据的其他操作之类的下层物理层处理由FPGA执行。因此，对接收的传输线数据的处理由FPGA执行，而对表示所接收/发送的无线电信号的数据的内容的实际数据处理(例如分析)由第二处理器和/或经由云平台CP的一个或多个服务来执行。主要地，所有有效载荷数据处理由处理器P2和/或通过云平台CP的一个或多个服务进行。

例如，VITA57.4扩展卡可被用于实现接口I1并用于连接到第一处理器P1，优选为FPGA。此外，VITA57.1扩展卡可以被用于实现接口I2并且用于连接到第一处理器P1。

现在转向图4，参考天线REA的一个或多个天线可以被耦连到多路复用器MUX。多路复用器可以在测试装置TA的内部或外部。多路复用器MUX可以被耦连到测试装置TA的接口I2，如图4所示。接口I2可以是软件定义的无线电，即一个或多个放大器和/或模拟信号转换器。接口I2可以是数字信号处理器的一部分，例如所说的第一处理器P1，优选地通过FPGA实现。因此，测试装置TA可以包括控制单元CT，控制单元CT包括耦连到第一和第二接口I2的第一处理器P1。第一处理器P1能够进行数字信号处理，例如对经由第二接口I2从参考天线REA接收的信号测量、滤波和/或压缩。此外，根据具体情况，第一处理器P1能够根据一个或多个数字协议来处理数据，以便经由第一接口与被测天线AUT和/或无线电单元RU进行通信。

如图3所示，参考天线REA可以包括布置成天线阵列的多个天线。为了可操作地连接到天线阵列中的各个天线，可以使用如上描述的多路复用MUX。如果使用多个天线，则可以使用多路复用器MUX进行天线选择。在这种情况下，第一处理器P1的接口I2可以是通过第一处理器P1实现的软件定义无线电。优选为FPGA。这样的接口I2可以处理多个RF连接。也就是说，可以提供用于多个天线的单个接口I2来采样直接接收的无线电信号(而不是应用附加的硬件，诸如一个或多个可变频率振荡器、混频器和滤波器)。

该设置的优点是获得准确的测试可重复性。由单个测试装置控制产生和测量的所有信号以及捕获的所有数字数据。与进一步分析相关的数据可以彼此链接并且存储在云平台CP中以用于进一步分析。云平台可以包括在云平台上运行的一个或多个服务，即云服务。云平台CP还可以具有用于存储所接收的数据以及用于从数据存储中检索数据的数据存储。例如，SIEMENS提供了包括用于数据处理的多种服务的云平台，称为MindSphere。MindSphere是基于云的、工业物联网的开放IoT操作系统。

应当理解，通过术语“天线”可以理解一个或多个天线，并且天线可以包括一个或多个天线阵列，即，将一起工作的多个连接的天线作为单个天线。此外，天线可以是被测天线AUT或参考天线REA，优选地适合于无线电信号的波束形成，尤其是根据波束形成的5G规范。关于有源天线、无源天线、天线阵列、波束形成和5G使用情况的进一步细节可以在白皮书“罗德与施瓦茨天线阵列测试—传导和空中技术：通往5G之路”，其可通过http://www.rohdeschwarz.com/appnote/1MA286获取。

在另一个实施例中，测试装置TA可以通过参考天线REA监测被测天线AUT。也就是说，参考天线REA可以接收由被测天线AUT发送的无线电信号。将被测天线AUT和参考天线REA的控制和/或监测集成在控制单元CT中。控制单元包括第一和第二处理器P1、P2，其中优选第一处理器P1为FPGA，第二处理器为CPU，例如通用CPU。测试装置TA用于产生测试数据，例如I/Q数据，尤其是由FPGA和CPU产生。在此，在本领域中，位于测试室中的第二天线被表示为参考天线REA，但也被称为测量天线。

在图3和4的实施例中，第一接口优选地接收数字数据作为输入，第二接口接收模拟信号作为输入。可替代地，第二接口P2是数字接口并且接收数字数据作为输入。例如，第二接口P2被操作和/或配置为经由数字(前传)协议(例如(e)CPRI)来接收和发送数据。

提出了一种新的、单测试装置架构，尤其是用于5G(大规模MIMO)，其管理测试室中的参考天线以及测试室内的被测装置(DUT)的天线。因此，可以使用单个基带处理器(FPGA)和用于控制测试例程的单个处理器。先前，已经使用了两个单独的设备。

此外，提出了一种自动错误类型识别。例如，当测试大规模MIMO天线单元时，创建数据库。数据库包含已标识(即已知)的错误类型及其签名/配置文件。现在，当测试装置(DUT)时，执行检查一个或多个信道配置文件是否与所存储的配置文件相匹配。由此，能够自动识别错误类型。测试装置可以包括到云平台的连接。现在，可以通过云平台来存储和/或访问测试例程和错误签名。应当理解，在本实施例中，以及在任何其他实施例中，视情况而定，待测无线电设备可以是(有源)天线(单元)或(有源)天线的电子部分，例如图6和图8所示的片上系统。

现在转向云平台CP，云平台CP可以包括与云平台相关联的数据存储。例如，用户可能希望将被测天线的某种行为作为天线故障特性存储在云平台中。用户可以通过测试装置记录经受特定测试条件的天线行为，并将该数据作为特定天线故障特性在云平台CP中发送。

此外，用户可能希望在无线电设备测试装置自身中存储一个或多个附加天线故障特性。为此，用户可以更新本地存储在无线电设备测试装置中的一个或多个天线故障特性。这可以通过向云平台中的用户账户发送例如用于一个或多个天线故障特性的同步的请求来完成。可以经由第三接口I3向和/或从云平台CP发送和/或接收天线故障特性。可以通过互联网建立到云平台CP的连接。

现在转向图5，更详细地示出了DUT的RU的测试。在该实施例中，仅RU的数字(数据处理)部分在测试中。RU可以包括片上系统SoC。在Christian F.Lanzani、GeorgiosKardaras、Deepak Boppana的“射频拉远头和4G网络的演进”示出了使用SoC的RU(也表示为RRH)的示例性实现方式，其可以从http://www.mti-mobile.com/wpcontent/uploads/2012/10/radiocomp altera MWC white paper2.pdf获得。

数字上行链路和/或下行链路无线电信号沿着数字数据路径传输，该数据路径包括例如RU的SoC。也就是说，经由RU的SoC和测试装置TA的第一接口I1接收和/或发送表示无线电信号的数字信号。这些数字信号也可以表示为一个或多个测试矢量，由测试装置的第一和/或第二处理器产生。对于常规操作，将数字信号从RU的SoC转发到天线单元的一个或多个天线。现在为了测试RU的适当功能，信号返回到测试装置TA，尤其是经由测试装置TA的第二接口。为此，有几个选项可用。当RU的SoC被装配在印刷电路板(PCB)上时，PCB的接触片可用于将SoC处理的数字信号返回到测试装置TA。首先，提出提供具有特定接口(适于电路板上的接触片的几何布置)的探测器，用于耦连到被测RU即DUT的印刷电路板(PCB)的接触片。即，代替容性耦连即AC耦连到PCB的一个或多个电容器，提出了经由连接电缆(即，通过物理接触)将测试装置直接耦连到接触片。由此直接产生从接触片到连接电缆的电容耦连。换言之，提出了接触片和连接DUT与测试装置的连接电缆之间的DC耦连(与AC耦连相反)。由于避免了AC耦连滤波器效应，这导致更少的电容噪声。第二，提出在DUT和测试装置TA之间使用除了到PCB的接触片的DC耦连之外的光连接链路。与常规的基于导线的测量探头相比，这导致更少的信号失真。第三，光收发器可以例如通过小形状因数SPF收发器模块靠近到PCB的接触片的电连接。同样，这导致较少的信号失真。以上全部可以组合成用于连接到DUT的单个测量探测器。在DUT的PCB的接触片处拾取的数字信号可以发送到测试装置TA。输入数字信号可由测试装置经由第二接口I2接收。

如图6所示，被测RU可以包括天线单元或者可以耦连到天线单元。如上所述，天线单元可以包括一个或多个天线。经由天线单元接收的无线电信号可以被发送到模拟前端AFE，无线电信号从模拟前端进一步发送到RU的SoC。SoC可以包括用于耦连到AFE的第一协议接口IF1。AFE或协议接口可以包括用于处理输入信号的一个或多个模数转换器。随后，数字信号可由数字前端DFE处理。示例性数字前端功能的详细信息见“Ke ystone II设备的数字前端(DFE)用户指南，用户指南，文献号：SPRUH X8A，2014年7月，2015年4月修订"，可从http://www.ti.com/lit/ug/spru hx8a/spruhx8a.pdf.获得。DFE经由第二协议接口IF2输出数据。这里，可以使用根据功能划分的协议，例如(e)CPRI。替代地，可以使用另一个数字协议，例如JESD204B，以经由第一接口I1将RU可通信地耦连到测试装置TA。

优选地，如上所述，探测器可以例如通过PCB的接触片附接在模拟和数字前端(AFE/DFE)之间，以便接收或发送测试信号。通常，已经在AFE与DFE之间的接口处采用数字协议，例如JESD204B/C协议。接触片和探测器之间的耦连可以是AC耦连或DC耦连，尽管如上述DC耦连所提出的那样具有某些优点。

在图7所示的替代实施例中，SoC内部回送可用于测试目的。在这种情况下，SoC可以可操作地连接到测试装置TA的第一接口I1和第二接口I2。为此，建立SoC内的数据路径，该数据路径允许例如从测试装置TA经由SOC来处理正向运行中的数据，并且允许经处理的数据经由另一个或相同接口IF2被发送回测试装置TA。因此，不需要探测器来拾取天线单元和SoC之间的处理信号。处理后的数据然后可以通过测试装置TA经由第二接口I2接收。对于正向运行中的数据传输，可以使用测试装置TA的接口I1，对于返回路径中的数据传输，可以使用测试装置的接口I2。

图8示出了包括如结合图7所描述的SoC内的反馈回路的数据路径的更详细的图示。在该情形中以及在图5和6中，被测无线电设备，即DUT，可以是RU，或者更具体地，SoC或RU的一些其它数字数据处理部件。如上所述，RU可以耦连到天线单元，或者天线单元可以是RU的组成部分。天线单元因此可以布置在同一封装中。反馈回路可以在正向运行中包括接口IF2、DFE和接口IF1(如果存在这样的接口)。到达SoC的接口IF1的信号可以再次经由DFE和接口IF2经由返回路径返回。应当理解，信号可以仅在正向运行中被处理，并且为了将信号发送回测试装置而通过DFE循环。现在，代替经由接口I2在测试装置TA处接收数据信号，可以经由接口I2从测试装置TA发送数据信号。这些数字信号然后可以由RU的SoC处理，并再次经由第一接口I1发送到测试装置TA。

在图9中示出了无线电设备测试系统的又一设置。其中，参考天线REA包括RU和天线单元。因此，参考天线REA可以是有源天线。因此，在所示的示例中，待测装置DUT和参考天线REA的结构可以是相同的，并布置在相同的测试室中。如以上实例中所述，DUT连接到测试装置TA的第一处理器P1的第一接口P1，而参考天线是有源天线并且连接到测试装置的控制单元的第二接口P2。更具体地，DUT连接到控制单元CT的第一处理器P1的第一接口，并且参考天线连接到控制单元CT的第二接口。

因此，也可以使用(测试的)参考天线REA作为用于测试所有后续装置的黄金单位(英文：golden unit)。黄金单位或黄金装置是对所有后续装置进行测试和判断的装置(例如，测量单位)的理想实例。术语“黄金”用于描述装置对标准规范的精度。当需要测试模拟RF路径并且没有用于测试目的的可用的合适的测试设备时，该测试方法尤其有用。

现在转向图10，其中示出了通过单个无线电设备测试装置来测试无线电设备的示例性方法步骤。该方法可以由测试设置，即测试系统来执行，如图1至9中的一个所示。然而，通过执行如下所述的方法步骤的其它设置也是可能的。

在第一步骤S1中，可以经由无线电设备测试装置的控制单元的第一接口来控制和/或监测测试室中的被测天线。在第二步骤S2中，可以执行经由无线电设备测试装置的控制单元的第二接口控制和/或监测参考天线。

这里，控制可以包括但不限于通过测试装置接收和/或发送例如IQ数据形式的无线电信号。监测可以包括但不限于存储和/或显示由测试装置例如以IQ数据的形式接收和/或发送的无线电信号(或其数字表示)。监测可以进一步包括将由测试装置接收和/或发送的无线电信号与例如无线电信号的星座点的一个或多个阈值进行比较。

通过单个测试装置，提供了用于生成和测量/分析被测天线的行为的中央控制。因此，可以执行统一的测试运行，从而避免由于例如不同厂商使用不同装置而引起的不规则性。此外，不同的装置在进行信号处理时和/或由于可能不对应的不同设置选项而可能具有不同的特性。

现在转向图11，示出了通过单个无线电设备测试装置测试无线电设备的其它示例性方法步骤。可以执行将被测天线操作为发射天线的步骤S3，其中控制单元的第一接口优选地包括允许I/Q数据的传输的一个或多个数字端口。此外，可以执行将参考天线操作为接收天线的步骤S4，其中控制单元的第二接口包括允许接收RF信号的RF I/O端口。

第一和/或第二接口可以包括第一处理器优选地是FPGA的一个或多个I/O单元(也称为I/O块)。这些I/O单元中的一个或多个可以提供第一处理器的内部电路与被测天线和/或参考天线的(经采样的)无线电信号之间的接口。一个或多个I/O单元可以是可编程的并且可以包括双向缓冲器、类似触发器或多路复用器的逻辑电路，以及路由资源。

例如，可以存在第一操作模式(用于测试)，在第一操作模式期间，控制单元被操作以将被测天线操作为发射天线，其中，控制单元的第一接口包括数字端口，允许发送I/Q数据，例如向与被测天线和/或测试室集成的RU发送，并且期间控制单元被操作以将参考天线作为接收天线来操作，其中控制单元的第二接口包括允许接收RF信号的RF I/O端口，尤其是例如借助于电缆通过可操作地耦连至参考天线允许导电测量的RF I/O端口。

第一和第二处理器之间的接口可以通过总线或开关来实现，例如通过周边设备高速连接、RapidIO、串行外设接口(SPI)接口或定制桥。这允许通过将数据的预处理和/或后处理分别卸载到第一或第二处理器来优化性能和成本。

此外，通过使用单个FPGA，可以创建用于共同处理经由第一和第二接口接收的数据的专用FPGA资源。单个控制单元或单个测试装置还允许减少用于执行无线电设备测试的测试系统的设计。

控制单元(尤其是第一处理器)可以被配置成用于生成数字测试信号，这些数字测试信号随后由被测天线发送，并且可以被配置成用于在发射器测试模式(即，第一操作模式)过程中经由参考天线进行接收。

现在转向图12，示出了通过单个无线电设备测试装置测试无线电设备的其它示例性方法步骤。可以执行将被测天线操作为接收天线的步骤S5，其中控制单元的第一接口包括允许接收I/Q数据的数字端口。在步骤S6中，可以执行将参考天线操作为发射天线，其中控制单元的第二接口包括允许发送RF信号的RF I/O端口。例如，可以存在将来自FPGA的IQ数据转换为用于驱动参考天线的RF信号所必需的模数转换器ADC或数模转换器DAC，反之亦然。

现在转向图13，描述了通过单个无线电设备测试装置测试无线电设备的其它示例性方法步骤。可选地，可以执行将一个或多个天线故障特性和/或一个或多个无线电信道模型存储在存储单元中的步骤S7。储存单元可以在测试装置的外壳或壳体内，或者可以连接包括储存单元的云平台。可以执行基于经由第一和/或第二接口接收的无线电信号和/或从存储单元接收的一个或多个天线故障特性来确定被测天线的天线故障的步骤S8。例如，记录的频谱可以用作被测天线的故障特性。图16示出了示例性的天线故障特性。

此外，可以存在第二操作模式(用于测试)，在第二操作模式期间，控制单元被操作以将被测天线操作为接收天线，其中控制单元的第一接口包括数字端口，允许例如从与被测天线和/或测试室集成的射频拉远头接收I/Q数据，并且其中控制单元被操作以将参考天线操作为发射天线，其中控制单元的第二接口包括发送RF信号的RF I/O端口，尤其是例如借助于电缆通过可操作地耦连至参考天线允许发送RF测试信号的RF I/O端口。

在某些实施例中，控制单元(尤其是第一处理器)被配置为在接收机测试模式(即，第二操作模式)期间经由一个或多个参考天线向DUT的被测天线发送RF测试信号，以便生成要由控制单元分析的数字信号。

FPGA内的数字信号处理的主要优点是能够定制实现方式以匹配系统要求。这意味着在多通道或高速系统中，可以利用FPGA内的并行性来最大化性能。多个信道，即去往和/或来自被测天线和参考天线的多个信道是可能的，并且在每个信道中进行类似的处理。

数据和系数存储需要存储器。这可以是FPGA内部的RAM和ROM的混合。RAM用于数据采样并且使用循环RAM缓冲器来实现。字的数量等于滤波器接点(英语：tap)的数量，并且位宽度由样本大小来设置。系数需要ROM。

第二处理器可以充当被配置成发送和接收RF测试信号的射频(RF)信号发生器和分析器。

第一处理器和第二处理器可以经由芯片到芯片接口通信地耦连。第一处理器可以是FPGA，并且可以被视为第二处理器的协处理器。控制单元可以包括第二处理器，优选CPU，第二处理器通信地耦连到第一处理器上。

现在转向图14，示出了通过单个无线电设备测试装置测试无线电设备的其它示例性方法步骤。执行由测试装置例如经由测试装置的控制单元的第一接口接收表示由被测天线发送和/或接收的无线电信号的信号的步骤S9。这可以在测试装置的操作期间进行。随后执行确定所接收的信号的频谱或数字表示(例如，I/Q数据)的步骤S10。优选地，首先对无线电信号进行采样并将其转换为IQ数据，并根据一个或多个无线电信道模型对其进行处理。一个或多个无线电信道模型根据频率、距离和/或其他条件表示无线电波传播。优选地，采样的无线电信号的所说的处理由测试装置的控制单元的第一处理器执行。处理的无线电信号可以随后被转发到测试装置的控制单元的第二处理器。随后，优选地基于从存储单元接收的一个或多个天线故障特性，可以执行分析至少部分的频谱和/或例如I/Q数据形式接收信号的数字表示的步骤S11。例如，记录的频谱可被用作被测天线的故障特性并且可与基于接收的无线电信号所确定的频谱进行比较。分析进而可以包括将两个频谱或至少一个或多个部分彼此进行比较以接收该分析的结果。结果，可以执行接收确定天线故障的结果的步骤S12。例如，可以将结果呈现给进行或监督被测天线的测试的用户。例如可以通过显示器上的指示来呈现，尤其是诸如手持设备之类的测试装置或另一控制设备的指示。附加地或可选地，结果可被存储在存储器中，例如以上提及的存储单元。

图16示出了天线的示例性功率谱。根据例如由参考天线接收的信号的幅度(y轴)和相应的带宽(x轴)即频率来示出无线电信号的功率谱。如在“通过”情况中可见，功率谱位于上阈值和下阈值内。如图16所示，阈值由虚线表示，而功率谱被描绘为实线。一个或多个上阈值和下阈值可以用于识别天线的适当功能和/或用于识别天线故障。在“失败”情况下，被测天线的功率谱位于天线的期望频率响应之外。因此，可以确定天线故障并且可以由测试装置输出相应的指示。一个或多个阈值因此可以用于识别天线故障特性并且由此基于接收的无线电信号来识别具体的天线故障。例如，可以使用一个或多个阈值来确定天线阵列的天线元件之间的相位误差。可以以相同的方式确定诸如幅度误差和/或定时和/或频率误差之类的其它天线故障。天线故障可能是由于生产过程，例如由于某些公差和/或由于热或其它影响产生。

应当理解，前面的描述和附图表示这里所教导的方法和装置的非限制性示例。同样地，在此教导的装置和技术不受前面的描述和附图的限制。

Claims (3)

1.一种用于测试无线电单元RU的无线电设备测试装置(TA)，所述RU包括片上系统SoC，

其中，使用SoC内部回送用于测试目的，

其中，所述SoC被能够操作地连接至所述测试装置(TA)的第一接口I1和第二接口I2，

其中，针对前向运行中的数据传输，使用所述测试装置(TA)的所述第一接口I1，并且针对返回路径中的数据传输，使用所述测试装置(TA)的所述第二接口I2，

其中，在所述前向运行中，所述返回路径包括所述SoC的第一接口IF1、数字前端DFE和第二接口IF2，其中到达所述SoC的第一接口IF1的信号经过所述SoC的所述数字前端DFE和第二接口IF2经由所述返回路径被返回。

2.根据前述权利要求所述的无线电设备测试装置，其中，所述无线电单元被耦连至天线单元或者天线单元是所述无线电单元的集成部分。

3.根据权利要求1或2所述的无线电设备测试装置，其中，仅在所述前向运行中处理信号，并且所述信号通过DFE循环用于将所述信号发送回至所述测试装置(TA)。