CN114567904B - 一种基于空口方式的设备通信性能测试系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于空口方式的设备通信性能测试系统，解决现有技术无法测试较大体积产品通信性能的问题。所述系统，包含：信道模拟器、探头天线、探头移动装置。所述信道模拟器，用于根据预设的衰落信道环境向各探头天线发送衰落信号；所述探头天线，安装在所述探头移动装置上，用于接收所述衰落信号、向被测设备辐射测试信号；所述探头移动装置，用于移动各探头天线的位置，使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备。本发明还公开一种基于空口方式的设备通信性能测试方法，使用所述系统。本发明扩展能力强，具有较高的工程应用价值。

Description

一种基于空口方式的设备通信性能测试系统和方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于空口方式的设备通信性能测试系统和方法。
背景技术
目前，针对无线通信设备的性能测试方法主要有两种，分别是直连测试和空口测试。基于多探头暗室法的空口测试通过给探头赋上不同的权重来复现测试区域内部目标信道环境的信道特征，常见的方法有预衰落合成法以及平面波合成法。然而，现有的多探头暗室系统都是针对基站、终端等小体积设备的性能测试系统，以常见的终端空口测试系统为例，探头均匀地固定在环绕着被测终端的圆环上，仅支持较小体积的测试区域。然而，随着被测设备体积的增加，测试系统需要支持的测试区域也随之增大，固定、均匀的探头配置方式会使得所需的探头数量（即信道模拟器资源）大大增加，难以支撑大体积通信设备的性能测试。
发明内容
本发明提供一种基于空口方式的设备通信性能测试系统和方法，解决现有技术无法测试较大体积产品通信性能的问题。
为解决上述问题，本发明是这样实现的：
本发明实施例提供一种基于空口方式的设备通信性能测试系统，包含：信道模拟器、探头天线、探头移动装置；所述信道模拟器，用于根据预设的衰落信道环境向各探头天线发送衰落信号；所述探头天线，安装在所述探头移动装置上，用于接收所述衰落信号、向被测设备辐射测试信号；所述探头移动装置，用于移动各探头天线的位置，使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备。
优选地，所述探头移动装置，用于使各探头天线非均匀分布在被测设备周围任意位置。
优选地，所述探头移动装置由多个机械臂组成，机械臂上安装有探头天线，通过机械臂的运动、使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备。
优选地，所述探头移动装置包含：滑轨和伸缩架；所述滑轨，用于为所述伸缩架提供闭合的运动导轨；所述伸缩架，安装在所述滑轨上、且可沿滑轨移动，所述伸缩架上安装有探头天线，通过所述伸缩架的运动、使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备。
优选地，所述系统还包含：控制模块；所述控制模块，用于根据预设的衰落信道环境确定探头天线的数量、位置和权重中的至少一项；探头天线的权重用来表示接收的衰落信号的功率大小。
优选地，所述控制模块，还用于通过预衰落合成法确定探头天线的数量、位置和权重中的至少一项。
优选地，所述控制模块，用于通过平面波合成法确定探头天线的数量、位置和权重中的至少一项。
优选地，所述控制模块，还用于对被测设备的端到端通信性能进行评估。
优选地，所述系统还包含：转台；所述转台，用于放置被测设备，通过上下移动和旋转调整被测设备的位置和角度。
进一步地，所述系统还包含：基站模拟器；所述基站模拟器，用于模拟真实场景中的发射设备，向信道模拟器发送发射信号；所述信道模拟器，用于接收所述发射信号，模拟信道衰落，输出所述衰落信号。
进一步地，所述滑轨为圆形滑轨、中心与被测汽车中心重合，所述滑轨为所述伸缩架提供水平面移动范围；所述伸缩架，用于使探头天线在经过滑轨中心的垂直面内移动。
优选地，所述控制模块，用于采用电力驱动控制探头移动装置运动。
优选地，所述圆形滑轨半径大于等于1米。
本发明实施例还提供一种基于空口方式的设备通信性能测试方法，使用本发明任一项实施例所述基于空口方式的设备通信性能测试系统，包含以下步骤：根据预设的衰落信道环境计算探头天线的数量、位置和权重中的至少一项。
优选地，根据预设的衰落信道环境采用平面波合成法或预衰落合成法或预衰落合成法计算探头天线的数量、位置和权重中的至少一项。
优选地，所述方法还包含：对基于空口方式的设备通信性能测试系统进行校准，保证信道模拟器输入端口各链路到达测试区域中心的幅度和相位一致。
优选地，所述方法还包含：根据探头天线数量和探头天线极化类型确定信道模拟器的输出端口数量。
优选地，所述方法还包含：通过发起下行的数据业务，对被测汽车的端到端通信性能进行评估。
本申请还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请中任一实施例所述的方法。
进一步地，本申请还提出一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本申请任一实施例所述的方法。
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：
本发明可实现大型通信设备或体积较大的带有通信功能设备的空口测试。尤其是，本发明可以在不破坏整车结构的情况下对汽车进行性能测试。相比于直连测试，本发明在测试过程中能够探究汽车形状、车身材料、车载天线位置等因素对汽车通信性能的影响。本发明能够支持较大面积的测试区域，满足常见的汽车产品的性能测试。通过对探头的位置和角度进行优化求解，通过滑轨和探头伸缩装置将探头移动到对应的位置，本发明在理论上可以支持任意目标信道环境的性能测试。本发明可以通过增加或者减少探头数量，来满足不同尺寸的汽车产品的测试，具有较强的扩展能力。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为直连测试的测试架构实施例；
图2为本发明系统实施例；
图3为包含机械臂的本发明系统实施例；
图4为包含滑轨的本发明系统实施例；
图5为包含基站模拟器的本发明系统实施例；
图6为多信道模拟器级联的本发明系统实施例；
图7（a）为本发明方法实施例的方法流程图；
图7（b）为本发明方法实施例的链路校准示意图；
图7（c）为本发明方法实施例的测试区域内部空间相关性拟合误差图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、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。
近年来，随着5G通信技术的大力发展和推广，5G技术逐渐应用到各个领域中。海量大连接（mMTC）、超可靠低时延通信（uRLLC）和增强移动宽带（eMBB）作为5G的三大典型应用场景，具有大带宽、低时延、高可靠、广覆盖等“天然”特性。通过结合人工智能、移动边缘计算、端到端网络切片、无人机等技术，5G技术能够与各个垂直行业进行高效融合，打破人与物、物与物之间的通信界限，实现万物互通、万物互联。因此，未来通信体系将不限于手机、基站之间的通信，而是逐渐演化成为智能家居设备、智能汽车、工业机器人等智能设备之间的通信，其中较为典型的案例就是车联网、工业互联网等。因此，随着5G技术在各个行业中的逐渐应用，通信设备也逐渐多样化，例如智能汽车、工业机器人等。然而，新型的通信设备由于其体积较大、结构复杂等原因，如何对其进行高效的性能测试成为了亟需解决的难题。
目前，针对无线通信设备的性能测试方法主要有两种，分别是直连测试和空口测试。直连测试指的是使用线缆将被测设备与测试仪器连接起来，将衰落信号直接通过射频线缆的方式输入到被测设备的天线模块中，从而测得无线设备在不同衰落信道下的性能指标。空口测试指的是采用空口辐射的形式，通过复现空间相关性等信道特性，能够在不破坏被测设备结构的情况下对其性能指标进行测试。对于5G通信设备，由于其天线数量较多、缺乏对应的射频直连端口，无法通过射频线缆直连的方法，对其进行性能的测试。因此，空口测试已经成为5G通信设备性能测试最合适的解决方案。
目前主流的空口测试方法主要有三种，分别是两步法、混响室（RC，ReverberationChamber）法以及多探头暗室（MPAC, Multi-Probe Anechoic Chamber）法。两步法顾名思义，由两个阶段组成。在第一个阶段中测出天线的辐射方向图，将其代入到信道模拟器中后，通过射频导线或者暗室与被测设备连接，在第二个阶段接着测出被测设备（DUT，Device Under Test）的各项性能指标。在混响室法中，利用混响室富含反射的特点复现出特定的瑞利信道，从而在该信道下测出DUT的各项性能指标。基于多探头暗室法的测试方法指的是，在暗室条件下，采用信道模拟器和多个天线探头来复现不同的信道环境，从而进行DUT性能的测试。
暗室多探头法利用信道模拟器和多个探头在暗室环境下复现目标信道。由于MPAC的中间信道是由信道模拟器生成的，因此在理论上能够准确地复现任何信道及其各方面的参数特性，避免了混响室法中不能控制信道参数和特性的问题。同时，由于MPAC中基于收端天线各向同向性的假设，因此无需测试DUT的天线方向图，避免了两步法中测试方向图所引起的一系列问题。除此之外，还可以使用探头选择等方法来减少测试中所需要的探头数量，大幅度地降低测试成本。综上所述，MPAC已经成为空口测试方案的最优选择，在3GPP以及CTIA等组织已经将MPAC列为空口测试的标准之一，目前在工业界被广泛采用。
基于多探头暗室法的空口测试通过给探头赋上不同的权重来复现测试区域内部目标信道环境的信道特征，常见的方法有预衰落合成法以及平面波合成法。然而，现有的多探头暗室系统都是针对基站、终端等小体积设备的性能测试系统，以常见的终端空口测试系统为例，探头均匀地固定在环绕着被测终端的圆环上，仅支持较小体积的测试区域。然而，随着被测设备体积的增加，测试系统需要支持的测试区域也随之增大，固定、均匀的探头配置方式会使得所需的探头数量（即信道模拟器资源）大大增加，难以支撑大体积通信设备的性能测试。因此，对于大体积通信设备，如何对其进行高精度的空口性能测试成为亟需解决的难题。
本发明的创新点在于：第一、本发明提供一种基于空口方式的设备通信性能测试装置，使每个测试使用的探头天线都能够被动态配置在被测物周围任意位置，能够支持较大面积的测试区域，在理论上可以支持任意目标信道环境的性能测试，尤其适用于智能汽车、工业机器人等新型大体积通信设备。第二、本发明提出一种探头天线数量、位置和权重的优化方法，可以通过增加或者减少探头数量，来满足不同尺寸的通信设备汽车产品的测试，尤其适用于智能汽车、工业机器人等新型大体积通信设备，具有较强的扩展能力。
以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
图1为直连测试的测试架构实施例。
目前，针对无线通信设备的性能测试方法主要有两种，分别是直连测试和空口测试。直连测试指的是使用线缆将被测设备与测试仪器连接起来，将衰落信号直接通过射频线缆的方式输入到被测设备的天线模块中，从而测得无线设备在不同衰落信道下的性能指标，如图1所示。
空口测试指的是采用空口辐射的形式，通过复现空间相关性等信道特性，在不破坏被测设备结构的情况下对其性能指标进行测试。对于汽车产品、工业机器人等大型通信设备，由于缺乏天线的直连接口，无法通过射频线缆直连的方法，对其进行性能的测试。其次，大体积通信设备自身的天线辐射方向图受到整车车身形状、材质的影响，如果采用直连方式进行测试，那么无法评估整车车身、系统对汽车性能的影响。因此，空口测试成为大体积通信设备性能测试最合适的解决方案。
需要说明的是，本发明通信设备指包含通信模块的设备，不限于智能汽车或工业机器人，还可以是其他包含通信模块的设备。本发明基于空口方式的设备通信性能测试系统尤其适用于智能汽车、工业机器人等大体积通信设备，但也可用于其他通信设备，这里不做特别限定。
图2为本发明系统实施例，尤其适用于汽车等大型通信设备的性能测试。
作为本发明实施例，一种基于空口方式的设备通信性能测试系统，包含：信道模拟器1、多个探头天线2、多个探头移动装置3。
所述信道模拟器，用于根据预设的衰落信道环境向各探头天线发送衰落信号。
所述探头天线，安装在所述探头移动装置上，用于接收所述衰落信号、向被测设备辐射测试信号。
所述探头移动装置，用于移动各探头天线的位置，使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备。
在本发明实施例中，探头通常用于辐射信号至被测设备，通过给各个探头分配不同的位置和权重，即可完成测试区域内部信道特性的重构。需要说明的是，本发明实施例中被测设备是汽车，也可以是其他大型产品，这里不做特别限定。还需说明的是，测试区域是指被测设备所处的区域，可根据被测设备的外形确定，被测区域应能覆盖被测设备。
在本发明实施例中，探头移动装置可使多个探头天线均匀分布在被测设备周围任意位置，还可使多个探头天线非均匀分布在被测设备周围任意位置。其中，探头天线的非均匀分布是指被测设备周围的所有探头天线中，至少两个探头天线之间的距离不相同。
在本发明实施例中，被测设备周围任意位置是指以被测设备为中心，包围被测设备的空间上的任意位置。
进一步地，探头移动装置，可用于将探头天线放置在以被测设备为中心的球面上任意一点。
在本发明实施例中，探头移动装置用于支撑探头天线的摆放，能够根据不同的测试场景和要求，将探头天线移动到暗室内部合适的位置。
在本发明实施例中，可通过平面波合成法或预衰落合成法确定探头天线的数量、位置和权重中的至少一项。例如，采用预衰落合成法确定探头天线的数量、位置和权重时，通过对目标函数进行最优化求解可以确定探头天线的数量、位置和权重。所述目标函数为预设的衰落信道环境的相关系数和测试信道环境的相关系数的误差值；探头天线的权重用来表示接收的衰落信号的功率大小。
在本发明实施例中，所述探头天线为单极化天线或双极化天线，可以仅获取被测汽车一个极化方向的信息，也可以获取多个极化方向的信息。
本发明提供了一种基于空口的通信设备性能测试装置，可用于整车性能测试，该装置能够在不破坏汽车产品结构的情况下，对汽车的通信性能进行测试。
图3为包含机械臂的本发明系统实施例。
本发明实施例了一种具体的探头移动装置，作为本发明实施例，一种基于空口方式的设备通信性能测试系统，包含：信道模拟器1、探头天线2、机械臂31。
所述信道模拟器，用于根据预设的衰落信道环境向各探头天线发送衰落信号。
所述探头天线，安装在所述探头移动装置上，用于接收所述衰落信号、向被测设备辐射测试信号。
所述探头移动装置，用于移动各探头天线的位置，使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备。
所述探头移动装置由多个机械臂组成，机械臂上安装有探头天线，通过机械臂的运动、使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备。
在本发明实施例中，所述探头移动装置由多个机械臂组成，每个机械臂上均安装有探头天线，机械臂可以固定摆放在被测设备周围，机械臂可以根据需要为探头天线提供包含3个直线轴和3个旋转轴的6个自由度的运动，使得探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测汽车。机械臂也可以根据需要为探头天线提供包含3个直线轴的3个自由度的运动，使得探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备。
进一步地，本发明实施例所述系统还可包含：转台，所述转台用于放置被测设备，通过上下移动和旋转调整被测设备的位置和角度。
进一步地，本发明实施例所述系统还可包含：暗室，所述转台、探头天线和机械臂均处于暗室内。
进一步地，本发明实施例所述系统还可包含：滑轨，所述机械臂安装在滑轨上，所述滑轨为所述机械臂和探头天线提供一个自由度的运动轨迹。
需要说明的是，本发明实施例中所述探头移动装置为机械臂，所述探头移动装置还可以是其他具有机械臂功能的部件。
图4为包含滑轨的本发明系统实施例，可用于整车性能测试。
作为本发明实施例，一种基于空口方式的设备通信性能测试系统，包含：探头天线2、滑轨32、伸缩架33、转台4、暗室5。
本发明实施例提供了暗室内部结构，在暗室外部仍可通过信道模拟器向各探头天线发送衰落信号。在本发明实施例中，所述探头移动装置包含滑轨和伸缩架;
所述探头天线，安装在所述探头移动装置上，用于接收所述衰落信号、向被测设备辐射测试信号。
所述探头移动装置，用于移动各探头天线的位置，使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备。
所述探头移动装置包含：滑轨和伸缩架；所述滑轨，用于为所述伸缩架提供闭合的运动导轨；所述伸缩架，安装在所述滑轨上、且可沿滑轨移动，所述伸缩架上安装有探头天线，通过所述伸缩架的运动、使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备。
所述转台，用于放置被测设备，通过上下移动和旋转调整被测设备的位置和角度。
所述探头天线和探头移动装置均位于所述暗室内，所述暗室内铺满吸波材料，用于屏蔽外部信号干扰和消除内部信号反射。
在本发明实施例中，所述滑轨起到为探头天线的移动提供一个自由度的作用，所述滑轨可以是任意闭合导轨，可以是水平放置或倾斜放置。
进一步地，为方便工程实现，所述滑轨为圆形滑轨、中心与被测设备中心重合，所述滑轨为所述伸缩架提供水平面移动范围；所述伸缩架，用于使探头天线在经过滑轨中心的垂直面内移动。
需要说明的是，经过滑轨中心的垂直面是指在所有与滑轨所在平面相垂直的平面中、经过滑轨中心和伸缩架连线的平面。
具体地，滑轨为环绕被测设备的圆形金属导轨，为伸缩架提供全角度的水平移动范围。伸缩架为放置在滑轨上可移动的支架，由多段金属材质的机械臂组成，通过机械臂的伸展和收缩运动，可以实现探头在垂直维度的移动。滑轨和伸缩架共同构成探头移动装置，其特点在于通过伸缩架在滑轨上的水平移动以及自身的伸展运动，可以实现探头的任意三维位置的高精度摆放。
为了提升测试的精度和简便性，伸缩支架与滑轨可以采用电力驱动，通过控制模块进行对其进行指令交互，实现探头天线的高精度自动化移动。
需要说明的是，除了本实施例中列举的滑轨和伸缩架以外，探头移动装置还可以由滑轨和支架、折叠臂等组成，具体实施方法不限。
探头移动装置的特点在于，能够根据所复现的具体目标信道环境，通过滑轨、支架、机械臂等装置，动态调整探头的水平和垂直位置，能够将探头天线放置到优化所得的任意三维空间位置上。对于不同的信道环境，只需重新将探头位置进行优化，并通过探头移动装置将探头天线挪动到对应的位置上，即可利用本装置来满足任意信道环境的测试。
在本发明实施例中，进一步地，所述圆形滑轨半径大于等于1米，探头天线数量大于等于32个。本系统能够在装备32个探头的情况下，支持半径1米的测试区域，满足大多数新型智能设备在标准信道模型下的通信性能测试需求。
在本发明实施例中，暗室的作用在于减小外部信号的干扰以及内部信号的反射，其内部需要铺满吸波材料。探头天线用于在暗室内部将衰落信号辐射至被车汽车，通常为增益较大的喇叭天线等，在本发明实施例中，所述探头天线为双极化天线。
转台用于放置被测设备，通过上下移动以及旋转，可以灵活调整被测设备的位置和角度。
本发明实施例整车性能测试系统通过对探头位置和权重进行优化，能够在装备32个探头的情况下，支持半径1米的测试区域，满足大多数被测设备的测试需求。针对体型较大的被测设备或者更加复杂的信道环境，本系统可以通过增加装备的探头数量，增加被测区域的范围。
图5为包含基站模拟器的本发明系统实施例，可用于整车性能测试。
作为本发明实施例，一种基于空口方式的设备通信性能测试系统，包含：信道模拟器1、多个探头天线2、滑轨32、多个伸缩架33、转台4、暗室5、基站模拟器6、功率放大器7、控制模块8。
所述基站模拟器，用于模拟真实场景中的发射设备，向信道模拟器发送发射信号。
所述信道模拟器，用于接收所述发射信号，模拟信道衰落，输出所述衰落信号；用于根据预设的衰落信道环境向各探头天线发送衰落信号。
所述功率放大器，用于接收所述信道模拟器发送的衰落信号、放大后输出给各探头天线。
所述探头天线，安装在所述探头移动装置上，用于接收功率放大器发送的衰落信号、向被测设备辐射测试信号。
所述探头移动装置，用于移动各探头天线的位置，使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备。所述探头移动装置包含：滑轨和伸缩架。所述滑轨，用于为所述伸缩架提供闭合的运动导轨。所述伸缩架，安装在所述滑轨上、且可沿滑轨移动，所述伸缩架上安装有探头天线，通过所述伸缩架的运动、使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备。
所述转台，用于放置被测设备，通过上下移动和旋转调整被测设备的位置和角度。
所述探头天线和探头移动装置均位于所述暗室内，所述暗室内铺满吸波材料，用于屏蔽外部信号干扰和消除内部信号反射。
所述控制模块，用于根据预设的衰落信道环境确定探头天线的数量、位置和权重；探头天线的权重用来表示接收的衰落信号的功率大小。
优选地，所述控制模块，还用于对被测设备的端到端通信性能进行评估。
优选地，所述控制模块，还用于通过预衰落合成法确定探头天线的数量、位置和权重中的至少一项。例如，所述控制模块通过对目标函数进行最优化求解确定探头天线的数量、位置和权重；所述目标函数为预设的衰落信道环境的相关系数和测试信道环境的相关系数的误差值。或者，所述控制模块，还用于通过平面波合成法确定探头天线的数量、位置和权重中的至少一项。
需要说明的是，本发明实施例对所述控制模块确定探头天线的数量、位置和权重的方法不做具体限定，可以是平面波合成法，也可以是预衰落合成法，还可以是其他方法。
优选地，所述控制模块，还用于采用电力驱动控制探头移动装置运动，即采用电力驱动控制伸缩架运动；所述控制模块，还用于向基站模拟器、信道模拟器和转台发送控制信号，控制基站模拟器、信道模拟器和转台的工作状态。
例如，所述控制模块，可控制基站模拟器开始或停止工作，控制信道模拟器开始或停止工作，控制信道模拟器预设的衰落信道环境的类型，控制转台开始或停止工作，控制转台升降和或旋转等维度运动。
在本发明实施例中，转台用于支撑被测设备，在测试过程中，被测设备放置在转台上，通过转台的上下移动以及旋转，可以调整被测设备的位置。信道模拟器用于模拟衰落信道环境，包括功率、极化、时延、多普勒等信息，用于在被测设备周围模拟真实的信道电磁环境。功率放大器用于增强信号功率，补偿探头到基站之间的路损。基站模拟器用于模拟真实场景中的基站，通过发送下行空口信号，与被测设备建立数据链接，在不同的测试场景下，基站模拟器可以替换为其他设备模拟器，例如路侧单元等，用于测试汽车与多种设备之间的通信能力。
图6为多信道模拟器级联的本发明系统实施例。
作为本发明实施例，一种基于空口方式的设备通信性能测试系统，包含：信道模拟器1、探头天线2、滑轨32、伸缩架33、转台4、暗室5、基站模拟器6、功率放大器7。
所述基站模拟器，用于模拟真实场景中的发射设备，向信道模拟器发送发射信号。
所述信道模拟器，用于接收所述发射信号，模拟信道衰落，输出所述衰落信号；用于根据预设的衰落信道环境向各探头天线发送衰落信号。
所述功率放大器，用于接收所述信道模拟器发送的衰落信号、放大后输出给各探头天线。
所述探头天线，安装在所述探头移动装置上，用于接收功率放大器发送的衰落信号、向被测设备辐射测试信号。
所述探头移动装置，用于移动各探头天线的位置，使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备。所述探头移动装置包含滑轨和伸缩架。所述滑轨，用于为所述伸缩架提供闭合的运动导轨。所述伸缩架，安装在所述滑轨上、且可沿滑轨移动，所述伸缩架上安装有探头天线，通过所述伸缩架的运动、使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备。
所述转台，用于放置被测设备，通过上下移动和旋转调整被测汽车的位置和角度。
所述探头天线和探头移动装置均位于所述暗室内，所述暗室内铺满吸波材料，用于屏蔽外部信号干扰和消除内部信号反射。
在本发明实施例中，对探头放置方法进行说明，圆形滑轨放置在测试区域的外部，其中心和测试区域的中心重合。伸缩架放置在滑轨上，并且能够在滑轨上进行水平移动。探头天线固定在伸缩架的顶端，通过伸缩架的伸缩完成垂直方向的移动。综上可知，借助于滑轨以及伸缩架，探头天线即可移动到任意的三维位置上。因此，在通过优化计算得出探头的位置之后，通过伸缩架的水平移动以及垂直伸缩，即可完成探头天线位置的摆放。在完成探头天线位置的摆放后，可以通过激光定位器等，对探头的位置进行进一步校准，确保探头天线移动到对应位置，并且探头朝向测试区域中心。
在本实施案例中，探头天线数量为K，基站模拟器输出端口数量为M，M也表示预设的衰落信道环境的模型中每个簇包含的子径数量。考虑下行链路，在双极化探头天线的情况下，所需的信道模拟器端输出端口数量为2K，输入端口数量为M个，所需的功率放大器数量为2K。双向链路所需的信道模拟器输入和输出端口数量为单项链路的两倍。如果所需的信道模拟器端口数量超出所需的单个信道模拟器端口数量，如图6所示，采用多台信道模拟器级联的方式进行接线。
需要说明的是，可以采用如图6所示的两个信道模拟器进行级联，每个信道模拟机输出端口数量为K，或者两个信道模拟器输出端口数量不同、且满足输出端口数量之和为2K。还可采用3个、4个或更多个信道模拟器进行级联，每个模拟器输出端口数量可以相同或不同，所有级联的信道模拟器的输出端口数量之和为2K。
在本发明实施例中，可根据探头天线的数量和极化方式计算信道模拟器输出端口的数量，信道模拟器采用级联方式时，级联的信道模拟器的输出端口数量之和大于等于计算得到的信道模拟器输出端口的数量。
需要说明的是，在图2~6的实施例中，所述探头移动装置，均可使各探头天线均匀分布在被测设备周围任意位置，或者使各探头天线非均匀分布在被测设备周围任意位置。
还需说明的是，图2~6的实施例中，图中的被测设备为被测汽车，该被测汽车还可以替换为工业机器人等其他包含通信模块的通信设备，图中的汽车仅是一个示例。
图7（a）为本发明方法实施例的方法流程图，图7（b）为本发明方法实施例的链路校准示意图，图7（c）为本发明方法实施例的测试区域内部空间相关性拟合误差图，本发明实施例方法可用于任意一个系统实施例。
一种基于空口方式的设备通信性能测试方法，包含以下步骤101~103：
步骤101、对基于空口方式的设备通信性能测试系统进行校准，保证信道模拟器输入端口各链路到达测试区域中心的幅度和相位一致。
在步骤101中，需要对基于空口方式的设备通信性能测试系统进行校准，保证各个链路到达测试区域中心的幅度和相位一致。
如图7（b）所示，将校准天线（通常为偶极子或者磁极子天线）放置在测试区域的中心位置，并将矢量网络分析仪的输出端口连接至信道模拟器的输入端口，输入端口连接到校准天线。
以下行链路为例，首先可测得第一个输入端口下所有输出端口的共P个链路的幅度和相位值，分别可表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。其中，P为信道模拟器第一个输入端口下所有输出端口的数量，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为第一幅度值向量，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
分别为信道模拟器第一个输入端口下第一个输出端口的幅度值，信道模拟器第一个输入端口下第二个输出端口的幅度值，……，信道模拟器第一个输入端口下第P个输出端口的幅度值。
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为第一相位值向量，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
分别为信道模拟器第一个输入端口下第一个输出端口的相位值，信道模拟器第一个输入端口下第二个输出端口的相位值，……，信道模拟器第一个输入端口下第P个输出端口的相位值。
假设以第一条链路作为基准，通过在信道模拟器中给第p个链路的相位和幅度分别补偿
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，即可将第一个输入端口的P个输出链路校准。其中，p为信道模拟器第一个输入端口对应的输出端口序号，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为信道模拟器第一个输入端口下第p输出端口的幅度补偿值，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为信道模拟器第一个输入端口下第p输出端口的幅度值；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为信道模拟器第一个输入端口下第p输出端口的相位补偿值，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为信道模拟器第一个输入端口下第p输出端口的相位值。
同样地，以第一个输入端口作为基准，即可将
Figure DEST_PATH_IMAGE012
个链路校准完成，其中，K为探头天线数量，M为预设的衰落信道环境的模型中每个簇包含的子径数量。
需要说明的是，步骤101是本发明实施例的可选步骤。
步骤102、根据预设的衰落信道环境计算探头天线的数量、位置和权重中的至少一项。
在步骤102中，可采用平面波合成法或者预衰落合成法计算所述探头天线的数量、位置和权重。
若采用预衰落合成法，步骤102进一步包含以下步骤102A~102C：
步骤102A、根据预设的衰落信道环境的来波角计算预设的衰落信道环境的相关系数：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
（1）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为所述预设的衰落信道环境的相关系数，M为预设的衰落信道环境的模型中每个簇包含的子径数量，m为子径序号，n为簇序号，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为探头天线辐射的测试信号的波长，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为被测汽车内部第u个天线的位置矢量，u为被测天线序号，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为第n簇第m子径的单位角度矢量，由来波角计算得到，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为矢量乘积运算。
需要说明的是，本发明实施例预设的衰落信道环境的模型以基于几何的随机信道模型为例。
步骤102B、计算测试信道环境的相关系数：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
（2）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为所述测试信道环境的相关系数，K为探头天线数量，k为探头天线序号，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为第k个探头天线的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为第k个探头天线的单位角度矢量，由探头天线位置计算得到。
在本发明实施例中，测试信道环境，例如暗室中，一共有K个探头天线。
在步骤102B中，所述探头天线数量为根据链路资源预先设定的数值。
步骤102C、对目标函数进行最优化求解确定探头天线的数量、位置和权重：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
（3）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为被选中的探头天线的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为被选中的探头天线对应的目标函数，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为向量的取模运算，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
为向量的零阶范数求解运算。
在步骤102C中，为了在暗室中利用有限个探头天线实现目标信道环境复现的目的，应使得暗室内部的空间相关性
Figure DEST_PATH_IMAGE028
与目标环境下的空间相关性
Figure DEST_PATH_IMAGE029
之间的误差最小，如公式（3）所示。
通过利用凸优化等方法对公式（3）所示的目标函数进行优化求解，即可得到所选的K个探头天线的位置以及权重，从而实现对目标相关性的复现。
需要说明的是，在实际测试中，每一个探头天线都需要占用信道模拟器中的链路资源以及伸缩架资源，然而信道模拟器资源和伸缩架资源是有限的。因此，需要根据有限的资源，先确定探头数量，再通过公式（3）进行权重和位置的优化求解，完成目标空间相关性的复现。
在步骤102C中，若在当前K个探头天线约束下计算的
Figure DEST_PATH_IMAGE030
满足设定阈值，则最终确定探头天线数量为K；若在当前K个探头天线约束下计算的
Figure DEST_PATH_IMAGE031
不满足设定阈值，则增加探头天线数量，直到使
Figure DEST_PATH_IMAGE032
满足设定阈值。需要说明的是，本发明实施例对所述设定阈值的大小不做具体限定。
需要说明的是，探头天线的权重用来表示输入探头天线的衰落信号的能量大小，权重越小则能量越小。
在本发明实施例中，以3GPP标准中的CDL-C标准信道为例，对探头天线的选择进行说明。由于汽车设备通常体积较大，测试装置需要能够支持较大的测试区域，因此将测试区域的半径设置为1米。
图7（c）展现了在32个探头条件下，半径1米的测试区域内部空间相关性的拟合误差。横坐标表示测试区域内部空间点距离中心的距离，单位m，纵坐标是相关系数，在图7（c）中，“*”表示预设的衰落信道环境的相关系数，“o”表示测试信道环境的相关系数。
在图7（c）中，target曲线表示的是目标信道的空间相关性，emulate曲线表示的是多探头拟合的空间相关性，可以发现，在1米的测试区域内部，两者的曲线较为贴近，误差保持在较小范围内部，因此可以说明本实施例能够支持1米的测试区域。
因此，本测试装置通过对探头位置和权重进行优化，能够在装备32个探头的情况下，支持半径1米的测试区域，满足大多数汽车产品的测试需求。针对体型较大的汽车产品或者更加复杂的信道环境，本装置可以通过增加装备的探头数量，增加被测区域的范围。
在步骤102A~102C中，根据预设的衰落信道环境对探头数量、位置和权重进行优化，以便在测试区域内部进行目标信道的复现。
在本实施例中，以预衰落合成法预衰落为例，对信道的复现进行原理性阐述。预衰落合成法是通过在簇的维度上以功率角度谱（PAS，Power Angular Spectrum）的形式来复现目标信道的空间特性。由于功率角度谱和空间相关性满足傅里叶变换对的关系，因此空间相关性通被用来作为探头选择的目标函数。因此，在本实施例中，对探头的数量、位置以及权重的优化方法可以简述为：首先，根据预设的衰落信道环境的来波角度等参数，对目标信道环境下的空间相关性进行求解。其次，对暗室内部的离散探头天线条件下的空间相关性进行求解。最后，通过使得目标空间相关性和暗室条件的空间相关性的误差最小，利用凸优化等方法对该函数进行优化，即可获得所选探头天线的位置和权重。
需要说明的是，本发明实施例对探头天线数量、位置和权重的优化方法不限于步骤102A~步骤102C中的预衰落合成法，还可采用其他方法，例如平面波合成法。
步骤103、根据探头天线数量和探头天线极化类型确定信道模拟器的输出端口数量。
在步骤103中，可根据基站模拟器输出端口数、探头数量来确定所需的各个测试仪器的数量的方法如下。
例如，探头数量为K，基站模拟器输出端口数量为M。考虑下行链路，在双极化探头的情况下，所需的信道模拟器端输出端口数量为2K，输入端口数量为M个，所需的功率放大器数量为2K。双向链路所需的信道模拟器输入和输出端口数量为单项链路的两倍。如果所需的信道模拟器端口数量超出所需的单个信道模拟器端口数量，可以采用多台信道模拟器级联的方式进行接线。
需要说明的是，采用多台道模拟器级联的方式已在图6的实施例中说明，这里不赘述。
需要说明的是，步骤103是本发明实施例的可选步骤。
进一步地，所述方法还包含：通过发起下行的数据业务，对被测汽车的端到端通信性能进行评估。
首先，根据预设的衰落信道环境确定探头天线的数量、位置和权重，并通过探头移动装置将探头天线移动到暗室内部的既定位置上。其次，将基站模拟器、信道模拟器、功率放大器以及探头天线按照顺序连接，搭建通信链路，并进行链路校准，并将被测汽车产品放置于暗室内部的转台上。最终，使得从基站模拟器发射出的原始信号经过信道衰落、功率放大器的后输出到不同位置和角度的探头天线上，再由探头天线经过自由空间辐射到被测汽车设备上。在基于上述通信链路，进而记录吞吐量等数据，并据此得到被测设备的性能指标。
因此，本申请还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请中任一实施例所述的方法。
进一步地，本申请还提出一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本申请任一实施例所述的方法。
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。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (RAM) 和/或非易失性内存等形式，如只读存储器 (ROM) 或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
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。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (15)

1.一种基于空口方式的设备通信性能测试系统，其特征在于，包含：信道模拟器、探头天线、探头移动装置；
所述信道模拟器，用于根据预设的衰落信道环境向各探头天线发送衰落信号；
所述探头天线，安装在所述探头移动装置上，用于接收所述衰落信号、向被测设备辐射测试信号；
所述探头移动装置，用于移动各探头天线的位置，使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备；
所述探头移动装置由多个机械臂组成，机械臂上安装有探头天线，通过机械臂的运动、使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备；或者，所述探头移动装置包含：滑轨和伸缩架；所述滑轨，用于为所述伸缩架提供闭合的运动导轨；所述伸缩架，安装在所述滑轨上、且可沿滑轨移动，所述伸缩架上安装有探头天线，通过所述伸缩架在滑轨上的运动、使各探头天线能被动态配置在被测设备周围任意位置，且各探头天线朝向所述被测设备；
所述系统还包含：控制模块；所述控制模块，用于根据预设的衰落信道环境确定探头天线的数量、位置和权重中的至少一项；探头天线的权重用来表示接收的衰落信号的功率大小；
所述控制模块，还用于通过预衰落合成法确定探头天线的数量、位置和权重中的至少一项，或者，通过平面波合成法确定探头天线的数量、位置和权重中的至少一项。
2.如权利要求1所述基于空口方式的设备通信性能测试系统，其特征在于，所述探头移动装置，用于使各探头天线非均匀分布在被测设备周围任意位置。
3.如权利要求1所述基于空口方式的设备通信性能测试系统，其特征在于，所述系统还包含：转台；
所述转台，用于放置被测设备，通过上下移动和旋转调整被测设备的位置和角度。
4.如权利要求1所述基于空口方式的设备通信性能测试系统，其特征在于，所述系统还包含：基站模拟器；
所述基站模拟器，用于模拟真实场景中的发射设备，向信道模拟器发送发射信号；
所述信道模拟器，用于接收所述发射信号，模拟信道衰落，输出所述衰落信号。
5.如权利要求1所述基于空口方式的设备通信性能测试系统，其特征在于，
所述滑轨为圆形滑轨、被测设备位于所述滑轨的中心，所述滑轨为所述伸缩架提供水平面移动范围；
所述伸缩架，用于使探头天线在经过滑轨中心的垂直面内移动。
6.如权利要求1所述基于空口方式的设备通信性能测试系统，其特征在于，所述控制模块，还用于对被测设备的端到端通信性能进行评估。
7.如权利要求1所述基于空口方式的设备通信性能测试系统，其特征在于，所述控制模块，用于采用电力驱动控制探头移动装置运动。
8.如权利要求5所述基于空口方式的设备通信性能测试系统，其特征在于，所述圆形滑轨半径大于等于1米。
9.一种基于空口方式的设备通信性能测试方法，使用权利要求1~8任一项所述基于空口方式的设备通信性能测试系统，其特征在于，包含以下步骤：
根据预设的衰落信道环境计算探头天线的数量、位置和权重中的至少一项。
10.如权利要求9所述基于空口方式的设备通信性能测试方法，其特征在于，根据预设的衰落信道环境采用平面波合成法或预衰落合成法计算探头天线的数量、位置和权重中的至少一项。
11.如权利要求9所述基于空口方式的设备通信性能测试方法，其特征在于，所述方法还包含：
对基于空口方式的设备通信性能测试系统进行校准，保证信道模拟器输入端口各链路到达测试区域中心的幅度和相位一致。
12.如权利要求9所述基于空口方式的设备通信性能测试方法，其特征在于，所述方法还包含：
根据探头天线数量和探头天线极化类型确定信道模拟器的输出端口数量。
13.如权利要求9所述基于空口方式的设备通信性能测试方法，其特征在于，所述方法还包含：
通过发起下行的数据业务，对被测设备的端到端通信性能进行评估。
14.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求9~13任意一项所述的方法的步骤。
15.一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求9~13中任意一项所述方法的步骤。
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