CN1980100B - 实时连续的宽带无线传播测试方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实时连续的宽带无线传播测试方法和装置，其通过将射频CW信号下变频到中频，检波处理后对信号进行高速采样从而获得场强分布数据，并同步采集测试点的GPS数据。将所有测试点的场强数据结合GPS数据进行统计分析，可以用作无线传播特征统计和信道模型校正。其中所述采集控制器为一多线程采集控制器，多线程的工作模式保证同步采集高速采集装置输出的场强信号和GPS接收装置输出的GPS定位信息，两个采集过程互不干扰，同步进行。本设计中解决了对CW波无线信号进行高速采样，实时记录的难点。解决了在移动情况下的无线信号传播测试中，采集场强信号与采集测试点的GPS地理信息的实现同步的问题。实现了场强数据的连续采集。

Description

实时连续的宽带无线传播测试方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信的测试领域，具体涉及一种能完成无线传播衰落测试效果的原始信号采集，存储、统计分布分析和场强覆盖效果显示的测试装置以及使用该测试系统进行传播测试的方法。

背景技术

在无线传播测试中，基本的测量方法应该能够及时、准确的测量、记录和分析接收到的实时信号及它们的变化，因此，测试的方式必须满足：1、发送天线功率已知，且在测量时间保持恒定；2、测试天线必须能够接收到接收天线所有的目标信号。

目前，针对GSM、WCDMA、CDMA2000等成熟制式的移动通信系统，为接入网网络优化需要，有相应的路测覆盖设备。路测过程中的空中接口监测主要是通过针对已有标准制式的测试仪表，测试软件等手段，截获空中接口的信息，以达到取得测试数据的目的。但这些成熟制式的路测覆盖设备，其基站端发射的是具有一定调制模式的信号，其发射功率时刻变化的，并不能保证“在测量时间内的信号保持恒定”的条件。而且目前的路测系统，都是针对GSM、WCDMA、CDMA2000等成熟制式的，其测试的无线频段是固定的，无法适用于其他频段的无线信号传播测试及模型修正。采用已有的仪器，如频谱分析仪，场强计等，虽然可以在宽频段范围内测试无线信号的场强，但只能是测试人员手动配置屏幕，通过仪器屏幕进行读取测试值，这个过程费时费力，容易产生人为误差，而且海量的测试结果需要在所有测试完毕后才能分析，不能实现实时测试。

总之，目前还缺乏一个在宽频段范围内，可灵活调整测试频点的，能实时、连续、高速采集无线信号，并同时记录测试点GPS信息的测试系统。而这样的测试系统对未来移动通信系统的传播模型测试与校正、以及未来无线通信网络覆盖与优化，有重要的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种实时连续的宽带无线传播测试方法和装置，其通过将射频CW信号下变频到中频，检波处理后对信号进行高速采样从而获得场强分布数据，并同步采集测试点的GPS数据。将所有测试点的场强数据结合GPS数据进行统计分析，可以用作无线传播特征统计和信道模型校正。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种实时连续的宽带无线传播测试装置，包括远端发射设备和接收设备，其中所述远端发射设备包括射频CW波发生器，用于射频CW波发射；

所述接收设备包括：

下变频装置：用于将天线接收到的射频CW波射频信号下变频到中频波段；

中频包络检波装置：将在中频波段的CW信号进行包络检波处理；

高速数据采集装置：高速采集装置对检波后输出信号进行高速采样，经A/D转换后经过高速数据传输接口输出；

GPS接收装置：接收GPS卫星定位信息并输出GPS定位信息；

采集控制器：采集控制器用于配置下变频装置和中频包络检波装置，采集高速采集装置输出的信号并保存信号，并同步采集GPS接收装置输出的GPS信息数据并保存。

作为本发明装置的一种改进，所述采集控制器为一多线程采集控制器，执行并发的场强信号高速采集线程和GPS信号读取线程；同步采集高速采集装置输出的信号和GPS接收装置输出的GPS定位信息。两个采集过程互不干扰，同步进行。

其中，所述高速数据传输接口可采用1394总线接口。所述GPS输出接口可采用RS232串行接口。

相应地，本发明还提供一种实时连续的宽带无线传播测试方法，包括以步骤：

步骤1、远端发射设备发射射频CW波；

步骤2、测试端接收射频CW波，将接收到的射频CW波信号下变频到中频波段；

步骤3、将在中频波段的CW信号进行包络检波处理；

步骤4、对检波后输出信号进行高速采样，经A/D转换后经过高速数据传输接口输出；

步骤5、采集GPS地理信息并输出GPS信息；

步骤6、同步采集步骤4和步骤5输出信息并保存。

作为本发明方法的一种改进，所述步骤6中同步采集的方法为：执行并发的场强信号高速采集线程和GPS信号读取线程；同步连续采集步骤4和步骤5输出信息。

作为本发明方法的一种优选方法，所述步骤4中高速采样的采集间隔为10ms，所述步骤5中GPS信息的采集和输出频率为每秒钟1次，即所选用的GPS设备固定是每秒钟输出1次。

同时，所述步骤6之后还包括一对保存的信息进行数据处理的步骤，具体如下：

步骤(1)、将场强信息映射到GPS信息；

步骤(2)、进行场强分布统计，将测试的场强信息进行分组处理，获得均值和方差；

步骤(3)、依照对应的GPS信息进行绘图，绘制无线覆盖趋势图；

步骤(4)、进行无线信号衰落特征统计，将测试的结果带入无线传播理论公式中进行模型修正。

其中，所述步骤(2)中均值的计算方法可以是在40个波长的空间距离上取平均，以获得均值包络。所述场强分布统计的方法可以是将所有采集点的场强从划分为5个等级，分别统计这5类中的采集点数占总点数的百分比，并以直方图的方法表示。所述步骤(3)中绘制无线覆盖趋势图的方法可以是与电子地图相结合，对应每个采集点，根据经纬度在电子地图上找出对应描点位置，以不同颜色场标记强值。

本发明实时连续的宽带无线传播测试方法和装置具有以下优点：

第一、按照李氏定律(Lee’scriterion)的测试要求，对某一频段的载波，在40个波长的距离上至少要求测试50个点进行平均，才能得到本地采样均值。本设计中解决了对CW波无线信号进行高速采样，实时记录的难点。

第二、解决了在移动情况下的无线信号传播测试中，采集场强信号与采集测试点的GPS地理信息的实现同步的问题。

第三、可在一定宽频带范围内设定测试某一个频点的场强。

第四、测试过程可以实现场强数据的连续采集。

第五、通过配置高速采集装置的A/D转换速率、FIFO的深度及配置高速传输总线等实现场强信号的快速采集。

附图说明

图1是本发明的实时连续的宽带无线传播测试装置的结构示意图。

图2是本发明的实时连续的宽带无线传播测试装置的数据采集流程图。

图3是本发明的实时连续的宽带无线传播测试装置或测试方法所获得的测试数据的处理方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例进一步说明本发明。

如图1所示，一种实时连续的宽带无线传播测试装置，包括远端发射设备和接收设备，所述远端发射设备包括射频连续(CW)波发生器，由发射端配置射频CW波发生器，其中射频CW波的频率和功率可以由用户设定；

所述接收设备包括：

测试车：远端站接收端需要一辆经特殊装备的车，测试天线和GPS天线都要放在车顶，测试天线选用全向天线，以保证无线信号和卫星信号的接收质量；以下接收设备置于车内，

下变频装置：用于将天线接收到的射频CW波射频信号下变频到中频波段；

中频包络检波装置：将在中频波段的CW信号进行包络检波处理；

高速数据采集装置：高速采集装置对检波后输出信号进行高速采样；经A/D转换后经过高速数据传输接口后经1394总线输出；

GPS接收装置：采集GPS卫星定位信息(主要是经纬度信息)，并通过串行接口输出GPS定位信息；

多线程采集控制器：采集控制器用于配置下变频装置和中频包络检波装置，执行并发的场强信号高速采集线程和GPS信号读取线程；同步采集高速采集装置输出的信号和GPS接收装置输出的GPS定位信息数据，并将其保存。

射频信号是高速采集，本实施例中设定为10ms的采集间隔，而GPS装置是1秒钟输出1次GPS定位信息，而这两个信号的采集都是通过采集控制器控制高速数据采集装置和读取GPS输出接口输出的信息来实现的。其中GPS输出接口可采用RS232串行接口。

本测试装置实例中优选采用多线程技术，实现二个信号采集过程的同步进行，以保证场强信息，即接收端天线接收的无线射频信号，能够与GPS信息相对应。两者的同步通过采集控制器配置多线程技术实现，其中多线程技术是将处理器时间分配给多段可执行代码(称为线程)，从而提供了多任务处理功能。根据线程的优先级，上次运行线程后经过的时间等因素为每个线程分配处理时间。多线程技术可以在耗时工作时(比如操作读取速度慢的设备)，充分利用处理器，提高系统性能。场强信号高速采集过程与采集GPS数据就是通过不同的线程来实现，两个线程之间并行进行，互不干扰，只是两个线程的启动是通过同一个触发源实现，这样就保证了两个采集过程的同步启动和同步进行，采集控制器通过高速数据总线配置高速数据采集装置的准备状态、启动A/D转换、结束A/D转换、数据存储等过程，GPS设备是主动输出GPS信息，采集控制器执行的是读取GPS信息。

上述测试装置的配置及采集流程如图2所示，包含以下几个部分：

1)用户通过人机交互界面输入下变频装置、中频包络检波装置、高速数据采集装置配置参数，其中配置参数包括下变频装置的中心频点、中频包络检波装置的输出增益等，这些配置参数根据具体测试的频点和信号功率的大小而确定；

2)多线程采集控制器按用户输入参数配置下变频装置、中频包络检波装置、高速数据采集装置；

3)多线程采集控制器配置GPS接收装置的串行接口参数，包括通过配置串口号、波特率、停止位、校验位等，GPS接收装置通过串行接口输出GPS定位信息；

4)多线程采集控制器配置为多线程工作模式。采集程序执行时，执行并发的场强信号高速采集线程和GPS信号读取线程；同步连续采集频点瞬间场强值和GPS定位信息，并将信息存入缓存。其中缓存装置可设置于采集控制器内部，例如可采用读取速度快的SDRAM存储器件实现；

5)采集完毕，将采集数据存盘。

一种实时连续的宽带无线传播测试方法，包括以步骤：

步骤1、远端发射设备发射射频CW波；

步骤2、测试端接收射频CW波，将接收到的CW波射频信号下变频到中频波段；

步骤3、将在中频波段的CW信号进行包络检波处理；

步骤4、对检波后输出信号进行高速采样，经A/D转换后经过高速数据传输接口输出；

步骤5、采集GPS地理信息并输出GPS信息；

步骤6、同步采集步骤4和步骤5输出信息并保存。

其中，所述步骤6中同步采集的方法为：执行并发的场强信号高速采集线程和GPS信号读取线程；同步连续采集步骤4和步骤5输出信息。

其中，所述步骤4中高速采样的采集间隔为10ms，所述步骤5中GPS信息的采集和输出频率为每秒钟1次。

其中，所述步骤6之后还包括一对保存的信息进行数据处理的步骤，其流程如图3所示，包括以下步骤：

步骤(1)、将场强信息映射到GPS信息；即将场强数据列表与GPS数据列表结合，将场强数据分组映射到GPS数据；

步骤(2)、分别计算每组数据均值的均值和方差，进行场强分布统计，将测试的场强信息进行分组处理。其中，均值的计算方法可以是在40个波长的空间距离上取平均，以获得均值包络。本系统中称为本地均值，它和特定地点上的平均值相对；所述场强分布统计的方法可以是将所有采集点的场强从划分为5个等级，分别统计这5类中的采集点数占总点数的百分比，并以直方图的方法表示。

步骤(3)、依照对应的GPS信息进行绘图，绘制无线覆盖趋势图；即以GPS的经度和纬度为坐标，以均值场强映射色度绘制覆盖趋势。这样就能在电子地图上绘制出沿测试路线的覆盖情况，找出场强覆盖较弱的点，根据记录的地理环境，以分析信号功率降低的原因，以进行网络优化分析；

步骤(4)、进行无线信号衰落特征统计，并进行场景描述，将测试的结果带入无线传播理论公式中进行传播模型修正。其中，无线信号衰落特征统计包括统计m组均值和方差的分布和统计总体场强衰落分布，并分别绘制分布直方图；其中无线信号衰落特征统计可根据无线信号衰落特征测试要求，由于高速采集装置的采集间隔可配置为10ms，因此可以实现每秒钟最大采集点数达100个。以移动测试车20km/h的速度，则可以达到跳变区域和弱信号区域以每米18个测试点的精度作详细的测试。以3.5GHz信号为例，本征长度为40个波长内的采集点数为62个，可达到统计无线信号衰落分布特征的目的。

Claims (9)

1.一种实时连续的宽带无线传播测试装置，包括远端发射设备和接收设备，其特征在于：

所述远端发射设备包括射频CW波发生器，用于射频CW波发射；

所述接收设备包括：

下变频装置：用于将天线接收到的射频CW波射频信号下变频到中频波段；

中频包络检波装置：将在中频波段的射频CW信号进行包络检波处理；

高速数据采集装置：高速数据采集装置对检波后输出信号进行高速采样，经A/D转换后经过高速数据传输接口输出；

GPS接收装置：接收GPS卫星定位信息并输出GPS定位信息；

采集控制器：采集控制器用于配置下变频装置和中频包络检波装置，采集高速数据采集装置输出的信号并保存信号，并同步采集GPS接收装置输出的GPS信息数据并保存，其中，所述采集控制器为一多线程采集控制器，执行并发的场强信号高速采集线程和GPS信号读取线程；同步采集高速数据采集装置输出的信号和GPS接收装置输出的GPS定位信息。

2.根据权利要求1所述的一种实时连续的宽带无线传播测试装置，其特征在于：所述高速数据传输接口为1394总线接口。

3.根据权利要求1所述的一种实时连续的宽带无线传播测试装置，其特征在于：所述GPS接收装置的输出接口为RS232串行接口。

4.一种实时连续的宽带无线传播测试方法，其特征在于包括以步骤：

步骤1、远端发射设备发射射频CW波；

步骤2、测试端接收射频CW波，将接收到的CW波射频信号下变频到中频波段；

步骤3、将在中频波段的CW信号进行包络检波处理；

步骤4、对检波后输出信号进行高速采样，经A/D转换后经过高速数据传输接口输出；

步骤5、采集GPS卫星定位信息并输出GPS定位信息；

步骤6、同步采集步骤4和步骤5输出信息并保存，其中，同步采集的方法为：执行并发的场强信号高速采集线程和GPS信号读取线程；同步连续采集步骤4和步骤5输出信息。

5.根据权利要求4所述的一种实时连续的宽带无线传播测试方法，其特征在于：所述步骤4中高速采样的采集间隔为10ms，所述步骤5中GPS信息的采集和输出频率为每秒钟1次。

6.根据权利要求4所述的一种实时连续的宽带无线传播测试方法，其特征在于：所述步骤6之后还包括一对保存的信息进行数据处理的步骤，具体如下：

步骤(1)、将场强信息映射到GPS信息；

步骤(2)、进行场强分布统计，将测试的场强信息进行分组处理，获得均值和方差；

步骤(3)、依照对应的GPS信息进行绘图，绘制无线覆盖趋势图；

步骤(4)、进行无线信号衰落特征统计，将测试的结果带入无线传播理论公式中进行模型修正。

7.根据权利要求6所述的一种实时连续的宽带无线传播测试方法，其特征在于：所述步骤(2)中均值的计算方法为：在40个波长的空间距离上取平均，以获得均值包络。

8.根据权利要求6所述的一种实时连续的宽带无线传播测试方法，其特征在于：所述步骤(2)中场强分布统计的方法为：将所有采集点的场强划分为5个等级，分别统计这5个等级中的采集点数占总点数的百分比。

9.根据权利要求6所述的一种实时连续的宽带无线传播测试方法，其特征在于：所述步骤(3)中绘制无线覆盖趋势图的方法为，与电子地图相结合，对应每个采集点，根据经纬度在电子地图上找出对应描点位置，以不同颜色标记场强值。

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