CN1777071B - 一种用于智能天线基站的通道相干性测试方法 - Google Patents
一种用于智能天线基站的通道相干性测试方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于智能天线基站的通道相干性测试方法，用于测试基站的多个上行通道或多个下行通道，包括：以一通道做为基准通道，另一通道做为待测通道，关闭其余的通道；保持基准通道的权值不变，改变待测通道的权值，使合成带内功率最小并将该带内功率最小值作为第一功率值，将权值的相位加上或减去180°并记录此时的合成带内功率值作为第二功率值；根据所述第二和第一功率值的差值判断待测通道和基准通道之间的相干性；保持基准通道不变，逐一选取其余的通道作为待测通道，根据以上方式逐一判断每个待测通道与所述基准通道之间的相干性。本发明解决了现有技术没有专用的仪表用来系统进行通道之间的相干性测试的问题。
Description
技术领域
本发明涉及阵列通道的相干性测试，特别是涉及使用宽带收发信机的智能天线基站系统的阵列通道的相干性测试方法。
背景技术
智能天线已开始应用于商用化的移动基站系统，如智能型PCS(个人通信业务)基站以及采用阵列天线的TD-SCDMA(时分同步码分多址)移动基站系统。智能天线在WCDMA(宽频码分多址)和CDMA2000(美国高通的码分多址标准)中为可选的技术，但在4G(第四代移动通信系统)中将成为必选技术之一。
通道的相干性是智能天线基站中一项重要指标。单从自适应上行接收的角度，通道之间的相干性并不重要。但波束切换类的智能天线基站对通道之间的相干性要求较高，否则无法形成预期指向和形状的波束。即便是自适应波束的智能天线，若同时要在下行方向使用智能发射，则无论上行通道还是下行通道都需要进行通道幅相误差校正，只有保证了通道的相干性，校正结果才有实际意义。
保证通道之间相干性的最有力的方法就是各通道共用相同的本地振荡器。虽然通过将各通道单独的本振锁在同一时钟源的方法理论上也可以使通道之间保持相干性，但实践证明，这对本振的相噪指标提出了更高的要求，在实际的环境中基本无法实现。
基站接收或发射的数据最终要在基带进行复杂的信号处理，信号在收发信机与基带之间的传输方法也关系到通道之间能否保持很好的相干性。
还没有专用的仪表用来对系统进行通道之间的相干性测试，即便用现有的仪表进行间接测试，也只能进行射频、中频等模拟收发信机的相干性测试，对传输部分对相干性的影响无法进行测试。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于智能天线基站的通道相干性测试方法，解决现有技术没有专用的仪表用来系统进行通道之间的相干性测试的问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于智能天线基站的通道相干性测试方法，用于测试基站阵列通道的多个上行通道或多个下行通道，其特点在于，包括：步骤一，以所述阵列通道中的任一通道做为基准通道，另一通道做为待测通道，关闭其余的通道；保持基准通道的权值不变，改变待测通道的权值，使待测通道与基准通道的合成带内功率最小并将该带内功率最小值作为第一功率值，记下此时的权值作为第一权值，将所述第一权值的相位加上或减去180°并记录对应的合成带内功率值作为第二功率值；若所述第二功率值和第一功率值的差值大于系统预定的相干性门限，则所述待测通道和所述基准通道之间的相干性得到满足；步骤二，保持基准通道不变，逐一选取其余的通道作为待测通道，根据步骤一中的方式逐一判断每个待测通道与所述基准通道之间的相干性。
上述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特点在于，所述步骤一中，所述权值包括幅度权和相位权，改变待测通道的权值是先保持待测通道的幅度权，逐步改变待测通道的相位权得到一个最小的合成带内功率值，然后保持此时的待测通道的相位权并逐步改变待测通道的幅度权，再次得到一个最小的合成带内功率值，并将该再次得到的最小的合成带内功率值作为所述第一功率值。
上述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特点在于，还包括步骤三：根据步骤一和步骤二中得到的幅度权和相位权配置所述基站的波束形成权值，使所述多个通道都正常工作，并且同相叠加所述多个通道的输出，根据叠加结果进一步验证所述多个通道之间的相干性。
上述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特点在于，所述基站包括操作维护单元、主控单元、多个信道板、多个上行通道和多个下行通道以及多个前端；所述操作维护单元通过所述主控单元连接所述多个信道板，所述多个信道板连接所述多个上行通道和多个下行通道，每一个所述前端对应连接一个上行通道和一个下行通道；并且在所述步骤一前还包括通过所述操作维护单元、主控单元和信道板组成的控制链路配置所述基站的工作频点的步骤。
上述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特点在于，在所述步骤一中，所述通道为下行通道；所述多个前端的射频输出口分别连接至一个功率合成器的输入口，所述功率合成器的输出口通过一个衰减器连接一个发信机测试仪，所述发信机测试仪工作在带内功率测试模式，并且带宽和工作频点设置为与所述基站相同。
上述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特点在于，在所述步骤一中，所述通道为下行通道；所述基站的多个前端分别连接有阵列天线，发信机测试仪通过射频电缆与信标天线相连，所述信标天线位于所述阵列天线组成的圆环阵的几何中心并与所述阵列天线平行或者所述信标天线位于所述阵列天线组成的直线阵的法线方向并满足远场要求；所述发信机测试仪工作在带内功率测试模式，并且带宽和工作频点设置为与所述基站相同。
上述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特点在于，还包括，利用所述操作维护单元通过一个通用接口总线卡与所述发信机测试仪连接并读取所述发信机测试仪输出的带内功率，从而实现自动进行下行通道相干性测试的步骤。
上述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特点在于，在所述步骤一中，所述通道为上行通道；所述多个前端分别连接至一个功分器的输出口，所述功分器的输入口连接一个信号源；所述信号源的工作频点设置为与所述基站的工作频点相同，所述信号源的输出信号设置为与所述基站要求的信号相同。
上述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特点在于，在所述步骤一中，所述通道为上行通道；所述基站的多个前端分别连接有阵列天线，信号源通过射频电缆与信标天线相连，所述信标天线位于所述阵列天线组成的圆环阵的几何中心并与所述阵列天线平行或者所述信标天线位于所述阵列天线组成的直线阵的法线方向并满足远场要求；所述信号源的工作频点设置为与所述基站的工作频点相同，所述信号源的输出信号设置为与所述基站要求的信号相同。
上述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特点在于，在所述步骤一之前还包括通过所述操作维护单元配置所述信道板处于测试模式、配置所述基站工作于接收状态的步骤；还通过所述操作维护单元与所述信号源连接并读取所述信道板输出的带内功率，从而实现自动进行上行通道相干性测试。
本发明的技术效果在于：
1)上、下行通道相干性测试分别使用智能天线基站接收和发射信号的宽带功率，比较符合宽带收发信机的实际要求；
2)基站的整个通道(包括射频、基带及传输通路)一揽子进行，简单、准确；
3)为智能天线研发试验过程中测试通道相干性提供了有力的手段。
附图说明
图1是本发明方法的步骤流程图；
图2是本发明所述的智能天线基站的组成示意图；
图3是本发明所述的智能天线基站使用功分器进行下行通道相干性测试的示意图；
图4是本发明所述的智能天线基站使用功分器进行上行通道相干性测试的示意图；
图5是本发明所述的智能天线基站使用信标天线进行通道相干性测试的示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细说明本发明的具体实施例。
图1是本发明方法的步骤流程图；本发明的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，主要内容包括：
步骤100，以所述通道中的任一通道做为基准通道，另一通道做为待测通道，关闭其余的通道；保持基准通道的权值不变，改变待测通道的权值，使待测通道与基准通道的合成带内功率最小并将该带内功率最小值作为反相叠加功率值，记下此时的权值作为反相叠加的权值，将所述反相叠加的权值的相位加上或减去180°并记录此时的合成带内功率值作为同相叠加功率值；根据所述同相叠加功率值和反相叠加功率值的差值判断所述待测通道和所述基准通道之间的相干性；
步骤200，保持基准通道不变，逐一选取其余的通道作为待测通道，根据步骤一中的方式逐一判断每个待测通道与所述基准通道之间的相干性。
图2是本发明所述的智能天线基站的组成示意图。智能天线基站由阵列天线11～1N、接收前端21～2N、接收支路31～3N、发射支路41～4N、信道板51～5M、主控单元6、操作维护单元7组成，每个信道板由上行基带处理单元511、下行处理单元522、通信处理器533组成。完成接收信号的下变频、滤波、放大、A/D变换、成形滤波、上行波束形成和其它的信号、信令处理；以及发射信号的编码调制、波束形成、成形滤波、上变频、功率放大等功能。该信道板具有在测试模式下计算上行宽带功率值的功能。
正如图2所显示的，本发明的方法中，基站具有阵列天线，该阵列天线的每一阵元连接有一用于收发双工、低噪声放大的前端；该每一前端分别连接有一接收支路和一发射支路；所述接收支路进行下变频、滤波、放大、A/D变换、成形滤波等操作；所述发射支路进行成形滤波、D/A变换、上变频、滤波放大、功率放大等操作；所述基站还包括一块或几块信道板以及一块主控单元；所述的信道板用来进行上下行链路的基带信号处理，包括智能天线的波束形成功能，其中信道板在测试模式下，可以计算并上传选定波束的宽带接收功率；所述的主控单元进行基站的主控和信令处理；所述基站的主控单元与本地操作维护系统相连，并通过操作维护系统进行基站参数的设置和通道相干性测试操作；所述方法中包括一宽带功率测量仪器如发信机测试仪以及一信号源如ESG4437B等。
图3是本发明所述的下行通道相干性测试的一个具体实例。图中少了阵列天线11～1N，但增加了功率合成器9、衰减器10、发信机测试仪11和GPIB(通用接口总线)卡12。本地操作维护单元通过GPIB卡直接读取发信机测试仪输出的带内功率，因而在测试软件的配合下可以自动的进行下行通道相干性测试。
所述下行通道(发射通道)的相干性测试方法，其基本思想是：以N个阵列通道中的任一通道例如通道1为基准，保持基准通道的权值不变，改变其它通道的权值，使其它每一通道与基准通道的合成带内功率最小(反相叠加)，记下此时的权值及合成带内功率值，将所得权值的相位加上或减去180°并记录此时的合成带内功率值(同相叠加)。根据同相叠加和反相叠加时的带内功率差判断待测通道和基准通道之间的相干性。具体步骤如下：
1)将通道1～通道N的射频输出口分别连接功率合成器的输入端口1～N，功率合成器的输出口通过衰减器连接到发信机测试仪的射频输入口；或者，通过射频电缆将发信机测试仪的输入口与信标天线相连，信标天线的位置对于圆环阵来说位于阵列的几何中心即圆点并与阵列天线平行、对于直线阵来说位于阵列前方(法线方向最佳)并满足远场要求。
2)通过本地操作维护系统、主控单元、信道板组成的控制链路配置基站的工作频点；
3)设置功率测试仪表如发信机测试仪(或频谱分析仪等)工作在带内功率测试模式，带宽、工作频点与基站相同；
4)通过本地操作维护系统配置信道板处于测试模式并以一定的功率(比如额定功率或更小)开始下行发射；
通过本地操作维护系统配置信道板的下行波束形成权值，使基准通道例如通道1和待测通道如通道2正常工作，待测通道3～N关闭发射。权值以幅度(dB)和相位(°)的形式表示。
保持通道1的幅度权值在a1＝0dB相位权值φ1＝0°不变；
保持通道2的幅度权值为a2＝0dB，在0～360°范围内以一定的粒度(比如1°)不断改变通道2的相位权使通道1和2输出的合成宽带功率为最小，记录此时通道2的相位权φ2，min；
保持通道2的相位权为φ2，min；在一定的范围内(如±10dB)以一定的粒度(如0.5dB)改变通道2的幅度权，使通道1和2输出的合成宽带功率再次为最小，记录此时通道2的幅度权a2，min和合成宽带功率Pmin 12；
保持通道2的幅度权值为a2，min不变(a2，max＝a2，min)，将通道2的相位权加上或减去180°，即φ2，max＝φ2，min+180°，此时通道2和基准通道的宽带信号同相叠加，记录此时的合成带内功率Pmax 12；比较Pmax 12和Pmin 12的大小，如果
(20dB门限为WCDMA系统的实验结果，其它系统根据带宽会有些不同)，则认为通道2与通道1的相干性得到满足。
5)通过本地操作维护系统配置信道板的下行波束形成权值，使基准通道1和待测通道3正常工作，通道2、4～N关闭发射。重复4)中的步骤，测量通道3和基准通道的同相叠加带内功率Pmax 13和反相叠加带内功率Pmin 13，并根据其是否满足判断通道3与通道1之间的相干性。
6)同样的方法，可以测量所有N-1个待测通道与基准之间的相干性；
7)根据上述步骤得到的幅度和相位权配置基站波束形成权值，使阵列通道1～N正常工作，并且其输出均同相叠加，则如果N个通道输出的合成带内功率满足Ptotal≈(Psin gle+201gN)dBm，则进一步证明阵列通道1～N之间保持了相干性。
图4是本发明所述的上行通道相干性测试的一个具体实例。图中少了阵列天线11～1N，但增加了功分器13、信号源14。
本发明中，进行上行通道(接收通道)的相干性测试方法，包括以下步骤：
1)将阵列通道的上行接收通道1～N的天线连接口分别连接功分器的输出端口1～N，功分器的输入口连接到信号源的射频口；或者，通过射频电缆将信号源的射频输出口与信标天线相连，信标天线的位置对于圆环阵来说位于阵列的几何中心即圆点并与阵列天线平行、对于直线阵来说位于阵列前方(法线方向最佳)并满足远场要求。
2)通过本地操作维护系统、主控单元、信道板组成的控制链路配置基站的工作频点；
3)设置信号源的工作频点与基站频点相同，输出信号与基站要求的信号相同；
4)通过本地操作维护系统配置信道板处于测试模式，基站工作于接收状态，关闭发射机；
通过本地操作维护系统配置信道板的上行波束形成权值，使基准通道例如通道1和待测通道如通道2正常工作，待测通道3～N停止接收。权值以幅度(dB)和相位(°)的形式表示。
保持通道1的幅度权值在a1＝0dB相位权值φ1＝0°不变；
保持通道2的幅度权值为a2＝0dB，在0～360°范围内以一定的粒度(比如1°)不断改变通道2的相位权并上传信道板计算的合成功率值，使通道1和2输出的合成宽带功率为最小，记录此时通道2的相位权φ2，min；
保持通道2的相位权为φ2，min，在一定的范围内(如±10dB)以一定的粒度(如0.5dB)改变通道2的幅度权并上传信道板计算的合成功率值，使通道1和2输出的合成宽带功率再次为最小，记录此时通道2的幅度权a2，min和合成宽带功率Pmin 12；
保持通道2的幅度权值为a2，min不变(a2，max＝a2，min)，将通道2的相位权加上或减去180°，即φ2，max＝φ2，min+180°，此时通道2和基准通道的宽带信号同相叠加，记录此时的合成带内功率Pmax 12；比较Pmax 12和Pmin 12的大小，如果
(20dB门限为WCDMA系统的实验结果，其它系统根据带宽会有些不同)，则认为通道2与通道1的相干性得到满足。
5)通过本地操作维护系统配置信道板的上行波束形成权值，使基准通道1和待测通道3正常工作，通道2、4～N关闭接收。重复4)中的步骤，测量通道3和基准通道的同相叠加带内功率Pmax 13和反相叠加带内功率Pmin 13，并根据其是否满足判断通道3与通道1之间的相干性。
6)同样的方法，可以测量所有N-1个待测通道与基准之间的相干性；
7)根据上述步骤得到的幅度和相位权配置基站波束形成权值，使阵列通道1～N正常工作，并且其输出均同相叠加，则如果N个通道输出的合成带内功率满足Ptotal≈(Psin gle+201gN)dBm，则进一步证明阵列通道1～N之间保持了相干性。
图5是本发明所述的下行通道或上行通道相干性测试的另一个具体实例。图中智能天线基站的配置是完整的，测试系统中增加了发信机测试仪11、GPIB卡12和信标天线15。其中信标天线位置对于圆环阵来说位于阵列的几何中心即圆点并与阵列天线平行、对于直线阵来说位于阵列前方的法线方向上并满足远场要求。在进行上行通道相干性测试时，图5中的发信机测试仪11换为信号源14，并且GPIB卡12也可以取消。
由上可知，本发明可以达到如下的有益效果：
1)上、下行通道相干性测试分别使用智能天线基站接收和发射信号的宽带功率，比较符合宽带收发信机的要求；
2)基站的整个通道(包括射频、基带及传输通路)一揽子进行，简单、准确；
3)为智能天线研发试验过程中测试通道相干性提供了有力的手段。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明所作的等效变化与修改，都被本发明的专利范围所涵盖。
Claims (9)
1.一种用于智能天线基站的通道相干性测试方法，用于测试基站阵列通道的多个上行通道或多个下行通道，其特征在于，包括：
步骤一，以所述阵列通道中的任一通道做为基准通道，另一通道做为待测通道，关闭其余的通道；保持基准通道的权值不变，改变待测通道的权值，使待测通道与基准通道的合成带内功率最小并将该带内功率最小值作为第一功率值，记下此时的权值作为第一权值，将所述第一权值的相位加上或减去180°并记录对应的合成带内功率值作为第二功率值；若所述第二功率值和第一功率值的差值大于系统预定的相干性门限，则所述待测通道和所述基准通道之间的相干性得到满足；
步骤二，保持基准通道不变，逐一选取其余的通道作为待测通道，根据步骤一中的方式逐一判断每个待测通道与所述基准通道之间的相干性；
其中，所述步骤一中，所述权值包括幅度权和相位权，改变待测通道的权值是先保持待测通道的幅度权，逐步改变待测通道的相位权得到一个最小的合成带内功率值，然后保持此时的待测通道的相位权并逐步改变待测通道的幅度权，再次得到一个最小的合成带内功率值，并将该再次得到的最小的合成带内功率值作为所述第一功率值。
2.根据权利要求1所述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特征在于，还包括步骤三：根据步骤一和步骤二中得到的幅度权和相位权配置所述基站的波束形成权值，使所述多个通道都正常工作，并且同相叠加所述多个通道的输出，根据叠加结果进一步验证所述多个通道之间的相干性。
3.根据权利要求2所述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特征在于，所述基站包括操作维护单元、主控单元、多个信道板、多个上行通道和多个下行通道以及多个前端；所述操作维护单元通过所述主控单元连接所述多个信道板，所述多个信道板连接所述多个上行通道和多个下行通道，每一个所述前端对应连接一个上行通道和一个下行通道；并且在所述步骤一前还包括通过所述操作维护单元、主控单元和信道板组成的控制链路配置所述基站的工作频点的步骤。
4.根据权利要求3所述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述通道为下行通道；所述多个前端的射频输出口分别连接至一个功率合成器的输入口，所述功率合成器的输出口通过一个衰减器连接一个发信机测试仪，所述发信机测试仪工作在带内功率测试模式，并且带宽和工作频点设置为与所述基站相同。
5.根据权利要求3所述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述通道为下行通道；所述基站的多个前端分别连接有阵列天线，发信机测试仪通过射频电缆与信标天线相连，所述信标天线位于所述阵列天线组成的圆环阵的几何中心并与所述阵列天线平行或者所述信标天线位于所述阵列天线组成的直线阵的法线方向并满足远场要求；所述发信机测试仪工作在带内功率测试模式，并且带宽和工作频点设置为与所述基站相同。
6.根据权利要求4或5所述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特征在于，还包括，利用所述操作维护单元通过一个通用接口总线卡与所述发信机测试仪连接并读取所述发信机测试仪输出的带内功率，从而实现自动进行下行通道相干性测试的步骤。
7.根据权利要求3所述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述通道为上行通道；所述多个前端分别连接至一个功分器的输出口，所述功分器的输入口连接一个信号源；所述信号源的工作频点设置为与所述基站的工作频点相同，所述信号源的输出信号设置为与所述基站要求的信号相同。
8.根据权利要求3所述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述通道为上行通道；所述基站的多个前端分别连接有阵列天线，信号源通过射频电缆与信标天线相连，所述信标天线位于所述阵列天线组成的圆环阵的几何中心并与所述阵列天线平行或者所述信标天线位于所述阵列天线组成的直线阵的法线方向并满足远场要求；所述信号源的工作频点设置为与所述基站的工作频点相同，所述信号源的输出信号设置为与所述基站要求的信号相同。
9.根据权利要求7或8所述的用于智能天线基站的通道相干性测试方法，其特征在于，在所述步骤一之前还包括通过所述操作维护单元配置所述信道板处于测试模式、配置所述基站工作于接收状态的步骤；还通过所述操作维护单元与所述信号源连接并读取所述信道板输出的带内功率，从而实现自动进行上行通道相干性测试。
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