TD-SCDMA智能天線的自動化測試

2010年03月17日15:33:17 本網(wǎng)站我要評論(2)字號：T | T | T

關(guān)鍵字：應用通信

作者：陳健賀鵬秦巖

　　摘要：本文介紹了一種驗證TD-SCDMA智能天線性能的自動化測試方法及實現(xiàn)。在多天線環(huán)境下，每天線經(jīng)歷的衰落不一定相同，思博倫SR5500M可以模擬每天線獨立或相關(guān)的無線信道衰落，從而在實驗室模擬外場環(huán)境進行測試。我們采用本文的自動化測試方法，給實驗室測試帶來了極大的方便和效率。

　　引言

　　智能天線(或beamforming)可以通過將’beam’對準特定的用戶，顯著的提高用戶接收信噪比和降低對其他用戶的干擾，從而增加系統(tǒng)容量。

　　TD-SCDMA很大程度上是功率受限系統(tǒng)，同時是一個自干擾系統(tǒng)，又由于TDD系統(tǒng)的天然上下行信道對稱性，所以從TD-SCDMA設計之初就開始了對智能天線的實際部署研究。智能天線在TD-SCDMA中開始應用并走向成熟。在后續(xù)演進中，TD-SCDMA將向TD-LTE演進，LTE更大程度上引入了帶寬受限，所以智能天線/MIMO自適應技術(shù)是TDD多天線技術(shù)的方向。

　　任何一項產(chǎn)品特性都需要大量的實驗室測試。實驗室測試不僅大大節(jié)省了成本，加快了產(chǎn)品推出周期，而且比現(xiàn)場測試更易構(gòu)造各種測試環(huán)境可重復性的進行測試，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

　　自動化測試簡化測試操作，自動完成設備配置、重復執(zhí)行、結(jié)果記錄/分析/報告輸出等步驟，大大提高測試效率，進一步加快產(chǎn)品推出周期，擴大了測試的覆蓋范圍。

　　通常，測試設備都提供通用的接口，如GPIB，Ethernet等，供軟件編程調(diào)用。我們在實際應用中，通過對SR5500M的自動化控制完成智能天線的各種測試。進一步，我們將對基站和手機(或其他終端設備)完成自動化控制，屆時，智能天線測試將具有更高的性能和更多的特性。

　　1 智能天線在TD-SCDMA的應用

　　TD-SCDMA作為TDD系統(tǒng)，上下行信道完全對稱，所以通過對上行信號的信道估計即可得到下行信號的權(quán)值(權(quán)矢量)，從而達到波束賦形(Beamforming)，無需冗余信號設計或資源占用。

　　TD-SCDMA基站為8天線單元平板天線，天線單元間距為λ/2，低間距意味著天線間信號的高相關(guān)性，通�？梢约俣ㄏ嚓P(guān)性均為1，即所有天線經(jīng)歷相同的信道瞬時衰落，天線間信道的差別即為依賴于方向的相位差。通過在不同天線單元自適應調(diào)整相位偏移作為各天線單元的權(quán)值以控制(steer)天線波束，從而對準相應的用戶，提高增益，同時降低對其他用戶的干擾。

　　但TD-SCDMA并不局限于高相關(guān)性天線配置，比如為了減少天線面積和重量，近年開發(fā)了雙極化天線，相當于兩個完全不相關(guān)的4天線單元陣。此時除了天線單元間的相位偏移外，兩個天線陣之間的瞬時衰落不一定相同，因此，需要根據(jù)天線單元的信道估計(H)來獲得幅度和相位均不相同的復矢量作為各天線單元的權(quán)值。從而完成自適應beamforming。

　　這兩種情況的算法設計并不是矛盾的，低相關(guān)配置包含了高相關(guān)配置的算法，TD-SCDMA的基站實現(xiàn)均根據(jù)每天線信道估計得到總的權(quán)矢量，因此不管是天線間相關(guān)性高或者低，均可直接使用。

　　在上行方向，基站作為接收機，主要是利用了多天線分集功能，通過較大信噪比合并(MRC)算法獲得分集增益。

　　需要指出的是，不同的天線相關(guān)性會影響智能天線性能。這方面的討論超出了本文的范疇，請參考相關(guān)論文。

　　2 思博倫SR5500M-智能天線測試

　　思博倫SR5500M在2007年底推出之時就考慮到TD-SCDMA智能天線的商用測試，即模塊化設計。如圖1所示，4臺SR5500M既可以供不同地點的不同團隊測試，比如測試單天線性能等，也可以組合成系統(tǒng)，供同一地點的多個團隊測試單天線性能，或供同一團隊測試8天線性能，極大的提高了設備利用率：

圖1 思博倫SR5500M

　　本文討論8天線測試情況。SR5500M系統(tǒng)既可以測試下行beamforming，如圖2a所示，也可以測試上行分集接收，如圖2b所示。需要指出的是，下行測試時需要基站工作在測試模式：可以人為指定beamforming的方向。

圖2 單個SR5500M既可以配置成MIMO mode，也可以配置成普通mode

　　在正式測試開始前，對SR5500M的各通道進行相位校準，以確保各通道初始相位一致。

3 自動化測試環(huán)境

　　SR5500M提供了RPI接口(Remote Programming Interface)供外部程序控制SR5500M。如圖3所示，SR5500 Testkit軟件所在電腦通過TCP/IP與1臺至4臺SR5500M連接，控制電腦亦通過TCP/IP與SR5500M連接(通常，可以用一個Switch連接所有設備);控制電腦和SR5500 Testkit軟件所在電腦合并為一臺電腦。

圖3 RPI工作連接圖

　　控制電腦上的外部程序先發(fā)送命令給SR5500 Testkit， SR5500 Testkit將命令轉(zhuǎn)發(fā)給各臺SR5500M。這樣，所以SR5500 Testkit上的操作均可由外部程序完成，并且通過外部程序完成各種用戶定制的復雜的控制或查詢。使用通用的腳本編輯軟件即可編輯相應的程序，如Tcl，Perl等腳本編輯軟件。

　　4 自動化測試的實現(xiàn)

　　我們選取智能天線的2個上行測試用例為例描述自動化測試的實現(xiàn)。

　　1) 多天線解調(diào)測試(靜態(tài)測試)：在不同的來波角度(DOA)下測試接收性能。各條徑存在一定的角度擴展，各條徑分別來自不同的角度。驗證在該傳播環(huán)境下接收機的解調(diào)性能。傳播環(huán)境如表1-表3所示。

　　2) 動態(tài)DOA測試(動態(tài)測試)：在不同的傳播環(huán)境下，模擬隨時間改變的來波角度，各條徑的角度相同。驗證接收機判斷來波角度的準確性，以及接收機的解調(diào)性能。傳播環(huán)境如表1-表3所示(但各徑角度差為0)。

　　4.1 自動化測試可視化軟件

　　完全控制一臺到多臺SR5500M，對于所有測試步驟(如DOA的角度調(diào)整，缺省參數(shù)的配置等)，均自動化進行測試，不需要用戶的手動干預

　　通過圖形用戶界面(GUI)使用戶非常容易的設置參數(shù)，提供自動化測試的設置接口，進行自動化測試

　　軟件通過IP與SR5500 Testkit連接，可以進行遠程自動化測試

　　軟件用Tcl編寫，通用性和可移植性強

軟件主界面如圖4.1所示

　　4.2 自動化測試過程

　　如圖4.2.1所示，設置IP地址和端口是為與SR5500 Testkit通信，然后就可以選擇信道模型、測試頻點、輸入輸出功率，選擇靜態(tài)或動態(tài)。如果是靜態(tài)，則只有角度初始值生效，如果是動態(tài)，則按照角度步進值和角度終止值自動執(zhí)行，為了測試穩(wěn)定性和記錄的方便，軟件還提供了每個測試點時長和等待記錄結(jié)果的時長：

圖4.2.1 測試軟件

　　設置完成后，點擊運行按鈕，即可看到執(zhí)行窗口界面，如圖4.2.2所示：

圖4.2.2 開始測試

　　測試運行過程中，可以從該窗口觀察測試實時狀態(tài)，如圖4.3.3所示。同時在基站端觀察并記錄測試結(jié)果。

圖4.3.3 測試實時狀態(tài)

　　5 小結(jié)

　　本文介紹了一種通過SR5500的RPI接口，非常方便的用腳本語言編寫程序完成自動化測試的方法。自動化測試大大節(jié)省了人力，加快了測試進度，將測試工程師從繁瑣的智能天線設置工作解放到更多的分析工作上去。我們將進一步努力以改進和提高TD-SCDMA智能天線商用部署前測試。

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TD-SCDMA智能天線的自動化測試

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