多天线频段性能的监测系统和方法与流程

本技术涉及天线测试，特别是涉及一种多天线频段性能的监测系统和方法。

背景技术：

1、天线在研发验证阶段需要进行长时间、大批量、多环境下的不同工作频段性能监控，以确保天线在实际应用中的可靠性和稳定性。天线性能监控的常规手段是采用网络分析仪测量s21参数，该参数能够反映发射天线与接收天线之间的信号传输特性，从而获取天线的绝对性能参数。

2、图1为一种现有的天线性能监控方案示意图。如图1所示，该方案包括天线测试环境箱1、箱体内放置的多根待测试天线2、发射天线3、多通道网络分析仪4以及采集计算机5。工作时，多通道网络分析仪4通过发射天线3发射射频信号，该信号被箱体内的某一根待测天线接收，多通道网络分析仪4测量发射端口与接收端口之间的s21参数，计算机5仅用于存储采集到的数据。当需要对不同频段进行监控时，需由网络分析仪内部切换发射通道或调整发射频率，依次对各天线各频段进行测量。然而，上述现有方案存在以下三个方面的缺陷：1）采样速率受限，无法实现高频次监控；2）多通道扩展成本急剧增加，不适合大批量应用；3）计算机算力资源严重浪费。

3、因此，亟需一种能够实现多天线多频段并行监控、硬件成本低且能充分利用计算机算力的天线性能监测系统。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现多天线多频段并行监控、硬件成本低且能充分利用计算机算力的多天线频段性能的监测系统和方法。

2、第一方面，本技术提供了一种多天线频段性能的监测系统，所述系统包括：测试环境腔体、射频信号发生单元、多个射频采样模块，以及数据汇集单元和计算机；其中：

3、所述射频信号发生单元设置于所述测试环境腔体内，包括至少一个射频信号发生器及其连接的发射天线，用于根据预设频段向外发射电磁波；

4、所述射频采样模块设置于所述测试环境腔体内或腔体外侧，每个所述射频采样模块与一根待测接收天线一一对应连接，且每个所述射频采样模块具有独立的采样控制逻辑，用于并行采集对应天线接收到的射频信号；

5、所述数据汇集单元连接各射频采样模块的输出端，用于汇集各模块的数据；

6、所述计算机通过所述数据汇集单元与各射频采样模块通信，用于向各模块下发监控参数、读取采样数据、计算各通道天线的功率密度或相对性能指标，以及进行显示或输出；

7、所述射频采样模块至少包括依次连接的中频接收器、模数转换器和微控制器单元，所述微控制器单元通过接口连接至所述数据汇集单元。

8、在其中一个实施例中，所述射频信号发生单元包括多个射频信号发生器和对应的发射天线，各个所述发射天线布设于所述测试环境腔体内，且所述发射天线用于同时发射不同频段的电磁波，以并行方式覆盖待测天线的全部待监控工作频段；

9、所述射频采样模块还包括前端调理电路，所述前端调理电路连接于待测接收天线与所述中频接收器之间，用于对接收到的射频信号进行衰减或放大，以调节输入信号功率至所述中频接收器的线性工作范围内。

10、在其中一个实施例中，所述数据汇集单元为通用串行总线（universal serialbus，usb）集线器，所述接口为usb接口，各个所述射频采样模块通过usb接口连接至所述usb集线器，所述计算机通过usb协议与各射频采样模块通信，并以轮询或中断传输方式读取各模块的数据。

11、在其中一个实施例中，所述计算机以多线程或异步输入/输出方式并行处理各射频采样模块上传的数据，对各通道数据分别进行快速傅里叶变换及功率积分运算，得到各通道在监控频点处的功率密度值；

12、所述计算机中存储有各待测接收天线的初始标定值或历史基准数据，所述计算机将当前读取的功率密度与对应的基准数据进行差值或比值运算，得到相对性能波动量，并以该波动量作为天线性能稳定性监控的指标。

13、在其中一个实施例中，所述系统还包括：校准信号源，所述校准信号源连接至所述数据汇集单元或直接连接至各射频采样模块的输入端；

14、所述计算机控制各个所述射频采样模块轮流接入所述校准信号源，根据各个所述射频采样模块测得的校准信号功率值计算通道一致性校准系数，并将所述校准系数用于修正各通道的测量数据；

15、所述计算机还用于将各个待测接收天线的功率密度或相对性能指标以实时趋势曲线形式显示于交互界面，并在任一通道的性能指标超出预设阈值时生成视觉或听觉告警信息。

16、第二方面，本技术还提供了一种多天线频段性能的监测方法，应用于如第一方面中任意一项所述的多天线频段性能的监测系统中，所述方法包括：

17、将各待测接收天线分别连接至对应的射频采样模块，并将各个所述射频采样模块通过数据总线连接至计算机；

18、通过所述计算机分别向各射频采样模块下发监控参数，所述监控参数至少包括监控频点、采样率和样本数量；

19、配置至少一个射频信号发生器，通过对应的发射天线向外发射预设频段的电磁波；

20、根据所述监控参数，通过各个射频采样模块独立且并行地对相应接收天线接收到的射频信号进行采集与预处理；

21、在完成一个采样周期后，通过各个射频采样模块向计算机发送数据就绪通知；

22、在通过计算机接收所述数据就绪通知后，读取各模块上传的预处理数据；

23、通过计算机对各通道数据进行运算，得到对应天线的功率密度或相对性能指标；

24、通过计算机将各天线的性能指标进行显示或输出。

25、在其中一个实施例中，所述配置至少一个射频信号发生器，包括：

26、配置多个不同频段的射频信号发生器，各个信号发生器分别连接对应的发射天线；并且，各个发射天线同时工作，以并行方式覆盖多个待监控频段，无需对发射通道进行切换。

27、在其中一个实施例中，所述预处理，包括：

28、射频采样模块将接收到的射频信号经中频接收器下变频为中频信号，经模数转换器数字化采样后，由微控制器单元进行数据打包和缓存，并将打包后的数据通过数据总线传输至计算机。

29、在其中一个实施例中，所述计算机接收所述数据就绪通知后读取各模块上传的预处理数据，包括：

30、计算机采用多线程或异步输入/输出（i/o）方式，同时响应多个射频采样模块的数据就绪通知，并行执行各通道的数据读取与后续运算处理任务。

31、在其中一个实施例中，所述计算机存储有各待测接收天线的初始标定值或历史基准数据，所述计算机将当前读取的功率密度与对应的基准数据进行差值或比值运算，得到相对性能波动量，以该波动量作为天线性能稳定性监控的指标，并在任一通道的波动量超出预设阈值时生成告警信息。

32、第三方面，本技术还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

33、将各待测接收天线分别连接至对应的射频采样模块，并将各个所述射频采样模块通过数据总线连接至计算机；

34、通过所述计算机分别向各射频采样模块下发监控参数，所述监控参数至少包括监控频点、采样率和样本数量；

35、配置至少一个射频信号发生器，通过对应的发射天线向外发射预设频段的电磁波；

36、根据所述监控参数，通过各个射频采样模块独立且并行地对相应接收天线接收到的射频信号进行采集与预处理；

37、在完成一个采样周期后，通过各个射频采样模块向计算机发送数据就绪通知；

38、在通过计算机接收所述数据就绪通知后，读取各模块上传的预处理数据；

39、通过计算机对各通道数据进行运算，得到对应天线的功率密度或相对性能指标；

40、通过计算机将各天线的性能指标进行显示或输出。

41、第四方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

42、将各待测接收天线分别连接至对应的射频采样模块，并将各个所述射频采样模块通过数据总线连接至计算机；

43、通过所述计算机分别向各射频采样模块下发监控参数，所述监控参数至少包括监控频点、采样率和样本数量；

44、配置至少一个射频信号发生器，通过对应的发射天线向外发射预设频段的电磁波；

45、根据所述监控参数，通过各个射频采样模块独立且并行地对相应接收天线接收到的射频信号进行采集与预处理；

46、在完成一个采样周期后，通过各个射频采样模块向计算机发送数据就绪通知；

47、在通过计算机接收所述数据就绪通知后，读取各模块上传的预处理数据；

48、通过计算机对各通道数据进行运算，得到对应天线的功率密度或相对性能指标；

49、通过计算机将各天线的性能指标进行显示或输出。

50、第五方面，本技术还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

51、将各待测接收天线分别连接至对应的射频采样模块，并将各个所述射频采样模块通过数据总线连接至计算机；

52、通过所述计算机分别向各射频采样模块下发监控参数，所述监控参数至少包括监控频点、采样率和样本数量；

53、配置至少一个射频信号发生器，通过对应的发射天线向外发射预设频段的电磁波；

54、根据所述监控参数，通过各个射频采样模块独立且并行地对相应接收天线接收到的射频信号进行采集与预处理；

55、在完成一个采样周期后，通过各个射频采样模块向计算机发送数据就绪通知；

56、在通过计算机接收所述数据就绪通知后，读取各模块上传的预处理数据；

57、通过计算机对各通道数据进行运算，得到对应天线的功率密度或相对性能指标；

58、通过计算机将各天线的性能指标进行显示或输出。

59、上述多天线频段性能的监测系统、方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，通过为每一根待测接收天线独立配置射频采样模块，各模块具有独立的采样控制逻辑，能够同时对各自对应的天线进行射频信号采集，实现了多天线接收通道在物理层面的真正并行监控，各通道之间互不干扰、无需等待切换，从根本上解决了传统网络分析仪因单发射天线切换测量带来的采样速率瓶颈问题，显著提高了天线性能监控的时间分辨率，能够捕捉天线性能的快速波动；同时，每个射频采样模块采用中频接收器、模数转换器和微控制器单元的低成本集成架构，替代了高成本的多通道网络分析仪，系统整体成本随通道数的增加呈线性增长而非指数增长，使得对数十甚至上百根天线进行长时间、大批量监控具备工程经济可行性；此外，射频采样模块仅负责信号的接收、下变频、数字化采样及数据打包传输，数据处理量大的功率密度运算、相对性能指标计算、显示输出等任务均由计算机集中完成，充分利用了计算机的并行处理能力和算力资源，避免了传统方案中计算机仅作数据存储所造成的算力闲置浪费，提升了整体系统效能。综上可知，本技术以低成本、高采样率、算力高效利用的方式，为天线研发验证阶段的大批量、多环境长期性能监控提供了一种切实可行的工程解决方案。