一种MIMO射频通道测试方法与流程

一种mimo射频通道测试方法
技术领域
1.本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种mimo射频通道测试方法。


背景技术：

2.多天线通信系统是当前的主流通信技术，在802.11、3gpp、802.15、数字广播、雷达、卫星通信等通信领域应用都非常广泛，随射频收发通道的增加，系统通信容量、可靠性等都能得到成倍提升。但mimo通信模式也给射频通道测试带来较大的挑战，与单天线系统相比，mimo系统通道数增加，测试时间也会成倍增加，增大了最终产品面市时的成本；而且mimo多通道之间会存在相互的干扰，如何准侧测试出各个rf通道之间的相互干扰，也是测试测试必须解决的问题。
3.在现有的mimo射频传导测试系统中，基于应用场景和测试需求的不同主要存在三种测试模式：真实mimo测试(true mimo)，序列mimo测试(sequential mimo)和复合mimo测试(composite mimo)。
4.·
真实mimo测试
5.真实mimo测试模拟mimo系统真实工作时的状态，使用多通道同时发射和多通道同时接收，如图1所示，主控机控制dut按正常的mimo工作，所有的通道同时发射信号，dut每个射频通道和vsa的接收通道一一对应，vsa每个通道独立并行分析各种的接收数据并将数据送回主控机分析。该方案能准确测试mimo的各项射频指标，但需要同时占用vsa测试仪器多个测试端口，测试成本非常高，一般使用于研发早期。
6.·
序列mimo测试
7.如图2所示，序列mimo测试系统基于专门的快速选路电路来测试某一个通道，通过在不同的时刻接通不同的射频通过实现对该通道的测试，通过多次测试完成整个mimo系统多个射频通道的测试。该方案降低了true mimo测试系统的vsa成本，但需要设计专门的高速通道选择电路，整个系统的测试成本仍然较高。
8.·
复合mimo测试
9.复合mimo测试系统如图3所示，dut发出的信号经过合路器复合成一路信号，vsa对混合信号做分析。复合mimo测试系统是一种低成本测试系统，但vsa只能分析dut多个通道的合成信号，无法对每个通道做单独分析，因此mimo测试能力比true mimo和sequential mimo低，很多mimo测试指标无法基于composite mimo系统测试。
10.当前的mimo测试方案可参考文献：
11.《us20110096821a1-digital communications test system for multiple input,multiple output(mimo)systems》
12.《us07817566b2-wired mimo link tester》
13.《wo2013_169324a1-system and method for testing a radio frequency(rf)multiple-input-multiple-output(mimo)device under test(dut)》
14.《cn108135005a-用于复合mimo测量的测量设备和测量方法》
15.《cn102265664a-多入多出(mimo)系统的数字通信测试系统》
16.序列测试方案sequential mimo，如图4所示，dut按正常的mimo模式发射，但主控机pc控制选路电路在不同的时刻t0,t1,t2
…
联通不同的端口port0，port1，port2
…
，此时vsa只能分析联通的dut端口的射频特性，通过多个时间序列，测试完所有的mimo端口。
17.现在三种的主流mimo射频通道测试方案都有明显的缺陷，true mimo要求vsa具备多个独立的射频通道，sequential mimo测试要求专门的高速硬件切换电路，两种方案测试成本都比较高，composite mimo只能得到多个通道复合信号的射频指标，无法完全解析各个通道单独的指标，使用的场景非常受限。


技术实现要素：

18.本发明提供了一种mimo射频通道测试方法，包括执行以下步骤：
19.步骤1：主控机pc控制dut按正常模式工作。
20.步骤2：dut发射各个射频通道的信号给合路器。
21.步骤3：合路器接收dut发射的信号并将所接收的信号合成一路复合信号后发送给综测仪vsa。
22.步骤4：综测仪vsa分析接收到的复合信号，并将分析结果发送给主控机pc。
23.在所述步骤1中，dut预留发射码本设置的端口供主控机动态选择码本。
24.作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，主控机pc通过dut预留的端口控制dut使用的发射码本。
25.作为本发明的进一步改进，所述的发射码本包括指定的协议码本、用户配置的码本。
26.作为本发明的进一步改进，如果是使用用户配置的码本，该码本能通过主控机pc传输给dut，dut直接取用。
27.作为本发明的进一步改进，在所述步骤4中，所述综测仪vsa接收信号可表示为：
[0028][0029]
其中，h0,h1,....,h
n-1
发端port0到portn-1，分别到综测仪接收端口的等效信道；w0,w1,....,w
n-1
为对应发射端口上预编码权值；为发端mimo预编码向量；n0,n1,....,n
n-1
为个射频通道的等效噪声。
[0030]
作为本发明的进一步改进，主控机pc通过控制dut使用的发端mimo预编码向量即可控制dut各个射频通道的发射行为，如果该通道的权值wi＝0则等效于dut射频通道不发射，相当于该通路断开。
[0031]
作为本发明的进一步改进，当需要生成true mimo发射信号的时候，主控机pc指示ue使用pusch码本
[0032]
作为本发明的进一步改进，当需要生成sequential mimo信号的时候，主控机pc指示ue接下来的是子帧依次使用pusch码本
[0033]
作为本发明的进一步改进，当需要生成composite mimo信号的时候，主控机pc指示ue使用pusch码本中的任何一个。
[0034]
本发明的有益效果是：本发明的mimo射频通道测试方法能灵活选择发射通道和测试通道，基于软件的方式实现任意mimo通道组合的测试，相比现有的测试系统，不需要新增高速开关选路硬件系统，能低成本实现传统的天线选择和复合mimo两种测试方案，并且可灵活实现两种方案的零延时切换。
附图说明
[0035]
图1-4是本发明背景图；
[0036]
图5是本发明序列mimo工作模式原理框图；
[0037]
图6是本发明mimo通信系统的数学模型图；
[0038]
图7是本发明true mimo等效测试波形原理框图；
[0039]
图8是本发明sequential mimo等效测试波形原理框图；
[0040]
图9是本发明composite mimo等效测试波形原理框图；
[0041]
图10是本发明任意多通道间相互干扰测试示意图；
[0042]
图11是本发明等效硬件电路图；
[0043]
图12是本发明基于dut内置码本的等效测试系统原理框图；
[0044]
图13是本发明基于用户定义码本的等效测试系统原理框图。
具体实施方式
[0045]
本发明公开了一种mimo射频通道测试方法，基于现有的mimo通信方案，对nr，802.11等系统，不需要任何软件功能模块的改变和硬件模块的添加，只需要dut预留码本选择的对外接口供主控机动态选择码本，对早期的lte系统等其它mimo系统，dut(device under test待测设备)预留接口允许使用用户输入码本即可实现通道选择功能。而用户码本设置是mimo通信系统的基本功能，基本所有mimo通信系统都支持，即不需要现有通信系
统做任何改变，只需要软件上预留接口即可实现sequential mimo和composite mimo的全部功能，相比sequential mimo可实现任意端口间的灵活组合，测试灵活性远超现有的基于硬件选路的sequential mimo测试方案，可增强mimo测试能力，并有效降低mimo测试成本。
[0046]
如图5所示，本发明公开的一种mimo射频通道测试方法，测试硬件组成系统和composite mimo一样，dut按正常模式发射，发射出的各个射频通道的信号经过合路器合成一路复合信号，综测仪vsa分析接收到的复合信号；不同点在于主控机pc通过dut预留的软件端口控制dut发射的时候使用指定的协议码本或者使用用户配置的码本，如果是使用用户配置码本，该码本可通过主控机pc传输给dut，dut直接取用。
[0047]
mimo通信系统的数学模型如图6所示。
[0048]
待发射的数据向量为
[0049]
x＝ws
[0050]
经过各自的信道和合路器后，综测仪接收信号可表示为：
[0051][0052]
其中，h0,h1,....,h
n-1
发端port0到portn-1，分别到综测仪接收端口的等效信道；w0,w1,....,w
n-1
为对应发射端口上预编码权值，为发端mimo预编码向量；n0,n1,....,n
n-1
为个射频通道的等效噪声。
[0053]
主控机pc通过控制dut使用的发端mimo预编码向量即可控制dut各个射频通道的发射行为，如果该通道的权值wi＝0则等效于dut射频通道不发射，相当于该通道断开。
[0054]
以nr ue 4tx为例
[0055]
·
当需要生成true mimo发射信号的时候，
[0056]
主控机指示ue使用pusch码本
[0057][0058]
则综测仪接收到的信号如图7所示，此时各个射频通道分别发射数据流s1,s2,s3,s4。
[0059]
·
当需要生成sequential mimo信号的时候
[0060]
主控机指示ue在接下来的子帧依次使用pusch码本
[0061][0062]
具体如图8所示。
[0063]
·
当需要生成composite mimo信号的时候
[0064]
主控机pc指示ue使用如下pusch码本中的任何一个。
[0065][0066]
具体如图9所示。
[0067]
可见，通过控制dut使用的发射码本，可控制dut生成true mimo，sequential mimo和composite mimo测试需要的任何一种发射波形，而不需要其它额外的硬件设备或软件开发开销，唯一的需求是dut预留发射码本设置的接口。
[0068]
基于本发明提供的mimo射频通道测试方法，对现有的通信系统基本不用做任何改动即能实现sequential mimo和compiste mimo所有的测试功能，如上所描述。
[0069]
通过控制码本可在true mimo,sequential mimo和composite mimo测试方式见平滑切换，比基于硬件的切换方式更高效。能实现当前的sequential mimo和compiste mimo所不能实现的测试功能，如图10所示。
[0070]
等效于如图11所示的硬件电路，即通控制过预编码向量，可实现任意端口的组合，分析出任意端口之间的信号关系，而基于硬件开关电路的测试系统，目前只能选择单一的通道，也只能分析单一射频通道的性能，不能分析任意组合信道以及信道之间的相互影响。
[0071]
如图12所示，当前主流的通信系统如5g，802.11ac，802.11ax的预编码矩阵的内置预编码矩阵都具有天线选择功能，则控制机pc只需要控制dut选择对应的码本索引的码本即可实现对应的功能。
[0072]
如图13所示，对于部分不具有天线选择码本的mimo通信系统，此时可以让dut工作于beamforming工作模式，即dut使用用户定义的预编码向量，此时主控机pc可以指定dut使用的预编码向量，实现指定的一个或多个通道的复合波形。
[0073]
本发明的有益效果：本发明的mimo射频通道测试方法能灵活选择发射通道和测试通道，基于软件的方式实现任意mimo通道组合的测试，相比现有的测试系统，不需要新增高速开关选路硬件系统，能低成本实现传统的天线选择和复合mimo两种测试方案，并且可灵活实现两种方案的零延时切换。
[0074]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。