TD-SCDMA智能天線的自動化測試

引言

智能天線(或beamforming)可以通過將’beam’對準(zhǔn)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(shè)計之初就開始了對智能天線的實(shí)際部署研究。智能天線在TD-SCDMA中開始應(yīng)用并走向成熟。在后續(xù)演進(jìn)中，TD-SCDMA將向TD-LTE演進(jìn)，LTE更大程度上引入了帶寬受限，所以智能天線/MIMO自適應(yīng)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(shí)驗(yàn)室測試。實(shí)驗(yàn)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(fù)性的進(jìn)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(shè)備配置、重復(fù)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(jìn)一步加快產(chǎn)品推出周期，擴(kuò)大了測試的覆蓋范圍。

通常，測試設(shè)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(shí)際應(yīng)用中，通過對SR5500M的自動化控制完成智能天線的各種測試。進(jìn)一步，我們將對基站和手機(jī)(或其他終端設(shè)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(yīng)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(dá)到波束賦形(Beamforming)，無需冗余信號設(shè)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(yīng)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(zhǔn)相應(yīng)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(dāng)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(fù)矢量作為各天線單元的權(quán)值。從而完成自適應(yīng)beamforming。

這兩種情況的算法設(shè)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(shí)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(jī)，主要是利用了多天線分集功能，通過最大信噪比合并(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 SR5500M-智能天線測試

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(shè)計。如圖1所示，4臺SR5500M既可以供不同地點(diǎn)的不同團(tuán)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(diǎn)的多個團(tuán)隊測試單天線性能，或供同一團(tuán)隊測試8天線性能，極大的提高了設(shè)備利用率：

圖1SR5500M

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2a下行8×1配置

圖2b上行1×8配置

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

在正式測試開始前，對SR5500M的各通道進(jìn)行相位校準(zhǔn)，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(shè)備);控制電腦和SR5500 Testkit軟件所在電腦合并為一臺電腦。

圖3RPI工作連接圖

控制電腦上的外部程序先發(fā)送命令給SR5500Testkit，SR5500Testkit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(fù)雜的控制或查詢。使用通用的腳本編輯軟件即可編輯相應(yīng)的程序，如Tcl，Perl等腳本編輯軟件。

4 自動化測試的實(shí)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(shí)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(kuò)展，各條徑分別來自不同的角度。驗(yàn)證在該傳播環(huán)境下接收機(jī)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(yàn)證接收機(jī)判斷來波角度的準(zhǔn)確性，以及接收機(jī)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

n 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(jìn)行測試，不需要用戶的手動干預(yù)

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

n 軟件通過IP與SR5500 Testkit連接，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程自動化測試

n 軟件用Tcl編寫，通用性和可移植性強(qiáng)

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(shè)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(diǎn)、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(jìn)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(diǎn)時長和等待記錄結(jié)果的時長：

圖4.2.1測試軟件

設(shè)置完成后，點(diǎn)擊運(yùn)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(yùn)行過程中，可以從該窗口觀察測試實(shí)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(shí)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(jìn)度，將測試工程師從繁瑣的智能天線設(shè)置工作解放到更多的分析工作上去。我們將進(jìn)一步努力以改進(jìn)和提高TD-SCDMA智能天線商用部署前測試。