CN101299858B - 信号处理装置、方法和采用该装置的智能天线测试*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种信号处理装置，包括一个分路器，所述分路器的输入端接收上行信号，在所述分路器的各输出端依次串联有可调衰减器和移相器，各移相器输出处理后的各路上行信号。在本发明中，由于采用有线环境的测试，因此基站接收到的信号不会受外界因素的干扰，天线连接器处的信号也很稳定，可以对智能天线的指标性能的定量测试。在本发明中，通过信号处理装置可以将终端或仪表输出的一路射频信号分为多路，分路后的每一路射频信号的功率幅度和相位均可被调整，从而可以将一路射频信号模拟为智能天线的多路接收信号，对智能天线的性能进行测试，根据测试结果可以获得智能天线的整体性能。本发明还公开一种智能天线测试***。

Description

信号处理装置、方法和采用该装置的智能天线测试***

技术领域

本发明涉及智能天线测试技术，尤其涉及一种用于智能天线测试的信号处理装置、方法和采用该装置的智能天线测试***。

背景技术

TD-SCDMA(时分同步码分多址)***的基站使用的都是智能天线。智能天线是TD-SCDMA***的关键技术之一，也是TD-SCDMA***的优势所在。智能天线上行具有空间分集和抑制干扰的作用，下行具有天线赋形功能，从而降低对其它用户干扰，进而降低整个***的干扰电平，提高***的容量。

为能掌握智能天线的各项指标性能，需要对智能天线进行测试。目前，测试智能天线各项指标性能的方法是在基站与移动终端进行无线通信的同时，在基站侧对智能天线的各项指标性能进行测量。其中，智能天线的指标性能主要包括AOA(Angle Of Arrival，来波方向角)、干扰抑制(interferencesuppression)的增益和上行多天线增益。

但是，在无线环境中对智能天线的指标性能进行测试时，由于无线环境的复杂性及不确定性，基站接收到的信号比较容易受外界因素的干扰，测量点(天线连接器)处的信号极不稳定，测试结果也经常出现偏差，从而无法对智能天线的指标性能进行定量测试。

另外，目前基本使用多天线合路的方式测试智能天线的指标性能，这样的方式相当于采用单天线进行测试，从而使测试结果不能完全体现智能天线的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是提供一种信号处理装置、方法和采用该装置的智能天线测试***，该装置、方法用于智能天线的测试，不仅能稳定测量点处的信号，而且可以精确控制基站测量点处的信号，从而可以实现对智能天线的指标性能的定量测试，从而可以根据测试结果获得智能天线的整体性能。

为此，本发明提供的技术方案如下：

一种信号处理装置，包括一个第一分路器，所述第一分路器的输入端接收上行信号，在所述第一分路器的各输出端依次串联有可调衰减器和移相器，各移相器输出处理后的各路上行信号；

其中，在每路移相器的输出端分别还连接有环路器，移相器的输出端与环路器的第一输入/输出端连接，各环路器的第二输入/输出端输出处理后的信号，并接收各路下行信号；

各环路器的第三输入/输出端分别与一个合路器的输入端连接，所述合路器输出合路后的下行信号。

其中，还包括一个环路器，该环路器的第一输入/输出端接收上行信号、输出下行信号，第二输入/输出端与所述分路器的输入端连接，第三输入/输出端与所述合路器的输出端连接。

其中，还包括一个1分2分路器，所述1分2分路器的输入端接收上行信号、输出下行信号，所述1分2分路器的两个输出端分别连接所述第一分路器的输入端和所述合路器的输出端；

各环路器的第三输入/输出端与所述合路器之间分别还串联一个环路器，各环路器的第三输入/输出端与所述各串联的环路器的第三输入/输出端连接，所述各串联的环路器的第一输入/输出端与所述合路器的输入端连接。

其中，所述第一分路器的分路数量和智能天线的天线数量相等。

本发明还提出一种智能天线测试***，包括一个信号发生单元和天线连接器，其中，还包括一个信号处理装置，该装置包括一个第一分路器，所述第一分路器的输入端与所述信号发生单元的输出端连接，在所述第一分路器的各输出端依次串联有可调衰减器和移相器，各移相器的输出端分别和所述天线连接器的各相应接口连接；其中，在每个移相器的输出端分别还连接有环路器，所述信号发生单元还包括输入端；

移相器的输出端与环路器的第一输入/输出端连接，各环路器的第二输入/输出端分别和所述天线连接器的各相应接口连接；

各环路器的第三输入/输出端分别与一个合路器的输入端连接，所述合路器的输出端与所述信号发生单元的输入端连接。

其中，当所述信号发生单元的输出和输入为同一个端口时，还包括一个环路器，该环路器的第一输入/输出端与所述信号发生单元的输入/输出端连接，第二输入/输出端与所述分路器的输入端连接，第三输入/输出端与所述合路器的输出端连接。

其中，当所述信号发生单元的输出和输入为同一个端口时，还包括一个1分2分路器，所述1分2分路器的输入端与所述信号发生单元的输入/输出端连接，所述1分2分路器的两个输出端分别连接所述第一分路器的输入端和所述合路器的输出端；

各环路器的第三输入/输出端与所述合路器之间分别还串联一个环路器，各环路器的第三输入/输出端与所述各串联的环路器的第三输入/输出端连接，所述各串联的环路器的第一输入/输出端与所述合路器的输入端连接。

其中，所述分路器的第一分路数量和智能天线的天线数量相等。

基于上述的装置和***，本发明还提出一种信号处理方法，包括：

通过分路器的输入端接收上行信号；

将所述上行信号按智能天线的天线个数进行分路；

通过串接在所述分路器各输出端的可调衰减器和移相器，按预设值调整分路后的每路上行信号的幅度和相位；

将调整后的各路上行信号输入第一输入/输出端与所述移相器输出端相连的各环路器，通过所述各环路器的第二输入/输出端发送给智能天线；

通过所述各环路器的第二输入/输出端接收智能天线发送的多路下行信号，并通过所述各环路器的第三输入/输出端发送给合路器；

所述合路器将所述多路下行信号合路，通过有线发送合路后的下行信号。

在本发明中，由于采用有线环境的测试，因此基站接收到的信号不会受外界因素的干扰，天线连接器处的信号也很稳定，可以对智能天线的指标性能的定量测试。在本发明中，通过信号处理装置可以将终端或仪表输出的一路射频信号可分为多路，分路后的每一路射频信号的功率幅度和相位均可被调整，从而可以将一路射频信号模拟为智能天线的多路接收信号，对智能天线的性能进行测试，根据测试结果可以获得智能天线的整体性能。

附图说明

图1是信号处理装置的应用示意图；

图2是信号处理装置的一个示意图；

图3是智能天线线阵的来波方向示意图；

图4是测试干扰抑制的装置连接示意图；

图5a、5b是本小区用户和相邻小区用户的来波方向示意图；

图6是信号处理装置的第二个示意图；

图7是信号处理装置的第三个示意图；

图8是信号处理装置的第四个示意图。

具体实施方式

在无线环境中对智能天线的指标性能进行测试时，由于无线环境的复杂性及不确定性，基站接收到的信号比较容易受外界因素的干扰，导致天线连接器处的信号不稳定。如果通过有线环境对智能天线的指标性能进行测试(如图1所示)，则可以避免外界因素对信号的干扰，稳定信号处理装置S14和天线连接器S13的连接处的信号。另外，信号处理装置还需要对信号发生单元S15发送的信号进行处理，从而可以模拟智能天线的多路接收信号。天线连接器S13收到的多路信号经过TPA(功率放大器)S12放大后被送到基站S11。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例对信号处理装置作进一步具体说明。

为能模拟智能天线的接收信号，需要按智能天线的天线个数对信号发生单元发送的信号进行分路。假设智能天线的天线个数为6，则需要将信号发生单元发送的射频信号分解为6个射频信号。

图2是信号处理装置的一个示意图，在该信号处理装置中，1分6分路器S21的输入端作为装置的输入端，与信号发生单元S15的输出端连接。1分6分路器S21的各输出端都依次串联可调衰减器S22和移相器S23，各移相器S23的输出端作为装置的输出端，分别和天线连接器S13的各相应接口连接。

1分6分路器S21收到信号发生单元S15发送的信号后，将该信号分为6路信号，分别通过6个输出端输出。这6路信号的每一路都要经过可调衰减器S22和相移器S23。分别针对每一路的信号的幅度和相位进行调整。对每路信号的幅度和相位的调整是整个信号处理装置的关键所在。由于上行通路的器件损耗及相位差基本固定，所以经过以上调整，基本能保证每路信号的幅度及相位的较精确的相对关系，完全可以使各路信号近似于空口实际信号，以达到模拟智能天线的接收信号的目的。

使用信号处理装置对智能天线进行测试时，需要仿真数据的支持。通过仿真可以获得多组信号，每组信号中的各信号与智能天线的各天线具有一一对应的关系。针对每组天线信号，给出理论上的AOA值、各天线测量的特征矢量的理论值、赋形系数、天线口的测量功率值(多天线测量功率)、接收增益等指标。然后通过调节信号处理装置的衰减器的值和移相器的值，使到达基站的信号符合仿真中的各天线的幅度和相位的值，然后观察基站侧对上述各项指标的测试值，判断是否与仿真结果相符，来测试基站的功能及性能的实现是否正确。

使用信号处理装置测试智能天线时，可将信号发生单元输出的单路射频信号与分路器的输入端口相连，射频信号的功率幅度是可调整的，射频信号在信号处理装置内会被分为6路(或8路，视智能天线的天线阵的具体情况而定)，分路后的每一路射频信号的相位和幅度可以被分别控制。这里，所述的信号发生单元包括但不限于终端和仪表。

通过调整各路可调衰减器的衰减值，可以调整各路射频信号的功率，使各路射频信号的功率达到要求。由于各路射频线缆的损耗不完全一致，而且各路所使用的器件的损耗也可能存在差别，所以在信号处理装置装配完成后，应该针对每一通路的通路损耗进行测量，作为该信号处理装置性能指标的一部分，在实际使用时应该补偿这部分损耗。

通过调整各路移相器，可以调整各路射频信号的相位。由于分路器输出的多路射频信号是由1路射频信号分路得到的，因此可以认为各路射频信号的起始相位是一致的。通过设置各路移相器的相位偏转值，可使各路射频信号的相位相对值达到要求。由于智能天线是利用天线阵中各天线的相位差进行加权计算，因此智能天线对各射频信号的绝对相位并不敏感，只要各信号的相对相位满足要求即可。由于各路射频线缆的相位延时不完全一致，而且各路所使用的器件的相位延时也可能存在差别，所以在信号处理装置装配完成后，应该针对每一通路的固有相位时延进行测量，作为该信号处理装置性能指标的一部分，在实际使用时应该补偿这部分固有相位时延。

可以看出，通过信号处理装置可以将终端或仪表输出的一路射频信号可分为多路，分路后的每一路射频信号的功率幅度和相位均可被调整，从而将一路射频信号模拟为智能天线的多路接收信号，进而可以在有线环境下实现对智能天线大部分功能和性能的测试。

下面，以AOA的测量和干扰抑制的测试为例，对信号处理装置的应用作进一步的具体说明。

AOA的测量：

AOA是来波方向角，AOA的测量结果可用于UE(用户设备)的定位。由于TD-SCDMA***使用智能天线，所以可以根据信号到达角AOA和时间提前量实现单基站的移动定位业务，AOA的测量对定位的精度有着很大的影响。

为简单起见，这里假设信号处理装置的各通路已经过通路损耗补偿和固有相位时延补偿，不存在偏差。

测试时，由于各天线信号的幅度对方向角的测量无影响，所以可将信号处理装置的各通路上的可调衰减器S22设置成相同的值，使经过信号处理装置到达基站各天线的信号功率一致。

假设智能天线为6根天线的天线阵，天线间隔为0.5λ，λ为信号载波的波长。智能天线线阵的来波方向如图3所示，鉴于实际使用过程中UE均位于远场，所以信号到达各天线的角度可以认为相等，都为α，相对第1根天线，其它天线接收的信号由于传播路径稍长，与天线1相比多传播了(k-1)cos(α)*λ的距离。根据一个波长对应2π弧度，天线的相位偏移为((k-1)cos(α)*λ*180)％360(度)，k＝1、2、3、4、5、6。如果取α＝30度，则各天线的相位偏移如表1所示。

表1

按表1所示的各天线的相位偏移，设置天线1-6对应的信号处理装置中1-6通路的移相器的相位偏移。那么，在基站侧测量智能天线所得的AOA角度应该就是30度。同理可设置其它的到达角，对AOA的测量可进行全面的测试。

干扰抑制的测试：

智能天线通过自适应算法控制加权，可以自动调整天线的方向图，使智能天线在干扰方向形成零陷，将干扰信号抵消，而在有用信号方向形成主波束，从而达到抑制干扰的目的。

加权系数的自动调整就是波束的形成过程。通过智能天线的波束赋形可以大大降低多用户干扰，同时也可以减少小区间干扰。对智能天线干扰抑制的测试需要两台信号处理装置，信号处理装置的连接如图4所示。

在图4中，不同的信号发生单元代表不同的用户。由于智能天线的干扰抑制主要是消除小区间的干扰，所以必须模拟一个或多个相邻小区的用户。在模拟相邻小区的用户时，不能使用手机终端，只能使用仪表设备，假设第一信号发生单元S61为本小区用户，第二信号发生单元S62为相邻小区用户。

进行测试时，本小区用户的来波方向可以任意设置，例如可设置为0、30、60或90度等(具体的来波方向设置方法见AOA的测量)。假设将本小区用户的来波方向设置为90度，将相邻小区用户的来波方向首先也设置为90度，如图5a所示。在这种情况下，两个用户在同一方向到达天线，智能天线无法抑制用户间干扰。

调整第一信号发生单元S61的发射功率，在基站侧观察本小区用户的BLER(误块率)指标，使BLER达到一个比较适宜观察的范围内，记录此时的信号功率/噪声功率，作为无干扰抑制时的测试结果。

保持本小区用户的来波方向不变，通过信号处理装置改变相邻小区用户的来波方向，使本小区用户和相邻小区用户的入射波有一个夹角a，如图5b所示。此时，由于智能天线的空域滤波特性，使本小区用户的接收性能有较大的改善，BLER指标会低于图5a中所示的情形。

降低第一信号发生单元S61的发射功率，使BLER指标接近图5a中所示的情况。两种情况下第一信号发生单元S61的发射功率差即为智能天线空域滤波特性进行干扰抑制所带来的增益。

利用上述方法，改变本小区用户和相邻小区用户之间的夹角，即可得出不同情况下的智能天线干扰抑制所带来的***性能的改善指标，通过与理论值的比对，可对智能天线的性能进行测试。

图2所示的信号处理装置只对上行信号进行处理，将信号发生单元输出的一路上行信号模拟为智能天线接收的上行信号。在实际应用中，有时还需要将智能天线发送的下行信号返回给信号发生单元，例如，当信号发生单元为手机终端时，手机终端不仅发送上行信号还需要接收下行信号。

为能将终端发送的上行信号模拟为智能天线接收的信号，又能将智能天线发送的下行信号返回给终端，本发明提出另一种信号处理装置，图6是该信号处理装置的示意图。

与图2所示的信号处理装置相比，在图6所示的信号处理装置中，信号发生单元S31包括输出端和输入端；

在每路移相器S23的输出端分别连接一个环路器S33，移相器S23的输出端与环路器S33的第一输入/输出端(1)连接。相应地，各环路器S33的第二输入/输出端(2)作为装置的分路信号输入/输出端；

各环路器S33的第三输入/输出端(3)分别与一个6合1合路器S32的输入端连接，6合1合路器S32的输出端作为装置的输出端，与信号发生单元S31的输入端连接。

其中，环路器的工作原理是：第一输入/输出端到第二输入/输出端是正向通路，信号的衰减很小。第一输入/输出端到第三输入/输出端是反向通路，信号的衰减很大。同理，第二输入/输出端到第三输入/输出端是正向通路，第二输入/输出端到第一输入/输出端是反向通路；第三输入/输出端到第一输入/输出端是正向通路，第三输入/输出端到第二输入/输出端是反向通路。

上行信号可以从环路器S33的第二输入/输出端输出到天线连接器S13上相应的天线，而从第三输入/输出端泄露的上行信号非常低，可以忽略不计。智能天线的每根天线发出的经过赋形后的下行信号，从每一路环路器的第二输入/输出端进入，并从第三输入/输出端输出到6合1合路器S32，而从第一输入/输出端泄露的下行信号非常低，可以忽略不计。

可以看出，采用环路器的目的是将上、下行信号进行隔离，反向通路的信号衰减值由环路器S33的隔离度指标决定，如果希望保证上、下行信号更深度的隔离，可以将多个环路器串联使用。

6合1合路器S32将智能天线发送的6路下行赋形信号进行合路，相当于空口6路天线的叠加，信号发生单元S33通过射频电缆可以接收合路后的赋形信号。

在图6所示的信号处理装置中，信号发生单元S31包括输出端和输入端，但在实际应用中，信号发生单元往往只有一个输入/输出端口，通过该端口信号发生单元既可发送上行信号又可接收下行信号。

当信号发生单元只有一个输入/输出端口时，信号处理装置应该如图7所示。

与图6所示的信号处理装置相比，在图7所示的信号处理装置中，增加了一个环路器S33，该环路器S33的第一输入/输出端作为合路信号输入/输出端，与信号发生单元S41的输入/输出端连接；该环路器S33的第二输入/输出端与1分6分路器的输入端连接，第三输入/输出端与1合6合路器的输出端连接。

信号发生单元S41发送的上行信号从环路器S33的第一输入/输出端输入，通过第二输入/输出端输出到1分6分路器；1合6合路器将智能天线发送的下行赋形信号合路后输入到环路器S33的第三输入/输出端，通过第一输入/输出端输出到信号发生单元S41。

由于信号发生单元S41发送和接收信号在时间上是错开进行的，因此，采用图7所示的信号处理装置进行智能天线测试时，完全可以从时间上将上、下行信号错开，有效地避免了上、下行信号之间可能产生的干扰。

本发明还提出一种信号处理装置，如图8所示。

与图6所示的信号处理装置相比，在图8所示的信号处理装置中，每路环路器S33和6合1合路器S32之间又串联了一个环路器S33，两个环路器的第三输入/输出端相连接，所述串联的环路器S33的第一输入/输出端与6合1合路器S32连接；

在信号发生单元S41和1分6分路器S21、6合1合路器S32之间还串联一个1分2分路器S42，1分2分路器S42的输入端作为信号处理装置S14的输入端，与信号发生单元S41的输入/输出端连接；1分2分路器S42的两个输出端分别连接1分6分路器S21的输入端和6合1合路器S32的输出端。

当信号发生单元S41发送上行射频信号时，射频信号经过1分2分路器S42被分为两路，一路进入1分6分路器S21，一路进入6合1合路器S32。进入6合1合路器S32的上行信号可以到达所述串联的环路器S33的第一输入/输出端，由于环路器S33的第一输入/输出端到第三输入/输出端为反向通路，因此在环路器S33的第三输入/输出端基本没有上行信号泄漏。

而第三输入/输出端到第一输入/输出端为正向通路，因此下行信号可以通过所述串联的环路器S33。经过6合1合路器S32合路后的下行信号可以经过1分2分路器S42被发送到信号发生单元S41。

由于信号发生单元S41发送和接收信号在时间上是错开进行的，因此，采用图8所示的信号处理装置进行智能天线测试时，完全可以从时间上将上、下行信号错开，有效地避免了上、下行信号之间可能产生的干扰。

通过上述公开的实施例，可以使本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种信号处理装置，其特征在于，包括一个第一分路器，所述第一分路器的输入端接收上行信号，在所述第一分路器的各输出端依次串联有可调衰减器和移相器，各移相器输出处理后的各路上行信号；在每路移相器的输出端分别还连接有环路器，移相器的输出端与环路器的第一输入/输出端连接，各环路器的第二输入/输出端输出处理后的信号，并接收各路下行信号；

各环路器的第三输入/输出端分别与一个合路器的输入端连接，所述合路器输出合路后的下行信号。

2.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，还包括一个环路器，该环路器的第一输入/输出端接收上行信号、输出下行信号，第二输入/输出端与所述分路器的输入端连接，第三输入/输出端与所述合路器的输出端连接。

3.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，还包括一个1分2分路器，所述1分2分路器的输入端接收上行信号、输出下行信号，所述1分2分路器的两个输出端分别连接所述第一分路器的输入端和所述合路器的输出端；

各环路器的第三输入/输出端与所述合路器之间分别还串联一个环路器，各环路器的第三输入/输出端与所述各串联的环路器的第三输入/输出端连接，所述各串联的环路器的第一输入/输出端与所述合路器的输入端连接。

4.如权利要求1至3任意一项所述的信号处理装置，其特征在于，所述第一分路器的分路数量和智能天线的天线数量相等。

5.一种智能天线测试***，包括一个信号发生单元和天线连接器，其特征在于，还包括一个信号处理装置，该装置包括一个第一分路器，所述第一分路器的输入端与所述信号发生单元的输出端连接，在所述第一分路器的各输出端依次串联有可调衰减器和移相器，各移相器的输出端分别和所述天线连接器的各相应接口连接；

在每个移相器的输出端分别还连接有环路器，所述信号发生单元还包括输入端；

移相器的输出端与环路器的第一输入/输出端连接，各环路器的第二输入/输出端分别和所述天线连接器的各相应接口连接；

各环路器的第三输入/输出端分别与一个合路器的输入端连接，所述合路器的输出端与所述信号发生单元的输入端连接。

6.如权利要求5所述的智能天线测试***，其特征在于，当所述信号发生单元的输出和输入为同一个端口时，还包括一个环路器，该环路器的第一输入/输出端与所述信号发生单元的输入/输出端连接，第二输入/输出端与所述分路器的输入端连接，第三输入/输出端与所述合路器的输出端连接。

7.如权利要求5所述的智能天线测试***，其特征在于，当所述信号发生单元的输出和输入为同一个端口时，还包括一个1分2分路器，所述1分2分路器的输入端与所述信号发生单元的输入/输出端连接，所述1分2分路器的两个输出端分别连接所述第一分路器的输入端和所述合路器的输出端；

各环路器的第三输入/输出端与所述合路器之间分别还串联一个环路器，各环路器的第三输入/输出端与所述各串联的环路器的第三输入/输出端连接，所述各串联的环路器的第一输入/输出端与所述合路器的输入端连接。

8.如权利要求5至7任意一项所述的智能天线测试***，其特征在于，所述第一分路器的分路数量和智能天线的天线数量相等。

9.一种信号处理方法，其特征在于，包括：

通过分路器的输入端接收上行信号；

将所述上行信号按智能天线的天线个数进行分路；

通过串接在所述分路器各输出端的可调衰减器和移相器，按预设值调整分路后的每路上行信号的幅度和相位；

将调整后的各路上行信号输入第一输入/输出端与所述移相器输出端相连的各环路器，通过所述各环路器的第二输入/输出端发送给智能天线；

通过所述各环路器的第二输入/输出端接收智能天线发送的多路下行信号，并通过所述各环路器的第三输入/输出端发送给合路器；

所述合路器将所述多路下行信号合路，通过有线发送合路后的下行信号。

Images