CN102340786B - 一种用于波束成形校准和能力测试的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于波束成形校准和能力测试的方法和装置，所述校准装置包括：初始接收相位寄存模块及初始发射相位寄存模块；所述校准方法包括：基站上的各天线在接收到由该基站发出的接收回路校准信号后，由该基站分别对各天线收到的校准信号进行相位解析，并将解析出的各天线的初始接收相位保存起来；该基站依次向其上各天线对应的发射机发送发射回路校准信号，由发射机通过对应的天线将校准信号发出，该基站依次接收这些信号并分别对各信号进行相位解析，并将解析出的各天线的初始发射相位保存起来。本发明所述方法和装置，以极低的成本、极简的元器件对无线通讯的波束成形进行校准和测试，节省了校准时间，提高了测试效率，保证了校准和测试的可靠性。

Description

一种用于波束成形校准和能力测试的方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及一种用于波束成形校准和能力测试的方法和装置。

背景技术

随着无线通讯技术的高速发展，能大幅提高无线信号覆盖距离的波束成形技术也逐步由实验阶段进入实际应用阶段。

波束成形的工作原理是：基站根据多根天线收到的终端信号相位角的差异，判断出终端的方向，然后对各个天线的发送信号分别进行赋形，使到达终端的信号产生同相相加的效果。

如图1所示，如果天线ANT0和ANT1的间距为d，波长为λ的电波入射角为θ，那么ANT0和ANT1收到的信号之间的相位差δ＝2πdcosθ/λ。也就是说如果知道了2天线信号之间的相位差，也就知道了入射信号的方向。反之，如果在发射信号时也保持相同的相位差，那么根据收发天线的互易原理，在对应的来波位置，将产生同相相加的效果，使得终端得到的信号增加6dB。

但是要准确判断不同天线上信号之间的相位差，首先需要知道各天线对应的接收机通道之间的相位差。而要使各天线发射的信号之间形成某个相位差，也需要首先知道各天线对应的接收机通道和发射机通道之间的相位差。这就需要对各个接收机和发射机通道进行相位校准。另外，为了验证软硬件及算法配合的正确性，还需要一套测试装置对波束成形的效果进行验证。现有技术中通常采用信道模拟仪做为校准和测试的装置，但这种设备成本很高，动辄上百万，一旦闲置，损失很大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于波束成形校准和能力测试的方法和装置，以解决现有技术中进行波束成形校准和测试过程成本高的缺陷。

为解决上述问题，本发明提供了一种用于波束成形校准的方法，包括：

基站上的各天线在接收到由该基站发出的接收回路校准信号后，由该基站分别对各天线收到的校准信号进行相位解析，并将解析出的各天线的初始接收相位保存起来；该基站依次向其上各天线对应的发射机发送发射回路校准信号，由发射机通过对应的天线将校准信号发出，所述基站依次接收这些信号并分别对各信号进行相位解析，并将解析出的各天线的初始发射相位保存起来。

进一步地，上述方法还可包括：

向用户显示解析出各天线的初始发射相位和初始接收相位。

本发明还提供了一种用于上行波束成形能力测试的方法，包括：

基站上的各天线在接收到由该基站发出的接收回路校准信号后，由该基站分别对各天线收到的该校准信号进行相位解析，并将解析出的各天线的初始接收相位保存起来；

将外界信号源发出的信号分为N路，在对各路信号分别进行移相处理后对应地发送到上述基站的各天线处，其中，N等于基站上的天线数；基站分别对各天线收到的信号进行相位解析，然后将解析出的各天线的相位与对应的初始接收相位相减，得到各天线的接收相位并显示给用户。

进一步地，上述方法还可具有以下特征：

对各路信号进行移相的移相值由用户进行设定。

进一步地，上述方法还可具有以下特征：

通过判断所述各天线的接收相位的值与该天线接收到的信号的移相值是否相同来判断上行波束成形能力。

本发明还提供了一种用于下行波束成形能力测试的方法，包括：

基站依次向其上各天线对应的发射机发送发射回路校准信号，由发射机通过对应的天线将发射回路校准信号发出，基站依次接收这些信号并分别对各信号进行相位解析，并将解析出的各天线的初始发射相位保存起来；

分别计算各天线的期望发射相位与相应的初始发射相位的差值，然后按照该差值分别对待发射信号进行赋形，并通过各对应天线发射出去；在对各路天线发射出的信号对应地按照所述各天线的期望发射相位进行移相后，将各路信号合为一路，发送到信号测试仪中进行显示。

进一步地，上述方法还可具有以下特征：

根据信号测试仪中显示的波束成形后功率相对于单天线功率的提升量得到下行波束成形的增益，据此判断所述基站下行波束成型的能力。

进一步地，上述方法还可具有以下特征：

所述期望发射相位的值为用户设置，或者将在上行波束成形能力的测试过程中计算出的各天线的接收相位作为对应天线的期望发射相位。

本发明还提供了一种用于波束成形校准的装置，包括：初始接收相位寄存模块及初始发射相位寄存模块；

初始接收相位寄存模块用于存储基站通过分别对其上各天线收到的接收回路校准信号进行相位解析而得到的各天线的初始接收相位；

初始发射相位寄存模块用于存储所述基站通过依次对其上天线发出的发射回路校准信号进行相位解析而得到的各天线的初始发射相位。

进一步地，上述装置还可包括：校准相位显示模块；

所述校准相位显示模块分别于所述初始接收相位寄存模块及初始发射相位寄存模块相连，用于向用户显示所述初始发射相位寄存模块中保存的各天线的初始发射相位和所述初始接收相位寄存模块中保存的初始接收相位。

本发明还提供了一种用于上行波束成形能力测试的装置，包括：初始接收相位寄存模块、合路器、N个移相器及接收相位处理模块；其中，N等于基站上的天线数，每一根天线对应一个移相器；

所述初始接收相位寄存模块用于存储基站通过分别对其上各天线收到的接收回路校准信号进行相位解析而得到的各天线的初始接收相位；还用于将所述各天线的初始接收相位发送给所述接收相位处理模块；

所述合路器用于将其合路端输入的外界信号源分为N路后，对应地发送到各移相器；

所述各移相器用于在对接收到的信号按照预设的移相值进行移相处理后对应地发送到上述基站的各天线处；

所述接收相位处理模块用于在接收到所述基站通过分别对各天线收到的信号进行相位解析得到各天线的相位值后，计算所述各天线的相位值与对应的初始接收相位值的差值，得到各天线的接收相位。

进一步地，上述装置还可包括：接收相位显示模块；

接收相位显示模块用于显示所述接收相位处理模块计算出的各天线的接收相位。

本发明还提供了一种用于下行波束成形能力测试的装置，包括：初始发射相位寄存模块、发射相位处理模块、N个移相器及合路器；其中，N等于基站上的天线数，每一根天线对应一个移相器；

初始发射相位寄存模块用于存储所述基站通过依次对其上天线发出的发射回路校准信号进行相位解析而得到的各天线的初始发射相位；

发射相位处理模块用于将计算出的各天线的期望发射相位与相应的初始发射相位的差值发送给所述基站；

各移相器用于接收对应天线发射出的已按照对应差值对待发射信号进行赋形后的信号，并按照对应天线的期望发射相位对接收到的信号进行移相后，发送到所述合路器；

所述合路器用于将各移相器发来的信号合为一路，发送到其上合路端口连接的信号测试仪中进行显示。

进一步地，上述装置还可包括：发射相位设置模块；

所述发射相位设置模块用于提供人机交互界面供用户设置各天线的期望发射相位值，并将所述用户设置好的各天线的期望发射相位值发送给发射相位处理模块。

与现有技术相比，本发明所述方法和装置，以极低的成本、极简的元器件对无线通讯的波束成形进行校准和测试，节省了校准时间，提高了测试效率，保证了校准和测试的可靠性。

附图说明

图1为现有技术中天线接收信号的方向示意图；

图2是本发明实施例中用于波束成形校准和测试装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明用于波束成形校准和测试的方法和装置的实施作进一步的详细描述。

本发明所述波束成形校准方法的基本构思是：基站上的各天线在接收到由该基站发出的接收回路校准信号后，由该基站分别对各天线收到的校准信号进行相位解析，并将解析出的各天线的初始接收相位保存起来；该基站依次向上述各天线对应的发射机发送发射回路校准信号，由发射机通过对应的天线将校准信号发出，基站依次接收这些信号并分别对各信号进行相位解析，并将解析出的各天线的初始发射相位保存起来。

在解析出各天线的初始发射相位和初始接收相位后，即完成了基站上各天线的相位校准操作。在具体实现时，还可以把解析出的初始发射相位和初始接收相位通过人机交互界面显示给用户，以便用户查看。

在进行完相位校准操作后，还需要对该基站的上行和下行波束成形能力进行测试。

上行波束成形能力的测试方法包括：先将外界信号源发出的信号分为N路，在对各路信号进行移相处理后对应地发送到上述基站的各天线处，其中，N等于基站上的天线数；基站分别对各天线收到的信号进行相位解析，然后分别将解析出的各天线的相位与对应的初始接收相位相减，得到各天线的接收相位并通过人机交互界面显示给用户。通过判断上述各天线的接收相位的值与该天线接收到的信号的移相值是否相同来判断上行波束成形能力。

下行波束成形能力的测试方法包括：分别计算各天线的期望发射相位与相应的初始发射相位的差值，然后按照该差值对各路待发射信号进行赋形，并通过各路对应的天线发射出去；在对各路天线发射出的信号对应地按照上述设置的各天线的发射相位进行移相后，将各路信号合为一路，发送到信号测试仪中。其中，期望发射相位可以为用户设置的或者将在上行波束成形能力的测试过程中计算出的各天线的接收相位作为对应天线的期望发射相位。

如图2所示，本发明所述用于波束成形校准和测试的装置包括以下模块，其中，右边实线框内各模块可采用外部硬件实现，左边实线框为内各模块可采用软件实现。

A、移相器101，个数与基站天线数相同，用于对基站天线的输入输出信号进行移相，其正反向是互易的；

B、合路器102，用于将测试仪器产生的信号或校准收发信机产生的接收回路校准信号分配到基站的各个射频通道上，或者将基站各射频通道发来的信号合为一路后发送给信号测试仪进行分析，或者将各射频通道发出的发射回路校准信号送给校准回路进行分析；

C、初始接收相位寄存模块108，用于寄存校准得到的各天线的初始接收相位，并送给校准相位显示模块103进行显示，还用于将接收到的上述各天线的初始接收相位发送给接收相位处理模块106进行分析；

D、初始发射相位寄存模块109，用于寄存校准得到的各天线的初始发射相位，并发送给校准相位显示模块103进行显示，还可用于将接收到的上述各天线的初始发射相位发送给发射相位处理模块107进行分析；

E、接收相位处理模块106，用于在进行上行波束成形能力测试时，接收被测基站发来的其上各相位解析模块对应解析出的各天线相位并分别计算上述各相位与对应的初始接收相位的差，以得到各天线的接收相位值；还用于将计算出各天线的接收相位值发送给接收相位显示模块104进行显示，还可用于上述各天线的接收相位发送给发射相位处理模块进行分析；

F、发射相位处理模块107，用于在进行下行波束成形测试时，计算用户通过发射相位设置模块设置的期望发射相位与初始发射相位寄存模块向其发送的各天线的初始发射相位的差值，以得到各天线的发射相位值，并将该值对应地发送给各天线对应的信源赋形模块，由各信元赋形模块按照收到的相位值对信源发出的信号进行移相操作；或者用于分别计算接收到的各天线的接收相位与相应的各天线的初始发射相位的差值，以得到各天线的发射相位值，并将该值对应地发送给各天线对应的信源赋形模块，由各信元赋形模块按照收到的相位值对信源发出的信号进行移相操作。

G、接收相位显示模块104，用于显示接收相位处理模块向其发送的通过计算得到的各天线的接收相位值；

H、发射相位设置模块105，用于提供接口供用户设置各天线的发射期望相位值，然后将该值发送给发射相位处理模块107；

I、校准相位显示模块103，用于显示初始接收相位寄存模块108以及初始发射相位寄存模块109发来的各天线的初始发射相位和初始接收相位。

利用上述装置进行波束成形校准的方法包括以下步骤：

第一步、所有移相器置0，控制软件置于校准状态(校准状态用于测试各收发回路的初始相位差)；

第二步、基站校准信源发送接收回路校准信号，信号经校准收发信机、合路器102、移相器101送到基站的各天线端口；

第三步、基站中各相位解析模块解析对应天线收到的信号，得到各天线的初始接收相位，然后将上述相位值发送到初始接收相位寄存模块中进行保存；

第四步、基站校准信源依次发送发射回路校准信号到基站的各发信机，信号经对应的移相器101、合路器102送到校准接收机的天线端口；

第五步、基站相位校准模块依次解析各天线发回的校准信号得到各天线的初始发射相位，并将解析得到的各初始发射相位值发送到初始发射相位寄存模块进行保存；

第六步、校准相位显示模块从初始接收相位寄存模块及初始发射相位寄存模块中处接收各天线的初始发射相位值和初始接收相位值并进行显示。

上行波束成形能力的测试方法包括以下步骤：

第一步、用户将各移相器置于期望的相位，控制软件置于测试状态；

第二步、接在合路器的合路端口的信号源向基站发送测试信号；

第三步、基站中各天线对应的相位解析模块对各天线接收到的信号进行解析，并将解析出的相位发送到接收相位处理模块；

第四步、接收相位处理模块计算各天线对应的解析出的相位与初始接收相位的差值，得到各天线的接收相位值，然后发送到接收相位显示模块；

第五步、接收相位显示模块显示出各接收端口的接收相位值，测试者可通过判断这些值是否与各移相器的设定值相符，来判定基站上行波束成型的能力。即如果相符，则认为该基站的上行波束成型能力强；反之，则认为该该基站的上行波束成型能力弱。

下行波束成形能力的测试方法包括以下步骤：

第一步、控制软件置于测试状态，发射相位设置模块在用户输入期望的发射相位值后，将该值发送给发射相位处理模块；

第二步、发射相位处理模块分别计算上述期望发射相位值与各天线的初始发射相位值的差值，然后将计算出的差值对应的发送到各天线对应的信元赋形模块，由各信元赋形模块根据接收到的差值对待发射信号进行赋形，然后通过对应的天线发射出去；

第三步、各移相器对各路天线发射的信号按照第一步中用户输入的期望相位进行移相后输出；

第四步、合路器将各移相器输出的信号合为一路后发送到与其合路端口相连的信号测试仪(如频谱仪)中。测试者可根据信号测试仪中显示的波束成形后功率相对于单天线功率的提升量来判断波束成形的增益，据此判断基站下行波束成型的能力。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

Claims (10)

1.一种用于上行波束成形能力测试的方法，包括：

基站上的各天线在接收到由该基站发出的接收回路校准信号后，由该基站分别对各天线收到的该校准信号进行相位解析，并将解析出的各天线的初始接收相位保存起来；

将外界信号源发出的信号分为N路，在对各路信号分别进行移相处理后对应地发送到上述基站的各天线处，其中，N等于基站上的天线数；基站分别对各天线收到的信号进行相位解析，然后将解析出的各天线的相位与对应的初始接收相位相减，得到各天线的接收相位并显示给用户。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

对各路信号进行移相的移相值由用户进行设定。

3.如权利要求1或2的方法，其特征在于，

通过判断所述各天线的接收相位的值与该天线接收到的信号的移相值是否相同来判断上行波束成形能力。

4.一种用于下行波束成形能力测试的方法，包括：

基站依次向其上各天线对应的发射机发送发射回路校准信号，由发射机通过对应的天线将发射回路校准信号发出，基站依次接收这些信号并分别对各信号进行相位解析，并将解析出的各天线的初始发射相位保存起来；

分别计算各天线的期望发射相位与相应的初始发射相位的差值，然后按照该差值分别对待发射信号进行赋形，并通过各对应天线发射出去；在对各路天线发射出的信号对应地按照所述各天线的期望发射相位进行移相后，将各路信号合为一路，发送到信号测试仪中进行显示。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

根据信号测试仪中显示的波束成形后功率相对于单天线功率的提升量得到下行波束成形的增益，据此判断所述基站下行波束成型的能力。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述期望发射相位的值为用户设置，或者将在上行波束成形能力的测试过程中计算出的各天线的接收相位作为对应天线的期望发射相位。

7.一种用于上行波束成形能力测试的装置，包括：初始接收相位寄存模块、合路器、N个移相器及接收相位处理模块；其中，N等于基站上的天线数，每一根天线对应一个移相器；

所述初始接收相位寄存模块用于存储基站通过分别对其上各天线收到的接收回路校准信号进行相位解析而得到的各天线的初始接收相位；还用于将所述各天线的初始接收相位发送给所述接收相位处理模块；

所述合路器用于将其合路端输入的外界信号源分为N路后，对应地发送到各移相器；

所述各移相器用于在对接收到的信号按照预设的移相值进行移相处理后对应地发送到上述基站的各天线处；

所述接收相位处理模块用于在接收到所述基站通过分别对各天线收到的信号进行相位解析得到各天线的相位值后，计算所述各天线的相位值与对应的初始接收相位值的差值，得到各天线的接收相位。

8.如权利要求7的装置，其特征在于，还包括：接收相位显示模块；

接收相位显示模块用于显示所述接收相位处理模块计算出的各天线的接收相位。

9.一种用于下行波束成形能力测试的装置，包括：初始发射相位寄存模块、发射相位处理模块、N个移相器及合路器；其中，N等于基站上的天线数，每一根天线对应一个移相器；

初始发射相位寄存模块用于存储所述基站通过依次对其上天线发出的发射回路校准信号进行相位解析而得到的各天线的初始发射相位；

发射相位处理模块用于将计算出的各天线的期望发射相位与相应的初始发射相位的差值发送给所述基站；

各移相器用于接收对应天线发射出的已按照对应差值对待发射信号进行赋形后的信号，并按照对应天线的期望发射相位对接收到的信号进行移相后，发送到所述合路器；

所述合路器用于将各移相器发来的信号合为一路，发送到其上合路端口连接的信号测试仪中进行显示。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：发射相位设置模块；

所述发射相位设置模块用于提供人机交互界面供用户设置各天线的期望发射相位值，并将所述用户设置好的各天线的期望发射相位值发送给发射相位处理模块。