CN109462447A - 通信基站ota射频性能测试方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提出了通信基站OTA射频性能测试方法及***，该方法通过改变待测射频信号的幅度和相位将近场下的球面波转换为平面波，将转换后的平面波送入测试仪表进行测试。该***包括近场微波暗室以及置于微波暗室的阵面、幅相网络、功分模块以及测试仪表，阵面在近场区域内形成一个能够覆盖基站大小的静区，将被测基站原始信号分为若干路射频信号，接入幅相网络信道改变各路射频信号的相位和幅度后输出至功分模块，将若干路射频信号合并，再介入测试仪表进行测试。本发明在近场下将球面波转换为平面波，测试场地小，测试成本低。

Description

通信基站OTA射频性能测试方法及***

技术领域

本发明涉及基站测试技术，尤其是涉及一种通信基站OTA射频性能测试方法及设备。背景技术

5G基站架构设计时，大规模天线阵列与射频单元集成在一起，因此需要以OTA方式测量基站的射频性能。为了精确测量基站的射频指标，传统的方式是在大型暗室中进行测量。但是大型暗室场地昂贵，无法满足大批量生产、快速测试需求。而天线的近场方案，只能在连续波下进行傅里叶变换将球面波转换为平面波，而基站射频测试时发出的是调制信号，转换算法尚未成型。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种通信基站OTA射频性能测试方法，解决现有测试方法难以将球面波转换为平面波的问题。

实现本发明的技术解决方案为：通过改变待测射频信号的幅度和相位将近场下的球面波转换为平面波，将转换后的平面波送入测试仪表进行测试。

优选地，通过改变待测射频信号的幅度和相位将近场下的球面波转换为平面波，将转换后的平面波送入测试仪表进行测试的具体步骤为：

设置阵面及静区位置，根据阵面已知波长，确定阵面上的每个点到静区内每个采样点的场的方程，得到一组最优的幅相加权数组；

将被测基站放置在静区内，进行基站测试，具体分为以下两个场景：

一、测试发射性能时，基站发出原始信号，阵面各个点接收到信号，按照最优的幅相加权数组控制接收到的信号的幅度和相位，然后合成一路输出给测试仪表；

二、测试接收性能时，仪表发出一路信号，将该信号分为N路，按照最优的幅相加权数组控制N路信号的幅度和相位，N路信号通过阵面照射到基站，此时仪表与基站产生交互，测试基站的接收性能。

优选地，确定阵面上的每个点到静区内每个采样点场的方程为：

其中，为阵面第n个单元在静区第m个采样点处产生的场，为测试频率的波长，k为常数，为阵面单元上的幅相激励权值，表示为，是阵面上某单元到静区采样点的空间幅度和相位，为阵面单元到采样点的距离，N为阵面单元个数。

优选地，得到最优的幅相加权数组的具体步骤为：

将阵面上的每个点到静区内每个采样点场的方程写为矩阵形式：

其中：

T为阵面上所有单元到静区所有采样点的空间幅度和相位，为阵面每个单元上面的幅相激励权值，为阵面单元在静区采样点处产生的场；

根据平面波定义，求解阵面单元幅相激励权值使生成的平面波最大限度的接近与理想平面波在该点处的场，即：

其中，为在静区内各个采样点处理想平面波的场；

设定边界条件，利用优化算法得到一组最优的幅相加权数组。

优选地，包括近场微波暗室以及置于微波暗室的阵面、幅相网络、功分模块以及测试仪表，所述阵面配合幅相网络在近场区域内形成一个能够覆盖基站大小的静区，所述幅相网络的一端与阵面连接，用于改变各路射频信号的相位和幅度，所述幅相网络的另一端与功分模块的一端连接，所述功分模块的另一端与测试仪表连接。

优选地，所述阵面包括若干个测试探头，所述测试探头用于对被测基站在空间的信号的幅度和相位进行采样或者照射。

优选地，每个测试探头为双极化单元，双极化方向为任意角度。

优选地，所述幅相网络信道共有N路射频信道且每一路射频信道都设置有移相衰减模块以及极化切换开关，通过控制移相衰减模块以及极化切换开关，实现对任意信道的幅度和相位控制。

优选地，包括转台，所述转台用于置放待测试基站。

优选地，包括监控模块，用于实时监测阵面上每个测试探头接收到的功率强度。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明通过增加幅相网络，从物理上在信道上改变待测射频信号的幅度和相位，补偿其到达探头阵面空间上每点的幅相值，在近场下将球面波转换为平面波，测试场地小，测试成本低，能够通过OTA测量有源天线的射频一致性指标，完全适用于研发和生产的测试活动。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

图1是通信基站OTA射频性能测试***示意图。

图2是通信基站OTA射频性能测试方法原理图。

具体实施方式

一种通信基站OTA射频性能测试方法，通过改变待测射频信号的幅度和相位将近场下的球面波转换为平面波，将转换后的平面波送入测试仪表进行测试，具体步骤为：

设置阵面及静区位置，根据阵面已知波长，确定阵面上的每个点到静区内每个采样点的场的方程，得到一组最优的幅相加权数组；

在某些实施例中，设置阵面及静区位置，根据阵面已知波长，确定阵面上的每个点到静区内每个采样点场的方程为：

其中，为阵面第n个单元在静区第m个采样点处产生的场，为测试频率的波长，k为常数，为阵面单元上的幅相激励权值，表示为，是阵面上某单元到静区采样点的空间幅度和相位，为阵面单元到采样点的距离，N为阵面单元个数。

作为一种优选方案，设置阵面到静区距离为D，阵面上有n个单元，每个单元的间距为dx，静区内有m个采样点，每个采样点的间距为dy；为了简化计算路程的计算，将平面展开为一条直线，并假设以第一个点为坐标原点，那么阵面上第n个单元的坐标表示为：

静区内第m个采样点的坐标表示为：

则第n个单元到第m个扫描点的距离为：

此时阵面第n个单元在静区第m个采样点处产生的场为：

其中，为测试频率的波长，k为常数，为最终待求量，是阵面单元上的幅相激励权值，表示为，是阵面上某单元到静区采样点的空间幅度和相位。

将阵面上的每个点到静区内每个采样点场的方程写为矩阵形式：

其中：

T为MxN阶矩阵，为阵面上所有单元到静区所有采样点的空间幅度和相位；为阵面每个单元上面的幅相激励权值；

为阵面单元在静区采样点处产生的场；

根据平面波定义，求解阵面单元幅相激励权值使生成的平面波最大限度的接近与理想平面波在该点处的场，矩阵方程表示为：

其中，为在静区内各个采样点处理想平面波的场。

根据上述函数，计算得到多组阵列单元的幅相激励权值，给出理想平面波的场的边界条件，要求其内幅度差小于某值，相位差小于某值，采用优化算法进行处理，得到一组最优的幅相激励权值，优化算法的适应度函数为：

其中，是静区内平面波的幅度分布，是静区内平面波的相位分布，是静区内的幅度的平均值，是静区内的相位的平均值。

在某些实施例中，假设阵面和静区的采样点都是64个，得到64组方程，因为需要满足平面波条件是64个静区采样点的相位差小于10°，幅度差小于1dB，因此给出边界条件，根据优化算法使得64个方程逼近于边界条件，最终得到的就是一组最优的A和φ的加权表。

由于近场条件下，被测基站产生的是球面波，该波形在同一个面上幅度和相位都不相等，而平面波形成的条件就是远场条件下在同一个平面上的相位小于22.5°、幅度差小于2Db。如图2所示，本发明通过阵面上的N个探头，被测区域分解为M个点，N个探头分别发射信号到被测区域内，此时M个点中，每一个点都会接收到每一个探头的信号，对于M中任意点来说，都是阵面过来的一个合成波束，在N个探头后面加入可调幅度与移相模块，将计算得到的一组最优的A和φ的加权表数值设置到可调幅度与移相模块，使其生效，

通过N组幅相加权形成某一个M点的方程，这样的方程共有M组，通过带有边界的优化算法，如凸优化理论去计算得到最优的一组A和φ的加权表，此时就相当于在理想静区内形成了平面波。

为了保证效果，进行静区验证，平面波的条件是在静区内，最大的相位差不超过22.5°，放置一个扫描架在静区内，进行x和y轴的平面扫描，接着向z轴方向移动扫描架，得到一个实际的立体静区，通过仪表可以测量该静区内的相位波动＜15°，平面波成立。

将被测基站放置在静区内，进行基站测试，具体分为以下两个场景：

一、测试发射性能时，基站发出原始信号，阵面各个点接收到信号，按照最优的A和φ加权表控制接收到的信号的幅度和相位，然后合成一路输出给测试仪表；

二、测试接收性能时，仪表发出一路信号，将该信号分为N路，按照最优的A和φ加权表控制N路信号的幅度和相位，N路信号通过阵面照射到基站，此时仪表与基站产生交互，测试基站的接收性能。

在某些实施例中，按照最优的幅相加权数组控制接收到的信号的幅度和相位的具体实现为：由若干个测试探头组成的阵面后端连接幅相网络，幅相网络有N个端口，幅相网络的每一路射频信道都设置有移相衰减模块，按照最优的幅相加权数组控制移相衰减模块，来实现对任意信道的控制，将近场内不等幅等相的空间点补偿为等幅等相点，即将近场球面波复原成为远场平面波，并将N路信道合成为一路。

如图1所示，一种通信基站OTA射频性能测试***，包括近场微波暗室5以及置于微波暗室5的阵面2、幅相网络7、功分模块3以及测试仪表4，所述阵面2配合幅相网络7在近场区域内形成一个能够覆盖基站1大小的静区，所述幅相网络7的一端与阵面2连接，用于改变各路射频信号的相位和幅度，所述幅相网络7的另一端与功分模块3的一端连接，所述功分模块3的另一端与测试仪表4连接。

进一步的实施例中，所述阵面2包括若干个测试探头，所述测试探头用于对被测基站1在空间的信号的幅度和相位进行采样或者照射。

进一步的实施例中，每个测试探头为双极化单元，双极化方向为任意角度。在某些实施例中，双极化方向为垂直和水平，或者±45°。

进一步的实施例中，所述幅相网络7信道共有N路射频信道且每一路射频信道都设置有移相衰减模块以及极化切换开关，通过控制移相衰减模块以及极化切换开关，实现对任意信道的幅度和相位控制。

利用本发明进行测试的具体过程为：将被测基站1放置在静区内，进行基站1测试：

一、测试发射性能时，基站1发出原始信号，阵面2各个点接收到信号，按照最优的A和φ加权表控制幅相网络7的幅度和相位，然后通过功分模块3合成一路输出给测试仪表4，功分模块3为可逆模块，此时相当于合路器；

二、测试接收性能时，仪表发出一路信号，通过功分模块3将该信号分为N路，按照最优的A和φ加权表控制幅相模块N路信号的幅度和相位，N路信号通过阵面2照射到基站1，此时仪表与基站1产生交互，测试基站1的接收性能。

进一步的实施例中，设置一与阵面2连接的监控模块，实时监测阵面2上每个测试探头接收到的功率强度。

进一步的实施例中，在静区内设置一转台6，用于置放待测试基站。

Claims (10)

1.通信基站OTA射频性能测试方法，其特征在于，通过改变待测射频信号的幅度和相位将近场下的球面波转换为平面波，将转换后的平面波送入测试仪表进行测试。

2.根据权利要求1所述的通信基站OTA射频性能测试方法，其特征在于，通过改变待测射频信号的幅度和相位将近场下的球面波转换为平面波，将转换后的平面波送入测试仪表进行测试的具体步骤为：

设置阵面及静区位置，根据阵面已知波长，确定阵面上的每个点到静区内每个采样点的场的方程，得到一组最优的幅相加权数组；

将被测基站放置在静区内，进行基站测试，具体分为以下两个场景：

一、测试发射性能时，基站发出原始信号，阵面各个点接收到信号，按照最优的幅相加权数组控制接收到的信号的幅度和相位，然后合成一路输出给测试仪表；

二、测试接收性能时，仪表发出一路信号，将该信号分为N路，按照最优的幅相加权数组控制N路信号的幅度和相位，N路信号通过阵面照射到基站，此时仪表与基站产生交互，测试基站的接收性能。

3.根据权利要求1所述的通信基站OTA射频性能测试方法，其特征在于，确定阵面上的每个点到静区内每个采样点场的方程为：

其中，为阵面第n个单元在静区第m个采样点处产生的场，为测试频率的波长，k为常数，为阵面单元上的幅相激励权值，表示为，是阵面上某单元到静区采样点的空间幅度和相位，为阵面单元到采样点的距离，N为阵面单元个数。

4.根据权利要求1或3任一所述的通信基站OTA射频性能测试方法，其特征在于，得到最优的幅相加权数组的具体步骤为：

将阵面上的每个点到静区内每个采样点场的方程写为矩阵形式：

其中：

T为阵面上所有单元到静区所有采样点的空间幅度和相位，为阵面每个单元上面的幅相激励权值，为阵面单元在静区采样点处产生的场；

根据平面波定义，求解阵面单元幅相激励权值使生成的平面波最大限度的接近与理想平面波在该点处的场，即：

其中，为在静区内各个采样点处理想平面波的场；

设定边界条件，利用优化算法得到一组最优的幅相加权数组。

5.基于权利要求1所述的通信基站OTA射频性能测试方法的测试***，其特征在于，包括近场微波暗室（5）以及置于微波暗室（5）的阵面（2）、幅相网络（7）、功分模块（3）以及测试仪表（4），所述阵面（2）配合幅相网络（7）在近场区域内形成一个能够覆盖基站（1）大小的静区，所述幅相网络（7）的一端与阵面（2）连接，用于改变各路射频信号的相位和幅度，所述幅相网络（7）的另一端与功分模块（3）的一端连接，所述功分模块（3）的另一端与测试仪表（4）连接。

6.根据权利要求5所述的通信基站OTA射频性能测试***，其特征在于，所述阵面（2）包括若干个测试探头，所述测试探头用于对被测基站（1）在空间的信号的幅度和相位进行采样或者照射。

7.根据权利要求5或6任一所述的通信基站OTA射频性能测试***，其特征在于，每个测试探头为双极化单元，双极化方向为任意角度。

8.根据权利要求5所述的通信基站OTA射频性能测试***，其特征在于，所述幅相网络（7）信道共有N路射频信道且每一路射频信道都设置有移相衰减模块以及极化切换开关，通过控制移相衰减模块以及极化切换开关，实现对任意信道的幅度和相位控制。

9.根据权利要求5所述的通信基站OTA射频性能测试***，其特征在于，包括转台（6），所述转台（6）用于置放待测试基站（1）。

10.根据权利要求5所述的通信基站OTA射频性能测试***，其特征在于，包括监控模块，用于实时监测阵面（2）上每个测试探头接收到的功率强度。