一种阵列天线系统射频指标测试方法和系统与流程

1.本发明涉及射频指标测试技术领域，具体涉及一种阵列天线系统射频指标测试方法和系统。


背景技术：

2.随着5g通信技术的发展，振子尺寸达到毫米级的大规模阵列天线技术得以应用于5g通信产品中。毫米波电路设计及大规模相控阵列天线的应用，要求天线与远端射频单元(radio remote unit，rru)实现一体化，从而形成有源天线系统(active antenna system，aas)。3gpp(3rd generation partnership project)标准规定，aas基站属于2-o类型5g设备，其射频指标必须在暗室中通过空口(over the air，ota)方式测量。然而，目前在测量阵列天线的aclr(adjacent channel leakage ratio，邻信道泄漏功率比)和杂散这两个射频指标时，为了获取较为准确的测量结果，采样时设置的步进较小，使得采样点过多，导致在测量aclr和杂散的效率较低。
3.传统基站设备本身具有射频端口，射频指标的测试通常采用传导测试方法，测试的参考点在设备的射频端口。
4.阵列天线系统作为一种多通道收发信机与基站天线集成的基站通信子系统，它是天线和多通道收发信机的一体化设备，相互之间的接口表现为内部接口，工程上难以直接进行射频端口测试，这样对有源天线系统的测试带来了挑战。
5.使用传统基站设备的传导测试方法来测试有源天线系统，需要将有源天线系统的有源部分和天线阵列部分割裂开。对于有源天线系统来说，破坏了其一体化的拓扑结构，同时增加了设计的复杂度，影响了设备集成度。
6.现有技术中采用ota(over the air，空间射频)对aas进行测试，它可以完全测试aas的空间特性和射频性能。但ota测试需要专业的暗室和同步设备，并且需要复杂的测试流程和较长的测试周期。并且，因其测试成本高和测试效率低，所以比较适合于研发和抽样认证测试等。而对于生产批量测试等情况使用ota测试则没有必要；同时对于一些ce认证测试，要求在密闭的高低温环境下进行，用ota测试实现很困难。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种阵列天线系统射频指标测试方法，包括：s1、将射频模块发射的数据进行调制变频，发送射频传输信号给合路器；s2、高斯白噪声发生器输出高斯白噪声信号给合路器；s3、合路器将射频传输信号与高斯白噪声信号相加，输出相加后的信号给接收机；s4、接收机解调之后输出的数据发送给传输分析仪，测量此时阵列天线系统的高斯白噪声门限；s5、按照测试要求调整高斯白噪声的信号源，设置噪声频率与测试信道频率相同；
s6、将射频模块连接到测试设备；测试设备对发送数据和接收数据进行比较，并根据比较结果计算接收灵敏度和发射机最大功率。
8.进一步地，对射频端口的每个端口的增益进行补偿，输出信号为公式：；其中a为输入信号幅度，为输入信号角频率,其中，v表示输入信号的电压，i表示输出信号的电感电流；g为射频电路线性增益因子，和为其二次方增益及三次方增益；过滤掉输出信号中与输入信号频率成整倍数的频率分量为及的谐波。
9.进一步地，减少谐波后，设置测试信号平均功率，接收灵敏度s的计算公式为：；其中，nf为系统噪声系数，snr为解调信噪比。
10.进一步地，依据测试标准连接测试设备，以0.1dbm为步长不断降低射频模块发射功率，观察接收机的误帧率，当误帧率刚好到达5%时，发射机射频前端的功率则为接收机参考灵敏度，将参考灵敏度与计算得出的灵敏度进行比较，从而测试灵敏度。
11.进一步地，采用测量误帧率的方式测量吞吐量，单次测量的相对吞吐量t由误帧率fer表示:t=1-fer。
12.进一步地，调整射频模块的信号幅度，使得阵列天线系统对调制信号的解调灵敏度达到最小，得到等效全向接收灵敏度eirs ：eirs ＝ rs-gr ＝ ps-(ly-gh+ls) ＝ ps-δpc；其中，rs为阵列天线系统检测到的接收功率电平；gr为接收天线增益；ps为矢量信号发生器输出调制信号功率值；δpc为校准参数，ly为射频天线的差损；gh为接收增益；ls为空间路径损耗。
13.本发明还提出了一种阵列天线系统射频指标测试系统，用于实现射频指标测试方法，该射频指标测试系统包括：传输分析仪、调制器、高斯白噪声发生器、合路器、接收机、测试设备、增益补偿模块和滤波器；所述传输分析仪，向调制器发送数据；所述调制器，将数据进行调制变频，发送射频传输信号给合路器；所述高斯白噪声发生器，输出高斯白噪声信号给合路器；所述合路器，将射频传输信号与高斯白噪声信号相加，输出相加后的信号给接收机；所述接收机，将相加后的信号解调之后输出的数据发送给传输分析仪；将射频模块连接到所述测试设备，测试设备对发送数据和接收数据进行比较；所述增益补偿模块，对射频端口的每个端口的增益进行补偿；所述滤波器，用于减少射频器件非线性特性引发的谐波。
14.相比于现有技术，本发明具有如下有益技术效果：将射频模块发射的数据进行调制变频，发送射频传输信号给合路器；高斯白噪声
发生器输出高斯白噪声信号给合路器；合路器将射频传输信号与高斯白噪声信号相加，输出相加后的信号给接收机；接收机解调之后输出的数据发送给传输分析仪，测量此时阵列天线系统的高斯白噪声门限；按照测试要求调整高斯白噪声的信号源，设置噪声频率与测试信道频率相同；将射频模块连接到测试设备；测试设备对发送数据和接收数据进行比较，并根据比较结果计算接收灵敏度和发射机最大功率。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图:图1为本发明的阵列天线系统射频指标测试方法的流程示意图。
具体实施方式
16.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
17.在本发明的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述系统中的各元件的工作原理，表现所述装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的信号传输方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。
18.如图1所示为本发明的一种阵列天线系统射频指标测试方法的流程示意图，包括如下步骤：由射频模块向调制器发送数据，调制器将数据进行调制变频之后，发送射频传输信号给合路器，高斯白噪声发生器输出高斯白噪声信号给合路器，合路器将射频传输信号与高斯白噪声信号相加，输出相加后的信号给接收机，接收机解调之后输出的数据发送给传输分析仪，测量此时阵列天线系统的高斯白噪声门限，记为h1，单位db。
19.将调制器的输出功率设定为一定值c0，将高斯白噪声发生器的输出设为0，此时接收信号没有受到白噪声的干扰，接收机正常接收；接收机将解调之后的码流发送给传输分析仪，传输分析仪显示此时传输误码率为0；增加高斯白噪声发生器的输出功率，使混入信号的高斯白噪声逐步加大，直至接收机不能正常接收；逐步减小高斯白噪声发生器的输出功率，直至接收机恢复接收，传输分析仪显示误码率低于门限值e；测量此时高斯白噪声发生器的输出功率，记为n1；将载噪比c0/n1作为系统在高斯白噪声信道下的载噪比门限h1。
20.按照测试要求调整高斯白噪声的信号源，设置噪声频率与测试信道频率相同。
21.将射频模块连接到测试设备；测试设备对发送数据和接收数据进行比较，并根据比较结果计算接收灵敏度和发射机最大功率。
22.验证射频模块接收最小发射功率的能力。射频灵敏度受到射频综合接收发射信号能力、调制信号方式等因素影响。本发明的测试标准规定射频灵敏度指标测试在低信号电平、理想传播条件、无加载噪声的测试条件下进行，验证接收机接收的信号的最小发射功率的能力是否满足需求。
23.对射频端口的每个端口的增益进行补偿，输出信号为公式：；其中a为输入信号幅度，为输入信号角频率,其中，v表示输入信号的电压，i表示输出信号的电感电流；g为射频电路线性增益因子，和为其二次方增益及三次方增益。
24.输出信号中生成了与输入信号频率成整倍数的频率分量及，即为射频器件非线性特性引发的谐波。射频非线性特性引起的谐波现象随器件高阶增益的增大而增大。在通信过程中，由于谐波频率远离有用信号频率，射频信号的接收基本不会受到影响。而在发射机中，谐波信号则会直接干扰其他信道及系统，本发明中通过在射频模块中加入滤波器减少谐波现象的影响。
25.在优选实施例中，确定目标阵列天线的瑞利分辨率。在确定目标阵列天线的瑞利分辨率时，可以是确定目标阵列天线在波矢空间的瑞利分辨率。波矢空间的瑞利分辨率(u，v)可通过以下式得到：；其中，为目标阵列天线在波矢空间中y方向对应的最小瑞利分辨率，为目标阵列天线在波矢空间中z方向对应的最小瑞利分辨率，λ为信号波长，和分别为目标阵列天线在球坐标系y轴方向和z轴方向对应的最大天线口径。
26.根据瑞利分辨率和归一化波矢空间算法确定目标阵列天线在球坐标系的采样点。
27.根据波矢空间的瑞利分辨率确定波矢空间的采样间隔(δu，δv)，使采样间隔(δu，δv)小于或等于最小瑞利分辨率，即：δu≤，δv≤。
28.在波矢空间以(δu，δv)为采样间隔可以确定m个均匀采样点，根据归一化波矢空间与角度空间的转换关系将波矢空间的m个均匀采样点转换为球坐标系角度空间的采样点，通过转换可以将m个均匀采样点映射为球坐标系角度空间的m个非均匀采样点，i∈m，m为正整数。在测量目标阵列天线在采样点的eirp时，可以使测试天线与m个非均匀采样点重合，从而测量得到目标阵列天线在这些采样点的eirp。
29.减少谐波后，设置测试信号平均功率，接收灵敏度s的计算公式为：；其中，nf为系统噪声系数，snr为解调信噪比。
30.验证射频模块接收最小发射功率的能力。射频灵敏度受到射频综合接收发射信号能力、调制信号方式等因素影响。本发明的测试标准规定射频灵敏度指标测试在低信号电平、理想传播条件、无加载噪声的测试条件下进行，验证接收机接收的信号的最小发射功率的能力是否满足需求。
31.首先设置无干扰、理想信道的环境，并依据测试标准连接测试设备。以0.1dbm为步长不断降低射频模块发射功率，同时观察接收机的误帧率。当误帧率刚好到达5%时，发射机射频前端的功率即为接收机参考灵敏度。
32.将参考灵敏度与计算得出的灵敏度进行比较，从而测试灵敏度。
33.采用测量误帧率的方式测量吞吐量，吞吐量为一个测量周期内，接收机成功接收到的有效信息与测试周期的比值。而误帧率为一个测量周期内错误子帧数与总子帧数的比值。因此单次测量的相对吞吐量t可由误帧率fer表示:t=1-fer。
34.在优选实施例中，调整射频模块的信号幅度，使得阵列天线系统对调制信号的解调灵敏度达到最小，得到等效全向接收灵敏度eirs ：eirs ＝ rs-gr ＝ ps-(ly-gh+ls) ＝ ps-δpc；其中，rs为阵列天线系统检测到的接收功率电平；gr为接收天线增益；ps为矢量信号发生器输出调制信号功率值；δpc为校准参数，ly为射频天线的差损；gh为接收增益；ls为空间路径损耗。
35.本发明的一种阵列天线系统射频指标测试系统包括：传输分析仪、调制器、高斯白噪声发生器、合路器、接收机、测试设备、增益补偿模块和滤波器。
36.传输分析仪，向调制器发送数据；调制器，将数据进行调制变频，发送射频传输信号给合路器；高斯白噪声发生器，输出高斯白噪声信号给合路器；合路器，将射频传输信号与高斯白噪声信号相加，输出相加后的信号给接收机；接收机，将相加后的信号解调之后输出的数据发送给传输分析仪；将射频模块连接到测试设备，测试设备对发送数据和接收数据进行比较；增益补偿模块，对射频端口的每个端口的增益进行补偿；滤波器，用于减少射频器件非线性特性引发的谐波。
37.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过所述计算机可读存储介质进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disk，ssd))等。
38.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替
换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种阵列天线系统射频指标测试方法，其特征在于，包括：s1、将射频模块发射的数据进行调制变频，发送射频传输信号给合路器；s2、高斯白噪声发生器输出高斯白噪声信号给合路器；s3、合路器将射频传输信号与高斯白噪声信号相加，输出相加后的信号给接收机；s4、接收机解调之后输出的数据发送给传输分析仪，测量此时阵列天线系统的高斯白噪声门限；s5、按照测试要求调整高斯白噪声的信号源，设置噪声频率与测试信道频率相同；s6、将射频模块连接到测试设备；测试设备对发送数据和接收数据进行比较，并根据比较结果计算接收灵敏度和发射机最大功率。2.根据权利要求1所述的射频指标测试方法，其特征在于，对射频端口的每个端口的增益进行补偿，输出信号为公式：；其中a为输入信号幅度，为输入信号角频率,其中，v表示输入信号的电压，i表示输出信号的电感电流；g为射频电路线性增益因子，和为其二次方增益及三次方增益；过滤掉输出信号中与输入信号频率成整倍数的频率分量为及的谐波。3.根据权利要求2所述的射频指标测试方法，其特征在于，减少谐波后，设置测试信号平均功率，接收灵敏度s的计算公式为：；其中，nf为系统噪声系数，snr为解调信噪比。4.根据权利要求3所述的射频指标测试方法，其特征在于，依据测试标准连接测试设备，以0.1dbm为步长不断降低射频模块发射功率，观察接收机的误帧率，当误帧率刚好到达5%时，发射机射频前端的功率则为接收机参考灵敏度，将参考灵敏度与计算得出的灵敏度进行比较，从而测试灵敏度。5.根据权利要求4所述的射频指标测试方法，其特征在于，采用测量误帧率的方式测量吞吐量，单次测量的相对吞吐量t由误帧率fer表示:t=1-fer。6.根据权利要求1所述的射频指标测试方法，其特征在于，调整射频模块的信号幅度，使得阵列天线系统对调制信号的解调灵敏度达到最小，得到等效全向接收灵敏度eirs ：eirs ＝ rs-gr ＝ ps-(ly-gh+ls) ＝ ps-δpc；其中，rs为阵列天线系统检测到的接收功率电平；gr为接收天线增益；ps为矢量信号发生器输出调制信号功率值；δpc为校准参数，ly为射频天线的差损；gh为接收增益；ls为空间路径损耗。7.一种阵列天线系统射频指标测试系统，用于实现如权利要求1-6任意一项所述的射频指标测试方法，其特征在于，该射频指标测试系统包括：传输分析仪、调制器、高斯白噪声发生器、合路器、接收机、测试设备、增益补偿模块和滤波器；所述传输分析仪，向调制器发送数据；
所述调制器，将数据进行调制变频，发送射频传输信号给合路器；所述高斯白噪声发生器，输出高斯白噪声信号给合路器；所述合路器，将射频传输信号与高斯白噪声信号相加，输出相加后的信号给接收机；所述接收机，将相加后的信号解调之后输出的数据发送给传输分析仪；将射频模块连接到所述测试设备，测试设备对发送数据和接收数据进行比较；所述增益补偿模块，对射频端口的每个端口的增益进行补偿；所述滤波器，用于减少射频器件非线性特性引发的谐波。

技术总结
本发明提出了一种阵列天线系统射频指标测试方法和系统，涉及射频指标测试技术领域将射频模块发射的数据进行调制变频，发送射频传输信号给合路器；高斯白噪声发生器输出高斯白噪声信号给合路器；合路器将射频传输信号与高斯白噪声信号相加，输出相加后的信号给接收机；接收机解调之后输出的数据发送给传输分析仪，测量此时阵列天线系统的高斯白噪声门限；按照测试要求调整高斯白噪声的信号源，设置噪声频率与测试信道频率相同；将射频模块连接到测试设备；测试设备对发送数据和接收数据进行比较，并根据比较结果计算接收灵敏度和发射机最大功率。最大功率。最大功率。


技术研发人员：朱骏 孙玉光 任宏伟 韩明波 吴彬 杨刚
受保护的技术使用者：北京华清瑞达科技有限公司
技术研发日：2023.08.16
技术公布日：2023/9/16