TD-SCDMA智能天線的自動(dòng)化測(cè)試

摘要：本文介紹了一種驗(yàn)證TD-SCDMA智能天線性能的自動(dòng)化測(cè)試方法及實(shí)現(xiàn)。在多天線環(huán)境下，每天線經(jīng)歷的衰落不一定相同，思博倫SR5500M可以模擬每天線獨(dú)立或相關(guān)的無(wú)線信道衰落，從而在實(shí)驗(yàn)室模擬外場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行測(cè)試。我們采用本文的自動(dòng)化測(cè)試方法，給實(shí)驗(yàn)室測(cè)試帶來(lái)了極大的方便和效率。

引言   

智能天線（或beamforming）可以通過(guò)將’beam’對(duì)準(zhǔn)特定的用戶(hù)，顯著的提高用戶(hù)接收信噪比和降低對(duì)其他用戶(hù)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(shí)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，又由于TDD系統(tǒng)的天然上下行信道對(duì)稱(chēng)性，所以從TD-SCDMA設(shè)計(jì)之初就開(kāi)始了對(duì)智能天線的實(shí)際部署研究。智能天線在TD-SCDMA中開(kāi)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(xiàng)產(chǎn)品特性都需要大量的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(chǎng)測(cè)試更易構(gòu)造各種測(cè)試環(huán)境可重復(fù)性的進(jìn)行測(cè)試，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

自動(dòng)化測(cè)試簡(jiǎn)化測(cè)試操作，自動(dòng)完成設(shè)備配置、重復(fù)執(zhí)行、結(jié)果記錄/分析/報(bào)告輸出等步驟，大大提高測(cè)試效率，進(jìn)一步加快產(chǎn)品推出周期，擴(kuò)大了測(cè)試的覆蓋范圍。

通常，測(cè)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?cè)趯?shí)際應(yīng)用中，通過(guò)對(duì)SR5500M的自動(dòng)化控制完成智能天線的各種測(cè)試。進(jìn)一步，我們將對(duì)基站和手機(jī)（或其他終端設(shè)備）完成自動(dòng)化控制，屆時(shí)，智能天線測(cè)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T(mén)DD系統(tǒng)，上下行信道完全對(duì)稱(chēng)，所以通過(guò)對(duì)上行信號(hào)的信道估計(jì)即可得到下行信號(hào)的權(quán)值（權(quán)矢量），從而達(dá)到波束賦形（Beamforming），無(wú)需冗余信號(hào)設(shè)計(jì)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(hào)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(shí)衰落，天線間信道的差別即為依賴(lài)于方向的相位差。通過(guò)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(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的用戶(hù)，提高增益，同時(shí)降低對(duì)其他用戶(hù)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(kāi)發(fā)了雙極化天線，相當(dāng)于兩個(gè)完全不相關(guān)的4天線單元陣。此時(shí)除了天線單元間的相位偏移外，兩個(gè)天線陣之間的瞬時(shí)衰落不一定相同，因此，需要根據(jù)天線單元的信道估計(jì)（H）來(lái)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(jì)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(jì)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(guò)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(huì)影響智能天線性能。這方面的討論超出了本文的范疇，請(qǐng)參考相關(guān)論文。

2 思博倫SR5500M－智能天線測(cè)試

思博倫SR5500M在2007年底推出之時(shí)就考慮到TD-SCDMA智能天線的商用測(cè)試，即模塊化設(shè)計(jì)。如圖1所示，4臺(tái)SR5500M既可以供不同地點(diǎn)的不同團(tuán)隊(duì)測(cè)試，比如測(cè)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(gè)團(tuán)隊(duì)測(cè)試單天線性能，或供同一團(tuán)隊(duì)測(cè)試8天線性能，極大的提高了設(shè)備利用率：

圖1 思博倫SR5500M

本文討論8天線測(cè)試情況。SR5500M系統(tǒng)既可以測(cè)試下行beamforming，如圖2a所示，也可以測(cè)試上行分集接收，如圖2b所示。需要指出的是，下行測(cè)試時(shí)需要基站工作在測(cè)試模式：可以人為指定beamforming的方向。

圖2 單個(gè)SR5500M既可以配置成MIMO mode，也可以配置成普通mode

在正式測(cè)試開(kāi)始前，對(duì)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(dòng)化測(cè)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(guò)TCP/IP與1臺(tái)至4臺(tái)SR5500M連接，控制電腦亦通過(guò)TCP/IP與SR5500M連接（通常， 可以用一個(gè)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(tái)電腦。

圖3 RPI工作連接圖

控制電腦上的外部程序先發(fā)送命令給SR5500 Testkit， SR5500 Testkit將命令轉(zhuǎn)發(fā)給各臺(tái)SR5500M。這樣，所以SR5500 Testkit上的操作均可由外部程序完成，并且通過(guò)外部程序完成各種用戶(hù)定制的復(fù)雜的控制或查詢(xún)。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。