TD-SCDMA智能天線的自動化測試

摘要：本文介紹了一種驗證TD-SCDMA智能天線性能的自動化測試方法及實現(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可以模擬每天線獨立或相關(guān)的無線信道衰落，從而在實驗室模擬外場環(huán)境進(jìn)行測試。我們采用本文的自動化測試方法，給實驗室測試帶來了極大的方便和效率。

引言   

智能天線（或beamforming）可以通過將’beam’對準(zhǔn)特定的用戶，顯著的提高用戶接收信噪比和降低對其他用戶的干擾，從而增加系統(tǒng)容量。

TD-SCDMA很大程度上是功率受限系統(tǒng)，同時是一個自干擾系統(tǒng)，又由于TDD系統(tǒng)的天然上下行信道對稱性，所以從TD-SCDMA設(shè)計之初就開始了對智能天線的實際部署研究。智能天線在TD-SCDMA中開始應(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。

任何一項產(chǎn)品特性都需要大量的實驗室測試。實驗室測試不僅大大節(jié)省了成本，加快了產(chǎn)品推出周期，而且比現(xiàn)場測試更易構(gòu)造各種測試環(huán)境可重復(fù)性的進(jìn)行測試，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

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

通常，測試設(shè)備都提供通用的接口，如GPIB，Ethernet等，供軟件編程調(diào)用。我們在實際應(yīng)用中，通過對SR5500M的自動化控制完成智能天線的各種測試。進(jìn)一步，我們將對基站和手機（或其他終端設(shè)備）完成自動化控制，屆時，智能天線測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TDD系統(tǒng)，上下行信道完全對稱，所以通過對上行信號的信道估計即可得到下行信號的權(quán)值（權(quán)矢量），從而達(dá)到波束賦形（Beamforming），無需冗余信號設(shè)計或資源占用。

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)歷相同的信道瞬時衰落，天線間信道的差別即為依賴于方向的相位差。通過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，從而對準(zhǔn)相應(yīng)的用戶，提高增益，同時降低對其他用戶的干擾。

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，近年開發(fā)了雙極化天線，相當(dāng)于兩個完全不相關(guān)的4天線單元陣。此時除了天線單元間的相位偏移外，兩個天線陣之間的瞬時衰落不一定相同，因此，需要根據(jù)天線單元的信道估計（H）來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的基站實現(xiàn)均根據(jù)每天線信道估計得到總的權(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，主要是利用了多天線分集功能，通過最大信噪比合并（MRC）算法獲得分集增益。

需要指出的是，不同的天線相關(guān)性會影響智能天線性能。這方面的討論超出了本文的范疇，請參考相關(guān)論文。

2 思博倫SR5500M－智能天線測試

思博倫SR5500M在2007年底推出之時就考慮到TD-SCDMA智能天線的商用測試，即模塊化設(shè)計。如圖1所示，4臺SR5500M既可以供不同地點的不同團(tuán)隊測試，比如測試單天線性能等，也可以組合成系統(tǒng)，供同一地點的多個團(tuán)隊測試單天線性能，或供同一團(tuán)隊測試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天線測試情況。SR5500M系統(tǒng)既可以測試下行beamforming，如圖2a所示，也可以測試上行分集接收，如圖2b所示。需要指出的是，下行測試時需要基站工作在測試模式：可以人為指定beamforming的方向。

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

在正式測試開始前，對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 自動化測試環(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TCP/IP與1臺至4臺SR5500M連接，控制電腦亦通過TCP/IP與SR5500M連接（通常， 可以用一個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SR5500M。這樣，所以SR5500 Testkit上的操作均可由外部程序完成，并且通過外部程序完成各種用戶定制的復(fù)雜的控制或查詢。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。