一种用于多输入多输出信道测试方法和装置与流程

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种用于多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)信道测试方法和装置。

背景技术：

MIMO技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为第四代(4G)移动通信的核心技术。

以中国移动商用的4G移动系统TD-LTE(时分双工-长期演进)为例，基站多采用8天线配置，终端采用2天线接收。使用空间复用技术，基站可以在相同的时域和频域资源上发送2个数据流，将峰值速率提升2倍。为了进一步提升频谱效率和分集度，3GPP(第三代伙伴计划)定义了更多发射和接收天线的配置架构，基站天线将从原先的8根，增加到32根、64根或128根。终端天线也将会增加到4根或8根。

MIMO性能测试采用信道模拟器，信道模拟器通过射频线缆连接在被测基站和终端之间。基站RRU(射频拉远模块)发射的下行信号进入信道模拟器，信号经历信道模拟器中播放下行大尺度衰落和小尺度衰落的信道冲激响应后，发送至终端接收天线；终端的上行发射信号进入信道模拟器，若为时分双工系统，则上下行信道互换，若为频分双工系统，则上下行信道中心频点不同。上行信号进过信道衰落反馈至RRU接收端。

受到尺寸、价格、内部器件传输速率的影响，目前的单台信道模拟器产品仅支持最大16发4收的双向测试。面向未来64或128天线的性能测试需要多台信道模拟器级联完成，且信道模拟器之间则需要通过高速数字接口(100Gbps级别)连接，完成信道相关性建模。然而目前受限于接口速率，当天线超过32根时，信道模拟器之间很难进行高速数字交互。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于多输入多输出信道测试方法和装置，不需要在信道模拟器间进行高速数字交互就能够实现大规模天线配置下的精确性能测试。

为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于多输入多输出信道测试的方法，该方法包括：

根据基站输出端口数、终端输入端口数、以及信道模拟器的输入端口数和输出端口数确定信道测试所需的功分器数、信道模拟器数、合路器数；

利用功分器连接基站输出端口和信道模拟器的输入端口，利用合路器连接信道模拟器的输出端口和终端输入端口，以使每个基站输出端口的输出信号均通过功分器、信道模拟器、合路器后到达所有终端输入端口。

一种用于多输入多输出信道测试的装置，该装置包括：计算单元、控制单元；

所述计算单元，用于根据基站输出端口数、终端输入端口数、以及信道模拟器的输入端口数和输出端口数确定信道测试所需的功分器数、信道模拟器数、合路器数；

所述控制单元，用于利用功分器连接基站输出端口和信道模拟器的输入端口，利用合路器连接信道模拟器的输出端口和终端输入端口，以使每个基站输出端口的输出信号均通过功分器、信道模拟器、合路器后到达所有终端输入端口。

由上面的技术方案可知，本发明中，利用功分器将基站输出端口和测试所需的信道模拟器的输入端口连接起来，利用合路器将测试所需的信道模拟器的输出端口和终端输入端口连接起来，使得基站输出端口的信号通过功分器、信道模拟器、合路器后到达所有终端输入端口，由于每个终端输入端口都可以接收到所有基站输出端口输出并经合路器合并后的信号，因此终端可以利用每个输入端口接收到的信号来推算出每个基站输出端口发出的原始信号，从而利用推算出的原始信号执行记录吞吐量等与信道性能测试相关的操作。可以看出，应用本发明的方法，不需要在信道模拟器间进行高速数字交互就能够实现大规模天线配置下的精确性能测试。

附图说明

图1是本发明实施例用于多输入多输出信道测试的方法流程图；

图2是本发明实施例利用功分器、信道模拟器和合路器连接基站和终端的拓扑图；

图3是本发明实施例用于多输入多输出信道测试的装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图并据实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明中，利用功分器、信道模拟器、合路器将基站输出端口和终端输入端口连接起来，使得从基站输出端口输出的原始信号，经过功分器、信道模拟器、和合路器后到到每个终端输入端口，使得终端可以基于在每个终端输入端口接收到的信号推算出各基站输出端口输出的原始信号，进而记录吞吐量并据此得到基站与终端之间的信道性能。

下面结合图1进行详细说明：

参见图1，图1是本发明实施例用于多输入多输出信道测试的方法流程图，如图1所示，该方法主要包括以下步骤：

步骤101、根据基站输出端口数、终端输入端口数、以及信道模拟器的输入端口数和输出端口数确定信道测试所需的功分器数、信道模拟器数、合路器数。

本实施例中，根据基站输出端口数、终端输入端口数、以及信道模拟器的输入端口数和输出端口数确定信道测试所需的信道模拟器数的具体方法为：计算基站输出端口数M与信道模拟器的输入端口数P的商α和终端输入端口数N与信道模拟器的输出端口数Q的商β将α与β的乘积确定为信道测试所需的信道模拟器数。

此外，功分器的数量由基站输出端口数决定，合路器的数量由终端输入端口数决定，基站输出端口数为M，终端输入端口数为N，则需要M个功分器和N个合路器。

根据基站输出端口数、终端输入端口数、以及信道模拟器的输入端口数和输出端口数确定信道测试所需的功分器数、信道模拟器数、合路器数之后，需要进一步按照平均分配的原则对基站输出端口进行分组，总组数为基站输出端口数M与信道模拟器的输入端口数P的商α，每组中的基站输出端口数均为信道模拟器的输入端口数P。

对基站输出端口进行分组后，还需要为每组基站输出端口分配一组测试所需的信道模拟器，该组信道模拟器的个数终端输入端口数N与信道模拟器的输出端口数Q的商β。

步骤102、利用功分器连接基站输出端口和信道模拟器的输入端口，利用合路器连接信道模拟器的输出端口和终端输入端口，以使每个基站输出端口的输出信号均通过功分器、信道模拟器、合路器后到达所有终端输入端口。

在本实施例中，每个基站输出端口需要连接到为该基站输出端口所属基站输出端口组分配的所有信道模拟器上，为每组基站输出端口分配的一组信道模拟器的个数为β，因此，对于每个基站输出端口来说，需要一个1分β功分器，实现一个基站输出端口连接多个模拟器的输入端口。

利用功分器连接基站输出端口和信道模拟器的输入端口的具体方法为：针对每个基站输出端口，从为该基站输出端口所属基站输出端口组分配的各信道模拟器中选择一个输入端口，利用功分器将该基站输出端口连接到选择的各输入端口。基站输出端口、功分器、信道模拟器的具体连接方法为：该基站输出端口连接到功分器的输入端口，功分器的β个出端口分别连接到从β个模拟器中选择的β个输入端口。

在本实施例中，要求所有基站输出端口的输出信号经合路器合并后输入到每个终端输入端口，因此每个终端输入端口都对应一个合路器，同时还需要从为每组基站输出端口分配的一组信道模拟器中选择一个信道模拟器，将该信道模拟器的一个输出端口连接到该合路器上，从而使得所有基站输出端口的输出信号最终都能经改合路器合并后输入到该终端输入端口。

因此，利用合路器连接信道模拟器的输出端口和终端输入端口的具体方法为：针对每个终端输入端口，从为每组基站输出端口分配的一组信道模拟器中选择一个信道模拟器的一个输出端口，利用合路器将选出的所有输出端口连接到该终端输入端口。

合路器的输入端口数与基站输出端口的总组数相同，为α，从为α组基站输出端口分配的α组信道模拟器中选择出α信道模拟器的输出端口，α个信道输出端口分别与合路器的α个输入端口相连，合路器的输出端口与一个终端输入端口相连。

在本发明实施例中，测试所需的所有信道模拟器之间需要通过同步线缆级联；信道模拟器之间只需要基于级联的同步线缆实现信道模拟器之间的时钟同步，但是不需要进行高速数据交互。

另外，从同一功分器的不同输出端口输出的信号之间的幅度和相位之间会存在一定的偏差，需要进行幅度和相位的补偿，而且，信号在经由信道模拟器的输入端口进入信道模拟器，以及从信道模拟器的输入端口传输到信道模拟器的输出端口的过程中，也会造成信号的相位和幅度的变化，产生相位和幅度误差，为此，需要对从信号从功分器输出并最终到达信道模拟器的输出端口的传输过程中产生的相位与幅度的偏差进行补偿，具体为：对经由同一功分器输出并传输到各信道模拟器的输出端口的信号的幅度和相位进行补偿，以使在信道模拟器设置为加性高斯白噪声时，经由同一功分器输出到各信道模拟器的输出端口的信号的幅度和相位均相同，具体的补偿操作可以由信道模拟器执行，补偿方法可采用现有技术。

同样的道理，从同一信道模拟器输出的信号传输到各合路器的输入端口，并经由合路器到达合路器的输出端口的过程中，信号的相位和幅度也会产生相位和幅度误差，为此，也需要对这一过程中产生的信号相位和幅度的偏差进行补偿，具体为：对经由同一信道模拟器的输出端口输出并传输到各合路器的输出端口的信号的幅度和相位进行补偿，以使经由同一信道模拟器的输出端口输出到各合路器的输出端口的信号的幅度和相位均相同。

按照图1所示本发明实施例的方法，利用功分器、信道模拟器、合路器将基站输出端口和终端输入端口连接起来之后，就可以执行基站和终端之间的信道测试，下面进行信道测试的原理性说明：

(1)假设第m(m＝1,2,…,M)个基站输出端口的信号为x_m，终端第n(n＝1,2,…,N)个输入端口的信号为y_n，第n个终端输入端口的噪声为σ_n，基站输出端口m与终端输入端口n之间，由信道模拟器模拟的包含大尺度和小尺度衰落的信道冲激响应为h_n,m，则从基站输出端口输出的信号与输入到终端输入端口的信号之间存在以下公式一描述的关系：

在上述公式一中，为基站输出端口和终端输入端口之间的信道冲激响应矩阵，该信道冲激响应矩阵中包括了α×β个信道模拟器的信道冲激响应矩阵。

其中，第k个信道模拟器中模拟的信道冲激响应矩阵可以以以下公式二描述：

在上述公式二中，

表示向下取整，mod表示取余数运算，.表示乘法运算，/表示除法运算。

为信道模拟器k的输入端口p(p＝1、2、、……、P)与输出端口q(q＝1、2、、……、Q)之间模拟的信道冲激响应，也即基站输入端口m(m的取值为：)与终端输入端口n(n的取值为：(k-1)·PmodM+p)之间，由信道模拟器模拟的包含大尺度和小尺度衰落的信道冲激响应。

第k个信道模拟器的输入端依次接入基站RRU的输出信号添加的噪声为因此，第k个信道模拟器的第q个输出端口的信号

(2)信道模拟器输出端口合路：将第至共α个信道模拟器的第(n-1)modQ+1端口采用高精度合路器合路，输入至终端第n(n＝1,2,…N)个输入端口，则终端第n个端口的输入信号

(3)性能测试：信道模拟器之间采用时钟同步，同时播放信道冲激响应(在基站输出端口m到终端输入端口n之间的信道冲激响应为h_n,m)。基站下行信号通过多个信道模拟器进入终端，发起下行数据业务，终端通过记录吞吐量来评估基站和终端在多输入多输出天线配置下的信道性能。

下面结合附图2对本发明进行举例说明。

以TD-LTE-A系统为例，基站输出端口数为8，终端采用4天线(也即终端输入接口为4)。为了检测基站和终端在衰落信道下的性能，信道模拟器需具备8个输入端口，4个输出端口。而实际低端信道模拟器产品仅支持4个输入端口和2个输出端口。

按照本发明的方法，可通过多个信道模拟器级联支持下行性能测试，而信道模拟器间无需数字基带交互。具体过程如下：

首先、确定需要的信道模拟器、功分器、合路器的数量，并利用功分器、信道模拟器、合路器将基站输出端口和终端输入端口连接起来：

由于基站输出端口数M＝8，终端输入端口数N＝4，信道模拟器的最大输入端口数为P＝4，最大输出端口数为Q＝2。因此可以计算得到基站输出端口数M与信道模拟器的输入端口数P的商α＝2，终端输入端口数N与信道模拟器的输出端口数Q的商β＝2，由此可以确定测试所需的信道模拟器数目为α×β＝4。另外，测试需要的功分器数为基站输出端口数M，测试需要的合路器为终端输入端口数N。

将基站输出端口分为2组，其中，第一组基站输出端口包括基站输出端口1、2、3、4，第二组基站输出端口包括基站输出端口5、6、7、8。

在基站与信道模拟器之间，连接方式如下：

为第一组基站输出端口分配一组信道模拟器(包括信道模拟器1、3)，利用1分2高精度功分器连接第一组基站输出端口和该组信道模拟器的输入端口，具体如图2所示，包括：利用1分2高精度功分器连接基站输出端口1和信道模拟器1、3的输入端口1；利用1分2高精度功分器连接基站输出端口2和信道模拟器1、3的输入端口2；利用1分2高精度功分器连接基站输出端口3和信道模拟器1、3的输入端口3；利用1分2高精度功分器连接基站输出端口4和信道模拟器1、3的输入端口4。

为第二组基站输出端口分配一组信道模拟器(包括信道模拟器2、4)利用1分2高精度功分器连接第二组基站输出端口和该组信道模拟器的输入端口，具体包括：利用1分2高精度功分器连接基站输出端口5和信道模拟器1、3的输入端口1；利用1分2高精度功分器连接基站输出端口6和信道模拟器1、3的输入端口2；利用1分2高精度功分器连接基站输出端口7和信道模拟器1、3的输入端口3；利用1分2高精度功分器连接基站输出端口8和信道模拟器1、3的输入端口4。

每个基站输出端口连接到1分2高精度功分器的输入端口，通过调整信道模拟器输入端口预设的幅度和相位，对1分2高精度功分器分出的2个信号通路进行校准，保证2个信号通路通过的信道模拟器的输入端口在同一时刻接收到的输入信号的幅度、相位完全相同。

在终端与信道模拟器之间，连接方式如下：

在为第一组基站输出端口分配的信道模拟器中选择信道模拟器1的输出端口1，在为第二组基站输出端口分配的信道模拟器中选择信道模拟器2的输出端口1，将选出的信道模拟器1的输出端口1和信道模拟器2的输出端口1通过高精度合路器连接到终端输入端口1。

在为第一组基站输出端口分配的信道模拟器中选择信道模拟器1的输出端口2，在为第二组基站输出端口分配的信道模拟器中选择信道模拟器2的输出端口2，将选出的信道模拟器1的输出端口2和信道模拟器2的输出端口2通过高精度合路器连接到终端输入端口2。

在为第一组基站输出端口分配的信道模拟器中选择信道模拟器3的输出端口1，在为第二组基站输出端口分配的信道模拟器中选择信道模拟器4的输出端口1，将选出的信道模拟器3的输出端口1和信道模拟器4的输出端口1通过高精度合路器连接到终端输入端口3。

在为第一组基站输出端口分配的信道模拟器中选择信道模拟器3的输出端口2，在为第二组基站输出端口分配的信道模拟器中选择信道模拟器4的输出端口2，将选出的信道模拟器3的输出端口2和信道模拟器4的输出端口2通过高精度合路器连接到终端输入端口4。

至此，利用功分器、信道模拟器和合路器将基站输出端口和终端输入端口连接起来，在基站和终端建立起模拟测试所需的通信信道。

接下来，就可以基于上述连接测试基站和终端之间的下行信道性能。

按照公式一，图2中基站输出端口输出的信号和输入终端输入端口的信号之间的输入输出公式可以写为

第k(k＝1,2,…,4)个信道模拟器中模拟的信道冲激相应矩阵为其中，为信道模拟器k的输入端口p(p＝1,2,…,4)与输出端口q(q＝1,2)之间模拟的信道冲激响应。

在信道模拟器的输入端口侧，信道模拟器k的输入端口依次接入基站输出端口的输出信号为如果添加的噪声为则信道模拟器k的第q个输出端口的信号

在信道模拟器的输出端口侧，执行信号合路：将第至共2个信道模拟器的第(n-1)mod2+1端口采用高精度合路器合路，输入至终端第n(n＝1,2,…4)个输入端口，终端第n个端口的输入信号

基于上述基站输出端口的输出信号、输入信道模拟器的输入端口的信号、信道模拟器输出端口输出的信号、输入终端输入端口的信号、以及相互关系的分析和描述，可以实现对下行信道的性能测试：信道模拟器之间采用时钟同步，同时播放信道冲激响应(基站信号在信道模拟器中经历不同大尺度和小尺度衰落，使得基站输出端口和终端输入端口之间的信道冲激响应也各不相同)。基站下行信号通过多个信道模拟器进入终端，发起下行数据业务，终端通过记录的吞吐量来评估基站和终端在多输入多输出天线配置下的性能，具体的评估方法可采用现有技术。

从上述对本发明实施例用于多输入多输出信道测试的方法的原理以及举例说明可以看出，本发明具有以下优点：(1)仅需使用基本的射频器件合路器和功分器，整个测试系统连接简单。(2)信道模拟器间无需增加高速数字接口，大大降低信道模拟器设计复杂度和成本。(3)本发明适用于下行和上行或上下行并发的性能测试，并可用于多种多输出多输出系统，例如LTE系统、TDD系统和FDD系统等。(4)本发明在理论上可支持无限根的发送和接收天线配置，并可支持多终端并行测试。(5)经测试证明，使用本发明的方法对信道模拟器的输入端口信号进行校准后，信道性能测试的测试精度与适用高速数字接口的方案相同。

以上对本发明实施例用于多输入多输出信道测试的方法进行了详细说明，并结合具体的例子对信道测试过程进行了描述，本发明还提供了一种用于多输入多输出信道测试的装置，以下结合图3进行详细说明。

参见图3，图3是本发明实施例用于多输入多输出信道测试的装置的结构示意图，如图3所示，该装置包括：计算单元301、控制单元302；其中，

计算单元，用于根据基站输出端口数、终端输入端口数、以及信道模拟器的输入端口数和输出端口数确定信道测试所需的功分器数、信道模拟器数、合路器数；

控制单元，用于利用功分器连接基站输出端口和信道模拟器的输入端口，利用合路器连接信道模拟器的输出端口和终端输入端口，以使每个基站输出端口的输出信号均通过功分器、信道模拟器、合路器后到达所有终端输入端口。

图3所示装置中，

所述计算单元301，根据基站输出端口数、终端输入端口数、以及信道模拟器的输入端口数和输出端口数确定信道测试所需的功分器数、信道模拟器数、合路器数之后，进一步用于：对基站输出端口进行分组，并为每组基站输出端口分配一组测试所需的信道模拟器；

所述控制单元302，利用功分器连接基站输出端口和信道模拟器的输入端口时，用于：针对每个基站输出端口，从为该基站输出端口所属基站输出端口组分配的各信道模拟器中选择一个输入端口，利用功分器将该基站输出端口连接到选择的各输入端口；

所述控制单元302，利用合路器连接信道模拟器的输出端口和终端输入端口时，用于：针对每个终端输入端口，从为每组基站输出端口分配的一组信道模拟器中选择一个信道模拟器的一个输出端口，利用合路器将选出的所有输出端口连接到该终端输入端口。

图3所示装置中，

所述计算单元301，根据基站输出端口数、终端输入端口数、以及信道模拟器的输入端口数和输出端口数确定信道测试所需的功分器数、信道模拟器数、合路器数时，用于：将基站输出端口数确定为测试所需的功分器数；将终端输入端口数确定为测试所需的合路器数；计算基站输出端口数M与信道模拟器的输入端口数P的商α、和终端输入端口数N与信道模拟器的输出端口数Q的商β，将α与β的乘积确定为信道测试所需的信道模拟器数；

所述计算单元301，对基站输出端口进行分组，并为每组基站输出端口分配一组测试所需的信道模拟器时，用于：将基站输出端口按照平均分配的原则分成α组，为每组基站输出端口分配由β个信道模拟器组成的一组信道模拟器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。