引言

    智能天線（或beamforming）可以通過(guò)將’beam’對(duì)準(zhǔn)特定的用戶，顯著的提高用戶接收信噪比和降低對(duì)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(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，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，通常可以假定相關(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，提高增益，同時(shí)降低對(duì)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(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2a下行8×1配置

   圖2b上行1×8配置

    圖2單個(gè)SR5500M既可以配置成MIMOmode，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3RPI工作連接圖

    控制電腦上的外部程序先發(fā)送命令給SR5500Testkit，SR5500Testkit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。

    4 自動(dòng)化測(cè)試的實(shí)現(xiàn)

    我們選取智能天線的2個(gè)上行測(cè)試用例為例描述自動(dòng)化測(cè)試的實(shí)現(xiàn)。

    1）多天線解調(diào)測(cè)試（靜態(tài)測(cè)試）：在不同的來(lái)波角度（DOA）下測(cè)試接收性能。各條徑存在一定的角度擴(kuò)展，各條徑分別來(lái)自不同的角度。驗(yàn)證在該傳播環(huán)境下接收機(jī)的解調(diào)性能。傳播環(huán)境如表1－表3所示。

    2）動(dòng)態(tài)DOA測(cè)試（動(dòng)態(tài)測(cè)試）：在不同的傳播環(huán)境下，模擬隨時(shí)間改變的來(lái)波角度，各條徑的角度相同。驗(yàn)證接收機(jī)判斷來(lái)波角度的準(zhǔn)確性，以及接收機(jī)的解調(diào)性能。傳播環(huán)境如表1－表3所示（但各徑角度差為0）。

          表1:Case1農(nóng)村

4.1自動(dòng)化測(cè)試可視化軟件

    n 完全控制一臺(tái)到多臺(tái)SR5500M，對(duì)于所有測(cè)試步驟（如DOA的角度調(diào)整，缺省參數(shù)的配置等），均自動(dòng)化進(jìn)行測(cè)試，不需要用戶的手動(dòng)干預(yù)

    n 通過(guò)圖形用戶界面（GUI）使用戶非常容易的設(shè)置參數(shù)，提供自動(dòng)化測(cè)試的設(shè)置接口，進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試

    n 軟件通過(guò)IP與SR5500 Testkit連接，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)化測(cè)試

    n 軟件用Tcl編寫(xiě)，通用性和可移植性強(qiáng)

軟件主界面如圖4.1所示。

    圖4.1軟件主界面

    4.2自動(dòng)化測(cè)試過(guò)程

    如圖4.2.1所示，設(shè)置IP地址和端口是為與SR5500 Testkit通信，然后就可以選擇信道模型、測(cè)試頻點(diǎn)、輸入輸出功率，選擇靜態(tài)或動(dòng)態(tài)。如果是靜態(tài)，則只有角度初始值生效，如果是動(dòng)態(tài)，則按照角度步進(jìn)值和角度終止值自動(dòng)執(zhí)行，為了測(cè)試穩(wěn)定性和記錄的方便，軟件還提供了每個(gè)測(cè)試點(diǎn)時(shí)長(zhǎng)和等待記錄結(jié)果的時(shí)長(zhǎng)：

  圖4.2.1測(cè)試軟件

    設(shè)置完成后，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，即可看到執(zhí)行窗口界面，如圖4.2.2所示：

  圖4.2.2開(kāi)始測(cè)試

    測(cè)試運(yùn)行過(guò)程中，可以從該窗口觀察測(cè)試實(shí)時(shí)狀態(tài)，如圖4.3.3所示。同時(shí)在基站端觀察并記錄測(cè)試結(jié)果。

圖4.3.3測(cè)試實(shí)時(shí)狀態(tài)

    5小結(jié)

    本文介紹了一種通過(guò)SR5500的RPI接口，非常方便的用腳本語(yǔ)言編寫(xiě)程序完成自動(dòng)化測(cè)試的方法。自動(dòng)化測(cè)試大大節(jié)省了人力，加快了測(cè)試進(jìn)度，將測(cè)試工程師從繁瑣的智能天線設(shè)置工作解放到更多的分析工作上去。我們將進(jìn)一步努力以改進(jìn)和提高TD-SCDMA智能天線商用部署前測(cè)試。