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射频接收机的测试装置

基本信息

  • 申请号 CN00810474.3 
  • 公开号 CN1361953A 
  • 申请日 2000/07/14 
  • 公开日 2002/07/31 
  • 申请人 诺基亚移动电话有限公司  
  • 优先权日期  
  • 发明人 B·卡迪夫  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 芬兰埃斯波 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公司 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 邹光新 
  • 有效性 发明公开 
  • 法律状态
  •  

摘要

用于产生测试信号确定接收机性能的测试设备,该设备包括信号发生器装置,用来产生测试信号;衰落装置,用来改变测试信号,使它具有发射机和接收机之间发射的射频信号所具有的衰落特性;一个比较器,将改变过的信号的信号特性与一个基准信号的信号特性进行比较;和控制装置,按照比较器的控制信号通过测试信号功率补偿改变过的信号和基准信号之间的变化。
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权利要求书


1.用于产生测试信号,确定接收机性能的测试设备,该设备包 括信号发生装置,用来产生测试信号;衰落装置,用来改变测试信号, 使它具有发射机和接收机之间发射的射频信号所具有的衰落特性;一 个比较器,将改变过的信号的信号特性跟一个基准信号的信号特性进 行比较;和控制装置,按照比较器的控制信号通过控制测试信号功率 补偿改变过的信号和基准信号之间的变化。

2.权利要求1的测试设备,还包括这样的装置,用来在测试信 号的改变和测试信号功率的控制之间引入一个时间延迟。

3.权利要求1或者2的测试设备,其中的测试信号包括一个伪 随机比特序列。

4.以上权利要求中任意一个的测试设备,其中的衰落装置至少 能够按照发射机和接收机之间多条射频路径中的一条改变测试信号。

5.权利要求4的测试设备,其中的射频路径特性可以动态地改 变。

6.以上权利要求中任意一个的测试设备,还包括这样的装置, 用来将接收机收到的改变过的信号跟产生的测试信号进行比较。

7.以上权利要求中任意一个的测试设备,其中的测试信号是一 个射频测试信号。

8.权利要求1到6中任意一个的测试设备,其中的测试信号是 一个I和Q测试信号。

9.权利要求1到6中任意一个的测试设备,其中的测试信号是 一个模拟的射频测试信号。

10.以上权利要求中任意一个的测试设备,还包括功率估计装置, 用来估计改变过的信号的功率,其中被比较的信号特性是信号功率。

11.权利要求1到9中任意一个的测试设备,还包括功率估计装 置,用于估计改变过的信号的功率,其中被比较的信号特性是信干比。

12.权利要求1到9中任意一个的测试设备,还包括功率估计装 置,用于估计改变过的信号的功率,其中被比较的信号特性是信噪比。

13.以上权利要求中任意一个的测试设备,其中的衰落特性对应 于瑞利衰落。

14.权利要求1到12中任意一个的测试设备,其中的衰落特性对 应于Ricean衰落。

15.基本上按照在此之前参考附图所描述的,和/或其中说明的 测试设备。

16.一种产生测试信号用于确定接收机性能的方法,该方法包括 产生一个测试信号;改变测试信号使它具有发射机和接收机之间发射 的射频信号的衰落特性;将改变过的信号的信号特性跟基准信号的信 号特性进行比较;通过控制测试信号功率补偿改变过的信号跟基准信 号之间的特性差别。

17.基本上按照前面参考附图描述的方式和/或其中所说明的方 式产生测试信号的一种方法。
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说明书

本发明涉及产生用于确定接收机性能的测试信号的设备和方法。
接收机性能的一个重要度量是它的灵敏度,测量灵敏度的一种设 备是将收到的信号的被测误码率(BER)跟信噪比进行比较。
影响接收机被测误码率的主要因素是信道噪声(例如热噪声、其 它发射机信号的噪声和其它通信信道的干扰)和多径传播效应。
在这 两种效应中,如果不加以补偿的话多径传播对误码率影响最大。
在发射机和接收机之间存在两条或者更多不同传播路径的时候就 会出现多径传播。
例如,如果一个反射表面(例如附近的建筑物)在 发射机和接收机之间提供另外一条传播路径就会出现第二条路径。
在 接收机那里两条路径的信号组合会导致跟频率有关的衰落、跟频率有 关的相位非线性和延迟响应效应。
多径传播导致的信道效应跟这个信道是窄带信道还是宽带信道有 关。
当发射机/接收机或者传播媒介处于运动过程中的时候,窄带信 道内的多径传播会导致快衰落。
衰落速率正比于发射机和接收机之间 的速度。
宽带信道中的多径传播会导致频率选择性衰落(也就是说信 道内不同频率的信号衰落程度不同)。
衰落(也就是信号强度不定地增强/减弱)是由于多径传播信号 之间的相加和相互抵销这些干扰造成的。
理想情况下,接收机误码率的测量是在真实条件下进行的。
但是, 要做到这一点需要全面地设计接收机使其能够工作在各种条件之下(例 如在不同类型的区域,接收机能以不同的速度运动)。
但是为了简化误码率测量过程,并且在设计的早期阶段测试接收 机的性能,已经开发了各种模型用来模拟发射机和接收机之间的信道 传播特性。
利用这些模型就能够在接收机的设计阶段在实验室里测定 不同信道传播条件下接收机的性能,同时能够在现场测试接收机(例 如产品的定型试验)。
加性高斯白噪声(AWGN)被用于模拟信道噪声。
加性高斯白噪声 有一个恒定的能量密度,它不依赖于频率,并且能够很好地模拟信道 上的被测噪声。
典型情况下当信道噪声增强的时候接收机性能就会下降(也就是 说当信道噪声增强的时候接收机的被测误码率会增大)。
多径传播导致的衰落效应既可以用一个Ricean又可以用一个瑞利 概率密度函数来模拟。
Ricean衰落模型通常都被用于视距传播信号为主的信道。
瑞利衰 落模型,更一般的Ricean模型的一种特殊情形,通常被用于模拟没有 主要传播路径的信道。
利用信道衰落模型,无线接收机设计师就能够在实验室里模拟各 种不同条件下的信道特性(例如移动接收机的不同的运动速度、城市 环境等等)。
因此,这些新模型中能够用于在接收机设计的早期在各种 不同条件下测试接收机的性能,以及用于现场测试接收机(例如产品 的定型试验)。
模拟长持续时间衰落的时候,某些信道模型会在接收机中导致误 码。
但是,对于具有功率控制射频链路的接收机,接收机的功率控制 能力能够在工作过程中减少衰落的影响。
因此这些信道模型能够给出 跟实际结果相比乐观的性能估计。
需要改变这种情况。
根据本发明的第一方面提供了一种测试设备,用于产生测试信号 来确定接收机的性能,该设备包括信号发生装置,用于产生测试信号; 衰落装置,用于修正测试信号,使模拟具有发射机和接收机之间射频 信号衰落特性的信号;一个比较器,用于将改变过的信号的特性跟基 准信号的特性进行比较;以及控制装置,根据比较器的比较结果通过 控制测试信号的功率来补偿改变过的信号和基准信号之间的差别。
本发明通过在信道模型中结合进功率控制环路模型来模拟具有功 率控制射频链路的射频接收机的性能。
因此,利用本发明就能够利用 真实设计估计来设计接收机。
最好在测试信号的改变和测试信号功率的控制之间引入一个时间 延迟。
在真实网络中使用具有功率控制射频链路的接收机的时候,发 射信号功率应该按照网络功率控制算法来改变。
但是,实际的功率控 制变化存在延迟,例如,由功率控制更新速率所引起,由信号测量所 需的时间引起。
最好是选择时间延迟的长度来代表实际网络中使用的 接收机会出现的时间延迟。
第二方面,本发明提供一种方法,用于产生测试信号来确定接收 机的性能,该方法包括产生一个测试信号;改变测试信号使它代表发 射机和接收机之间发射的射频信号的衰落特性;将改变过的信号的信 号特性跟一个基准信号的信号特性进行比较;通过控制测试信号功率 补偿改变过的信号的特性跟基准信号特性之间的差别。
为了更好地理 解本发明以及如何应用本发明,将通过实例参考附图,其中: 图1是结合了本发明的测试设备的一个实验装置的原理框图; 图2是本发明中测试设备的一个原理框图; 图3a是单独一条路径的衰落模型; 图3b是一个多径衰落模型。
下面将参考适用于宽带码分多址蜂窝电话网络无线电话的测试来 描述本发明的一个实施方案。
但是,这些测试设备还适合于测试其它 类型的接收机。
图1说明适合于模拟接收机(例如无线电电话)要在其中工作的 不同信号传播环境的测试设备1,从而在接收机要工作的不同环境中测 试接收机的灵敏度。
一般情况下接收机的灵敏度是通过测量接收机收 到的信号的误码率来测量的。
但是,也可以采用其它类型的测试方法, 例如测量帧差错率(FER)。
导致接收机无法准确地恢复数据的信号变 化的主要原因是噪声干扰和多径传播效应。
测试设备1包括一个信号发生器2和一个信道模型3。
信号发生器 2跟信道模型3连接,信道模型3则跟无线电电话4连接。
测试单元5 跟无线电电话4和信号发生器2连接。
信号发生器2模拟发射机,例如蜂窝网络中的一个基站。
但是为 了使发射的射频辐射最小,信号发生器最好是产生一个模拟的射频信 号。
但是这个信号可以作为I和Q信号、视频信号或者中频信号发射。
信号发生器2提供一个测试信号17给信道模型3,如上所述,它 是一个模拟的射频信号、I和Q数据、一个中频信号或者用于发射的射 频信号。
测试信号17采用一个伪随机比特序列。
信道模型3模拟基站 和无线电电话之间无线电电话要在其中工作的不同信号传播条件下的 通信信道,例如给定区域内不同数量的用户、无线电电话的不同运动 速度和不同的地理区域。
如上所述,信道模型3给测试信号17增加多 种不同信道条件下的信道效果。
信道条件通常是通过一个计算机接口 (没有画出)由测试设备1的用户选择的。
信道模型3提供改变过的信号18给无线电电话4,无线电电话4 试图恢复伪随机比特序列。
无线电电话4通过链路19将恢复出来的伪 随机比特序列提供给测试单元5。
测试单元5,通过将恢复出来的伪随 机比特序列跟信号发生器2通过链路20提供给测试单元5的发射的伪 随机比特序列进行比较,针对信道模型模拟的信道条件,计算无线电 电话4恢复出来的改变过的信号18的误码率。
无线电电话4实际上可以是正在设计中的一个无线电电话或者是 一个正在设计中的无线电电话的仿真模型,从而能够在设计过程中测 试无线电电话的灵敏度。
图1中将信号发生器2、信道模型3、测试单元5和无线电电话4 画成不同的单元。
但是它们中间的一些或者全部单元可以组合起来成 为单独一个测试单元。
图2说明信道模型3,它模拟发射机和有一个功率控制射频链路的 接收机之间的通信信道,例如在蜂窝网络(例如全球移动通信系统、PDC 和宽带码分多址系统)中工作的无线电电话。
信道模型3有一个可变增益放大器6,它的输出端跟衰落模型7的 输入端连接。
衰落模型7的输出端跟加法器21的第一个输入端连接, 加法器21的第二个输入端跟一个加性高斯白噪声发生器12连接。
可 变增益放大器6通过它的输入端接收测试信号17,加法器21在它的输 出端产生改变过的信号18。
信号功率估计器8跟衰落模型7的输出端 和加法器21的输入端连接。
信号功率估计器8跟比较器9的第一个输 入端连接。
一个基准信号功率发生器10跟比较器9的第二个输入端连 接。
比较器9的输出端跟门限检测器11连接。
门限检测器11的输出 端跟可变增益放大器6的控制输入端连接,构成一个反馈环路。
测试信号17被输入给可变增益放大器6。
如同下面将描述的一样, 可变增益放大器6按照比较器9通过门限检测器11提供的信息控制测 试信号功率。
可变增益放大器6提供功率被改变过的测试信号22给衰 落模型3。
衰落模型3为测试信号22增加一组信道条件下的衰落效果,得到 一个改变过的信号23。
衰落类型可以按照测试员希望模拟的环境类型 来加以选择。
例如,可以将衰落模型7选择为单一路径的衰落或者多 径衰落,使用瑞利概率密度函数或者Ricean概率密度函数,本领域中 的技术人员对此都十分了解。
输入判据,例如发射机和接收机之间的 距离,接收机的速度和地形类型可以由测试员通过计算的接口(没有 画出)来加以选择。
图3a和3b说明衰落模型3中可以采用的衰落模型的一些实例, 在本领域中大家都了解这些。
图3a画出了一个单路径模型,其中的信 道的衰落曲线12通过乘法器13跟测试信号22相乘。
图3b画出一个 多径衰落模型,其中每条不同的路径都用不同的延迟14和/或不同的 衰落曲线15来进行模拟。
每条路径不同的模拟信号都用一个乘法器13 跟测试信号22相乘,然后由加法器16合并。
衰落模型7将改变过的信号23提供给加法器21。
加法器21将改 变过的测试信号23跟模拟的加性高斯白噪声概率密度函数12产生的 信道噪声相加。
从加法器输出的改变过的测试信号18被提供给无线电 电话4。
衰落模型7还提供改变过的信号23给信号功率估计器8。
信号功 率估计器8确定改变过的信号23的功率,或者如果信号是被模拟的就 确定表示的功率。
信号功率估计器8还能够引入一个时间延迟,代表 实际通信系统中的时间延迟,下面将详细描述。
功率估计器8提供一个信号24给比较器9,说明改变过的信号23 的信号功率,比较器9将估计出来的输出信号功率跟一个基准信号功 率发生器10提供的一个基准信号功率25进行比较。
比较器9提供一 个信号26给门限检测器11,说明基准信号功率25和估计出来的输出 信号功率之间的差别。
如果估计出来的信号功率大于或小于门限检测 器11相应的上限或者下限值,门限检测器11就控制可变增益放大器6 改变测试信号17的功率,补偿改变过的信号23的功率相对于基准信 号功率25的差别。
使用门限检测器11避免了输入信号功率的快速起 伏,但是可变增益放大器6也可以由比较器9进行控制而不需要门限 检测器11。
为了简化信道模型,来自其它用户的所有噪声,信道噪声和接收 机噪声已经合并在一起,由加性高斯白噪声概率密度函数12表示。
这 意味着信噪比(SNR)近似等于信干比(SIR)。
因此,加性高斯白噪声 概率密度函数12不需要安装在上面描述的功率控制环路内。
然而,如 上所述,加性高斯白噪声函数12可以放在控制环路6、8、9、10、11 内,也可以用来模拟通信信道中信噪比和信干比的效果。
下面将介绍如何用测试设备1来测试宽带码分多址无线电电话的 灵敏度。
宽带码分多址标准要求宽带码分多址网络中发射的射频信号功率 是受控的。
首先,要保证基站接收机收到的所有无线电电话的发射信 号都在指定的功率范围内,从而防止一个无线电电话信号淹没其它无 线电电话信号。
其次,要使得能够共享同一小区的用户的数量最多。
所以,当无线电电话检测到收到的信号的信干比高于或者低于指定值 的时候,无线电电话都要请求基站改变信号功率,从而使收到的信号 的信干比维持在一个指定的值上。
无线电电话通过发射给基站的快速功率控制消息控制发射功率。
每个控制消息都可以请求信号功率改变1分贝。
为了使改变功率电平的延迟最小,快速功率控制消息的更新速率 是1.6kHz。
因此,基站发射的信号的功率可以每隔625微秒改变1分 贝。
宽带码分多址网络中的功率控制能够补偿基站和无线电电话之间 的距离变化和时间超过625微秒的长衰落。
对于时间小于625微秒的 衰落,通常都采用信道编码来恢复丢失的数据。
因此,为了精确地测试无线电电话的灵敏度,上面描述的测试设 备反馈环路6、8、9、10、11跟宽带码分多址功率控制机制具有相同 或相似的特性。
因此,基准信号功率10和信号门限特性被设置成对应 于宽带码分多址网络中使用的值。
另外,在回路中引入一个延迟,最 好是跟功率控制估计器8在一起,模拟实际网络和无线电电话的延迟, 考虑进快速功率控制更新速率,无线电电话测量信号功率电平所需的 时间,以及基站改变信号功率所需要的时间。
根据以上描述,显然本领域中的技术人员会明白可以对本发明进 行各种修改而不会偏离本发明的范围。
例如,可以是控制装置而不是 信号发生器2产生伪随机比特序列,测试设备1可以被用来测试基站 接收机,可以控制信号发生器2来改变信号功率。
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