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  • 默克发布应用于智能天线的商用液晶材料解决方案

    默克发布应用于智能天线的商用液晶材料解决方案

    ● 在偏远地区也能实现连网的低成本、低能耗方案 ● 液晶技术智能天线开启通讯系统新时代 2021年4月7日,德国达姆施塔特 LicriOn™智能天线正在开启通讯系统新时代 licriOn™智能天线具有很多优势,如性能卓越、设计紧凑、节能环保,制造成本也显著低于传统天线。此外,这种智能天线不需要像机械天线一样需要进行频繁地维护、修理或更换。它非常平整,设计上也比前几代的天线更加紧凑,且允许模块化设计。因此,它们可以轻松地融合到船舶、飞机和其他交通工具的使用中。 新型卫星星座让在世界最偏远角落的车辆、机器和移动电话都能实现顺畅连接。然而,要充分发挥网络通讯的巨大潜力,我们需要新一代智能天线。实现万物互联需要的是通用、节能和可负担的技术。 关于默克 科学探索和负责任的企业精神一直是默克科技进步的关键,也是默克自1668年以来永葆活力的秘诀。默克家族作为公司的创始者至今仍持有默克大部分的股份,我们在全球都叫“默克”,仅美国和加拿大例外。默克的三大领域:医药健康、生命科学及电子科技在这两个国家分别称之为“EMD Serono”、“MilliporeSigma”和“EMD Electronics”。默克在中国已经有88年发展历史,目前有超过4,200名员工,在北京、上海、香港、无锡、苏州和南通有20个注册公司。

    时间:2021-04-07 关键词: 默克 智能天线 通讯技术

  • GPS中智能天线的设计与实现

      智能天线就是阵列天线与先进的信号处理技术相结合,将信号处理从时域和频域扩展到空域,利用接收信号的空问信息,来完成空域滤波和定位,从而形成同时具有空时处理能力的天线。与传统的FDMA(频分多址)、TDMA(时分多址)、CDMA(码分多址)方式相比,智能天线引入了SDMA(空分多址)方式。SDMA突破了传统的三维思维方式,在第四维空间上极大地提高了无线频谱资源的利用率。智能天线具有自适应调整天线方向图、跟踪期望信号、抵消干扰信号、提高信干比等很多优点。智能天线技术是信号处理中的一个重要领域。   自适应智能天线研究的核心技术是自适应算法,自适应算法对智能天线的性能和结构有至关重要的影响。经过多年的发展,智能天线理论已经日趋成熟,理论研究方面的主要工作是研究快速高效的智能天线新算法。目前,对智能天线的应用研究已经出现了很多成果,如在移动通信中的应用等。本文将基于功率倒置算[1]来设计一种应用于GPS(全球定位系统)的智能天线系统。   1 基于功率倒置算法的GPs智能天线系统   1.1 智能天线结构   智能天线一般由多个天线单元组成,每一个天线后接一个复数加权器,最后用相加器进行合并输出。   智能的主要含义是指这些加权系数可以根据一定的自适应算法进行自适应调整,智能天线利用现代数字信号处理技术,选择合适的自适应算法,动态形成空间定向波束,使天线阵列方向图主瓣对准用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,从而达到充分利用移动用户信号并抵消或最大程度地抑制干扰信号的目的。给定一组加权值,一定的入射信号强度,不同入射角度的信号,由于在天线间的相位差不同,合并后的输出信号强度也会不同。理想情况下,可以做到将天线方向图主瓣对准有用信号,而把副瓣或零陷对准干扰。   1.2 GPS中智能天线系统的组成   调制在L1载波(1 575.42 MHz)上的射频信号经过BPF(带通滤波器)滤掉带外干扰,经过LNA(低噪声放大器)进行放大,经过功分器使信号以1:1的比例分为两路。在I/Q分离中使用传统的模拟方法,通过90°功分器实现。在波束形成网络中,I/O分量与权值相乘后需经过叠加输出,在叠加中除了第1 阵元的叠加系数为1,其余都将反相叠加,这一过程使用180°功分器实现。   天线接收到的GPS信号十分的微弱,信号功率只有-130 dBm(-160 dBW),经过天线阵元接收后将获得6 dBm的增益,但因天线与LNA之间放置了BPF将引入2 dBm插入损耗,使信号功率变为-126 dBm,经过LNA的放大,信号获得24 dBm的增益。经过功分器将使信号损耗4 dBm。功分器在此系统中有很重要的作用,能够对信号进行1:1的多路分配。   1.3 数字化功率倒置算法的硬件实现   由功分器出来的信号经过1:1的同相分配,一路经过波束形成网络滤波输出,另一路用于功率倒置算法中权值的更新。信由于A/D采样速率越高,采样精度越低,要使得算法移植到DSP(数字信号处理器)中仍能有效,必须保证采样得到的数据位数;而且采样频率过高几乎靠近射频,对DSP的速度要求也会很高。因此在具体处理时,有必要先将GPS射频信号下变频到中频,然后对其中频信号进行带通采样。   1.3.1 下变频与I/Q分离   虽然GPS卫星信号发射的载频是公开的,但多普勒频移将使得在实际载波与己知发射载波之间发生偏离,利用己知载波下变频到零中频的卫星信号,在零频率附近会发生混叠,解决办法是下变频到一个合适中频。对于GPS信号的下变频,可供选择的芯片有CXA1951,CXA3355ER,RF2498,MAX2680/2681/2682,MAX2740/2742/2745/2744等。   1.3.2 量化与采样精度   在A/D的量化过程中,不可避免地有信号损失,对于选定的A/D器件来说,采样精度是确定的,但接收机面对的电磁环境却是随时变化的,如果A/D的动态范围太小,会造成处于弱势的有用信号基本被量化掉。在满足采样速率足够高的情况下,应该选取采样精度至少为12 hit的A/D转换器,这样在预先进行增益处理的情况下,能够保证数据的失真尽可能小。   1.3.3 DSP模块的选择   在天线抗十扰模块的设计中,除了所应用的算法对于抑制干扰有效以外,作为天线部分的一个辅助功能模块,必须始终考虑处理的实时性问题,不能因为这部分数字信号处理工作造成后续各部分的额外困难。这也是本设计中的一个难点,因此在用来完成抗干扰算法的核心芯片的选择上,一定要处理速度足够快,同时还要保证算法的精确度。   目前芯片市场上TI公司和AD公司生产的高性能通用DSP芯片都是流行的芯片,但是TI公司的TMS320C6000系列的性能更加优越,TMS320C64X系列足TMS320C6000系列中定点运算的佼佼者。这种芯片结构的主要特点为:主频400 MHz/5 00 MHz/600 MHz,对应指令周期2.512 ns/1.67 ns(3档可选);每周期最多可以执行8条32 bit的指令,最大处理速度可达4 800 MIPs(百万条指令每秒);8个高度独立的功能单元,包括6个ALU(32 bit/40 bit)、2个乘法器、64个32 bit通用寄存器,专用存取结构;L1/L2两级存储器结构,其中有相互独立的L1P程序缓存以及LID数据缓存各128 kbit,L2(8 Mbit)为统一的程序/数据空间,可以根据需要灵活分配;2个外部存储器接口,其中一个为64 bit的EMIFA,另一个为16 bit的EMIFB;DMA控制器,具有64个独立通道;可由用户设定32 bit/16 bit总线宽度的主机接口,通过它可访问DSP的整个存储空间。   TMS320C64x相对TMS320C6000系列其他的DSP而言,处理能力在多个方面得到了提升,具有更多的功能单元,增加了交叉通道以及双字读取和存储指令,还能对数据进行打包与解包处理,极大地增强了高精度数据处理的能力。   2 功率倒置算法的软件实现及仿真   用DSP实现天线权值的实时更新,目前DSP应用程序的开发多采用高级语言和高级语言混合编写。   存在3个干扰信号的仿真结果,可以看到,3个方向上的干扰信号都被衰减到很小,这也说明算法的有效性。   3 结束语   智能天张的应用必将越来越广泛,在GPS中应用智能天线会有效地改善系统的抗干扰特性。当然,如何设计结构更加合理、性能更加优越的智能天线系统,还有待继续探讨、研究。

    时间:2020-09-08 关键词: GPS 智能天线

  • 功耗降50%  新智能天线或能提升手机一倍待机时间

    功耗降50% 新智能天线或能提升手机一倍待机时间

    在刚刚落下帷幕的 CES 2013 展会上,爱丁堡 Sofant 公司向人们展出了一款新型微智能手机天线,将有可能在未来让智能手机增加一倍的电池待机时间,并最终希望达到减少 90% 天线电量消耗的目的。 我 们知道,手机在待机时,天线是最耗电的部件之一。据 Sofant 公司声称,他们这款智能天线能够保证在待机状态下,令手机的功耗降低 50% ,在通 话过程中的电量功耗与以往的天线相比,表现更低。 虽然智能手机如今拥有各种先进的功能和硬件,但是它的天线技术似乎已经有点落后,并开始成为数据传输的瓶 颈。 因此, Sofant 公司的新技术采用了智能控制系统,能够自动检索出区域内最佳信号塔,并进行实时锁定,减少了手机重复多次搜索信号的频率和因连接到微弱的信号塔,造成网络拥堵而浪费的时间。从而提高了数据传输的效率,比传统的天线连接提升了更高的水平。 然而,这项技术可能需要再多几年的时间才能被广泛应用。如果 Sofant 公司所言非虚,智能天线将或许能带给人们更节能、更高效的智能手机。

    时间:2020-09-06 关键词: 智能手机 智能天线

  • Microchip MOST150 INIC 实现智能天线模块与汽车控制、音视频及IP网络同轴连接

      运营商面临的容量挑战   在全球范围内,运营商们正面临着来自用户对于通信可靠性、高速以及蜂窝服务稳定性需求不断增长的严峻挑战,而解决这一难题的关键就在于增加网络容量。   过去,运营商主要通过三种方式获得额外的容量:提高频谱效率、扩大频谱范围以及在现有网络基础设施之上增加蜂窝或扇区。   由于容量大小取决于信号干扰噪声比(SINR),要达到最大的吞吐量就需要采用各种技术将射频路经中的噪声降到最低,并将干扰抑制提升到最高。下面我将简单阐述能够应对相关领域问题的,最常被部署的天线技术。   增加容量的天线解决方案   扇区塑造   对于已经部署LTE网络的运营商而言,他们已经意识到LTE网络对于干扰更为敏感。为此,射频工程师在涉及到为LTE网络设计蜂窝以及所选天线的规格时,须格外谨慎。   当运营商在新的频带上部署LTE网络时,他们通常会用新的天线取代旧的天线,因为新的天线可在同一天线罩中增加更多天线阵列,从而为新的LTE频带提供额外的端口。而在不增加天线罩的情况下,增加站点的容量不会对站点租用成本、风载和美观造成太大影响。但是,在同一天线罩中增加更多天线阵列并非易事,因为阵列之间的相互作用会降低波束方向图性能,从而影响现有网络的服务质量。因此,运营商必须确保在网络中部署的新型多频带天线在性能方面不低于被替换掉的天线。   运营商在选择新的天线时应牢记两点:该天线的性能要通过符合BASTA天线标准的数据表描述,以及该天线要具有良好的扇区塑造性能。具有出色扇区塑造性能的天线可以最大程度地提高覆盖用户的蜂窝内的辐射能量,并最大程度地减少对其他用户造成干扰的蜂窝外的辐射能量。这种天线的波束具有出色的扇区边缘滚降特性以及前后比(F/B)和前侧比 (F/S) 。   多波束天线   增加站点的扇区数量是一种高性价比的扩容方式。通过采用单65°波束覆盖120度扇区,再通过使用辐射一对33°波束的多波束天线使之分裂为两个扇区,容量几乎可以增加一倍。这两个波束均由一个BSA形成,指向距离法线+/-30°的范围内,这样双波束天线就可以简单地取代现有的BSA,且无需重新定位或重新指向。   康普可提供一系列多波束解决方案,包括具有高低频带选项的5波束天线系统、业内首个18波束天线,这些天线也可以装在车载基站(CoW)上。   增加异构网络中城域站点的容量   HetNet是由宏蜂窝和户外小型蜂窝/城域蜂窝站点组成的,这些站点可集体提供宽广的覆盖范围以及高容量数据的目标区域。城域蜂窝通常被安装在路灯柱和路边设施中,并被设想采用简单的全向定向鞭状天线。康普同射频规划公司以及德克萨斯大学共同进行的研究显示,在城域站点层部署更高性能的天线可以显著增加容量。康普设计了具有更小的垂直波束宽度、具有上副瓣抑制以及具有波束下倾功能的多种型号的MetroCell天线,可提供实现城域站点投资价值所需要的更高的性能。   展望未来   运营商未来将不可避免地面临用户对于网络速度和质量要求越来越高的压力。运营商应当不断推进其网络的现代化进程,并针对无线基础设施及所提供的服务部署各种先进技术,以便为应对容量挑战做好充分准备。

    时间:2020-08-31 关键词: Microchip adas most150 os81118af 智能天线

  • 20万套 中移物联网发布引进代工企业生产NB-IoT智能天线

    20万套 中移物联网发布引进代工企业生产NB-IoT智能天线

      7月19日,中移物联网发布引进代工企业生产NB-IoT智能天线约20万套的公告。      此次,中移物联网引进企业代工生产NB-IoT智能天线,在资格预审阶段不划分标包,比选人将在资格预审后的比选阶段划分多个标包,并且各标包的采购时间将根据具体需求确定。   据悉,此次中移物联网引进代工企业的交货时间是要求企业在订单下达之日起20个自然日内完成生产任务(包括备料、SMT、组装、测试、包装等全部生产环节所需时间)并处于待发货状态。项目的性质是货物比选,资格预审。同时,此次资格预审的有效期文所属本资格预审项目标包合同签订后2年。   值得注意的是,此次比选为预估数量,实际数量可能会小于比选数量,最后实际数量以入库数量清单为准;合同的实际执行情况可能与比选结果有出入,采购人不为此负任何责任。合同以订单方式执行,合同期限内订立的有效订单始终具有约束力,直至全部订单项下所有义务全部履行完毕获一大终止、解除等。   据运营商世界网了解到,从4月份起,中移物联网先后三次进行了NB-IoT智能天线代工生产项目招标,每次的数额都只是1500台,总数是4500台,产品是物联网终端。中标的是京信通信系统(中国)有限公司,中选份额为100%。而此次招标的产品是其他终端,数量也扩大到了20万套。

    时间:2020-07-10 关键词: 物联网 智能天线

  • 中国移动正式发布了2019年4+4+8+8独立电调智能天线产品集中采购公告

    中国移动正式发布了2019年4+4+8+8独立电调智能天线产品集中采购公告

    昨日,中国移动发布2019年“4+4+8+8”独立电调智能天线产品集中采购(第二批次)公告。据悉,本次集采预估采购规模约为28.19万面。 本集采采用份额招标: 中标人数量为2至4个:若中标人数量为2家,即第一名中70%、第二名中30%; 若中标人数量为3家,即第一名中50%、第二名中30%、第三名中20%; 若中标人数量为4家,即第一名中40%、第二名中30%、第三名中20%、第四名中10%。

    时间:2020-06-06 关键词: 中国移动 智能天线

  • 中国移动公布了2019年4+4+8+8独立电调智能天线产品采购结果

    中国移动公布了2019年4+4+8+8独立电调智能天线产品采购结果

    昨日,中国移动公布2019年“4+4+8+8”独立电调智能天线产品集中采购(第二批次)中标候选人及报价。 其中,第1中标候选人为,武汉虹信通信技术有限责任公司,不含税总价为8 9676 3228.23元,含税总价为1 1657 9219.67元,中标份额为40%; 第2中标候选人为,罗森伯格技术(昆山)有限公司,不含税总价为9 1804 8019.38元,含税总价为1193 46242.52元,中标份额为30%; 第3中标候选人为,华为技术有限公司,不含税总价为12 0876 8366.71元,含税总价为1 5713 9887.67元,中标份额为20%; 第4中标候选人为,京信通信系统(中国)有限公司,不含税总价为11 1682 5705.75元,含税总价为1 4518 7341.75元,中标份额为10%。 据悉,中国移动2019年“4+4+8+8”独立电调智能天线产品集中采购(第二批次)预估采购规模约为28.19万面。

    时间:2020-05-29 关键词: 华为 中国移动 智能天线

  • 智能天线的测试项目及测试方法

    1、引言   智能天线技术的研究起始于20世纪60年代,最初的研究对象是雷达天线阵,主要目的是提高雷达的性能和电子对抗的能力。随着移动通信的发展及对移动通信电波传播、组网技术、天线理论等方面研究的逐渐深入,数字信号处理芯片处理能力不断提高,利用数字技术在基带形成天线波束成为可能。到了20世纪90年代,阵列处理技术引入移动通信领域,很快形成了一个新的研究热点——智能天线。其中,我国在享有独立自主知识产权的TD-SCDMA技术中,就已经成功地引进了智能天线技术。从某种程度上可以说,智能天线是3G区别于2G系统的关键标志之一。   智能天线是利用数字信号处理技术产生空间定向波束,使天线的主波束跟踪用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,利用多个天线单元空间的正交性和信号在传输方向上的差别,将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来,最大限度地利用有限的信道资源。它在提高系统通信质量、缓解无线通信业务日益发展与频谱资源不足的矛盾以及降低系统整体造价和改善系统管理等方面,都具有独特的优点。   既然智能天线有如此多的好处,那么随着TD-SCDMA系统商用化的脚步越来越近,作为T D-SCDMA系统的关键技术之一的智能天线技术也越来越得到大家的重视,因此智能天线的测试方法也就显得至关重要。   2、智能天线的分类   智能天线按照类型可以分为全向智能天线阵和定向智能天线阵。   对于定向智能天线阵来说,包括以下三类测试参数。 (1)电路参数。包括垂直面电下倾角预设置值、垂直面电下倾角精度、垂直面机械下倾范围;输入阻抗、各单元端口驻波比、相邻单元端口隔离度、每端口连续波功率容量。 (2)校准参数。包括校准端口至各单元端口的耦合度、校准端口至各单元端口幅度最大偏差、校准端口至各单元端口相位最大偏差、校准端口驻波比、校准通道耦合方向性。 (3)性能参数。包括各单元端口有源输入回波损耗、垂直面半功率波束宽度、垂直面上部第一旁瓣抑制和下部第一零点填充;单元波束水平面半功率波束宽度、增益、前后比交叉极化比(轴向)和交叉极化比(±60°范围内);业务波束水平面半功率波束宽度、视轴增益、水平面旁瓣电平和前后比、广播波束水平面半功率波束宽度、视轴增益、视轴增益Φ=±60°处电平下降、半功率波束宽度内的电平波动。   对于全向智能天线阵来说,也可以分为三类测试参数。 (1)电路参数。包括垂直面电下倾角预设置值、垂直面电下倾角精度;输入阻抗、各单元端口驻波比、相邻单元端口隔离度、每端口连续波功率容量。 (2)校准参数。包括校准端口至各单元端口的耦合度、校准端口至各单元端口幅度最大偏差、校准端口至各单元端口相位最大偏差、校准端口驻波比、校准通道耦合方向性。 (3)性能参数。包括各单元端口有源输入回波损耗、垂直面半功率波束宽度、垂直面上部第一旁瓣抑制和下部第一零点填充;单元波束水平面半功率波束宽度、增益、前后比交叉极化比(轴向)和交叉极化比(±60°范围内);业务波束水平面半功率波束宽度、视轴增益、水平面旁瓣电平、广播波束视轴增益、方向图圆度。   3、智能天线的测试项目及测试方法   下面针对智能天线不同于普通天线的测试项目进行介绍。   首先,智能天线比普通天线增加了校准端口,主要是为了动态地校准各个单元端口的幅度和相位的一致性,校准的准确与否直接决定了智能天线的应用效果,因此,对校准端口至各单元端口幅度最大偏差和校准端口至各单元端口相位最大偏差提出了相应的要求。在测试的过程中,校准端口与每个馈电端口形成一个校准通道,对任意端口进行测量得到相位/幅度误差,在相同频点上取所有测量值之间的最大偏差即得到本指标。   校准电路参数的测量示意如图1所示。 图1 天线校准电路测量示意 测量步骤如下: (1)将被测天线安装在符合测量条件的自由空间或模拟自由空间; (2)按测量系统要求进行系统校准; (3)将测量系统与被测天线的校准端口和第i个馈电端口相连接,被测天线的其余端口一律接匹配负载,在工作频率范围内进行传输系数S(i,CAL)的测量; (4)重复步骤(3),测试所有端口的S(i,CAL)值。 测出校准端口CAL至多个辐射端口i的传输系数S(i,CAL)后,对所有测试的S(i,CAL)值分别求模和求相角,将所有模曲线和相角曲线分别画在两张图中,比较并分别求出最大的模(即幅度)偏差和相位偏差。   其次,是各单元端口有源输入回波损耗。   有源输入回波损耗区别于普通的回波损耗的地方在于它是在各个单元端口均有输入信号,且是形成不同方向波束的情况下的回波损耗,因此将它叫作有源输入回波损耗,测量示意如图2所示。 图2 有源回波损耗测量示意 有源输入回波损耗间接测量步骤如下: 1)将被测天线安装在符合测量条件 的自由空间或模拟自由空间; (2)按测量系统要求进行系统校准; (3)将测量系统与被测天线的第i个馈电端口相连接,被测天线的其余端口一律接匹配负载,在工作频率范围内进行复反射系数Sii的测量,测量的Sii读数就是第i个馈电端口的自反射系数; (4)将测量系统与被测天线的第i个和第j个馈电端口相连接,被测天线的其余端口一律接匹配负载,在工作频率范围内进行传输系数Sij的测量,测试的Sij读数就是第j个馈电端口到i个馈电端口的传输系数; (5)重复(3)、(4)步骤,测量所有端口的Sii和Sij的值; (6)根据矩阵公式:=[S][a],可以求出任意幅/相激励ai对应的反射信号bi,从而求出第i个辐射端口的复反射系数Γi=bi/ai,根据复反射系数可以求出第i个馈电端口相应的有源输入回波损耗为20lg(Γi); (7)求所有辐射端口有源回波损耗的最大值; (8)重复步骤(6)给出扫描角为0°、±30°、±45°、±55°的幅/相激励ai,求相应的有源回波损耗,重复步骤(7),求所有有源回波损耗的最大值。   第三,智能天线比其他天线增加了单元波束、广播波束和业务波束的概念。   单元波束是指 智能天线阵列中任意馈电端口在其他所有端口都接匹配负载时发射或接收到的辐射方向图。对于智能天线来说,单元波束的指标要求与普通天线的要求区别不大,因此在此不进行重点介绍。   广播波束是指对智能天线阵列施加特定的幅度和相位激励所形成的全向覆盖或扇区覆盖的辐射方向图。   对于定向智能天线,广播波束可以分为30°、65°、90°和100°,分别对应于不同扇区的覆盖要求。对于全向智能天线,广播波束应为360°覆盖,因此对其圆度提出了相应的要求。   不同的天线厂商,由于工艺和设计方式不同,广播波束的幅相加权系数也有所区别,因此要求天线厂商提供不同广播波束相应的幅相加权系数。   业务波束是指对智能天线阵列施加特定的幅度和相位激励所形成的在工作角域内具有任意波束指向扫描以及具有高增益窄波束的方向图。   定向智能天线的第一种波束是指波束为天线端口输入等幅同相信号得到的波束;另一种为各列单元的激励幅度均匀且激励相位呈线性递增(差分相位规定为,其中:为工作频段的中心频点的波长、d为相邻列的水平方向间距、=60°)时所得到的增益。   对于全向智能天线的第一种波束,按照以下公式: 其中,i=1,2,……N,N=8(对于8列阵)。   计算出相应天线端口的幅度和相位,然后进行激励即可得到第一种波束,其中为每个工作频段的中心频点。   以增益测量为例,单元波束、业务波束和广播波束的测试均可以采用图3所示的测试框图。 图3 天线增益测试示意 测试条件如下。 (1)被测天线与源天线具有相同的极化方式。 (2)被测天线和源天线之间测量距离应满足 式中:L——源天线与被测天线距离(m); D——被测天线最大尺寸(m); d——源天线最大辐射尺寸(m); ——测试频率波长(m)。 (3)被测天线应安装于场强基本均匀的区域内,场强应预先用一个半波偶极天线在被测天线的有效天线体积内进行检测,如果电场变化超过1.5 dB,则认为试验场是不可用的;此外,增益基准天线在两个正交极化面上测得的场强差值应小于1 dB。 (4)测量用信号发生器、接收机等测量设备和仪表应具有良好的稳定性、可靠性、动态范围和测量精度,以保证测量数据的正确性。测量用仪表应有计量合格证,并在校验周期内。   测量开始前,应准备好与测量参数相对应的天线阵列幅相加权馈电网络,在对其幅相加权值确认的同时,要在非被测网络单元端接匹配负载的情况下,分别测量出总的馈电输入端口到各阵列单元输入端口传输系数的模|Si,j|(dB),并利用公式: (其中N为阵列单元馈电端口数),求出与测量参数对应的天线阵列加权馈电网络的插入损耗Ln。   开始测量时,必须将被测天线和增益基准天线交替做水平和俯仰调整,以确保每一天线在水平和俯仰上的最佳指向,使其接收的功率电平为最大。   测量步骤如下。 (1)增益基准天线与源天线对准,通过转接,使增益基准天线与接收机相连接,此时接收机接收功率电平为P1(dBm)。 (2)被测天线通过带有相应馈电端口所需加权值的馈电网络转接,使被测天线与接收机相连,然后通过测量调整使它与源天线对准,此时,接收机接收功率电平为P2(dBm)。 (3)重复步骤(1)和(2),直至P1和P2测量的重复性达到可以接受的程度。 (4)被测天线某频率点的增益G按下式汁算: G=G0+(P2-P1)+N式中: G0——基准天线的增益(dBi); N——计入了对应天线阵列加权馈电网络插入损耗Ln后的接收机输入端分别到被测天线和增益基准天线输出端通路衰耗的修正值(dB)。 (其中N为阵列单元馈电端口数),求出与测量参数对应的天线阵列加权馈电网络的插入损耗Ln。   开始测量时,必须将被测天线和增益基准天线交替做水平和俯仰调整,以确保每一天线在水平和俯仰上的最佳指向,使其接收的功率电平为最大。   测量步骤如下。 (1)增益基准天线与源天线对准,通过转接,使增益基准天线与接收机相连接,此时接收机接收功率电平为P1(dBm)。 (2)被测天线通过带有相应馈电端口所需加权值的馈电网络转接,使被测天线与接收机相连,然后通过测量调整使它与源天线对准,此时,接收机接收功率电平为P2(dBm)。 (3)重复步骤(1)和(2),直至P1和P2测量的重复性达到可以接受的程度。 (4)被测天线某频率点的增益G按下式汁算: G=G0+(P2-P1)+N式中: G0——基准天线的增益(dBi); N——计入了对应天线阵列加权馈电网络插入损耗Ln后的接收机输入端分别到被测天线和增益基准天线输出端通路衰耗的修正值(dB)。 5) 在同一个工作频带内,测量高、中、低三个频率点,并计算分贝平均值。 (6)根据电性能要求中的不同增益定义,设置阵列馈电网络各输出端口的幅相加权值,先测出馈电网络相应的插入损耗,然后重复步骤(4)和(5),分别进行相应增益测试。   性能判据为: 对于每个工作频段都进行高、中、低三个频点增益的测试,平均值应满足增益指标的要求,而且高、中、低三个频点增益的最差值不能小于增益指标1.0,否则,判定不合格。   方向图圆度(全向天线)、半功率波束宽度、前后比、交叉极化比和天线电下倾角的测量方法同理也可以参考增益的测试框图和测试步骤进行,在此就不详细介绍了。   4、小结   智能天线测试的复杂度比普通天线要复杂得多,只有做好了以上的测试,才能对智能天线的性能进行全面的考核,将智能天线的优势发挥出来。

    时间:2018-10-24 关键词: 测试方法 测试项目 智能天线

  • OPPO Find X的八天线双核智能切换天线有多牛?

    OPPO Find X的八天线双核智能切换天线有多牛?

    全面屏设计为手机带来了全新的设计思路,不过也改变了手机内部的设计构造,使得手机构造的设计难度增加,尤其是对于一些我们“看不见”的设计上。比如手机的天线设计就是如此,它对消费者“隐形”,但对于我们的使用体验却十分重要。 在全面屏设计上,大家都在追求100%的极限屏占比表现,虽说目前达到这个数字有些天方夜谭,但手机厂商在设计上已经精益求精。OPPO Find X就是其中之一,它具有优秀的全面屏设计,这种对称性的全面屏,才是用户真正所接受的全面屏设计。然而对于挑剔的用户来说,OPPO Find X高达93.8%的极限屏占比,仍然让大家感觉意犹未尽,大家总认为还可以做得更加极限,至少在下巴上还可以更收窄一些。 其实从单纯的外观设计角度上来看,更大的屏占比是可以实现的,只是它会让手机完全丧失防摔能力,这点倒是可以多加注意或者使用保护壳来缓解。但是全面屏设计对于手机内部空间的压缩,对于手机天线设计却是灾难性的。 天线需要净空区 全面屏设计压缩了净空区 首先我们要清楚,手机的天线设计上,需要一个净空区来保证信号传输的强度。净空区所需要的是物理空间,这在传统的手机设计上完全不是问题,毕竟只有60%多屏占比的传统手机设计上,是具有大量的物理空间来配备净空区的。 不过在全面屏的设计之下,手机天线净空区就被严重压缩了,毕竟其他的模组和零件完全没有任何的变化,占据的空间也无法被压缩。天线净空区则很不幸成了牺牲品,因此全面屏设计之下的手机,信号或多或少都会受到净空区的影响。 OPPO Find X的解决之道 八天线双核智能切换 OPPO Find X有着目前手机中最高的屏占比,在天线净空区的设计上同样面临挑战,但是在其开卖许久后,用户并没有对OPPO Find X的信号问题产生疑问,这在我们实际使用了一下这部手机后,就得出了答案。 我们先来看一下对比的测试结果,首先要声明的是,我们的测试地点信号覆盖并不是很好,是属于那种信号覆盖不佳的地点,因此对于手机的要求是会更高的。OPPO Find X在测试时能够稳定的保持在4G信号中,而某款旗舰级别的手机,则不能保持在4G信号中,会时不时的掉回3G层面来保持通讯。 OPPO Find X能够在净空区受限的情况之下,获得优秀的信号表现,在于其运用了独特的八天线双核智能切换技术,它将多根天线分置于手机的多个部位之中,这种分布式设计能够有效避免用户握持时对手机信号传输的影响,无论左右手怎么握持,甚至双手橫置握持,都能保证有足够的天线进行信号传输。而多根天线的配置,也有效缓解了净空区空间压缩导致的信号强度减弱问题,毕竟多根天线也变相的提高了信号强度。 MIMO支持必不可少 蜂窝数据和Wi-Fi都顺畅 OPPO Find X的多天线配置,配合上MIMO技术的支持能够获得更进一步的网络传输性能。MIMO技术的核心就是通过多天线的连接,获得更优秀的连接性能。OPPO Find X在蜂窝网络上支持4x4 MIMO技术,它可以同时使用四根天线与基站进行数据的通讯,与基站的连接几乎不存在掉线的可能,传输速度也有着成倍的提升。 而在Wi-Fi网络上,OPPO Find X也提供了2x2 MIMO的支持,它与不支持该技术的手机相比,传输速率有一倍的差距,并且在信号薄弱区域也能保持稳定的连接,即使连接多台设备的Wi-Fi上,OPPO Find X也总是能够保证低时延的稳定网络表现。 滑动式智能天线设计 另外,OPPO Find X的设计上并不是完全“一成不变”的,在双轨潜望结构设计下,会有滑入状态和滑出状态,两种不同的形态。而运用OPPO的分布式天线设计,即使在划出状态之下,OPPO Find X的信号性能也是不弱于正常状态下的。 追求全面屏的优秀视觉效果,不应该牺牲手机的其它性能为代价,尤其是信号这种关乎基本体验的设计。OPPO Find X很好的权衡了这些方面,并且通过技术手段进行解决,最终得以让Find X在突破性的设计之下,依旧拥有良好的体验水准。

    时间:2018-09-28 关键词: 手机 oppo 电源资讯 智能天线

  • 在智能天线测试方面的探究

      1、引言   智能天线技术的研究起始于20世纪60年代,最初的研究对象是雷达天线阵,主要目的是提高雷达的性能和电子对抗的能力。随着移动通信的发展及对移动通信电波传播、组网技术、天线理论等方面研究的逐渐深入,数字信号处理芯片处理能力不断提高,利用数字技术在基带形成天线波束成为可能。到了20世纪90年代,阵列处理技术引入移动通信领域,很快形成了一个新的研究热点——智能天线。其中,我国在享有独立自主知识产权的TD-SCDMA技术中,就已经成功地引进了智能天线技术。从某种程度上可以说,智能天线是3G区别于2G系统的关键标志之一。   智能天线是利用数字信号处理技术产生空间定向波束,使天线的主波束跟踪用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,利用多个天线单元空间的正交性和信号在传输方向上的差别,将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来,最大限度地利用有限的信道资源。它在提高系统通信质量、缓解无线通信业务日益发展与频谱资源不足的矛盾以及降低系统整体造价和改善系统管理等方面,都具有独特的优点。   既然智能天线有如此多的好处,那么随着TD-SCDMA系统商用化的脚步越来越近,作为T D-SCDMA系统的关键技术之一的智能天线技术也越来越得到大家的重视,因此智能天线的测试方法也就显得至关重要。   2、智能天线的分类   智能天线按照类型可以分为全向智能天线阵和定向智能天线阵。   对于定向智能天线阵来说,包括以下三类测试参数。   (1)电路参数。包括垂直面电下倾角预设置值、垂直面电下倾角精度、垂直面机械下倾范围;输入阻抗、各单元端口驻波比、相邻单元端口隔离度、每端口连续波功率容量。   (2)校准参数。包括校准端口至各单元端口的耦合度、校准端口至各单元端口幅度最大偏差、校准端口至各单元端口相位最大偏差、校准端口驻波比、校准通道耦合方向性。   (3)性能参数。包括各单元端口有源输入回波损耗、垂直面半功率波束宽度、垂直面上部第一旁瓣抑制和下部第一零点填充;单元波束水平面半功率波束宽度、增益、前后比交叉极化比(轴向)和交叉极化比(±60°范围内);业务波束水平面半功率波束宽度、视轴增益、水平面旁瓣电平和前后比、广播波束水平面半功率波束宽度、视轴增益、视轴增益Φ=±60°处电平下降、半功率波束宽度内的电平波动。   对于全向智能天线阵来说,也可以分为三类测试参数。   (1)电路参数。包括垂直面电下倾角预设置值、垂直面电下倾角精度;输入阻抗、各单元端口驻波比、相邻单元端口隔离度、每端口连续波功率容量。   (2)校准参数。包括校准端口至各单元端口的耦合度、校准端口至各单元端口幅度最大偏差、校准端口至各单元端口相位最大偏差、校准端口驻波比、校准通道耦合方向性。   (3)性能参数。包括各单元端口有源输入回波损耗、垂直面半功率波束宽度、垂直面上部第一旁瓣抑制和下部第一零点填充;单元波束水平面半功率波束宽度、增益、前后比交叉极化比(轴向)和交叉极化比(±60°范围内);业务波束水平面半功率波束宽度、视轴增益、水平面旁瓣电平、广播波束视轴增益、方向图圆度。   3、智能天线的测试项目及测试方法   下面针对智能天线不同于普通天线的测试项目进行介绍。   首先,智能天线比普通天线增加了校准端口,主要是为了动态地校准各个单元端口的幅度和相位的一致性,校准的准确与否直接决定了智能天线的应用效果,因此,对校准端口至各单元端口幅度最大偏差和校准端口至各单元端口相位最大偏差提出了相应的要求。在测试的过程中,校准端口与每个馈电端口形成一个校准通道,对任意端口进行测量得到相位/幅度误差,在相同频点上取所有测量值之间的最大偏差即得到本指标。   校准电路参数的测量示意如图1所示。 图1   测量步骤如下:   (1)将被测天线安装在符合测量条件的自由空间或模拟自由空间;   (2)按测量系统要求进行系统校准;   (3)将测量系统与被测天线的校准端口和第i个馈电端口相连接,被测天线的其余端口一律接匹配负载,在工作频率范围内进行传输系数S(i,CAL)的测量;   (4)重复步骤(3),测试所有端口的S(i,CAL)值。   测出校准端口CAL至多个辐射端口i的传输系数S(i,CAL)后,对所有测试的S(i,CAL)值分别求模和求相角,将所有模曲线和相角曲线分别画在两张图中,比较并分别求出最大的模(即幅度)偏差和相位偏差。   其次,是各单元端口有源输入回波损耗。   有源输入回波损耗区别于普通的回波损耗的地方在于它是在各个单元端口均有输入信号,且是形成不同方向波束的情况下的回波损耗,因此将它叫作有源输入回波损耗,测量示意如图2所示。 图2   有源输入回波损耗间接测量步骤如下:   (1)将被测天线安装在符合测量条件 的自由空间或模拟自由空间;   (2)按测量系统要求进行系统校准;   (3)将测量系统与被测天线的第i个馈电端口相连接,被测天线的其余端口一律接匹配负载,在工作频率范围内进行复反射系数Sii的测量,测量的Sii读数就是第i个馈电端口的自反射系数;   (4)将测量系统与被测天线的第i个和第j个馈电端口相连接,被测天线的其余端口一律接匹配负载,在工作频率范围内进行传输系数Sij的测量,测试的Sij读数就是第j个馈电端口到i个馈电端口的传输系数;   (5)重复(3)、(4)步骤,测量所有端口的Sii和Sij的值;   (6)根据矩阵公式:[b]=[S][a],可以求出任意幅/相激励ai对应的反射信号bi,从而求出第i个辐射端口的复反射系数Γi=bi/ai,根据复反射系数可以求出第i个馈电端口相应的有源输入回波损耗为20lg(Γi);   (7)求所有辐射端口有源回波损耗的最大值;   (8)重复步骤(6)给出扫描角为0°、±30°、±45°、±55°的幅/相激励ai,求相应的有源回波损耗,重复步骤(7),求所有有源回波损耗的最大值。   第三,智能天线比其他天线增加了单元波束、广播波束和业务波束的概念。   单元波束是指智能天线阵列中任意馈电端口在其他所有端口都接匹配负载时发射或接收到的辐射方向图。对于智能天线来说,单元波束的指标要求与普通天线的要求区别不大,因此在此不进行重点介绍。   广播波束是指对智能天线阵列施加特定的幅度和相位激励所形成的全向覆盖或扇区覆盖的辐射方向图。   对于定向智能天线,广播波束可以分为30°、65°、90°和100°,分别对应于不同扇区的覆盖要求。对于全向智能天线,广播波束应为360°覆盖,因此对其圆度提出了相应的要求。   不同的天线厂商,由于工艺和设计方式不同,广播波束的幅相加权系数也有所区别,因此要求天线厂商提供不同广播波束相应的幅相加权系数。   业务波束是指对智能天线阵列施加特定的幅度和相位激励所形成的在工作角域内具有任意波束指向扫描以及具有高增益窄波束的方向图。   定向智能天线的第一种波束是指波束为天线端口输入等幅同相信号得到的波束;另一种为各列单元的激励幅度均匀且激励相位呈线性递增(差分相位规定为,其中:为工作频段的中心频点的波长、d为相邻列的水平方向间距、=60°)时所得到的增益。   对于全向智能天线的第一种波束,按照以下公式:      其中,i=1,2,……N,N=8(对于8列阵)。   计算出相应天线端口的幅度和相位,然后进行激励即可得到第一种波束,其中为每个工作频段的中心频点。   以增益测量为例,单元波束、业务波束和广播波束的测试均可以采用图3所示的测试框图。   测试条件如下。   (1)被测天线与源天线具有相同的极化方式。   (2)被测天线和源天线之间测量距离应满足      式中:L——源天线与被测天线距离(m);   D——被测天线最大尺寸(m);   d——源天线最大辐射尺寸(m);   ——测试频率波长(m)。   (3)被测天线应安装于场强基本均匀的区域内,场强应预先用一个半波偶极天线在被测天线的有效天线体积内进行检测,如果电场变化超过1.5 dB,则认为试验场是不可用的;此外,增益基准天线在两个正交极化面上测得的场强差值应小于1 dB。   (4)测量用信号发生器、接收机等测量设备和仪表应具有良好的稳定性、可靠性、动态范围和测量精度,以保证测量数据的正确性。测量用仪表应有计量合格证,并在校验周期内。   测量开始前,应准备好与测量参数相对应的天线阵列幅相加权馈电网络,在对其幅相加权值确认的同时,要在非被测网络单元端接匹配负载的情况下,分别测量出总的馈电输入端口到各阵列单元输入端口传输系数的模|Si,j|(dB),并利用公式:      (其中N为阵列单元馈电端口数),求出与测量参数对应的天线阵列加权馈电网络的插入损耗Ln。   开始测量时,必须将被测天线和增益基准天线交替做水平和俯仰调整,以确保每一天线在水平和俯仰上的最佳指向,使其接收的功率电平为最大。   测量步骤如下   (1)增益基准天线与源天线对准,通过转接,使增益基准天线与接收机相连接,此时接收机接收功率电平为P1(dBm)。   (2)被测天线通过带有相应馈电端口所需加权值的馈电网络转接,使被测天线与接收机相连,然后通过测量调整使它与源天线对准,此时,接收机接收功率电平为P2(dBm)。   (3)重复步骤(1)和(2),直至P1和P2测量的重复性达到可以接受的程度。   (4)被测天线某频率点的增益G按下式汁算:   G=G0+(P2-P1)+N式中:   G0——基准天线的增益(dBi);   N——计入了对应天线阵列加权馈电网络插入损耗Ln后的接收机输入端分别到被测天线和增益基准天线输出端通路衰耗的修正值(dB)。   (5) 在同一个工作频带内,测量高、中、低三个频率点,并计算分贝平均值。   (6)根据电性能要求中的不同增益定义,设置阵列馈电网络各输出端口的幅相加权值,先测出馈电网络相应的插入损耗,然后重复步骤(4)和(5),分别进行相应增益测试。   性能判据为   对于每个工作频段都进行高、中、低三个频点增益的测试,平均值应满足增益指标的要求,而且高、中、低三个频点增益的最差值不能小于增益指标1.0,否则,判定不合格。   方向图圆度(全向天线)、半功率波束宽度、前后比、交叉极化比和天线电下倾角的测量方法同理也可以参考增益的测试框图和测试步骤进行,在此就不详细介绍了。   4、小结   智能天线测试的复杂度比普通天线要复杂得多,只有做好了以上的测试,才能对智能天线的性能进行全面的考核,将智能天线的优势发挥出来。

    时间:2018-06-22 关键词: 测试方面 智能天线

  • TD-SCDMA智能天线的自动化测试

    引言 智能天线(或beamforming)可以通过将’beam’对准特定的用户,显著的提高用户接收信噪比和降低对其他用户的干扰,从而增加系统容量。 TD-SCDMA很大程度上是功率受限系统,同时是一个自干扰系统,又由于TDD系统的天然上下行信道对称性,所以从TD-SCDMA设计之初就开始了对智能天线的实际部署研究。智能天线在TD-SCDMA中开始应用并走向成熟。在后续演进中,TD-SCDMA将向TD-LTE演进,LTE更大程度上引入了带宽受限,所以智能天线/MIMO自适应技术是TDD多天线技术的方向。 任何一项产品特性都需要大量的实验室测试。实验室测试不仅大大节省了成本,加快了产品推出周期,而且比现场测试更易构造各种测试环境可重复性的进行测试,从而提高产品质量。 自动化测试简化测试操作,自动完成设备配置、重复执行、结果记录/分析/报告输出等步骤,大大提高测试效率,进一步加快产品推出周期,扩大了测试的覆盖范围。 通常,测试设备都提供通用的接口,如GPIB,Ethernet等,供软件编程调用。我们在实际应用中,通过对SR5500M的自动化控制完成智能天线的各种测试。进一步,我们将对基站和手机(或其他终端设备)完成自动化控制,届时,智能天线测试将具有更高的性能和更多的特性。 1 智能天线在TD-SCDMA的应用 TD-SCDMA作为TDD系统,上下行信道完全对称,所以通过对上行信号的信道估计即可得到下行信号的权值(权矢量),从而达到波束赋形(Beamforming),无需冗余信号设计或资源占用。 TD-SCDMA基站为8天线单元平板天线,天线单元间距为λ/2,低间距意味着天线间信号的高相关性,通常可以假定相关性均为1,即所有天线经历相同的信道瞬时衰落,天线间信道的差别即为依赖于方向的相位差。通过在不同天线单元自适应调整相位偏移作为各天线单元的权值以控制(steer)天线波束,从而对准相应的用户,提高增益,同时降低对其他用户的干扰。 但TD-SCDMA并不局限于高相关性天线配置,比如为了减少天线面积和重量,近年开发了双极化天线,相当于两个完全不相关的4天线单元阵。此时除了天线单元间的相位偏移外,两个天线阵之间的瞬时衰落不一定相同,因此,需要根据天线单元的信道估计(H)来获得幅度和相位均不相同的复矢量作为各天线单元的权值。从而完成自适应beamforming。 这两种情况的算法设计并不是矛盾的,低相关配置包含了高相关配置的算法,TD-SCDMA的基站实现均根据每天线信道估计得到总的权矢量,因此不管是天线间相关性高或者低,均可直接使用。 在上行方向,基站作为接收机,主要是利用了多天线分集功能,通过最大信噪比合并(MRC)算法获得分集增益。 需要指出的是,不同的天线相关性会影响智能天线性能。这方面的讨论超出了本文的范畴,请参考相关论文。 2 SR5500M-智能天线测试 SR5500M在2007年底推出之时就考虑到TD-SCDMA智能天线的商用测试,即模块化设计。如图1所示,4台SR5500M既可以供不同地点的不同团队测试,比如测试单天线性能等,也可以组合成系统,供同一地点的多个团队测试单天线性能,或供同一团队测试8天线性能,极大的提高了设备利用率: 图1SR5500M 本文讨论8天线测试情况。SR5500M系统既可以测试下行beamforming,如图2a所示,也可以测试上行分集接收,如图2b所示。需要指出的是,下行测试时需要基站工作在测试模式:可以人为指定beamforming的方向。 图2a下行8×1配置 图2b上行1×8配置 图2单个SR5500M既可以配置成MIMOmode,也可以配置成普通mode 。 在正式测试开始前,对SR5500M的各通道进行相位校准,以确保各通道初始相位一致。 3 自动化测试环境 SR5500M提供了RPI接口(Remote Programming Interface)供外部程序控制SR5500M。如图3所示,SR5500 Testkit软件所在电脑通过TCP/IP与1台至4台SR5500M连接,控制电脑亦通过TCP/IP与SR5500M连接(通常, 可以用一个Switch连接所有设备);控制电脑和SR5500 Testkit软件所在电脑合并为一台电脑。 图3RPI工作连接图 控制电脑上的外部程序先发送命令给SR5500Testkit,SR5500Testkit将命令转发给各台SR5500M。这样,所以SR5500 Testkit上的操作均可由外部程序完成,并且通过外部程序完成各种用户定制的复杂的控制或查询。使用通用的脚本编辑软件即可编辑相应的程序,如Tcl,Perl等脚本编辑软件。 4 自动化测试的实现 我们选取智能天线的2个上行测试用例为例描述自动化测试的实现。 1)多天线解调测试(静态测试):在不同的来波角度(DOA)下测试接收性能。各条径存在一定的角度扩展,各条径分别来自不同的角度。验证在该传播环境下接收机的解调性能。传播环境如表1-表3所示。 2)动态DOA测试(动态测试):在不同的传播环境下,模拟随时间改变的来波角度,各条径的角度相同。验证接收机判断来波角度的准确性,以及接收机的解调性能。传播环境如表1-表3所示(但各径角度差为0)。 4.1自动化测试可视化软件 n 完全控制一台到多台SR5500M,对于所有测试步骤(如DOA的角度调整,缺省参数的配置等),均自动化进行测试,不需要用户的手动干预 n 通过图形用户界面(GUI)使用户非常容易的设置参数,提供自动化测试的设置接口,进行自动化测试 n 软件通过IP与SR5500 Testkit连接,可以进行远程自动化测试 n 软件用Tcl编写,通用性和可移植性强 软件主界面如图4.1所示 4.2自动化测试过程 如图4.2.1所示,设置IP地址和端口是为与SR5500 Testkit通信,然后就可以选择信道模型、测试频点、输入输出功率,选择静态或动态。如果是静态,则只有角度初始值生效,如果是动态,则按照角度步进值和角度终止值自动执行,为了测试稳定性和记录的方便,软件还提供了每个测试点时长和等待记录结果的时长: 图4.2.1测试软件 设置完成后,点击运行按钮,即可看到执行窗口界面,如图4.2.2所示: 图4.2.2开始测试 测试运行过程中,可以从该窗口观察测试实时状态,如图4.3.3所示。同时在基站端观察并记录测试结果。 图4.3.3测试实时状态 5小结 本文介绍了一种通过SR5500的RPI接口,非常方便的用脚本语言编写程序完成自动化测试的方法。自动化测试大大节省了人力,加快了测试进度,将测试工程师从繁琐的智能天线设置工作解放到更多的分析工作上去。我们将进一步努力以改进和提高TD-SCDMA智能天线商用部署前测试。

    时间:2018-01-08 关键词: TD-SCDMA 自动化测试 智能天线

  • TD-LTE智能天线自动测试系统解决方案

    TM系列高性能射频开关矩阵和两端口矢量网络分析仪实现TD-LTE9端口智能多频天线S参数自动测试,包括端口驻波、相邻端口隔离度、校准口到各天线单元端口的幅相一致性等指标的测试。 · 一次连接,自动完成天线S参数指标的测试。 · 减轻测试劳动强度,减少测试时间,提高生产效率。 · TM内置匹配负载,空闲端口自动连接到匹配负载,保证测试结果的准确性和一致性。 · 测试结果自动保存,根据定制模版生产测试报表。 · 电子校准件校准,大大减少校准时间。 传统人工测试 · 测量9端口单极化TD-LTE天线的S参数,需要15次连接才能完成。 · 测量9端口单极化TD-LTE天线的S参数,需要35次连接才能完成。 · 工作量相当大,操作繁琐耗时,容易出现误操作,测试准确性难以保证。 · 选用9端口以上网络分析仪,仪器昂贵,生产成本难将接受。 TM系列高性能射频开关矩阵简介   TM系列高性能射频开关矩阵,包括2x8、2x9、2x10、2x12等多种规格,实现全交叉连接,端口驻波小于1.2,端口隔离度高达85dB,内置匹配负载,空闲端口自动连接到匹配负载,保证测试结果的准确性和一致性。

    时间:2017-09-19 关键词: td-lte 自动测试 智能天线

  • 4G智能天线的幕后英雄

    21ic讯 业界翘首以待的4G牌照终于发放了。工信部为三大运营商均颁发了TD-LTE制式的4G牌照。具体频段分配为:中国移动获得1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz,中国联通获得2300-2320MHz、2555-2575MHz,中国电信获得2370-2390MHz、2635-2655MHz。据悉,不久的将来,联通、电信还将获颁FDD-LTE许可。 从最初的调频无线电话,到如今的智能手机或平板电脑,每一次移动设备的更新换代都催生了用户对移动网络的更高要求。从最初的通话、短信、彩信,再到今天拥有三亿痴迷用户的微信、视频播放,日益复杂的应用一次次挑战着移动网络的极限。据艾媒咨询在《2013中国移动互联网发展报告》中指出,2013年上半年中国手机网民规模已经突破5亿大关,2013年年底这一数据将达到5.7亿。预计2014年第一季度,中国手机网民规模将超过整体PC网民规模。4G 网络正是在如此爆炸式增长的业务需求下应运而生。 为了应对未来移动数据指数级别的增长,对运营商而言,提高自己的网络容量势在必行。实施的途径则有几种:一是提高频谱的效率,即在每MHz上承载更多数位——这是LTE部署的最终动因;二是获取更多的频谱使用权——但频谱的资源总是有限,已经成为无线通信中最宝贵的资源;三是增加基站中无线收发设备的部署,如中国移动的8个接受器和8个发射器的部署即是为了在小区边缘提供更好的网络覆盖。 从设备商的角度而言,也有几种方式来帮助提升网络容量。第一种是超级宏,即提高放大器的功率使信号传输的距离更远。此外,还需要增加MIMO,即收发设备来保证小区边缘的覆盖。进一步考虑到用户分布的不均衡,在机场或大型公众场所等人员密集的热点地区还需要低功率的无线电设备来加强覆盖。可见,设备商需要高密度、低功耗、单一设计的无线电设备,既可用于宏基站、小区边缘、热点区域等,也能适用于宽广的频带与多种制式。 遗憾的是,尽管移动业务量飞速增长,在过去20年间,无线电收发信息的设计却停滞不前,一直沿袭了固有的模拟方案,扩展性很差(见图1)。图中可见,该模块中有两个接受器和两个发射器,由多个分立的小器件组成。该设计的局限在于其固定的物理尺寸及功耗预算。举例来说,如果想将它升级为LTE技术所需的8T8R的设计,则需要在原有空间置入四倍的收发信息。此外,该设计是针对某个特定频段,如果要改换频段,则需要全面改变设计。 图1 - 收发器的传统分立式设计 显然,传统的收发器设计很难有效解决多频段的问题。在此次4G频段划分中,中国移动无疑拔得头筹,共获得130M频段,中国电信及中国联通分别获得40M。在如此宽广的频谱规划下,可在多频段内运行的高集成无线芯片组对于TDD-LTE 成为了必需,能支持D 频段100MHz的超宽频多载波技术无疑将在迫在眉睫的4G部署中获得青睐。 PMC 公司在通信领域辛勤耕耘多年,在以往的移动通信发展中,无论是GSM网络、2G、3G网络,还是当前的4G TDD-LTE部署中都提供了相关的芯片方案。过去数年间,基于如上所述的种种考量,PMC着力打造了一款用于无线基站的UniTRx芯片组,针对性地解决了过往基站中无线收发的一系列难题。 UniTRx芯片组以CMOS方式实现,显著降低了功耗,并大大提升了元器件的密度。该芯片组能支持从400MHz一直到4GHz的频率范围,因此提供了一个平台式的解决方案,可以支撑多个协议,通过简单的编程,就可以让这个芯片组支持包括GSM、TDD-LTE、FDD-LTE等多种模式。此外,PMC公司还提供相关的软硬件参考设计,从而减轻设备商的研发负担。(如图2 所示) 图 2 -UniTRx 设计思想 通过对比证实,UniTRx芯片组最多可以替代14个分立器件,能帮助客户减少54%的功耗及53%的主板空间。多组件整合可减少空间,提高系统可靠性,同时降低无线装置的散热设计难度。该芯片组可应用于多种频率范围和多标准,使设计人员能够建立广泛适用的平台,大大降低开发成本和时间。PMC公司副总裁兼宽带无线产品事业部总经理孙崇德表示:“除了能耗和空间优势以外,UniTRX芯片组内置了集成处理器,可通过软件配置和监控无线电发送以及接收的路径。这些功能帮助设备供货商可以采用通用的平台来开发出不同的产品系列。” 图 3 -UniTRx 与传统方案对比 4G时代的来临代表中国的三大运营商真正的进入全业务运营时代,这意味着消费者将享受更便捷,更优质的信息通信服务。专家预测,4G通信的周期将在未来20年持续影响通信消费的行为模式,因此运营商在部署4G技术时将更谨慎评估相关方案。无线射频领域专业性高,关系着频谱资源的有效利用,随着中国移动TDD-LTE大规模实验网的推进,智能有源天线方案被大量采用,应用于其中的芯片方案正持续发挥其关键作用。

    时间:2013-12-17 关键词: td-lte 4g牌照 unitrx 智能天线

  • 不采用自适应算法的智能天线系统分析

    本文提出了一种基于等旁瓣针状波束方向图的智能天线.为了与采用自适应算法的智能天线进行对比,本文分别模拟了这两种不同智能天线用于CDMA系统时的扩容能力.模拟结果表明,在CDMA系统中无需采用自适应算法,只需用等旁瓣针状波束智能天线,就可以达到与自适应智能天线相似的扩容性能.等旁瓣针状波束智能天线的优点是:无需迭代、响应速度快、鲁棒性好.   关键词:智能天线;圆形阵列;CDMA系统 Smart Antenna without Employing Adaptive Algorithm FENG Zheng-he,ZHANG Zhi-jun (Department of Electronics Engineering,Tsinghua University,Beijing 10084,China)   Abstract:A smart antenna based on equal side-lobe pencil patterns was proposed in this paper.For comparing with smart antennas which employ adaptive algorithm,the capacity enhancement of both smart antennas in CDMA system is evaluated.The simulation result shows that the adaptive algorithm does not have to be employed.Smart antennas with equal side-lobe pencil patterns has almost the same capacity enhancement performance.Merits of equal side-lobe pencil pattern smart antennas are without iteration,faster response and better robustness.   Key words:smart antenna;circular array;CDMA 一、引  言   随着移动通信在中国的迅速普及,有限的通信频带已日趋拥挤.为了提高通信频带的利用率,人们已采用了多种信道复用方法:频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)等.但是它们扩展容量的能力并不是无限的.智能天线[1~6]从一个崭新的角度来研究通信扩容问题,它利用空间分集进行扩容,它可以和传统的复用技术相结合,最大限度地利用有限的频带资源,它还可以有效地解决干扰问题、扩大基站覆盖区域、减少辐射功率.   智能天线以扩容原理分可以分为两类:   1.软容量的扩容[1~3].如CDMA系统,在这类系统中,由于可用信道数足够多,系统的容量决定于系统的信噪比.智能天线可以提高系统的信噪比,对于给定的信噪比门限值,采用智能天线的系统可以容纳更多的用户,达到扩容的目的.   2.硬容量的扩容[4~6].如FDMA,TDMA等系统,在这类系统中智能天线利用其空间分集的能力,使空间角度不同的多个用户使用同一传统信道(频分信道、时分信道).硬容量扩容实际是将一个传统信道再分为若干个空分信道,从而成倍地提高系统容量.   智能天线以实现形式分类,也可分为两类:   1.自适应算法形成方向图.自适应算法通常以输出信号的信噪比最大作为目标函数,用迭代算法使系统信噪比最佳.   2.等旁瓣针状波束方向图.它通过测向确定用户信号的到达方向(DOA),然后将等旁瓣方向图的主瓣指向用户方向,从而提高用户的信噪比.该方案中的DOA检测是一个比较成熟的技术,已经有MUSIC[7],ESPRIT[8]等多种算法,900MHz移动通信频段的实验结果也已见报道[9].   将智能天线按扩容原理、实现形式进行联合分类可得表1.已有的工作已对自适应软扩容、自适应硬扩容、针状波束方向图硬扩容进行了研究.本文将比照自适应软扩容智能天线,对针状波束软扩容智能天线进行研究. 表1   自适应方向图 针状波束方向图 软容量扩容 [1~3] 本文 硬容量扩容 [5~6] [4] 二、自适应智能天线和针状波束智能天线   图1是智能天线波束控制系统的原理框图.智能天线是一种阵列天线,所有智能天线系统都是通过改变阵列天线中各阵元信号的加权然后将其叠加,来完成信号的空间处理的.对于一个有N个单元的智能天线系统,处理每一个用户需要N个等效的加权器,若共有M个用户,则需N*M个等效加权器.在实际系统中,多个等效加权器的工作可由一个高性能的处理芯片完成,从而大大地减少系统的复杂程度.图1中给出的系统可以完成对一个用户信号的处理.智能天线的不同实现形式,主要体现图1框图的波束控制模块的实现形式上,下面将分别进行讨论. 图1 智能天线波束控制原理框图   自适应智能天线系统,通过迭代来获得一组加权矢量,从而使阵列输出信号S(t)中所需信号对所有其它用户信号的比最大,即信号干扰比最大.采用这种实现方式,系统具有最高的信干比.但是由于采用迭代方式,系统的响应速度受到限制.对于高速运动的移动用户,系统的性能也将受到影响.  (1)   当加权信号已知时,阵列天线方向图可由式(1)算出.式中g(θ)为阵列方向图;ωm为第m路信号的加权值;φm(θ)是信号从空间角度到达阵列单元m时的相位差.   图2是一个阵元间距为半波长的8元圆形自适应阵列在1用户、10干扰用户的一种随机分布通信环境下对应的方向图.由图2可见,系统在干扰方向形成凹点,并在所需信号方向形成峰值.通常自适应算法在无干扰信号的其它角度上也可能出现峰值. 图2 自适应方向图   图3是等旁瓣针状波束方向图,等旁瓣针状波束方向图也可由(1)式计算出.等旁瓣方向图与自适应方向图的不同在于加权信号产生的方式不同,等旁瓣方向图的加权值是预先计算好的.等旁瓣智能天线系统工作时,首先需要通过测向算法测定信号的到达角度(DOA),然后通过选取合适的加权,将方向图的主瓣指向用户到达方向.这类智能天线对于处于非主瓣区域的干扰,是通过低的等旁瓣电平来确保抑制的.对于处于主瓣区域内的干扰,采用等旁瓣针状智能天线系统将无法抑制.由于系统方向图主瓣宽度是由天线阵列口径决定的,所以自适应智能天线对于主瓣内的干扰信号抑制能力也是很有限的.与自适应智能天线相比,等旁瓣智能天线无需迭代,响应速度快,而且这种方案的鲁棒性更好. 图3 -15dB等旁瓣针状波束方向   三、智能天线系统对照仿真结果   本节分别给出了采用自适应方向图(Applebaum算法[11])、-10dB等旁瓣针状波束方向图(如图4虚线)、-15dB等旁瓣针状波束方向图(如图3)、-20dB等旁瓣针状波束方向图(如图4实线)的四种智能天线系统性能的仿真结果.仿真所用系统采用相邻阵元间距为半波长的8元圆形阵列,假设阵列采用各向同性单元.仿真时对于自适应智能天线不考虑迭代过程,为系统最终稳态结果. 图4 -10dB、-20dB等旁瓣针状波束方向图   本文仿真均假设CDMA系统具有理想的功率控制,系统的扩频系数为128,无话音激励.小区内除用户外无其它干扰,无邻近小区干扰,无多径干扰.系统的门限值Eb/N=6dB.根据上述假设一个采用全向天线的基站可支持的最大用户数为32.   图5给出了一个门限值为6dB的32用户CDMA系统中,在基站引入四种不同智能天线后,系统Eb/N的累积概率分布.图5中每条曲线都是10000次随机用户分布的统计结果.由图5可以看出,采用智能天线以后,系统的Eb/N得到了显著的提高.这表明,在不增加用户数目的条件下,采用智能天线可以减少系统所需信号功率、增加基站覆盖面积。当出界概率为0.01时,采用自适应方向图、-10dB等旁瓣针状波束方向图、-15dB等旁瓣针状波束方向图、-20dB等旁瓣针状波束方向图的四种智能天线系统,分别比采用全向天线的系统提高5.25dB、4.75dB、5.05dB、4.45dB. 图5 32用户时四种智能天线系统的累积概率分布   图6分别给出了利用四种智能天线扩容的系统,在不同用户数时系统Eb/N低于门限值(6dB)的出界概率分布.图6曲线中每一个点都是10000次随机用户分布的统计结果.在0.01的出界概率下,采用自适应方向图、-10dB等旁瓣针状波束方向图、-15dB等旁瓣针状波束方向图、-20dB等旁瓣针状波束方向图的四种智能天线系统的扩容能力分别为采用全向天线系统的6.81、4.81、6.62、5.66倍.     图6 四种智能天线扩容时的出界   图7给出了一个8单元等旁瓣针状波束方向图智能天线,当Eb/N<6的出界概率取0.01时,采用不同旁瓣电平方向图的智能天线系统所能支持的用户数曲线.图中虚线为自适应智能天线所能支持的用户数:218.由图7可见,当旁瓣电平为-20dB时,系统可以支持的用户数为181.随着针状波束方向图旁瓣电平的升高,系统容量增加,当旁瓣电平为-15dB时,系统可以支持的用户数达到最大值:213,仅比采用自适应智能天线的系统少5个.当旁瓣电平超过-15dB以后,系统容量将随着针状波束方向图旁瓣电平的升高而减小,当旁瓣电平为-10dB时,系统可以支持的用户数为153.   图7 智能天线扩容用户数比方向图旁瓣电平   从图6、图7还可以发现,采用-15dB等旁瓣方向图的智能天线系统和采用自适应智能天线有着近似的扩容能力.为了解释这一现象,在图8中给出了当所需信号来向为180度,其它200个干扰用户随机分布时,自适应算法得出的方向图.由图8可知,在干扰数目远大于阵列单元数时,自适应算法得到的方向图(图8)和-15等旁瓣方向图(图3)具有相似的主瓣宽度及旁瓣电平.这一现象可以用自适应算法的原理来解释,当干扰数目少于阵列单元数时,自适应算法可以产生凹点将干扰完全抑制掉.当干扰数目远大于阵列单元数时,因为干扰已遍布于圆周各方向,此时自适应算法已无法通过形成凹点来进行干扰抑制,它只能通过形成较低的旁瓣电平来抑制干扰.这一结论很重要,这表明在利用智能天线扩容时,可能无需采用自适应算法,只需要选取合适的等旁瓣方向图就可以达到与自适应算法近似的扩容能力. 图8 用户数为200的自适应方向图   图6、图7中还可以看到,采用-15dB方向图和-10dB、-20dB方向图的智能天线系统性能相差很多,这表明选取不同的等旁瓣方向图,会显著影响智能天线的扩容能力.比较图3、图4中的三种等旁瓣方向图,可以看到当阵列结构一定时,旁瓣电平与主瓣宽度成反比.-10dB反向图虽然具有较窄的主瓣,但是它的旁瓣较高,系统性能下降;-20dB方向图虽然具有较低的旁瓣,但由于它的主瓣宽度较宽,系统性能也同样下降.所以在实际应用中无需追求过窄的主瓣或过低的旁瓣,应选取与自适应算法所得方向图具有相似主瓣宽度、旁瓣电平的等旁瓣方向图,此时针状波束智能天线的性能接近最佳. 四、结  论   本文研究了采用自适应方向图、等旁瓣针状波束方向图的两种不同智能天线系统.给出了这两类智能天线对现有CDMA系统的扩容能力的模拟结果.模拟结果表明,在利用智能天线扩容时,可能无需采用自适应算法,只需要选取合适的等旁瓣方向图就可以达到与自适应算法近似的扩容能力.模拟结果还表明选取不同的等旁瓣方向图,会显著影响智能天线的扩容能力.所以在实际应用中应选取与自适应算法所得方向图具有相似主瓣宽度、旁瓣电平的等旁瓣方向图,使智能天线的性能接近最佳.

    时间:2012-09-11 关键词: 算法 采用自适 系统分析 智能天线

  • SDMA下的智能天线技术

    标签:SDMA  智能天线 在无线通信系统中,天线是一种重要的设施。利用简单的天线阵列可以实现容量的低成本增加、并可以实施新型的信号处理算法后,支持蜂窝通信系统的智能天线方案能够增加每个小区站点的覆盖范围,增强抗干扰能力,并大幅度增加容量。 目前有多种方法利用来自无线通信系统中天线阵列的数据,其中较先进的一种方法称为空分多址(S p a t ialDivisio nMul t i ple Access)。在基站中,SDMA不断调整无线环境,为每位用户提供优质的上行链路和下行链路信号。在网络中,这种先进的基站性能可以用来增加基站覆盖范围,从而降低网络成本,提高系统容量,最终达到提高频率利用的目的。SDMA可以与任何空间调制方式或频段兼容,因此具有巨大的实用价值。 美国爱瑞通信公司的IntelliCell技术是一种先进的智能天线技术,使用了自适应阵列信号处理软件,即使基站在充满噪音和干扰的环境中,也能监测与保持与多个不同的用户的通信连接,从而实现空分多址的效果。 天线阵列的根源 无线天线从一种介质(如空间)上收集电磁能量,并将它传输到另一种介质上,如有线、同轴电缆或波导管.通过在阵列中组合单个天线的输出能量,就可以实现一套独立的天线系统,使其具有不同于阵列中其它单个单元的接收与发送特征。由于无线的接收与发射是相反的,所以天线可以实施具有增益的发射指示。支持接收的任何方向性模式都可适用于发射。 自适应阵列天线系统 自适应阵列天线系统将持续监控其覆盖的范围,以适应不断变化的无线环境(包括移动用户和干扰信号)。在最简单的情况下(即一个用户、无干扰),系统将提供有效的天线模式来跟踪用户,为用户所在的方向提供最大的增益,从而适应用户的位置移动。空分多址的基站组件就是一种先进的自适应阵列系统。SDMA的原理与上文的束形方案有很大的不同,实际上它的实施是基于对人类听力的模拟。 SDMA系统的处理程序如下: 1、系统将首先对来自所有天线中的信号进行快照或取样,然后将它们转换成数字形式,并存储在内存中; 2、计算机中的SDMA处理器将立即分析样本,对无线环境进行评估,确认用户、干扰源及其所在的位置; 3、处理器对天线信号的组合方式进行计算,力争最佳地恢复用户的信号; 4、系统将进行模拟计算,使天线阵列可以有选择地向空间发送信号; 5、在上述处理的基础上,系统就能够在每条空间信道上发送和接收信号,从而使这些信道成为双向信道。 利用上述流程,SDMA系统就能够在一条普通信道上创建大量的频分、时分或码分双向空间信道,每一条信道都可以完全获得整个阵列的增和抗干扰功能。 SDMA系统优势明显 SDMA系统具有众多优点,包括扩大覆盖范围:线阵列的覆盖范围远远大于任何单个天线,因此接收与发送性能都有大幅度的提高;大幅度降低来自其它系统和其它用户的干扰:在极端吵闹、干扰强烈的环境中,系统可以实现有选择地发送和接收信号,从而提高通信质量;系统容量大幅度提高;SDMA基站发射的功率可以远远低于普通基站,从而可减少网络内的射频污染;SDMA可以于任何调制方式、带宽或频段兼容,包括AMPS、GSM、PHP、DECT、IS— 54、IS—95等。当通信系统刚建成时,SDMA覆盖范围的扩展使运营商可以降低构建成本,并迅速完成部署。由于小区的覆盖范围较大,所以信道的复用效果将好于普通的小区。

    时间:2012-07-10 关键词: sdma 智能天线

  • 智能天线的测试

    1、引言 智能天线技术的研究起始于20世纪60年代,最初的研究对象是雷达天线阵,主要目的是提高雷达的性能和电子对抗的能力。随着移动通信的发展及对移动通信电波传播、组网技术、天线理论等方面研究的逐渐深入,数字信号处理芯片处理能力不断提高,利用数字技术在基带形成天线波束成为可能。到了20世纪90年代,阵列处理技术引入移动通信领域,很快形成了一个新的研究热点——智能天线。其中,我国在享有独立自主知识产权的TD-SCDMA技术中,就已经成功地引进了智能天线技术。从某种程度上可以说,智能天线是3G区别于2G系统的关键标志之一。 智能天线是利用数字信号处理技术产生空间定向波束,使天线的主波束跟踪用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,利用多个天线单元空间的正交性和信号在传输方向上的差别,将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来,最大限度地利用有限的信道资源。它在提高系统通信质量、缓解无线通信业务日益发展与频谱资源不足的矛盾以及降低系统整体造价和改善系统管理等方面,都具有独特的优点。 既然智能天线有如此多的好处,那么随着TD-SCDMA系统商用化的脚步越来越近,作为T D-SCDMA系统的关键技术之一的智能天线技术也越来越得到大家的重视,因此智能天线的测试方法也就显得至关重要。 2、智能天线的分类 智能天线按照类型可以分为全向智能天线阵和定向智能天线阵。 对于定向智能天线阵来说,包括以下三类测试参数。 (1)电路参数。包括垂直面电下倾角预设置值、垂直面电下倾角精度、垂直面机械下倾范围;输入阻抗、各单元端口驻波比、相邻单元端口隔离度、每端口连续波功率容量。 (2)校准参数。包括校准端口至各单元端口的耦合度、校准端口至各单元端口幅度最大偏差、校准端口至各单元端口相位最大偏差、校准端口驻波比、校准通道耦合方向性。 (3)性能参数。包括各单元端口有源输入回波损耗、垂直面半功率波束宽度、垂直面上部第一旁瓣抑制和下部第一零点填充;单元波束水平面半功率波束宽度、增益、前后比交叉极化比(轴向)和交叉极化比(±60°范围内);业务波束水平面半功率波束宽度、视轴增益、水平面旁瓣电平和前后比、广播波束水平面半功率波束宽度、视轴增益、视轴增益Φ=±60°处电平下降、半功率波束宽度内的电平波动。 对于全向智能天线阵来说,也可以分为三类测试参数。 (1)电路参数。包括垂直面电下倾角预设置值、垂直面电下倾角精度;输入阻抗、各单元端口驻波比、相邻单元端口隔离度、每端口连续波功率容量。 (2)校准参数。包括校准端口至各单元端口的耦合度、校准端口至各单元端口幅度最大偏差、校准端口至各单元端口相位最大偏差、校准端口驻波比、校准通道耦合方向性。 (3)性能参数。包括各单元端口有源输入回波损耗、垂直面半功率波束宽度、垂直面上部第一旁瓣抑制和下部第一零点填充;单元波束水平面半功率波束宽度、增益、前后比交叉极化比(轴向)和交叉极化比(±60°范围内);业务波束水平面半功率波束宽度、视轴增益、水平面旁瓣电平、广播波束视轴增益、方向图圆度。 3、智能天线的测试项目及测试方法 下面针对智能天线不同于普通天线的测试项目进行介绍。 首先,智能天线比普通天线增加了校准端口,主要是为了动态地校准各个单元端口的幅度和相位的一致性,校准的准确与否直接决定了智能天线的应用效果,因此,对校准端口至各单元端口幅度最大偏差和校准端口至各单元端口相位最大偏差提出了相应的要求。在测试的过程中,校准端口与每个馈电端口形成一个校准通道,对任意端口进行测量得到相位/幅度误差,在相同频点上取所有测量值之间的最大偏差即得到本指标。 校准电路参数的测量示意如图1所示。 图1 天线校准电路测量示意 测量步骤如下: (1)将被测天线安装在符合测量条件的自由空间或模拟自由空间; (2)按测量系统要求进行系统校准; (3)将测量系统与被测天线的校准端口和第i个馈电端口相连接,被测天线的其余端口一律接匹配负载,在工作频率范围内进行传输系数S(i,CAL)的测量; (4)重复步骤(3),测试所有端口的S(i,CAL)值。 测出校准端口CAL至多个辐射端口i的传输系数S(i,CAL)后,对所有测试的S(i,CAL)值分别求模和求相角,将所有模曲线和相角曲线分别画在两张图中,比较并分别求出最大的模(即幅度)偏差和相位偏差。 其次,是各单元端口有源输入回波损耗。 有源输入回波损耗区别于普通的回波损耗的地方在于它是在各个单元端口均有输入信号,且是形成不同方向波束的情况下的回波损耗,因此将它叫作有源输入回波损耗,测量示意如图2所示。 图2 有源回波损耗测量示意 有源输入回波损耗间接测量步骤如下: (1)将被测天线安装在符合测量条件 的自由空间或模拟自由空间; (2)按测量系统要求进行系统校准; (3)将测量系统与被测天线的第i个馈电端口相连接,被测天线的其余端口一律接匹配负载,在工作频率范围内进行复反射系数Sii的测量,测量的Sii读数就是第i个馈电端口的自反射系数; (4)将测量系统与被测天线的第i个和第j个馈电端口相连接,被测天线的其余端口一律接匹配负载,在工作频率范围内进行传输系数Sij的测量,测试的Sij读数就是第j个馈电端口到i个馈电端口的传输系数; (5)重复(3)、(4)步骤,测量所有端口的Sii和Sij的值; (6)根据矩阵公式:[b]=[S][a],可以求出任意幅/相激励ai对应的反射信号bi,从而求出第i个辐射端口的复反射系数Γi=bi/ai,根据复反射系数可以求出第i个馈电端口相应的有源输入回波损耗为20lg(Γi); (7)求所有辐射端口有源回波损耗的最大值; (8)重复步骤(6)给出扫描角为0°、±30°、±45°、±55°的幅/相激励ai,求相应的有源回波损耗,重复步骤(7),求所有有源回波损耗的最大值。 第三,智能天线比其他天线增加了单元波束、广播波束和业务波束的概念。 单元波束是指智能天线阵列中任意馈电端口在其他所有端口都接匹配负载时发射或接收到的辐射方向图。对于智能天线来说,单元波束的指标要求与普通天线的要求区别不大,因此在此不进行重点介绍。 广播波束是指对智能天线阵列施加特定的幅度和相位激励所形成的全向覆盖或扇区覆盖的辐射方向图。 对于定向智能天线,广播波束可以分为30°、65°、90°和100°,分别对应于不同扇区的覆盖要求。对于全向智能天线,广播波束应为360°覆盖,因此对其圆度提出了相应的要求。 不同的天线厂商,由于工艺和设计方式不同,广播波束的幅相加权系数也有所区别,因此要求天线厂商提供不同广播波束相应的幅相加权系数。 业务波束是指对智能天线阵列施加特定的幅度和相位激励所形成的在工作角域内具有任意波束指向扫描以及具有高增益窄波束的方向图。 定向智能天线的第一种波束是指波束为天线端口输入等幅同相信号得到的波束;另一种为各列单元的激励幅度均匀且激励相位呈线性递增(差分相位规定为,其中:为工作频段的中心频点的波长、d为相邻列的水平方向间距、=60°)时所得到的增益。 对于全向智能天线的第一种波束,按照以下公式: 其中,i=1,2,……N,N=8(对于8列阵)。 计算出相应天线端口的幅度和相位,然后进行激励即可得到第一种波束,其中为每个工作频段的中心频点。 以增益测量为例,单元波束、业务波束和广播波束的测试均可以采用图3所示的测试框图。 图3 天线增益测试示意 测试条件如下。 (1)被测天线与源天线具有相同的极化方式。 (2)被测天线和源天线之间测量距离应满足 式中:L——源天线与被测天线距离(m); D——被测天线最大尺寸(m); d——源天线最大辐射尺寸(m); ——测试频率波长(m)。 (3)被测天线应安装于场强基本均匀的区域内,场强应预先用一个半波偶极天线在被测天线的有效天线体积内进行检测,如果电场变化超过1.5 dB,则认为试验场是不可用的;此外,增益基准天线在两个正交极化面上测得的场强差值应小于1 dB。 (4)测量用信号发生器、接收机等测量设备和仪表应具有良好的稳定性、可靠性、动态范围和测量精度,以保证测量数据的正确性。测量用仪表应有计量合格证,并在校验周期内。 测量开始前,应准备好与测量参数相对应的天线阵列幅相加权馈电网络,在对其幅相加权值确认的同时,要在非被测网络单元端接匹配负载的情况下,分别测量出总的馈电输入端口到各阵列单元输入端口传输系数的模|Si,j|(dB),并利用公式: (其中N为阵列单元馈电端口数),求出与测量参数对应的天线阵列加权馈电网络的插入损耗Ln。 开始测量时,必须将被测天线和增益基准天线交替做水平和俯仰调整,以确保每一天线在水平和俯仰上的最佳指向,使其接收的功率电平为最大。 测量步骤如下 (1)增益基准天线与源天线对准,通过转接,使增益基准天线与接收机相连接,此时接收机接收功率电平为P1(dBm)。 (2)被测天线通过带有相应馈电端口所需加权值的馈电网络转接,使被测天线与接收机相连,然后通过测量调整使它与源天线对准,此时,接收机接收功率电平为P2(dBm)。 (3)重复步骤(1)和(2),直至P1和P2测量的重复性达到可以接受的程度。 (4)被测天线某频率点的增益G按下式汁算: G=G0+(P2-P1)+N式中: G0——基准天线的增益(dBi); N——计入了对应天线阵列加权馈电网络插入损耗Ln后的接收机输入端分别到被测天线和增益基准天线输出端通路衰耗的修正值(dB)。 (5) 在同一个工作频带内,测量高、中、低三个频率点,并计算分贝平均值。 (6)根据电性能要求中的不同增益定义,设置阵列馈电网络各输出端口的幅相加权值,先测出馈电网络相应的插入损耗,然后重复步骤(4)和(5),分别进行相应增益测试。 性能判据为 对于每个工作频段都进行高、中、低三个频点增益的测试,平均值应满足增益指标的要求,而且高、中、低三个频点增益的最差值不能小于增益指标1.0,否则,判定不合格。 方向图圆度(全向天线)、半功率波束宽度、前后比、交叉极化比和天线电下倾角的测量方法同理也可以参考增益的测试框图和测试步骤进行,在此就不详细介绍了。 4、小结 智能天线测试的复杂度比普通天线要复杂得多,只有做好了以上的测试,才能对智能天线的性能进行全面的考核,将智能天线的优势发挥出来。  

    时间:2012-04-25 关键词: 测试 智能天线

  • GPS智能天线模块在系统集成中的选择和性能考量

    GPS已从一种集成产品发展成综合系统解决方案的一部分。目前原始设备制造商(OEM)可以选择用GPS芯片组、GPS模块或智能天线模块来实现系统集成。每种方案都有各自的利弊,OEM在选择之前需要根据其整个系统的要求做出评估。本文提供了智能天线方案选择思路,并讨论了片状天线和螺旋天线的性能对比以及影响智能天线模块在终端产品中嵌入应用的因素。 近年来,GPS已从一种集成产品发展成综合系统解决方案的一部分。这种转变的动因是GPS的小型化进程和对降低成本的追求。高度集成的信号混合芯片完成RF前端功能,整个系统由包括GPS硬件、强大的处理内核、嵌入式存储器的芯片以及小型电子元件构成,这些使得GPS小型化成为可能。OEM可以选择用GPS芯片组、GPS模块或智能天线模块来实现系统集成。每种方案都有各自的利弊:基于芯片组的设计能提供高度的灵活性,但同时设计需要投入大量精力,并要求设计工程师掌握丰富的RF知识;而智能天线模块是快速系统集成的正确选择,在快速系统集成应用中,基于这种充分设计的GPS子系统,集成只需要最短的开发时间、最低的开发成本以及最小的开发风险。在开始批量生产的时候,采用智能天线模块会显著简化物料采购储备工作和产品的测试流程。 图1:GPS系统需求分析。    目前,市场上价格适中的GPS接收机种类丰富,可满足OEM的不同需求。GPS生产商提供不同性能和不同系统集成等级的产品。即使现在的GPS接收机看起来可以用于简单直接的系统集成,然而由于市场上存在大量可供选择的产品,使得OEM厂商仍然很难做出最恰当的选择。因此,建议OEM厂商在做出选择之前先确定GPS接收机需要满足的要求,包括技术和非技术因素,如图1中所示。 系统的技术或非技术性要求 技术性要求包括特性(如节能模式和支持SBAS)、易用性(特别是易配置性)和既要定性也要定量的性能标准。定量指标指可测参数,如准确度、启动性能、跟踪灵敏度和功耗,定性指标包括由外场测试获得的可预期定位结果。有些GPS接收机在实验室里测得的技术指标可能很好,但很可能外场测试就不行。外场测试暴露出技术特性上的弱点或缺陷。不管GPS接收机技术怎样发展,都仍会存在由于某种权衡造成的性能上的折衷。对智能天线模块来说,片状天线(patch antenna)及其地面层的小型化是以牺牲灵敏度为代价的。对低功耗的追求带来了另一种性能折衷:功耗的降低可以通过缩减硬件架构得以实现,例如减少通道数和时/频搜索窗口,但同时启动性能便会打折扣。 工程师往往侧重于关心技术性要求而忽视非技术性要求的重要性。有限的项目周期、预算和可利用的内部研发资源都会对产品设计产生影响。工程师需要谨慎地决定系统集成等级,这一等级最好被视为衡量自己研发工作技术深度的标尺。所选的系统集成等级会影响项目复杂度、进度、成本、产品和物料采备。在评估GPS接收机时,成本因素扮演了重要角色。对产品批量小的项目来说,最初的开发成本在整个产品成本中占据了最大的一部分,必须着重考虑。对产品批量大的项目来说,开发成本对项目本身的影响可以忽略,为了优化产品成本,需要在研发过程中投入充足的时间和资源。 GPS厂商间的激烈竞争造成GPS产品的低价,工程师和采购经理很容易被价格因素吸引而选择最便宜的那种。请注意,单纯地只关心产品成本而忽视其它要求很可能会导致令人失望的结果,例如项目延期和出现产品质量缺陷。性能差、质量达不到预期要求以及让用户不满意,都是GPS嵌入式产品最不希望见到的。 在项目进行的初期阶段就必须确定系统集成等级,它会影响对OEM GPS接收机的选择。选定的系统集成等级类似于在设计复杂度和有限的周期、技巧和可用资源之间进行的一种权衡。 基于GPS芯片组设计可以提供最大的灵活性和产品优化。基于芯片组的设计需要开发工程师具备RF设计方面的丰富技巧和经验,以完成产品开发并提供全面彻底的配套产品测试系统。基于芯片组的产品设计开发周期通常超过一年,成本较高,同时技术风险不容忽视。一般会进行三次或以上的产品原型测试,产品方可定型,在开发过程中强烈建议与GPS厂商紧密合作。总之,高昂的设计费用、较大风险和复杂的物料来源(20-40个来自不同半导体公司的元件),使得这种方式仅适用于有大规模应用潜力的产品。 GPS模块可以作为芯片组的替代选择。模块包含完整的GPS功能,允许开发工程师进行快速系统集成,而无需面对在开发过程中RF和GPS设计缺陷的麻烦。开发工程师只需要具备基本的RF知识,指定天线类型并将天线设计到模块的链路上。模块采用表面贴装焊盘,可适用于自动贴装和焊接流水线,因而对于中等和大批量生产项目来说是一种很有吸引力的选择。从备料角度来看,使用模块比采购数量众多的元件更为容易,同时,由于供应商已经对GPS模块做过全面测试,因此只需要进行相对简单的产品测试。 图2:系统集成等级。 GPS接收板本身带专用RF和I/O接头,体积虽然大于GPS模块,但却进一步简化了系统集成工作。使用过程中除了选择一款带合适连接电缆和接头的有源GPS天线外,不需要做其它与RF相关的设计工作。当易用性和划算的产品可靠性是重点考虑的因素时,插入式接收板是最佳的选择方案。 当能否迅速完成产品定型或迅速将产品投放市场成为产品成功与否的决定因素时,GPS智能天线模块是最佳的选择。智能天线模块包含完整的GPS接收机,带内置天线。智能天线模块有两种应用形式:一种是OEM智能天线模块,用于终端集成,另一种是将智能天线封装到某个组件中。 设计中选择使用智能天线模块 由于具有系统集成快速和风险低的特点,在要求实现迅速产品定型、小批量生产和对进入市场时间要求严格的应用场合,GPS智能天线模块是最适当的选择。即使智能天线模块包含了完全独立的GPS功能,在使用过程中仍有一些设计工作有待进行,包括天线类型(片状天线或螺旋天线)的选择和将智能天线模块嵌入到终端产品中去。 大多数智能天线模块不是采用陶瓷片状天线就是螺旋天线。片状天线具有方向性,在辐射元的正交面上有最大增益。换句话说,水平面上的辐射元对从天穹顶点发来的信号具有最大增益。当水平面上接收仰角范围很窄的时候,对这种高度中心式的灵敏性会造成较大影响。片状天线适合用于主要朝向上方的终端产品中,例如用在车载导航中,靠着挡风玻璃安装在排气罩上。另外,由辐射元尺寸和它下方辐射经过的接地面尺寸共同决定的天线孔径(antenna aperture)大小,也会影响信号接收灵敏性。 螺旋天线有相对较宽的方向特性:具有更宽的接收仰角,但峰值增益也相对较低。螺旋天线适合用于各个方向都要求能自由使用的终端产品中,如移动手持设备。由于靠近人体时会干扰信号接收,在这种情况下使用螺旋天线造成的影响也相对较小,因而在距离人体组织或远或近的位置、在各个方向手持终端产品时都能实现GPS接收。不过螺旋天线也存在一个缺点:天线孔径小,限制了整体的接收灵敏度。 下面列出的几点影响智能天线模块在终端产品中嵌入应用的因素: 1.在选择智能天线模块前应了解终端产品的主要定位方向和使用方式:例如,电子设备是被放置在平面上工作还是被拿在手里、与水平面呈一定倾角贴近人体头部使用。 2.天线集成的位置不能靠近噪声源,如内部处理器和发光LCD显示屏。 3.终端产品的外壳材料对天线性能有影响。外壳或屏蔽层材料的介电常数、厚度以及到天线表面的间距都会影响片状天线的谐振频率。因此,良好设计的OEM智能天线模块都按照厂商规范使用封装外壳,已经对偏移谐振频率进行了归零校准。 封装式智能天线 封装式智能天线是OEM智能天线模块的一种替代选择。在要求嵌入GPS的产品不做硬件改动的情况下,选择封装式智能天线有一定优势。封装式智能天线有两种:分立式智能天线和密耦合智能天线。分立式智能天线可以放在有较好天空视野的位置上,例如GPS鼠(GPS mice)。它们之间通过RS-232、USB或蓝牙进行通信,由主机(例如通过USB电源线)或充电电池供电。密耦合智能天线可直接插入终端产品中去,例如通过CF插槽(Compact Flash slot)。 封装式智能天线是在像便携PC和PDA这样的标准便携硬件平台上运行的系统解决方案的理想选择。 本文结论 在集成设计工作中使用经过良好设计的智能天线,可以提供与使用GPS模块和芯片组同样高的性能等级。在日本,新宿是路测环境最苛刻的城市之一。市内道路两侧高楼林立,天空视野有限,对接收机的多径抑制能力提出了严格考验。智能天线模块内含16通道ANTARIS定位技术,在如此恶劣的定位环境下仍能提供出色性能。 当要求快速实现终端产品的设计,要求降低开发成本或者内部研发资源有限的时候,智能天线模块是切实可行的选择方案。经过仔细挑选的智能天线模块可以提供与传统GPS芯片组和模块集成相比拟的性能。  

    时间:2012-04-11 关键词: GPS 模块 系统集成 智能天线

  • 智能天线是怎样炼成的

    先来分析一下在WLAN系统中,全向天线和定向天线在使用时有哪些不足,或者是需要改进的地方。 如图1所示,全向天线虽然能够将图中两个用户都覆盖到,但由于每个时刻,中心的AP只能和一个用户交互报文,此时只有蓝色部分形成了有效覆盖,其他绝大部分信号传播都造成了能量浪费,属于无效的覆盖,如果能将此部分浪费的能量集中到有效覆盖区域,势必会获得更高的信号强度以及传输带宽;而对于定向天线而言,由于能量的集中,覆盖区域内的信号强度会比较高,但是由于信号覆盖角度较小,很多需要覆盖的范围没有信号可以到达。如果在右侧用户空闲时,可以将信号转移至左侧用户,势必可以提高覆盖的有效性,以及大幅提高用户的接入能力。 可见,如果天线更“智能”一点,当AP与某一用户通信时,天线就自动调节成定向天线,把“能量束”直接瞄准该用户,一方面该用户获得的信号强度会比较高,另一方面不该被“打扰”的用户也不会被干扰,这样的结果显然是最为完美的。智能天线由此而产生。 那么从技术的角度看,如何能让智能天线随时根据需要,想覆盖哪里就覆盖哪里呢?现在一般有两种技术方式:一种是波束切换天线,另一种是自适应阵列天线。 波束切换天线 波束切换方式的天线,一般由多个窄波束天线够成,每个窄波束天线由于角度小,所以通常增益很大,覆盖距离较远。一般在工作时,对于一个用户,众多天线中,只有一个窄波束天线是出于工作状态的。当用户更换,或用户位置转移时,智能天线系统会根据情况更换窄波束天线的工作状态,即停掉之前的窄波束天线,然后让另一个角度正确的窄波束天线继续工作。由于窄波束定向天线通常个头较大,所以一般这类智能天线都在室外场景使用,比如TD系统的一些基站就采用这种智能天线装置,如图2所示。 波束切换式天线,一般形成的天线角度个数,与其窄波束天线个数相当。所以由于硬件设计限制,这种天线不可能有很多或很细致的天线角度可供选择。从天线尺寸角度看,这种天线也只能在室外环境,即对空间没有多少要求的环境中使用。自适应阵列天线。   阵列天线由多个天线形成阵列,在工作时,通过不同天线的组合工作,形成不同的天线波瓣,实现多种方向、角度、增益都不相同的“虚拟天线”,以适应不同工作环境,不同用户的位置,以及避免不必要的干扰。自适应阵列天线在工作时通过对工作环境的判断,以及用户位置的感知,经过内部芯片处理,能够迅速计算出最佳的天线组合方式,达到想覆盖哪里,就覆盖哪里的目的。无线接入设备可通过不同天线的组合,形成最多4096种不同的波瓣模式,可以轻松的适应各种室内环境,增加覆盖范围,达到稳定网络质量之目的。  

    时间:2012-04-06 关键词: 智能天线

  • TD-SCDMA智能天线基本原理和测试方法简介

    1  引言 作为第三代移动通信系统标准之一的TD-SCDMA,采用了两项最为关键的技术,即智能天线技术和联合检测技术。其中智能天线对于系统的作用主要包括: (1)通过多个天线通道功率的最大比合并以及阵列信号处理,明显提高了接收灵敏度; (2)波束赋形算法使得基站针对不同用户的接收和发射很高的指向性,因此用户间的干扰在空间上能够得到很好的隔离; (3)波束赋形对用户间干扰的空间隔离,明显增加了CDMA的容量,结合联合检测技术,使得TD-SCDMA能够实现满码道配置; (4)通过波束赋形算法能够实现广播波束宽度的灵活调整,这使得TD-SCDMA在网络优化过程中小区广播覆盖范围的调整可以通过软件算法实现(常规基站天线的广播波束是固定不可变的,若想调整覆盖范围必须要更换天线),从而明显提高了网优效率; (5)通过对天线阵进行波束赋形使得下行信号能够对准一个(或若干个不同位置的用户)用户,这等效于提高了发射机的有效发射功率(EIRP)。 CDMA系统中采用了大功率线性功放,价格比较昂贵;采用智能天线技术的TD系统可以采用多个小功率功放,从而降低了制造成本。 2  基本工作机理 根据波束成形的实现方式以及目前的应用情况,智能天线通常可分为多波束智能天线和自适应智能天线。 多波束智能天线采用准动态预多波束的波束切换方式,利用多个不同固定指向的波束覆盖整个小区,随着用户在小区中的移动,基站选择其中最合适的波束,从而增强接收信号的强度。多波束智能天线的优点是复杂度低、可靠性高,但缺点是它受天线波束宽度等参数影响较大,性能差于自适应智能天线。 自适应智能天线采用全自适应阵列自动跟踪方式,通过不同自适应调整各个天线单元的加权值,达到形成若干自适应波束,同时跟踪若干个用户,从而能够对当前的传播环境进行最大程度上的匹配。自适应智能天线在理论上性能可以达到最优,但是其实现结构和算法复杂度均明显高于多波束智能天线。 TD-SCDMA系统采用的是自适应智能天线阵,天线阵列单元的设计、下行波束赋形算法和上行DOA预估是智能天线的核心技术。 智能天线阵的实现原理类型于相控阵天线。下面我们以一维线阵相控阵天线为例。 首先,作为最基本的一维波束扫描相控阵天线是一个等间距排列的直线阵列(见图1),其中阵列的每个辐射单元的激励相位可以变化,即当相邻辐射单元的激励相位呈特定的等差级数变化时,阵列方向图是通过对每一列天线单元的幅度相位激励进行调整实现波束扫描的。   图1  一维线阵天线波束扫描原理 当波束的最大指向偏离法线方向为θ0时,则各个天线端口的激励波程差为: ФN =(N-1)2πd sinθ0 /λ 其中:d为相邻单元的间距,λ为天线工作频率的波长 智能(自适应)天线系统以阵列天线和自适应信号处理算法为基础,能够从多个多路径信号和干扰信号中把有用信号区分出来,自动地把主瓣最大值锁定在有用的移动来波信号方向上,并自动减小干扰方向的付瓣电平。智能天线所具有的这种精确跟踪能力和干扰抑制能力可以使在同一个小区内的几个用户使用相同的信道。 智能天线系统的工作机理概念可以用图2 和图3 予以描述。在图2中,N个天线辐射单元接收到信号经过射频放大后,在基带的数字波束成形(DBF)网络中采用Wi的复权系数加权并进行叠加合成,然后进入接收机,其中DSP智能算法处理器根据N个天线辐射单元来波的幅度/相位关系预测出有用信号的方向。叠加合成得到最大的接收信号。在图3中,DSP根据上述预测的有用信号方向以及预测的干扰信号方向,可以自适应产生合适的Wi复权系数,并激励各个天线单元的辐射,从而将主瓣板对准有用信号,将零点对消。   图2  智能天线上行接收原理 图3  智能天线下行接收原理 一种典型的智能天线阵如图4所示。它共有9个端口,中间的端口为校准口,其余的8个端口为天线端口。校准口的作用是用于校正智能天线阵在实际应用环境下的各接收(发射)通道到各列天线口面的相位差,其它八个端口分别连接到基站的收/发信机通道。 图4  典型的定向智能天线阵 3  主要测试参数和典型测试方法 由于智能天线测试比普通天线要复杂得多,对智能天线的测试也比较复杂。以图4给出的智能天线阵为例,我们可以将该天线的测量分为2类:电路参数测量和辐射参数测量。 电路参数包括:各端口输入阻抗、相邻天线单元端口隔离度、各天线端口有源反射系数、校准口到各天线单元的幅度相位一致性。 辐射参数测试包括:各天线单元的方向图和增益、典型业务波束的方向图和增益;广播波束的方向图和增益。 由于电路参数指标为智能天线出厂必测指标,下面我们重点探讨一下智能天线的电路参数测试项目和测试方法。一个8单元单极化智能天线阵的电路参数测试包括: (1)相邻端口的隔离度,即S12、 S23、 S34、 S45 、 … S78 的特性(不包括校准口); (2)校准口到各天线单元的幅相一致性,即S01、 S02、… 、S07 、S08 的幅度相位特性(Mag|S01|、| Mag|S02| 、Mag|S03| 、Mag|S04|、 Mag|S05|、Mag|S06|、Mag|S07| 、Mag|S08|;Pha|S01| 、Pha|S02|、 Pha|S03|、 Pha|S04|、 Pha|S05|、 Pha|S06|、Pha|S07 |、Pha|S08|); (3)各天线端口的无源反射系数(或无源回波损耗),即S00、S11、S22、… 、S33 、 S88 的特性; (4)各天线端口的有源反射系数(或有源回波损耗),考虑单元之间的互耦和各单元的幅相激励问题。 根据下面的S参数激励矩阵模型                 (2.1) 可以推出各端口的有源反射系数为          ( 2.2) 进行波束扫描的时候,对源进行相位加权。测试的典型值给出一组:             (2.3) 一般的天线测试可以使用2端口矢量网络分析仪。而智能天线有8个天线端口和一个校准端口,且其测试项目和测试复杂度比普通天线要高很多,因此一般的2端口或4端口矢网很难满足其测试要求。但是为了确保智能天线的性能,上面提到的测试项往往是天线研发和生产时必测的项目,因此我们需要寻求一种快速、全面的测量解决方案。   罗德与施瓦茨(R&S)的 ZVT 是业界唯一的8端口矢量网络分析仪。它内置4个独立的源,16个独立接收通道,有着极快的测量速度,因此是针对智能天线和相控阵天线测试的最佳选择(见图5)。它可以一次完成一个S88全矩阵测试,这对2端口和4端口矢网是不可能实现的。 图5  用R&S的8端口矢网ZVT测试智能天线                            (2.4) 针对第1、2项测试,R&S ZVT可一次性完成。 针对第3项测试(共需要9个端口),R&S ZVT只需要两步就可完成(如图6和图7所示),同时结合Trace Math(轨迹计算,对多个轨迹进行任意的计算,以扩展测量功能)功能,可以实时的计算并显示各通道幅度/相位一致性(如图8所示)。 图6  R&S ZVT 针对智能天线幅度相位一致性的测试(第1步)   图7  R&S ZVT 针对智能天线幅度相位一致性的测试(第2步)   图8  典型的幅度一致性测试结果(校准口到各天线端口) 针对第4项测试,借助结合R&S ZVT的强大的Trace Math功能,可以将公式(2.3)中的θ编入ZVT的公式编辑器中,结合R&S ZVT测量的全矩阵(2.4),可以实时地显示各端口的有源反射系数,典型的测量结果如图9,图10所示: 图9  智能天线端口1的有源反射系数(k*d*sinθ=π/3条件下) 其中:k=2*π/λ,d=相邻天线单元的间隔(此两项为常量); θ为智能天线合成波束的扫描角(此项为变量)   图10  智能天线端口1的有源反射系数(k*d*sinθ=π/5条件下) 其中:k=2*π/λ,d=相邻天线单元的间隔(此两项为常量);θ为智能天线合成波束的扫描角(此项为变量)。 由图9,图10可知,利用ZVT的8端口和强大的Trace Math功能,可以实时的显示任意扫描角下的各端口有源反射系数,为智能天线系统的研发和生产测试提供了极大的便利。 4  结束语 智能天线比普通天线复杂得多,对智能天线系统的性能评估也比较复杂。在研发和生产阶段必须对智能天线进行全面测试,这样才能对其性能进行全面的考核,将智能天线的优势发挥出来。使用一般的2端口或4端口矢网很难全面、快速地测试智能天线。而R&S的 ZVT 独具8个端口,并有强大的Trace Math功能,因此能满足智能天线的测试需求,能帮助天线厂家对其智能天线进行快速、全面的测试。 附:相关名词解释 极化:是指电场在空间的运动轨迹。当电场的运动轨迹为一条直线,称为线极化;当运动轨迹为一个圆(或椭圆)时,称为圆(或椭圆)极化。线极化又分为垂直极化(即极化方向与地面垂直)和水平极化;圆极化又分为左旋圆极化和右旋圆极化(采用右手法则)。 天线增益:是指天线在空间某点的辐射功率相对于理想的点源(无方向性天线,实际上不存在)在该点的辐射功率之比。 有源反射系数:对一个多口天线(或微波器件)而言,其他若干个相关端口有激励的条件下某个端口的反射系数。

    时间:2011-12-04 关键词: TD-SCDMA 原理 测试方法 智能天线

  • 基于智能天线MIMO的广域无线网络设计

    广域无线网络运营商们正越来越多地涉足移动宽带接入和丰富多媒体业务,这些业务对无线网络提出了极大的挑战,运营商需要对网络容量、用户数据速率、距离和覆盖质量做较大的改进,而多输入多输出(MIMO)智能天线技术提供的潜在性能增益能够有效地解决这些挑战。 广域无线网络运营商们正越来越多地采用移动宽带接入策略和丰富多媒体业务策略,这些策略对他们的无线网络提出了极大的挑战。为了建立和维持赢利的商业模型,需要对网络容量、用户数据速率、距离和覆盖质量做较大的改进。运营商对MIMO等智能天线技术提供的潜在性能增益的兴趣越来越大,因为这些技术能够满足这些挑战,从而带来网络的发展。在无线局域网(WLAN)领域已有实际应用的MIMO以及近来客户端设备技术的不断进步将促进广域网中MIMO应用的普及。 促使MIMO在局域网领域取得成功的许多局域网固有特性与广域网环境有着很大的区别,因此我们必须谨慎地对待这种在不同应用中的转变。在下面对广域网 MIMO应用的简要说明中,我们将重点突出干扰和有限散射特性,这二者是最重要的区别,也是实现中需要着重考虑的因素。对无线运营商来说有个好消息,即在广域网中确实可以实现MIMO的大部分理论增益,条件是采用具有网络意识(network-aware)的解决方案,这样的方案能够减少多蜂窝环境中的干扰,并保持受限散射条件下的运行稳定性。另外值得注意的是,由于无需对现有无线协议作任何修改就能获得这些性能增益,因此广域网中的MIMO要比一般想象的更容易实现。 定义MIMO技术 由于用户端设备对成本具有较大的敏感性,因此在目前商业广域网中的智能天线配置只是在链路的基站侧使用多幅天线,而客户端设备只有一幅天线。随着改善广域网经济的压力不断增大,以及客户端设备芯片集成度提高,以及对客户端增加智能天线处理的边缘成本的降低,运营商对在链路两端都使用智能天线的解决方案兴趣也越来越大。 两端同时用多幅天线将可以采用许多新的传输技术,这些技术在仅单端使用多幅天线的系统中是不可行的,在大多数情况下应用这些技术将提供更多的系统性能增益。 业界对智能天线的讨论,包括对用于各种不同实现中的术语有完全不同的定义,因此有必要简要介绍分类适用方法。先来看最简单的例子,考虑在链路的每端都只有一幅天线的某个系统,虽然信号向所有方向(一般在120°扇区内)发送,但某个具体的无线信道可能只有两条主导路径,如图1所示。本文所示例子是一个高位基站与一个路面的低位移动手机(更广泛地说是“客户设备”,因为有可能是移动计算平台)之间的通信,大部分接收信号来自于邻近建筑物的反射。这是一个单输入单输出(SISO)的信道。[注:在无线通信领域中所说的术语“输入”和“输出”是针对信道本身而言的,并非以信道两端的设备为参考。 图1:在基站(BS)和客户设备(CD)之间具有两条主导传播路径的无线信道,如图中箭头所示,该信道叠加在基站标称的120°扇区传送图案上。 本文讨论的是最简单的,也是目前最常见的智能天线。如果接收器有一幅以上的天线,那么它能智能地组合来自不同天线接收到的信号,并识别出信号确实是来自两个主要方向。它具有这个功能的原因是因为两条路径有不同的空间特性(spatial characteristic)或不同的空间特征 (spatial signature)。由于接收器能识别这两种不同的空间特征,因此它能组合来自两个天线的信号,并将二者累加起来形成更强的组合信号。这种方式被称为单输入[到信道1]多输出[自信道1](或SIMO)方式,这就是有名的接收器分集方案。接收分集技术被广泛用于2G和现在的3G蜂窝网络的链路基站侧。 反过来,如果发送器有多幅天线,而接收器只有一幅天线,信号将仍沿相同的路径传播,因为物理环境没变(建筑物仍在那儿)。这种传播方式称为多输入单输出(MISO)方式。与SIMO相比,MISO的最大不同在于信号组合必须在发送端完成,而不是在接收端。通过仔细调整发送天线,两条路径能够以与SIMO相同的方式完成叠加。这种方法被广泛用于PHS和HC-SDMA(大容量空分多址)系统,这种系统的基站侧有多幅用于接收(工作在SIMO模式)和发送(工作在MISO模式)的天线。 在链路两端提供多幅天线的方式就是MIMO方式。在这种情况下,可以更高效地使用这两条路径,如图2所示。发送器可以通过调整它的天线以让图2中蓝色所示的信息流沿第一条路径(也就是空间特征)发送,而橙色所示的另外一条信息流沿另一条路径发送。因为接收器也有多幅天线,因此它可以通过检测不同的空间特征把两条流分开来。在这种情况下,发送器可以发送两个完全不同的数据流,从用户看来相当于将数据速率提高了一倍。与单独的MISO或SIMO处理相比,这种方式在最佳状态下具有材料上的优势,这种MIMO优势的取得不需要增加额外的带宽和功率。一般会降低单天线链路性能的多径传输在MIMO方式中反而会提高信道效率和质量。   图2:具有两个主导传播路径的通信信道在MIMO方式下可以使用户数据速率加倍。值得注意的是,多天线处理可以完成波束整形,从而使信号沿着感兴趣的信道传播,而另外一个主导信道上不传信号。 MIMO 系统能够利用多径传播的前提是在传播环境中存在这些空间维数,对这一点的理解非常重要。在图2中,一共有4幅天线,但只有两条主导路径。在这种情况下即使有4幅天线也只能形成两条数据流。因此MIMO性能与系统应用环境中多径的丰富程度密切相关。幸运的是,在许多环境中存在足够多支持多个并行数据流的散射和多径传播。 信息理论的研究表明,如果链路两端都使用多幅天线,那么代表了数据速率上限的系统容量将随天线数量的增加而呈线性增长(在确定的信道前提下,并保持整体功率不变)。具有相同数量发送和接收天线的不同MIMO系统的理论容量如图3所示,8×8   图3:具有N幅发送和接收天线的MIMO系统在保持总发送功率不变的条件下理论平均容量相对信噪比(SNR)曲线。 MIMO系统(即链路的每端有8幅天线)的容量最多可以达到单天线系统容量的8倍。考虑所有的网络的运营和资本开支,MIMO技术提供的性能和经济效益要比单天线系统高出许多。特别是对于高数据速率的业务,比如真正的宽带接入、IPTV和大型文件传输,在这些应用中受限的带宽会引起严重的问题,而MIMO 技术则是很有前途的一种解决方案。 图3的预测值只表征了理想系统的性能极限。信息理论对如何达到这些极限值没有提供太多的实用性指导意见,实际系统面临着如何充分利用信道提供的空间维度的挑战。大体上有三种主要推荐的信道利用方法,前两种方法着重单条链路的性能,第三种着重整个网络性能: 1. 提高数据速率 上文讨论的技术(如图2中所示)通常称为空间复用。对于有丰富散射环境的信道来说,通过在每幅天线上发送独立的信息流可以提高数据速率,使用较为成熟的接收器技术可以将不同的数据流分离开来并进行单独解码。例如使用4幅发送和4幅接收天线的系统容量将达到单天线系统的4倍。 2. 通过分集技术改善服务质量 相反,如果在多幅天线多个符号(symbol)上发送相同的信号,那么就可以改善传输的可靠性,而不是提高数据速率。实际上在不同天线和不同时间点发送多份信号拷贝的这种技术提供了空间-时间的分集。同时在空间和时间上传播或编码信息符号的技术被称为空间-时间编码技术。 3. 通过减轻干扰获得更高的数据速率和更好的服务质量 MIMO 系统中利用空间维度的另外一种适合更多干扰环境的方法是优化整个系统中的射频能量分布,尽量减少网络中共信道干扰的产生和敏感度。本文最后部分将详细讨论这种方法。利用更高的SINR(更高的SINR可实现更高的调制等级,因此链路可达到更高的数据速率)和经典分集(可增加链路稳定性),这种方案可以提供更高的数据速率和更具鲁棒性的链路。就像在MISO系统中,基站用多个空间信道来实现客户设备一致的组合能量那样,这些信道被客户端用来改善这些空间’方向’中的有效灵敏度(像SIMO系统那样),降低基站发送所需的功率。相反的过程在上行链路上完成。基站和客户设备通过自动一致地运行降低系统中的干扰水平。就像后文所要讨论的那样,整个网络性能是广域网系统优化的关键方面,而降低干扰是提高宽带网络性能的主要驱动力。 全球的研究实验室业已证明MIMO技术在早期的无线局域网应用中的实际可行性,其系统容量非常接近实验室中同时使用空间复用和空间-时间编码技术所能达到的理论预测值。由于在最初应用中获得了巨大性能增益,MIMO技术很快走出实验室,并应用于实际的WLAN产品中。 MIMO早期在WiFi上取得的成功 宣传最多的MIMO实现是在固定的无线局域网环境中,在这种环境中MIMO的最大好处是提高了单个用户设备的吞吐量。特别是家庭和企业级WLAN所具有的多个特性使它们成为最早采纳MIMO的理想候选网络,这些特性包括: 1. 丰富的散射 大多数WiFi系统都处在有大量散射条件的环境中,如室内或密集的城市建筑物间。在这些环境中通常有多条传播路径或空间维度可用来形成多个流。事实上,室内环境与获得图3所示的容量随天线数量增加而呈线性增长所需的条件非常相似。 2. 独立部署 获得快速部署的一个重要因素是WiFi设备通常是最终用户自己购买的,并且在他们自己的网络中是独立部署的。不同MIMO WiFi解决方案的互操作性并不成问题,就像IEEE 802.11n产品在公共MIMO标准获得一致意见之前取得成功所表明的那样,允许快速部署MIMO技术,不需要等到标准的统一。 3. 有限的干扰 同样关键的是WiFi环境非常接近研究MIMO技术的理论假设。由于WiFi网络的短距离和动态信道分配特性,MIMO接收器一般工作时没有很大的共信道干扰。如果工作在没有补偿的共信道干扰环境中,这些解决方案的性能会很快下降。 MIMO在WiFi中的成功部署表明由MIMO提供的潜在性能改善是真实的。从实验室结果到实际的WiFi产品只用了短短几年的时间,这一事实对广域网无线网络运营商来说意味着再次取得成功的机会非常大。 广域网所面临的挑战 使MIMO在WiFi产品中得到成功应用的性能优势同样使MIMO成为广域无线移动环境中的一种可能的技术选择。然而,移动、多蜂窝环境与WiFi射频环境在某些方面有本质的区别,因此移动环境面临诸多配置方面的挑战。 1. 干扰 由于采用密集的和大蜂窝部署方式,广域环境中的干扰特别严重。在这种环境中,干扰抑制和大吞吐量性能都是必需的。因此,为了将MIMO在WLAN的成功应用经验推广到广域网和移动宽带数据业务,必须采用新的MIMO解决方案,并且要兼顾干扰和数据速率。 2. 有限散射 在某些情况下,广域散射环境只能有一条或两条主导路径。例如,如果是视距(LOS)传播,那么就只有一条主导传播路径,也就限制了空间复用技术的使用。 3. 互操作性 在广域网络中,所有用户都需要无缝地通过大型网络(跨越地区和运营商)与基站进行通信,因此必须支持互操作性。像上述使用空间复用或空间-时间编码技术的解决方案需要修改协议,因此会极大地增加广域网中的MIMO解决方案产品的面市时间。例如,接收器需要知道发送器使用的空间-时间代码才能正确地对数据解码。将MIMO纳入移动系统的工作已经在多个标准化组织中展开,比如IEEE 802.16e标准,但具有鲁棒性的商用产品仍需相当一段时间才能正式上市。 这些因素使得在广域网中采用MIMO会比WiFi面临更多的挑战,需要采用能够解决大型多蜂窝网络特有属性的新解决方案。MIMO在广域网中的成功实现将取决于下面两个关键属性: 干扰抑制。在广域网中为了减少干扰,至少要部分使用通过链路两端的天线阵列获得的更多自由度。与只在单端进行干扰抑制的系统相比,在发送器和接收器端同时进行干扰抑制可以显著地减少网络干扰。 鲁棒性解决方案。需要开发出能够解决主导传播路径数量有限的方案,即使在有限散射的信道中,通过发送器和接收器端组合信号仍可以获得显著的性能增益。最近的研究表明,即使是只有一条主导传播路径的信道(也称为锁眼信道,key-hole channel),在链路两端同时使用智能天线技术仍能获得可观的性能增益。 用于广域网的MIMO 不需要修改已有协议,也不用等到新协议完成就能在现有广域网中获得显著的MIMO增益。基站采用自适应阵列处理技术、移动终端采用类似处理技术即可获得明显的性能改善,这就是上文提到的第三种基本MIMO方法。事实上,理论研究也指出,这是在广域网中最常见的多信道条件下所采取的最佳方法。同时增强信号强度和干扰抑制性能对推进广域网的发展、支持运营商越来越高的带宽和多媒体业务目标显得尤为重要。 下面介绍能够平衡干扰抑制和吞吐量的解决方案。基站通过计算天线阵列的组合权重尽量减少基站方面的干扰。同样,移动终端使用它的天线阵列减少手机方面的干扰。由于在基站或客户设备上都不需要特殊的链路编码,因此 MIMO处理的实现和操作可以完全独立于每个设备。结果将形成一个自组织和自优化的系统,它能连续适应变化的干扰环境和用户不断变化的业务需求。由于这种 MIMO方法中链路两端设备是互相独立的,因此即使在不同种类网络或正在升级变化中的网络(不是所有基站和客户设备都装备有多幅天线的网络)条件下也能提供优异的性能。单天线终端可以使用SIMO(发送中)或MISO(接收中)信道简单地加入这样的网格,并与多天线终端一起工作。这种干扰最小化MIMO技术所带来的总体网络性能将随着系统中多天线设备的增多而日益增强。 本文小结 MIMO 技术提供的性能增益为推动无线通信的下一步发展提供了极具前景的动力。为WiFi市场和广域网提供性能增强的MIMO设备不久就会上市。然而,广域移动无线系统中的射频环境与WiFi完全不同,干扰是最大的挑战。幸运的是,现在已经有了基于自适应天线处理技术的广域网MIMO解决方案,能够在单天线系统中提供巨大的性能增益。这些解决方案通过多幅天线和信道内部固有的空间维数可以完全满足干扰和吞吐量要求。而且大部分增益性能可以在不修改协议的条件下实现,相信在不远的将来这些解决方案很快会得到广泛应用。因此,广域MIMO应用可能要比想象的更容易实现。

    时间:2011-06-14 关键词: 无线 网络设计 mimo 智能天线

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