一种测量双极化智能天线业务波束的基准方向的方法

摘要

本发明提供了一种测量双极化智能天线业务波束的基准方向的方法，包括步骤：选取以待测双极化智能天线阵列所在的地理位置为圆心，以一定距离为半径的均匀分布在圆上的N个测试点，测得圆心及N个测试点的地理位置信息；扫频仪分别外接与待测双极化智能天线的某一极化方式相同的接收天线，在待测点测量，分别获取待测智能天线系统在不同极化方式下的波束幅度方向图；将获得的两张方向图合成获得新的方向图；新的方向图上主波束的两个半功率点之间的中线即对应业务波束的基准方向。本方法克服了现有的依靠工程师目测和经验确定基准方向的缺陷，为双极化智能天线的外场测试中准确测量移动终端的方位和业务波束的波达角提供了有利条件。

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及时分同步码分多址（TD-SCDMA）系统所采用的双极化4列8通道智能天线在外场测试条件下判定业务波束的基准方向的方法。

背景技术

智能天线是TD-SCDMA系统中采用的一项物理层关键技术，它采用空分多址(SDMA)技术，利用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。智能天线的核心是波束赋形算法和数字信号处理器，通过自适应算法实时产生天线阵列的权值，并利用波束形成网络动态调整业务波束，使得主波束对准有用信号上行波达角（DOA）方向，旁瓣和零陷对准其他干扰用户方向，达到增强有效信号、抑制干扰信号的目的。

在智能天线的外场测试过程中，业务波束的基准方向是测量移动终端的方位和业务波束的波达角的所必须的数据。传统获取业务的波束基准方向的方法是依靠工程师的经验，利用简单的目测方式，将智能天线阵列本身所指的方向作为业务波束的基准方向。然而，由于在智能天线工作之前，必须先对其进行阵列校准，环境、气候等因素的不可预知性将导致阵元的幅度和相位在校准之后发生变化，通过目测获得的业务波束的基准方向将与实际业务波束的基准方向之间存在偏差。此外，相比单极化智能天线阵列，双极化智能天线阵列是由相互正交的极化方向的辐射单元组成，业务波束在不同的极化方向具有不同的传播特性，这进一步提高了获取业务波束的基准方向的难度。

TD-SCDMA系统采用时分同步技术，上下行信号的频段相同，这使得根据上行接收信号的生成权值可直接应用于下行业务波束的赋形，为在外场环境下采用本发明测量智能天线业务波束的基准方向提供了条件。

发明内容

为了进一步测量TD-SCDMA系统中业务波束的DOA估计值精度，本发明提供了一种测量双极化智能天线业务波束的基准方向的方法。

本发明测量双极化智能天线业务波束的基准方向的方法，包括以下步骤：

第一步骤，配置待测双极化智能天线系统的相关参数，使所述双极化智能天线系统处于正常工作状态；

第二步骤，以所述双极化智能天线系统的天线阵列的地理位置为圆心，以一定距离为半径，在圆弧上的选取N个均匀分布的测试点，获取圆心和N个测试点的地理位置信息；

第三步骤，扫频仪外接接收天线，使所述接收天线的极化方式与所述双极化智能天线系统的某一极化方式相同；

第四步骤，在所述N个测试点中某一个点的物理位置上，使用所述述扫频仪测量在一段时间内所述待测双极化智能天线系统产生业务波束的平均功率强度，

第五步骤，与第四步骤同样的方法测量在所有N个测试点上的所述待测双极化智能天线系统产生业务波束的平均功率强度，

第六步骤，根据上述各测试点相对所述天线阵列的方位角，以及各测试点对应的平均功率强度，描绘第一极化方向波束幅度方向图A；

第七步骤，替换该扫频仪外接的接收天线，替换后所采用的天线的极化方式与所述双极化智能天线系统的另一极化方式相同；重新按照第四步骤至第六步骤的方法，绘制第二极化方向波束幅度方向图B；

第八步骤，将方向图A和方向图B中具有相同方位角的波束幅度点做合成计算，绘制合成波束幅度方向图C；

第九步骤，获得方向图C中主波束的两个半功率点对应的方位角，计算这两个方位角的夹角的中线，该中线对应的方位角即为业务波束的基准方向。

优选的，所述第一步骤中的所述相关参数包括：接入频点、接入时隙为3时隙、公共物理信道（PCCPCH）最大发射功率30dBm、业务信道单码道发射功率-18~+1、小区负载为0、关闭内外环功率控制、校正参数、业务波束权值，其中业务波束权值为分别对应双极化智能天线8个阵元的8个一组参数，该组参数赋予业务波束指向基准方向。

优选的，在所述第二步骤中，获取的圆环上的N个点的地理位置信息为GPS位置信息。

优选的，在所述第三步骤中，扫频仪外接的天线为单极化天线。

优选的，在所述第八步骤中，计算该两个记录的合成值时，首先把两个记录的单位从分贝毫瓦（dBm）的值转化为瓦特（Watt）或者毫瓦（MilliWatt），然后把转化单位后的两个记录值相加，然后把相加后的值的单位从瓦特或者毫瓦转化为分贝毫瓦。

本方法提出了一种测量双极化智能天线业务波束的基准方向的方法，克服了现有的依靠工程师目测和经验确定基准方向的缺陷，为双极化智能天线的外场测试中准确测量移动终端的方位和业务波束的波达角提供了有利条件。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1是根据本发明实施例的测量双极化智能天线时判定业务波束的基准方向的方法的流程图。

图2基于本发明的一个实例示出了在外场条件下判定双极化智能天线的业务波束的实际基准发射方向所需的具体测试环境示意图。

图3基于本发明的一个实例示出了根据设定的权值序列产生的业务波束的第一极化方向幅度方向图A。

图4基于本发明的一个实例示出了根据设定的权值序列产生的业务波束的第二极化方向幅度方向图B。

图5基于本发明的一个实例示出了根据设定的权值序列产生的业务波束的合成幅度方向图C。

具体实施方式

在下面的描述中，给出了某些具体细节以便对本发明多个实施例的充分理解。不过，本领域技术人员可知，没有这些细节也能实现本发明。在其他情况下，没有详细表示或描述与计算机、传输介质、测量设备、记录设备等设备有关的公知结构，以避免不必要的干扰对本发明实施例的描述。

除非内容需要，否则在说明书和权利要求书中，词语“包括”及其变化被理解成开方的“包含”的意思，即“包括，但不限于”。

本发明提出了一种结合理论分析和实际测试的方法，有效提高了数据分析的精确度和结论的准确性。如图1所示，根据本实施例的测量双极化智能天线的业务波束的基准方向的方法包括以下步骤：

步骤S01：准备测试系统，配置双极化智能天线的测试环境和相关参数，使系统处于正常工作状态；所述相关参数包括：接入频点、接入时隙为3时隙、公共物理信道（PCCPCH）最大发射功率30dBm、业务信道单码道发射功率-18~+1、小区负载为0、关闭内外环功率控制、校正参数、业务波束权值，其中业务波束权值为分别对应双极化智能天线8个阵元的8个一组参数，该组参数赋予业务波束指向基准方向，在本具体实施方式中，该组权值为：

权值1至4：0.2400+0.0019i，0.2400-0.0005i，0.2400-0.0019i，0.2400+0.0019i，

权值5至8：0.2400+0.0019i，0.2400-0.0005i，0.2400-0.0019i，0.2400+0.0019i

其中，权值1至4对应+45⁰极化方式的4根天线阵元，权值5至8对应-45⁰极化方式的4根天线阵元。

其中图2基于本发明的一个实施例示出了测量智能天线时判定业务波束的基准方向所需的具体测试环境；

其中，测试系统包括测试终端、包含GPS系统的路测系统一套、扫频仪，测试终端和扫频仪都与路测系统直接相连。

优选地，测试区域的地面较平坦，在测试范围内不存在建筑物、树木、行人或车辆等阻挡物。

优选地，在基站系统的情况下，在一定传播距离，例如300米、业务波束的覆角范围内测量通信频段内的信号干扰，要求一定时间段，例如3分钟，内噪声波动的时间统计平均值小于-75dBm，要求方差小于3dBm。

优选地，在完成基站的参数配置并开启基站，系统充分预热且运行稳定的情况下，要求测试手机测量到的智能天线系统发射的公共物理信道信号的接收功率大于-63dBm。

优选地，通过扫频仪锁定上述基站的通信频段和时隙，测量目标小区的传播路径数目和每条传播路径的接收功率，要求传播路径数目为1或者第一条传播路径的接收功率比其它传播路径的接收功率大于10dBm。

步骤S02：获得待测系统的天线地理位置，以待测系统的天线地理位置为圆心，以固定的距离为半径，获得对应的圆环上的N个待测点的地理位置，该N个待测点在圆环上等距离分布，任意两个相邻点相对圆心的方位角的夹角均相同。本实施例N=12，此时该夹角为30⁰；

步骤S03：扫频仪外接接收天线，该天线的极化方式与待测双极化天线阵列的+45⁰的极化方式相同；

步骤S04：通过该扫频仪在上述的圆环上的N个点分别获取一组测试数据，每组测试数据都包含有来自基站预定信号对应的信息在一段时间内的功率强度值记录，每个所述测试数据记录按照预定时间间隔记录，移动时可用手持有扫频仪，而当移动到目标待测点后，需放置扫频仪在一固定高度，例如1米，然后使该扫频仪自动记录测试数据，扫频仪测试的为2分钟以上；

步骤S05：针对每个待测点，记录手挪开的时间点T1，并将T1加上一段固定的时间，例如30秒，由此产生的新的时间点TS作为获取该测试点对应的一组测试数据记录的起始时间；将TS加上一段固定的时间，例如120秒，由此产生的新的时间点TE作为获取该测试点对应的一组测试数据记录的结束时间，针对上述各组测试数据的记录文件，分别找到数据记录时间在TS与TE之间的所有数据记录，并对这些测试数据根据不同的测试点分别进行时间统计平均，设获得的任意一组测试数据的时间统计平均结果为P，单位为dBm；

步骤S06：根据上述测试点相对基站的方位角，以及各测试点对应的P值，根据标准方法描绘波束幅度方向图A，如图3所示，该图基于在步骤S01中所述的权值1至4，其中正90⁰方位角代表正北方，该曲线由N个待测点对应的方位角和统计平均值所描绘而成，[1]表示任意一个待测点对应的方位角，[2]表示该待测点对应的统计平均值；

步骤S07：替换该扫频仪外接的接收天线，替换后所采用的天线的极化方式为-45⁰；通过该扫频仪，重复步骤S04至S06，其中步骤S06所描绘的波束幅度方向图A替换为波束幅度方向图B，如图4所示，该图基于在步骤S01中所述的权值5至8，表现了待测系统的业务波束在某一极化（例如-45⁰）方式上的理论特征，其中正90⁰方位角代表正北方，该曲线由N个待测点对应的方位角和统计平均值所描绘而成，[3]表示任意一个待测点对应的方位角，[4]表示该待测点对应的统计平均值。

步骤S8：将波束幅度方向图A和波束幅度方向图B合并，以产生最终的波束幅度方向图C。上述合并的方法如下，对应方向图A和B上的任意两个方位角相同的记录点，计算该两点的合成功率，以该合成功率作为波束幅度方向图C在上述方位角对应的功率值记录点，其中合成功率计算采用如下公式：

             （1）

其中，log10函数计算的是以10为基，其括号内的值的对数；V_dBm1代表幅度方向图A的某一记录点的功率值，V_dBm2代表幅度方向图B上方位角相同的记录点的功率值，V_dBm3代表幅度方向图C上方位角相同的记录点的功率值，它们的单位都是分贝毫瓦（dBm）。

步骤S09：获取方向图C描绘的主波束的两个半功率点，获取这两个半功率点各自对应的方位角A1和A2，单位为⁰，当A1-A2的绝对值小于180⁰时，该智能天线系统的业务波束的基准方向为；当A1-A2的绝对值大于180⁰时，该智能天线系统的业务波束的基准方向为

     （2）

其中，在步骤S01中，测试系统包括测试终端、路测系统（含GPS系统）一套、扫频仪，测试终端与路测系统直接相连，扫频仪与路测系统直接相连。

如图5所示，该图对应波束幅度方向图C，表现了两种不同极化方式的波束方向图的合成效果，其中正90⁰方位角代表正北方，曲线表示由根据N个待测点对应的方位角和合成值所描绘的接收功率曲，[5]和[6]分别表示两个半功率点，[7]表示业务波束的基准方向角度。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。