测量无线基站通道延迟的装置和方法

摘要

本发明提供了一种测量无线基站通道延迟的装置和方法，该方法主要包括：在基站基带调制器处设置测试信号发送模块，通过该测试信号发送模块向基站的天线端口发送设定周期的测试信号；将所述基站输出的测试信号环回到基站，根据所述基站帧定时信号，通过采样搜索所述环回的信号的过零点，获得基站的收发通道环回延迟。利用本发明所述方法，可以精确地测量无线基站的发射通道延迟和接收通道延迟，需要的测试装置比较少并且易于操作。

权利要求

1.一种测量无线基站通道延迟的装置，其特征在于，包括：

测试信号产生模块：设置于基站基带调制器处，向基站的天线端口发送设定周期的测试信号；

延迟测试装置：将基站的天线端口输出的射频信号进行衰减、混频处理后环回到基站；

测试信号检测模块：设置于基站基带解调器处，以基站帧定时为起始点，通过采样搜索基带解调器输入端还原的信号的过零点，获得基站的收发通道环回延迟；

示波器：测量基站的天线端口输出的射频信号相对于基站帧定时信号的时间差，获得基站的发射通道延迟；

所述的测试信号检测模块具体包括：

采样时间延迟调整模块：确定对基带解调器输入端还原的信号进行采样的时间相对于基站帧定时的时间延迟量，将该时间延迟量传递给信号采样统计模块；当信号采样统计模块每次对采样结果统计完成后，将该时间延迟量增加设定的步进量；

信号采样统计模块：根据采样时间延迟调整模块传递过来的时间延迟量，对基带解调器输入端还原的信号进行采样，将多次采样获得的信号的幅度或功率进行平均，当获得的平均值发生极性翻转时，确定此时的时间延迟量为基站的收发通道环回延迟。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的延迟测试装置具体包括：信号衰减装置：接收基站的天线端口输出的射频信号，对该射频信号进行电平衰减处理，将衰减处理后的射频信号输出给包络检波器和混频器；

包络检波器：将衰减器传递过来的射频信号进行检波处理后转换成包络信号，并将该包络信号输出；

混频器：包括射频信号端口、本振信号端口和中频信号端口，将衰减器传递过来的在射频信号端口输入的射频信号和本振信号端口输入的本振信号进行混频处理后转换成中频信号，将该中频信号通过中频信号端口环回到基站，或者通过射频信号端口直接反射回基站。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述示波器，还用于接收延迟测试装置输出的包络信号，测量该包络信号相对于基站帧定时信号的时间差，获得基站的发射通道延迟。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的延迟测试装置具体包括：锁相环：用于通过本振信号端口向混频器输入本振信号，该锁相环的输出频率锁定到基站的参考时钟上。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的信号衰减装置包括衰减器或射频耦合器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述的测试信号产生模块、测试信号检测模块通过现场可编程门阵列FPGA或专用芯片来实现。

7.一种测量无线基站通道延迟的方法，其特征在于，包括步骤：

A、在基站基带调制器处设置测试信号发送模块，通过该测试信号发送模块向基站的天线端口发送设定周期的测试信号；使用示波器测量所述基站的天线端口输出的射频信号相对于基站帧定时信号的时间差，获得基站的发射通道延迟；

B、使用混频器将所述射频信号环回到基站，在基带解调器输入端将环回的信号还原成所述测试信号；确定对所述还原的测试信号进行采样的时间相对于基站帧定时的时间延迟量，根据该时间延迟量，对所述还原的测试信号进行多次采样，将多次采样获得的信号的幅度或功率进行平均，当获得的幅度平均值发生极性翻转或功率平均值达到谷值点时，确定此时的时间延迟量为基站的收发通道环回延迟。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步骤A具体包括：将所述基站的天线端口输出的射频信号进行衰减、检波处理后，转换成低频包络信号并输出给示波器，示波器测量该低频包络信号相对于接收到的基站帧定时信号的时间差，获得基站的发射通道延迟。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的基站帧定时信号包括基站10ms帧定时信号，所述的测试信号包括方波信号或脉冲信号。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步骤B具体包括：所述混频器包括射频信号端口、本振信号端口和中频信号端口，将衰减器传递过来的在射频信号端口输入的射频信号和本振信号端口输入的本振信号进行混频处理后转换成中频信号，将该中频信号通过中频信号端口环回到基站，或者通过射频信号端口直接反射回基站。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的步骤B具体包括：使用锁相环通过本振信号端口向混频器输入本振信号，该锁相环的输出频率锁定到基站的参考时钟上。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步骤B还包括：对所述基带解调器输入端还原的所述测试信号进行插值处理，将所述测试信号转换为具有设定的采样间隔的测试信号。

13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步骤B具体包括：当对多次采样获得的信号的幅度或功率进行平均，获得相应的平均值后，将所述时间延迟量增加设定的步进量，继续对所述还原的测试信号进行采样。

说明书

测量无线基站通道延迟的装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种测量无线基站通道延迟的装置和方法。

背景技术

[0002] 无线基站通道延迟包括发射通道延迟和接收通道延迟两部分，发射通道延迟是指信号从基带调制器输出端到天线端口的延迟，接收通道延迟是指信号从天线端口到基带解调器输入端的延迟。发射通道延迟与接收通道延迟之和称为无线基站的收发通道环回延迟。无线基站通道延迟的定义示意图如图1所示。

[0003] 随着手机定位业务、发射分集、智能天线等新业务新技术的出现，对无线基站通道延迟的精度要求越来越严格。例如，WCDMA(Wideband CodeDivision Multiple Access，宽带码分多址)手机定位业务要求基站的收发通道环回延迟误差小于0.5chip(码片，WCDMA的时间单位，1码片约合260.3ns)；WCDMA发射分集要求两个发射通道的延迟之差不超过0.25chip，而智能天线对通道延迟精度要求更高。因此，基站产品在设计或使用时都需要精确测定收发通道的延迟。但由于无线基站通道包含数字信号处理、硬件高速接口、射频通道等多种环节，较难精确测定通道延迟。

[0004] 现有技术中一种测量WCDMA无线基站通道延迟的方法为：

[0005] 发射通道延迟：通常采用Agilent公司的发射机信号分析仪E4445的“Time Offset Coarse Trimming”(时间偏移粗校准)功能测量WCDMA基站发射通道延迟，基本原理是：发射机信号分析仪E4445以基站输出的10ms帧同步信号为触发，对基站天线口发射的射频信号进行解调，从而测量出发射信号相对10ms帧同步的时间差，即得到发射通道延迟。

[0006] 接收通道延迟：通常采用Agilent公司的矢量信号发生器E4438测量WCDMA基站接收通道延迟，基本原理是：矢量信号发生器E4438以基站输出的10ms帧同步信号为触发，向基站天线口输出模拟信道，由基站基带解调器进行解调，根据解调出的多径相对10ms帧同步的位置得到接收通道延迟。

[0007] 上述现有技术的缺点为：用E4445测量发射通道延迟精度只能达到0.5chip，且仪器本身引入的延迟难以校准。用E4438测量接收通道延迟时，测量精度取决于基站基带解调器对多径的时间分辨率，而该分辨率通常只有0.25chip～0.5chip，测量精度较低，并且仪器本身引入的延迟难以校准。

[0008] 现有技术中另一种测量WCDMA无线基站通道延迟的方法为：由于接收通道延迟比发射通道延迟更难精确测量，而手机等移动终端定位业务主要对收发通道环回延迟有要求。因此，该方法采用分别测量发射通道延迟和收发通道环回延迟的方法，然后，将收发通道环回延迟减去发射通道延迟即得到接收通道延迟。

[0009] 收发通道环回延迟通常利用基站本身的RTT(Round Trip Time，环回延迟)测量功能，基本原理是在移动终端与基站零距离(或距离已知)的情况下建立无线链路，基站测量接收到的移动终端信号与基站发射信号之间的定时差。

[0010] 上述方法的缺点为：

[0011] 1、利用基站RTT测量收发通道环回延迟的测量结果中包含了移动终端的延迟，而这部分延迟很难单独进行测量校准；

[0012] 2、利用基站RTT测量收发通道环回延迟的测量结果仍受限于基站基带解调器的多径分辨率，测量精度难以提高；

[0013] 3、为了建立所述无线链路，需要移动终端、基站控制器等很多设备，测试环境复杂，不便于操作。

发明内容

[0014] 鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种测量无线基站通道延迟的装置和方法，从而可以精确地测量无线基站的发射通道延迟和接收通道延迟，需要的测试装置比较少并且易于操作。

[0015] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0016] 一种测量无线基站通道延迟的装置，包括：

[0017] 测试信号产生模块：设置于基站基带调制器处，向基站的天线端口发送设定周期的测试信号；

[0018] 延迟测试装置：将基站的天线端口输出的射频信号进行衰减、混频处理后环回到基站；

[0019] 测试信号检测模块：设置于基站基带解调器处，以基站帧定时为起始点，通过采样搜索基带解调器输入端还原的信号的过零点，获得基站的收发通道环回延迟；

[0020] 示波器：测量基站的天线端口输出的射频信号相对于基站帧定时信号的时间差，获得基站的发射通道延迟；

[0021] 所述的测试信号检测模块具体包括：

[0022] 采样时间延迟调整模块：确定对基带解调器输入端还原的信号进行采样的时间相对于基站帧定时的时间延迟量，将该时间延迟量传递给信号采样统计模块；当信号采样统计模块每次对采样结果统计完成后，将该时间延迟量增加设定的步进量；

[0023] 信号采样统计模块：根据采样时间延迟调整模块传递过来的时间延迟量，对基带解调器输入端还原的信号进行采样，将多次采样获得的信号的幅度或功率进行平均，当获得的平均值发生极性翻转时，确定此时的时间延迟量为基站的收发通道环回延迟。

[0024] 一种测量无线基站通道延迟的方法，包括步骤：

[0025] A、在基站基带调制器处设置测试信号发送模块，通过该测试信号发送模块向基站的天线端口发送设定周期的测试信号；使用示波器测量所述基站的天线端口输出的射频信号相对于基站帧定时信号的时间差，获得基站的发射通道延迟；

[0026] B、使用混频器将所述射频信号环回到基站，在基带解调器输入端将环回的信号还原成所述测试信号；确定对所述还原的测试信号进行采样的时间相对于基站帧定时的时间延迟量，根据该时间延迟量，对所述还原的测试信号进行多次采样，将多次采样获得的信号的幅度或功率进行平均，当获得的幅度平均值发生极性翻转或功率平均值达到谷值点时，确定此时的时间延迟量为基站的收发通道环回延迟。

[0027] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过使用测试信号产生模块发送测试信号，使用示波器获得无线基站的发射通道延迟；通过延迟测试装置将上述测试信号环回到基站，使用测试信号检测模块获得无线基站的收发通道环回延迟。从而可以精确地测量无线基站的发射通道延迟和接收通道延迟。

[0028] 本发明需要的测试装置简单、成本低，并且易于操作，可部分或全部集成到基站内部，测试时不需要将基站置于通信网中联网工作，只需要直接发送测试信号即可。通过软件配合很容易实现自动化测试。

[0029] 本发明使用示波器测量无线基站的发射通道延迟，避免了E4445仪器解调信号的误差，发送通道延迟测量精度可达到数ns。

[0030] 本发明使用混频器环回基站发射和接收通道，避免使用手机等延迟难以校准的测试设备；混频器本身引入的延迟极小可以忽略，并且必要时也很容易用矢网分析仪标定其延迟。从而使无线基站的的收发通道环回延迟测量精度可达到数ns。

附图说明

[0031] 图1无线基站通道延迟定义示意图；

[0032] 图2为本发明所述装置的实施例的结构示意图；

[0033] 图3为本发明所述方法的实施例的原理示意图

[0034] 图4为本发明所述测试信号产生模块发送的测试信号在发射通道延迟测量过程中的各种波形示意图；

[0035] 图5为本发明所述测试信号产生模块发送的测试信号在收发通道环回延迟测量过程中的各种波形示意图。

具体实施方式

[0036] 本发明提供了一种测量无线基站通道延迟的装置和方法，本发明的核心为：使用测试信号产生模块发送测试信号，使用示波器获得无线基站的发射通道延迟；通过延迟测试装置将上述测试信号环回到基站，使用测试信号检测模块获得无线基站的收发通道环回延迟。

[0037] 下面结合附图来详细描述本发明，本发明所述装置的实施例的结构示意图如图2所示，其中阴影部分表示本发明新增模块，包括：测试信号产生模块、测试信号检测模块、延迟测试装置和示波器。其它模块为基站原有的模块。

[0038] 测试信号产生模块：设置于基站基带调制器处，通过FPGA(FieldProgramble Gate Array，现场可编程门阵列)或专用芯片来实现。用于发送周期为T的测试方波，该测试方波经基站射频发信机调制后，在天线端口变为相位周期翻转180度的射频信号。

[0039] 延迟测试装置：可以是独立于基站的一块电路装置，也可以集成在基站内部。将天线端口输出的射频信号经衰减器和包络检波器转换成低频包络信号，并传递给示波器；通过混频器和锁相环将天线端口输出的射频信号环回到基站。延迟测试装置包括信号衰减装置、包络检波器和混频器。

[0040] 示波器：测量延迟测试装置传递过来的低频包络信号相对于接收到的基站10ms帧定时信号的时间差，获得基站的发射通道延迟。

[0041] 测试信号检测模块：以基站10ms帧定时为起始点，通过FPGA或专用芯片来实现。通过采样和插值的方法搜索基带解调器输入端还原的方波信号的过零点(极性翻转时刻)，获得基站的收发通道环回延迟。测试信号检测模块包括采样时间延迟调整模块和信号采样统计模块。

[0042] 其中，延迟测试装置中的信号衰减装置：接收基站的天线端口输出的射频信号，对该射频信号进行电平衰减处理，将衰减处理后的射频信号输出给包络检波器和混频器。

[0043] 其中，延迟测试装置中的包络检波器：将衰减器传递过来的射频信号进行检波处理后转换成包络信号，并将该包络信号输出。

[0044] 其中，延迟测试装置中的混频器：包括射频信号端口、本振信号端口和中频信号端口，将衰减器传递过来的在射频信号端口输入的射频信号和本振信号端口输入的本振信号进行混频处理后转换成中频信号，将该中频信号通过中频信号端口环回到基站，或者通过射频信号端口直接反射回基站。

[0045] 其中，测试信号检测模块中的采样时间延迟调整模块：确定对基带解调器输入端还原的信号进行采样的时间相对于基站帧定时的时间延迟量，将该时间延迟量传递给信号采样统计模块；当信号采样统计模块每次对采样结果统计完成后，将该时间延迟量增加设定的步进量。

[0046] 其中，测试信号检测模块中的信号采样统计模块：根据采样时间延迟调整模块传递过来的时间延迟量，对基带解调器输入端还原的信号进行采样，将多次采样获得的信号的幅度或功率进行平均，当获得的平均值发生极性翻转时，确定此时的时间延迟量为基站的收发通道环回延迟。

[0047] 本发明还提供了上述本发明所述装置的一个替代装置，该替代装置包括如下模块：

[0048] 测试信号产生模块：设置于基站基带调制器处，向基站的天线端口发送设定周期的测试信号。

[0049] 延迟测试装置：将基站的天线端口输出的射频信号进行衰减、混频处理后环回到基站。延迟测试装置包括信号衰减装置和混频器。

[0050] 示波器：该示波器为高速示波器，用于测量基站的天线端口输出的射频信号相对于基站帧定时信号的时间差，获得基站的发射通道延迟。

[0051] 测试信号检测模块：设置于基站基带解调器处，以基站帧定时为起始点，通过采样搜索基带解调器输入端还原的信号的过零点，获得基站的收发通道环回延迟。测试信号检测模块包括采样时间延迟调整模块和信号采样统计模块。

[0052] 其中，延迟测试装置中的信号衰减装置：接收基站的天线端口输出的射频信号，对该射频信号进行电平衰减处理，将衰减处理后的射频信号输出给混频器。

[0053] 其中，延迟测试装置中的混频器：包括射频信号端口、本振信号端口和中频信号端口，将衰减器传递过来的在射频信号端口输入的射频信号和本振信号端口输入的本振信号进行混频处理后转换成中频信号，将该中频信号通过中频信号端口环回到基站，或者通过射频信号端口直接反射回基站。

[0054] 其中，测试信号检测模块中的采样时间延迟调整模块：确定对基带解调器输入端还原的信号进行采样的时间相对于基站帧定时的时间延迟量，将该时间延迟量传递给信号采样统计模块；当信号采样统计模块每次对采样结果统计完成后，将该时间延迟量增加设定的步进量。

[0055] 其中，测试信号检测模块中的信号采样统计模块：根据采样时间延迟调整模块传递过来的时间延迟量，对基带解调器输入端还原的信号进行采样，将多次采样获得的信号的幅度或功率进行平均，当获得的平均值发生极性翻转时，确定此时的时间延迟量为基站的收发通道环回延迟。

[0056] 将上述获得的收发通道环回延迟减去基站的发射通道延迟即得到基站的接收通道延迟。

[0057] 为便于描述，本发明以WCDMA基站为例进行说明，但所述方法同样适用于CDMA2000、WiMAX(全球微波互动)等其他FDD(频分双工)制式的无线通信基站。

[0058] 本发明所述方法的实施例的处理流程如图3所示，包括如下步骤：

[0059] 步骤3-1：测试信号产生模块产生的测试信号通过射频收发信机、双工器到达天线端口。

[0060] 本发明首先通过测试信号产生模块发送的测试信号进行发射通道延迟测量。该测试信号在发射通道延迟测量过程中的各种波形示意图如图4所示。

[0061] 本发明在基站基带调制器处增加测试信号产生模块，该测试信号产生模块发送周期为T的方波信号，该方波信号的波形如图4中的基带IQ信号所示。该方波信号经基站射频发信机、双工器调制后在天线端口处变为相位周期翻转180度的射频信号。该射频信号的波形如图4中的天线端口处射频信号所示。

[0062] 上述方波周期T的取值一般应大于基站的收发通道环回延迟，以免测量时不易辨别与基站10ms定时信号对应的过零点。在实际应用中，也可以用脉冲信号或其它类似信号来代替上述方波信号。

[0063] 步骤3-2：延迟测试装置将天线端口处射频信号转换成低频包络信号，并传递给示波器，示波器测量该低频包络信号相对基站10ms帧定时信号的时间差，获得基站的发射通道延迟。

[0064] 本发明增加的延迟测试装置接收所述天线端口处射频信号，经延迟测试装置中的衰减器将射频信号衰减到较低电平，该衰减器也可由射频耦合器代替。再通过包络检波器进行检波处理后转换成低频包络信号。该低频包络信号在相位翻转处存在明显的谷值点，该低频包络信号的波形如图4中的检波后的包络信号所示。延迟测试装置将上述转换后的低频包络信号传递给本发明增加的示波器。

[0065] 上述延迟测试装置可以是独立于基站的一块电路装置，也可以集成在基站内部。

[0066] 本发明增加的示波器在接收到上述低频包络信号的同时还接收基站直接传递过来的10ms帧定时信号。示波器测量上述低频包络信号相对上述基站10ms帧定时信号的时间差，该时间差即为基站的发射通道延迟。

[0067] 上述方案采用普通低速示波器观察检波后的低频包络信号，也可以直接用高速示波器观察天线端口输出的射频信号，这样可省去上述延迟测试装置中的包络检波器。

[0068] 上述示波器在时间轴上的精确度比E4445等射频仪器高，测试精度可达数ns，而用E4445测试只能达到百ns数量级的精度。

[0069] 步骤3-3：延迟测试装置通过混频器和锁相环将天线端口输出的射频信号环回到基站，测试信号检测模块以基站10ms帧定时为起始点，通过采样和插值的方法搜索基带解调器输入端还原的方波信号的过零点，获得基站的收发通道环回延迟。

[0070] 上述延迟测试装置中的混频器是一个3端口器件，包括：RF(RadioFrequency，射频信号)端口、LO(Local Oscillitor，本地振荡器或称本振)端口和IF(Intermediate Frequency，中频信号)端口。用于将基站发射信号频率转换成基站接收信号频率。

[0071] 在混频器上输入的RF和LO信号经混频处理后，在IF端口得到频率为RF与LO之差的IF信号。然后，混频器将部分IF信号通过IF端口环回到基站，或者通过RF端口直接反射回基站。

[0072] 上述LO信号频率等于基站收发频率之差，对于WCDMA基站为190MHz。LO信号由延迟测试装置中的锁相环提供，该锁相环的输出频率锁定到基站的参考时钟上，以保证测试结果稳定。

[0073] 上述延迟测试装置返回的信号经过基站的接收通道后，在基带解调器输入端还原成方波信号，但由于发射通道和接收通道中滤波器的作用，该方波信号的过零点附近有一定的过渡时间。本发明在基带解调器中增加一个信号检测装置，该信号检测装置可以以所述基站10ms帧定时为起始点向后搜索上述基带解调器处的方波信号的过零点(极性翻转时刻)。获得基站的收发通道环回延迟。

[0074] 由于噪声的干扰，上述方波信号的过零点位置存在一定随机性，为了降低噪声的影响，需要在同一位置对上述方波信号幅度进行多次检测并求平均结果。具体方法是：每隔时间T(测试信号周期)采样一次信号幅度，每n个采样为一组，求该组中所有采样结果的平均值。采样时间相对于基站10ms帧定时的延迟量T可调，每次求完采样结果的平均值后，将该延迟量T增加一个步进量ΔT。由于被检测的上述方波信号存在极性周期翻转，当延迟量T调整到一定值时，采样的幅度统计值会发生极性翻转，此时采样点延迟T即为所测的基站的收发通道环回延迟。上述测试信号产生模块发送的测试信号在收发通道环回延迟测量过程中的各种波形示意图如图5所示。

[0075] 上述n的取值越大噪声影响越小，但同时测试时间越长，一般n可在几千到几万范围取值。上述步进ΔT的大小决定了测试的分辨率，步进ΔT的最小取值受限于信号采样率，而一般基站基带解调器对基带信号的采样率较低(例如WCDMA基站的采样间隔一般为0.5chip或0.25chip)，直接测试精度较差。因此，可以在对信号进行检测前，先将信号插值到足够高的采样率，比如，用8倍插值cIC(Cascaded Intergrator Comb，级联积分梳状)滤波器可将0.5chip采样间隔的信号插值为1/16chip采样间隔，测试分辨率则提高到了1/16chip。

[0076] 在上述基站的收发通道环回延迟的测量过程中，在对信号进行检测时对信号幅度求平均，也可以改为对信号功率求平均。在该情况下，当获得的功率平均值达到谷值点时，此时的时间延迟量即为基站的收发通道环回延迟。

[0077] 在上述基站的收发通道环回延迟的测量过程中，通过不断调整接收通道的信号抽样检测点相对基站10ms帧定时的位置来搜索信号的过零点，也可改为不断调整发射通道信号相对基站10ms帧定时的位置，而接收通道在固定位置采样信号。

[0078] 在上述基站的收发通道环回延迟的测量过程中，在对信号进行检测前先进行插值，也可以改为对采样和求平均之后的结果进行插值。

[0079] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。