TW201904211A

TW201904211A - 用於多輸入多輸出天線的吞吐量量測系統

Info

Publication number: TW201904211A
Application number: TW106118175A
Authority: TW
Inventors: 簡郅融; 陳文祥; 張耀元; 邱宗文
Original assignee: 川升股份有限公司
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2019-01-16
Also published as: TWI624160B

Abstract

一種多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，包括電波暗室、至少兩個傳送天線、至少兩個待測天線、向量信號產生器、通道模擬器、向量信號分析器以及軟體定義無線電模組。電波暗室內的傳送天線位於不同位置，待測天線位於終端裝置模組，以構成多輸入多輸出系統。向量信號產生器通過通道模擬器將向量信號提供至傳送天線，通道模擬器依據通道模型改變所傳送的向量信號。向量信號分析器分析待測天線的信號。軟體定義無線電模組連接向量信號產生器與向量信號分析器，控制向量信號產生器所產生的向量信號，且依據向量信號分析器分析的結果獲得多輸入多輸出系統的吞吐量。藉此，可更具體地、且快速地評估天線在系統中所能發揮的效能。

Description

多輸入多輸出天線吞吐量量測系統

本發明有關於一種天線量測系統，且特別是一種多輸入多輸出天線吞吐量量測系統。

天線輻射特性的量測技術需要良好的量測環境，如電波暗室(anechoic chamber)以及精準的量測儀器。在傳統上，不論是天線輻射場型、天線增益、天線效率與指向性等，天線有關於輻射特性的量測數據往往都僅限於描述天線本身。且一般而言天線的輻射特性往往都是在電波暗室中配合網路分析儀(network analyzer)量測相關數據，且是利用分析網路分析儀所測得數據的一個比較值(相較於參考標準天線)。基於量測環境的差異，天線的量測數據的相對值與可信度都不一樣。並且，傳統上使用網路分析儀僅能獲得類比數據參數(如天線效率、指向性、增益)，當天線元件應用於產品時又要進入系統整合階段的量測。先前的量測數據，通常僅是用於初期參考，未必能保證在系統應用上會沒有問題。

當天線應用於無線產品時，例如終端裝置，產品的最終測試或者是量產測試通常可區分為信令(signaling)測試與非信令(non-signaling)測試兩種，不論是哪種測試都是需要產品本身接收或發送無線信號，通過對產品整機運作的測試後才能確定天線有發揮它原本被預期的效能，若測試不通過，往往需要回頭修改天線設計或追查內部電路系統或軟體、韌體的演算法，天線元件的研發端與系統整合測試方面，需要有更有效率地整合研發資源、以降低產品開發成本。再者，目前及未來重要的多輸入多輸出(MIMO)系統所使用的天線元件更多，天線元件性能與系統整合的研發複雜度也日益增高。

本發明實施例提供一種多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，可在環境可控的電波暗室(anechoic chamber)內，對多輸入多輸出天線系統進行空中傳輸(Over The Air，OTA)的吞吐量(throughput)量測，取代了傳統上對於天線元件特性僅使用網路分析儀(network analyzer)量測方式。

本發明實施例提供一種多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，包括電波暗室、至少兩個傳送天線、至少兩個待測天線、向量信號產生器(Vector Signal Generator，VSG)、通道模擬器、向量信號分析器(Vector Signal Analyzer，VSA)以及軟體定義無線電(Software Defined Radio，SDR)模組。所述至少兩個傳送天線各別位於電波暗室內的不同位置。所述至少兩個待測天線位於電波暗室內的終端裝置模組，所述至少兩個傳送天線單元與所述至少兩個待測天線構成多輸入多輸出系統。向量信號產生器通過通道模擬器連接至少兩個傳送天線，將各別對應於至少兩個傳送天線的至少兩個向量信號分別提供至至少兩個傳送天線，其中通道模擬器依據通道模型以改變傳送至所述至少兩個傳送天線的所述至少兩個向量信號。向量信號分析器連接至少兩個待測天線，接收並分析來自於所述至少兩個待測天線的信號。軟體定義無線電模組連接向量信號產生器與向量信號分析器，控制向量信號產生器所產生的所述至少兩個向量信號，且依據向量信號分析器分析來自於所述至少兩個待測天線的信號的結果以獲得多輸入多輸出系統的吞吐量。

綜上所述，本發明實施例提供一種多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，獲得多輸入多輸出系統中天線以空中傳輸所能實現的實際吞吐量，以評估應用系統中的天線所能提供的真實通道容量(Channel Capacity)。在天線所應用的產品尚未完成設計之前，就可以對多輸入多輸出系統中的天線元件在無線通信通道中所能發揮的效能有更具體且更快速的評測。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅是用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

11、21‧‧‧電波暗室

12a、12b、22a、22b、22c、22d‧‧‧傳送天線

13a、13b、23a、23b、23c、23d‧‧‧待測天線

14、24‧‧‧終端裝置模組

15、25‧‧‧通道模擬器

16、26‧‧‧向量信號產生器

17、27‧‧‧向量信號分析器

18、28‧‧‧軟體定義無線電模組

10、20‧‧‧量測平台

19、29‧‧‧轉台

X、Y、Z‧‧‧軸

圖1是本發明實施例提供的多輸入多輸出天線吞吐量量測系統的示意圖。

圖2是本發明另一實施例提供的多輸入多輸出天線吞吐量量測系統的示意圖。

圖3是本發明實施例提供的多輸入多輸出天線吞吐量量測系統所量測得到的吞吐量的曲線圖。

本發明實施例的多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，包括電波暗室、至少兩個傳送天線、至少兩個待測天線、向量信號產生器(VSG)、通道模擬器、向量信號分析器(VSA)以及軟體定義無線電(SDR)模組。所述至少兩個傳送天線的數目例如是M個，所述至少兩個待測天線的數目例如是N個，以構成MxN多輸入多輸出系統，M和N皆是不小於2的正整數。在以下的圖1實施例中，傳送天線與待測天線皆各為兩個(M=2且N=2)，以構成2x2多輸入多輸出系統。在圖2實施例中，傳送天線與待測天線皆各為四個(M=4且N=4)，以構成4x4多輸入多輸出系統。

請參照圖1，圖1是本發明實施例提供的多輸入多輸出天線吞吐量量測系統的示意圖。圖1的多輸入多輸出天線吞吐量量測系統包括電波暗室11、兩個傳送天線12a、12b、兩個待測天線13a、13b、向量信號產生器16、通道模擬器15、向量信號分析器17以及軟體定義無線電模組18。兩個傳送天線12a、12b各別位於電波暗室11內的不同位置。兩個待測天線13a、13b位於電波暗室11內的終端裝置模組14，兩個傳送天線單元12a、12b與兩個待測天線13a、13b構成2x2多輸入多輸出系統。向量信號產生器16通過通道模擬器15連接兩個傳送天線12a、12b。向量信號分析器17連接兩個待測天線13a、13b。軟體定義無線電模組18連接向量信號產生器16與向量信號分析器17。

兩個傳送天線12a、12b位於電波暗室11內的不同位置，每一個傳送天線12a、12b的信號發射位置可以是固定的，也可以是可變的，主要依據電波暗室11的架構而決定。圖1中繪製的傳送天線12a、12b僅是用以幫助說明，本發明並不限定傳送天線12a、12b在電波暗室11中的位置。另外，傳送天線12a、12b與通道模擬器15的接線一般是使用傳輸線，例如同軸傳輸線。

向量信號產生器16將各別對應於兩個傳送天線12a、12b的兩個向量信號分別提供至兩個傳送天線12a、12b。所述兩個向量信號例如是IQ信號，但本發明並不限定向量信號的內容。每一個向量信號對應於一個傳送天線，當傳送天線的數量增加時，對應於向量信號也隨之增加。並且，較佳的，向量信號產生器15產生的向量信號為非信令(non-signaling)，相較於信令(signaling)信號可簡化測試流程與縮短測試時間。所述兩個向量信號在提供給傳送天線12a、12b時的信號載波頻率例如小於6GHz。

待測天線13a、13b所位於的終端裝置模組14，例如是筆記型電腦、膝上型電腦、平板電腦或手機的機體模組，但本發明並不限定終端裝置的種類，終端裝置的外觀型態與功能會因應技術發展而有或多或少的改變。所謂的機體模組是終端裝置作為產品的原型機或者是僅有機構件但尚未包括全部零件的半成品。位於電波暗室11內的終端裝置模組的兩個傳送天線較佳的是設置於終端裝置模組的兩個天線區域(圖中未示出)，每一個天線區域各別設置其中一個待測天線(13a或13b)。終端裝置模組14為了提高多輸入多輸出天線的效能，不但天線本身需要設計，每一個天線所在的區域(或位置)也對效能有相當大的影響。即使相同的天線元件結構，裝設在同一個終端裝置(模組)的不同天線區域，經過量測所得到的吞吐量也可能會有明顯不同。當終端裝置模組的待測天線的數量愈多，則終端裝置模組的天線區域可能會超過兩個。例如：待測天線有三個(N=3)，天線區域可能有三個；待測天線有八個(N=8)，天線區域可能有八個，但本發明並不因此限定。

終端裝置14可裝設於電波暗室11內的轉台19，讓待測天線13a、13b相對於傳送天線12a、12b的角度可變，可以獲得不同方位的吞吐量數據。但本發明並不限定具有待測天線13a、13b的終端裝置14必須設置於轉台19，要讓待測天線13a、13b相對於傳送天線12a、12b的角度可變，也可以例如讓傳送天線12a、12b以終端裝置模組14為圓心做旋轉，同樣可以達到相同目的。

通道模擬器15依據通道模型以改變傳送至所述兩個傳送天線12a、12b的兩個向量信號。因為理想的電波暗室11是不反射電磁波信號，為了模擬實際應用在各種場所、空間的多輸多輸出系統效能，改變(或替換)通道模型，可以在環境可控制(在電波暗室中無反射且無外界雜訊干擾)的情況下，取得對應於各種實際應用情況的吞吐量數據。故，本發明並不限定所使用的通道模型的類型，通道模型可以是電機電子工程師學會(IEEE)所公布的通道模型，也可以是學術界理論推估的通道模型，也可以是依據在實際場域中量測得到實際通道環境參數而製作的通道模型。另外，本發明並不限定通道模擬器15與向量信號產生器16兩者之間連接電路種類，向量信號在轉換為射頻信號之前(例如是基頻信號)與之後兩者所需要使用的電路是因應信號頻率而有所差異，針對於系統整合的等效改變或變化，仍保有向量信號的本質，與所使用的電路種類可以是無關的。

向量信號分析器17接收並分析來自於所述兩個待測天線13a、13b的信號。向量信號分析器17與待測天線13a、13b的接線一般可使用同軸線，但也不限於此。軟體定義無線電模組18控制向量信號產生器16所產生的兩個向量信號，且依據向量信號分析器17分析來自於兩個待測天線13a、13b的信號的結果以獲得多輸入多輸出系統的吞吐量。軟體定義無線電模組18例如可架構在電腦系統中，並連接向量信號產生器16與向量信號分析器17，以構成量測平台10，但本發明並不因此限定軟體定義無線電模組18、向量信號產生器16與向量信號分析器17三者之間的連接與系統整合方式。通道模擬器15可以是一個獨立於量測平台10之外的模組，也可以整合於量測平台10之中。

接著，請參照圖2，圖2是本發明另一實施例提供的多輸入多輸出天線吞吐量量測系統的示意圖。圖2的多輸入多輸出天線吞吐量量測系統包括電波暗室21、四個傳送天線22a、22b、22c、22d、四個待測天線23a、23b、23c、23d、向量信號產生器26、通道模擬器25、向量信號分析器27以及軟體定義無線電模組28。四個傳送天線22a、22b、22c、22d各別位於電波暗室21內的不同位置。四個待測天線23a、23b、23c、23d位於電波暗室21內的終端裝置模組24，四個傳送天線單元22a、22b、22c、22d與四個待測天線23a、23b、23c、23d構成4x4多輸入多輸出系統。向量信號產生器26通過通道模擬器25連接四個傳送天線22a、22b、22c、22d。向量信號分析器27連接四個待測天線23a、23b、23c、23d。軟體定義無線電模組28連接向量信號產生器26與向量信號分析器27。終端裝置模組24設置在轉台29。

四個傳送天線22a、22b、22c、22d、四個待測天線 23a、23b、23c、23d、向量信號產生器26、通道模擬器25、向量信號分析器27以及軟體定義無線電模組28的實施方式可以參照前一實施例的說明，不再贅述。圖2實施例與圖1實施例的另一個主要差別是，軟體定義無線電模組28連接且可控制通道模擬器25，以改變通道模擬器25所使用的通道模型。並且，軟體定義無線電模組28不但可以與向量信號產生器16及向量信號分析器17整合成量測平台20，通道模擬器25也可以從獨立的模組改為併入量測平台20之中。再者，在另一實施例中，基於圖1實施例與圖2實施例的說明，可以衍生至8x8多輸入多輸出系統，甚至更多輸入埠與輸出埠的多輸入多輸出系統。

再請參照圖3，圖3是圖2實施例所測得的吞吐量數據範例。經過轉台29做水平360度(X-Y平面)旋轉，可測得吞吐量數值(Mbps)是隨著角度而或多或少的改變。此種吞吐量圖相對於天線傳統上的輻射場型圖、天線效率、靈敏度等數據對於多輸入多輸出天線設計而言是具有更具體的效能評估功用。因為，多輸入多輸出系統在理論上的通道容量通常是難以企及的，而經過實際量測的天線所能實現的吞吐量數據，則可以反映真實應用環境的通道容量。

綜上所述，本發明實施例所提供的多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，獲得多輸入多輸出系統中天線以空中傳輸所能實現的實際吞吐量，以評估應用系統中的天線所能提供的真實通道容量。在天線所應用的產品尚未完成設計之前，就可以對多輸入多輸出系統中的天線元件在無線通信通道中所能發揮的效能有更具體且更快速的評測。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

Claims

一種多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，包括：一電波暗室；至少兩個傳送天線，各別位於該電波暗室內的不同位置；至少兩個待測天線，位於該電波暗室內的一終端裝置模組，該至少兩個傳送天線與該至少兩個待測天線構成一多輸入多輸出系統；一通道模擬器；一向量信號產生器(VSG)，通過該通道模擬器連接該至少兩個傳送天線，將各別對應於該至少兩個傳送天線的至少兩個向量信號分別提供至該至少兩個傳送天線，其中該通道模擬器依據一通道模型以改變傳送至該至少兩個傳送天線的該至少兩個向量信號；一向量信號分析器(VSA)，連接該至少兩個待測天線，接收並分析來自於該至少兩個待測天線的信號；以及一軟體定義無線電(SDR)模組，連接該向量信號產生器與該向量信號分析器，控制該向量信號產生器所產生的該至少兩個向量信號，且依據該向量信號分析器分析來自於該至少兩個待測天線的信號的結果以獲得該多輸入多輸出系統的吞吐量。
根據請求項第1項所述之多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，其中該向量信號產生器產生的該至少兩個向量信號為非信令。
根據請求項第1項所述之多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，其中該軟體定義無線電模組連接且控制該通道模擬器以改變該通道模型。
根據請求項第1項所述之多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，其中該至少兩個傳送天線的數目是M個，該至少兩個待測天線的數目是N個，以構成MxN多輸入多輸出系統，M和N皆是不小於2的正整數。
根據請求項第4項所述之多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，其中M=4，N=4，以構成4x4多輸入多輸出系統。
根據請求項第4項所述之多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，其中M=8，N=8，以構成8x8多輸入多輸出系統。
根據請求項第1項所述之多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，其中該終端裝置模組是筆記型電腦、膝上型電腦、平板電腦或手機的機體模組。
根據請求項第7項所述之多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，其中該至少兩個待測天線是分別設置於該終端裝置模組的至少兩個天線區域。
根據請求項第1項所述之多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，其中該終端裝置模組裝設於該電波暗室內的一轉台。
根據請求項第1項所述之多輸入多輸出天線吞吐量量測系統，其中該至少兩個向量信號為IQ信號。