CN101056149A - 多重路径仿真系统的测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种多重路径仿真系统的测试装置及方法。本测试装置包含一电波隔离吸收室以避免外来的电磁干扰和其它非预期的传输路径。多重路径仿真系统通过衰减器来仿真一MIMO通道传播环境的通讯效能。一控制单元可设定测试装置、参考装置和待测装置为MIMO和SISO系统，以决定测试装置、参考装置和待测装置的衰减差异和下链/上链吞吐量差异。通过本发明，所提供的多重路径仿真系统的测试装置及方法，具有易控制、处理时间较短、易于调校以及低成本等优点。

Description

多重路径仿真系统的测试装置及方法

技术领域

本发明关于一种多重路径仿真系统的测试装置及方法，特别是关于一种具备电波隔离吸收室(shielded anechoic chamber)，以避免外界电磁干扰或其它非预期传输路径的多重输入与多重输出(multiple input multipleoutput；MIMO)系统。

背景技术

随着无线通讯技术的迅速发展，像是移动电话和无线局域网络等技术的运用已趋于普遍。预期随之而来的无线城域网络应用也是如此。相较于具有固定通道的真实路由(real route)信号传送，无线信号的传送具有多重路径的特性。多重路径意即无线信号在空间中传播时，遇到如墙壁等障碍物而产生反射，因此在发射端和接收端之间存在着多重路径电波传递。就接收端而言，电波的相位差导致多重路径的信号接收有复杂性及稳定性的问题，前述的各个多重路径电波彼此间会产生交互符号干扰(inter-symbolinterference)及衰变效应(fading effects)。

此外，以往无线通讯装置如移动电话、移动网台、网络适配卡和桥接器等测试方法，是以产品或装置的仿真信号在开放空间中传送，如此在不精确控制的测试条件下测试，导致产品的测试结果并不可靠。在这种环境中，将产生外部电磁干扰和非预期的反射多重路径，且由于空间限制，实际测试操作不容变更。另外用以仿真实际环境的通道仿真器，由于缺乏天线，仅适用于缆线调制解调器测试系统，因此无法测试无线通讯装置的天线分集性能，以致通道仿真器无法提供可利用并可靠的测试报告及多重输入及多重输出(multiple input multiple output；MIMO)测试。因此需要一种方便并有效的方法，能够模拟在实际使用环境下，多重路径及测试产品的效能。

为克服上述现有测试方法产生外部电磁干扰和非预期反射多重路径的缺点，本发明揭示一种多重路径仿真系统的装置及方法。

发明内容

本发明的主要目的为揭示一种多重路径仿真系统的测试装置及方法，以克服现有测试方法产生外部电磁干扰和非预期反射多重路径等问题。

本发明的目的为揭示一种多重路径仿真系统的测试装置及方法，以适用于有线的SI SO和不同的MIMO结构，例如1x1、1x2、1x3、1x4、2x1、2x2、2x3、2x4、3x1、3x2、3x3、3x4、4x1、4x2、4x3、4x4…等。

本发明的另一目的为揭示一种用于多重路径仿真系统的测试装置及方法，以多方面适用于测试不同MIMO结构，其结构可决定MIMO系统的空间多功(Spatial Multiplexing；SM)、天线分集(Antenna Diversity；AD)和波束形成(Beam Forming；BF)增益。

本发明提供一种用于多重路径仿真系统的测试装置及方法，多重路径仿真系统的测试装置包含：配置于电波隔离吸收室内的复数个天线，其中这些天线包含连接至待测装置的第一天线及连接至参考装置的第二天线，和连接至待测装置的衰减器及第三天线；连接至相对应第三天线的移相器及衰减器；以及连接至待测装置的控制单元、参考装置、待测装置以及衰减器，其中控制单元用于控制第三天线的衰减器及待测装置、参考装置和测试装置的个别操作模式。

测试装置还包含配置于电波隔离吸收室内的吸收器，以阻挡点对点视线(line of sight；LOS)。衰减器例如可程控衰减器，由连接至控制单元的衰减器驱动器所驱动。

第一、第二及第三天线彼此间的间距和夹角可调整。例如，待测装置包含基地台或桥接器，而参考装置和测试装置则包含标准基地台或桥接器。

本发明还提供一种用于多重路径仿真系统的测试方法，包含：设定一连接至第一天线的测试装置和连接至第二天线的参考装置为同一MIMO系统，其中第一和第二天线配置于电波隔离吸收室内；设定衰减器和移相器为参考设定，以取得一些测试装置及参考装置所须的接收信号强度指示(RSSI)；以及调节衰减器、移相器、第一和第二天线的间距、夹角和极化差异，以取得测试装置和参考装置的相对最高下链和/或上链的第一吞吐量。

测试方法又包含配置一吸收器于电波隔离吸收室内，以阻挡点对点视线。

测试方法还包含设定参考装置为SISO系统；决定测试装置和参考装置的相对最高下链和/或上链的第二吞吐量；以及降低衰减器的衰减使得MIMO系统与SISO系统间的第一吞吐量与第二吞吐量大致相等。

测试方法还包含设定待测装置为同一MIMO系统；设定衰减器和移相器为参考设定，以取得一些测试装置及待测装置所须的接收信号强度指示(RSSI)；以及调整衰减器、移相器、第一和第二天线的间距、夹角和极化差异，以取得测试装置和待测装置的相对最高下链和/或上链的第三吞吐量。

测试方法还包含设定待测装置为SISO系统；测定测试装置和待测装置的相对最高下链和/或上链的第四吞吐量；以及降低衰减器的衰减使得MIMO系统与SISO系统间的第三吞吐量与第四吞吐量大致相等。

综上所述，本发明所提供的多重路径仿真系统的测试装置及方法，其优点为易控制、处理时间较短、易于调校以及低成本。

附图说明

图1为MIMO通讯系统示意图；

图2为本发明较佳实施例的多重路径仿真系统的测试装置的结构框图；

图3为本发明多重路径仿真系统的测试方法流程图，其具有设定为同一MIMO系统的测试装置和参考装置；

图4为本发明多重路径仿真系统的测试方法流程图，其具有设定为SISO系统的参考装置；

图5为本发明多重路径仿真系统的测试方法流程图，其具有设定为同一MIMO系统的测试装置和待测装置；

图6为本发明的多重路径仿真系统的测试方法流程图，其具有设定为SISO系统的待测装置。

主要元件符号说明：

20：控制单元        21：衰减器驱动器

22：测试装置        23：衰减器

24：移相器          25：测试天线

26：吸收器          27：电波隔离吸收室

28：待测天线        29：参考天线

30：待测装置        31：参考装置

具体实施方式

本发明包含一通讯系统的多重路径仿真系统的测试装置及方法。下文中提及许多特殊细节以彻底了解本发明。所主张的专利权利范围当视后附的申请专利范围而定。然而熟悉此领域的技艺者应了解，不需其全部细节，本发明仍可实行。换句话说，为避免混淆本发明的观点，已知构造、材料或操作将不再于文中赘述。

熟悉此领域的技艺者应了解，以下所述本发明的最佳实施例仅用于说明，而非用以限定本发明。在不违背所附申请专利范围的精神和领域内，均可做许多改变。

本发明关于一种多重路径仿真系统的测试装置及方法，能够支持IEEE802.11 a/b/g/n的MIMO测试，以及支持IEEE802.16d/e的MIMO测试。

图1包含两个通讯站a和b。通讯站a通过MIMO通道，即多天线10和11的传播环境，利用通讯站a的多天线10连接至通讯站b的多天线11。一般来说，MIMO多重路径效应可利用天线模块的空间多任务、天线分集或波束形成等六种主要性能加以评估。以上六种性能包含来自传送天线输出的传送信号最大输出功率，即有效等向辐射功率(Effective Isotropic RadiatedPower；EIRP)，来自接收天线输入的接收信号灵敏度，即系统灵敏度(SystemSensitivity；SS)，上链吞吐量和封包传输错误率，下链吞吐量和封包传输错误率，上传服务的延迟和抖动效应和下载服务的延迟和抖动效应。也就是说，多任务增益、分集增益或波束形成增益等参数都明显影响天线效能。

上述的分集增益是由以下公式计算而得：

分集增益＝(理想分集增益值)×(1-ρ)^(1/2)，

其中理想分集增益值与天线数量n或m成正比，其中m为传送分集增益值，n为接收分集增益值，n×m为系统总分集增益值，而相关系数ρ为以下参数的函数：分开的天线场形(角度分开)，分开的天线位置(空间分开)，所接收的入射多重路径电波的等向分布(角度展形)，以及所接收的入射多重路径电波的较宽时域扩散分布(延迟展形)。此外，多任务增益也同样与相关系数ρ有关，理想多任务增益值应该与系统的m或n的较小者成正比。

接着，波束形成增益也就是相位比较或振幅比较数组增益与理想波束形成增益值成正比，理想波束形成增益值则与天线数量n或m有关，其中m为传送波束形成增益值，n为接收波束形成增益值，n×m为系统总波束形成增益值，并在以下情况时与相关系数ρ有关：

1.在某些事例中，入射多重路径电波的距离分布狭隘并且路径固定，而非以宽广或时间随机分布，因而各个天线最好具有同相的波形以提升结合的增益；以及

2.在上例中，入射多重路径电波的角度分布狭隘并且方向固定，而非以等向或角度随机分布，因而各个天线最好具有相同的场形以提升结合的增益；此外

3.应调节并取舍天线间距或夹角的关系，以利用相位比较或振幅比较，在精确度和混淆度之间达到最佳平衡状态。

图2为本发明较佳实施例的多重路径仿真系统的测试装置的结构框图。多重路径仿真系统可用于仿真一MIMO通道仿真环境的通讯效能。本发明的多重路径仿真包含衰减或移相的模拟。MIMO系统可能包含单一输入与多重输出(Single-Input Multiple-Output；SIMO)系统或多重输入与单一输出(Multiple-Input Single-Output；MISO)系统。该测试装置包含复数个测试天线25、复数个待测天线28、以及复数个参考天线29，配置于电波隔离吸收室27、衰减器23、吸收器26、以及移相器24内。天线28连接于待测装置30(device under test；DUT)。天线29连接于参考装置31(reference device；RD)。衰减器23连接于测试装置22(testing device；TD)。移相器24例如手控移相器，连接于天线25和衰减器23。吸收器26配置于电波隔离吸收室27内以吸收并阻挡点对点视线(LOS)。衰减器23，例如可程控衰减器，分别由衰减器驱动器21所驱动。例如，衰减器驱动器21包含一衰减器交换器驱动器以转换衰减器23。一控制单元20连接于待测装置30、参考装置31、测试装置22、以及衰减器驱动器21。例如，天线25、28和29间的间距、夹角和极化差异都可利用某些机构来进行手动调节。在实施例中，待测装置30包含基地台或桥接器，而参考装置31和测试装置22可包含标准基地台或桥接器。

例如，大型电波隔离吸收室27可用于估算实验室中工程测试的效能，而小型电波隔离吸收室27可用于检测工厂中的制造效能。此外，本发明中的电波隔离吸收室27还具有下列特性：

1.在电磁波的隔离吸收室或容器的内部空间内，建立测试区域；

2.其内部空间可模仿MIMO环境达一定程度；

3.电波隔离吸收室或容器并非无回波的，但可反射以提供长度和方向不一的反射线，以模拟足够的延迟和角度展形；

4.点对点视线应被阻挡于电波隔离吸收室或容器内；

5.电波隔离吸收室或容器内最短的点对点视线长度最好(虽然实际上很难达成)保持在(2×D²)/λ以上，以确保是由远场辐射所建构，其中D为笔记本计算机、个人计算机、或桥接器的最大尺寸，λ为最小操作波长；

6.电波隔离容器具有较多的反射次数，因此其尺寸较电波隔离吸收室小。

测试装置22产生一个平均分散至多重路径的仿真信号，并经过衰减器23以衰减多重路径仿真信号。衰减器23仿真无线通讯信号在传送过程的衰减过程。一般来说，信号衰减的程度愈大，表示信号可达到的传送范围愈远。在本实施例中，每一个衰减器23由衰减器驱动器21所驱动，并由控制单元20所控制。因此，测试装置22所产生的多重路径仿真信号的衰减可由控制单元20所控制。移相器24可分别转换每个多重路径仿真信号的相位。此外，通过设定由控制单元20所控制的衰减器23以及调整移相器24为某参考设定时，可得到测试装置22、参考装置31及待测装置30所需的接收信号强度指示(required received signal strength indicators；RSSIs)。意即控制单元20可监测测试装置22、参考装置31及待测装置30的接收信号强度指示以及其下链和上链的吞吐量。

接着，利用多支天线25来传输多重路径信号。参考装置31及待测装置30可分别从天线29和28接收到多重路径信号。控制单元20可控制参考装置31及待测装置30，以决定何者为表现测试和相关测试的模块，例如SISO或MIMO模式。然后，通过调节衰减器23、移相器24、天线25、28和29间的间距、夹角和极化差异，即可获得测试装置22、参考装置31及待测装置30的相对最高下链和/或上链的吞吐量。此外，通过减少衰减器23的衰减量，使得SISO系统的吞吐量大致与MIMO系统相等，即可决定MIMO与SISO系统间的衰减差异。意即控制单元20可分析不同测试模块间吞吐量差异并提高链路质量，以及衰减差异和MIMO增益的分析，例如空间多功、天线分集或波束形成增益，也意味着提升信号质量的分贝(decibels；dB)值。

在本实施例中，控制单元20可以是笔记本计算机、用于待测装置30、测试装置22和参考装置31客户端控制器的完整个人计算机、待测装置30、测试装置22和参考装置31伺服端控制器或衰减器23、仿真器控制器。

图3为本发明的多重路径仿真系统的测试方法的流程图。在步骤33中，首先设定一测试装置22和一参考装置31为同一MIMO系统。测试装置22和参考装置31可面对面置于电波隔离吸收室27内。接着，在步骤34中，设定衰减器23和移相器24为某参考设定以取得测试装置22和参考装置31所需的接收信号强度指示(RSSI)。在步骤35中，调整衰减器23、移相器24、天线25和29间的间距、夹角和极化差异，即可获得测试装置22和参考装置31的相对最高下链和/或上链的第一吞吐量。意即此步骤是参考特性天线29的间距和夹角，再通过反复地调整天线25和29间的间距和夹角、任意调整测试装置22的天线25的极化差异、任意调整参考装置31的天线29的极化差异，和任意个别微调衰减器23和移相器24，而使得下链和/或上链的吞吐量趋于最大，也就是相关系数ρ趋于最小。

图4为本发明的多重路径仿真系统的测试方法流程图，其具有设定为SISO系统的参考装置。在步骤40中，设定参考装置31为SISO系统。接着在步骤41中，决定测试装置22和参考装置31的相对最高下链和/或上链的第二吞吐量。意即使得下链和/或上链的吞吐量趋于与MIMO系统的最大值相等。于是可决定与SISO系统有关的MIMO系统吞吐量差异，而此结果可使得对应于测试装置22的参考装置31的MIMO链路质量提升。随后在步骤42中，同样减少衰减器23的衰减量，使得MIMO系统与SISO系统的第一吞吐量与第二吞吐量大致相等。也就是说，此步骤同样减少测试装置22的衰减器23的衰减量，使得下链和/或上链的吞吐量趋于与MIMO系统的最大值相等。于是可决定MIMO系统与SISO系统的分贝衰减差异，而此结果可得到MIMO增益，例如对应于测试装置22的参考装置31的空间多功、天线分集或波束形成增益。

图5为本发明的多重路径仿真系统的测试方法流程图，其具有设定为同一MIMO系统的测试装置和待测装置。在步骤50中，设定一测试装置22和一待测装置30为同一MIMO系统。测试装置22和待测装置30可面对面置于电波隔离吸收室27内。同样地，在步骤51中，设定衰减器23和移相器24为某参考设定以取得测试装置22和待测装置30所需的接收信号强度指示(RSSI)。接着在步骤52中，调节衰减器23、移相器24、天线25和28间的间距、夹角和极化差异，以获得测试装置22和待测装置30的相对最高下链和/或上链的第三吞吐量。意即此步骤是参考特性天线28的间距和夹角，再通过反复地调整天线25和28间的间距和夹角、任意调整测试装置22的天线25的极化差异、任意调整待测装置30的天线28的极化差异，和任意个别微调衰减器2 3和移相器24，而使得下链和/或上链的吞吐量趋于最大。

图6为本发明多重路径仿真系统的测试方法流程图，其具有设定为SISO系统的待测装置。在步骤60中，设定待测装置30为SISO系统。接着在步骤61中，决定测试装置22和待测装置30的相对最高下链和/或上链的第四吞吐量。意即使得下链和/或上链的吞吐量趋于与上述MIMO系统的最大值相等。同样可决定与SISO系统有关的MIMO系统吞吐量差异，而此结果可使得对应于测试装置22的待测装置30的MIMO链路质量提升。随后在步骤62中，同样减少衰减器23的衰减，使得MIMO系统与SISO系统的第三吞吐量与第四吞吐量大致相等。也就是说，此步骤同样减少测试装置22的衰减器23的衰减量，使得下链和/或上链的吞吐量趋于与MIMO系统的最大值相等。于是可决定MIMO系统与SISO系统的分贝衰减差异，而此结果可得到对应于测试装置22的待测装置30的MIMO增益。衰减差异表示天线增益。

总结来说，本发明的控制单元20的测试功用可执行下列动作，以完成多重路径仿真系统的上述测试过程：

1.设定测试装置22、参考装置31和待测装置30的MIMO和SISO系统；

2.设定测试装置22的衰减；

3.监测测试装置22、参考装置31和待测装置30的接收信号强度指示(RSSI)；

4.监测测试装置22、参考装置31和待测装置30的下链和上链吞吐量；

5.分析吞吐量差异百分比和链路质量提升；以及

6.分析衰减差异和MIMO增益(信号质量提升)的分贝值。

此外，吸收器26可配置于电波隔离吸收室27内，以阻挡点对点视线而达到提升仿真效能。

最后，我们提出了一种多重路径仿真系统的测试装置及方法，来克服现有测试方法会产生外来电磁干扰和其它非预期传输路径的问题。本发明控制容易，处理时间短，且不需建立复杂的标准曲线。本发明具有可用于有线SISO和不同MIMO结构并多方面测试不同MIMO结构的优点，本系统并可大幅降低成本。

熟悉此领域的技艺者应了解，以上所述的本发明较佳实施例仅用于说明，而非用以限定本发明。熟悉此领域的技艺者可依据本发明关于较佳实施例的描述而提出修改。该范围应授予最广泛的解释，以便涵盖所有修改和类似的结构。当本发明的较佳实施例已被阐明和描述，在不违背所附申请专利范围的精神和领域内，均可做许多改变。

Claims (10)

1.一种多重路径仿真系统的测试装置，其特征在于，所述测试装置包含：

多重天线，配置于一电波隔离吸收室内，其中所述多重天线包含连接于一待测装置的复数个第一天线，以及连接于一参考装置的复数个第二天线；

复数个衰减器，连接于一测试装置和复数个第三天线；以及

一控制单元，连接于所述待测装置、所述参考装置、所述测试装置以及所述这些衰减器，其中所述控制单元分别用于控制所述这些第三天线的衰减量以及所述待测装置、所述参考装置以及所述测试装置的操作模式。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述多重路径仿真系统可以是MIMO系统。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包含复数个移相器，所述这些移相器连接于相对应的所述这些第三天线和所述这些衰减器。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包含一吸收器，所述吸收器配置于所述电波隔离吸收室内，以阻挡点对点视线。

5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，还包含一衰减器驱动器，所述衰减器驱动器连接于所述这些衰减器和所述控制单元，其中所述衰减器驱动器由所述控制单元所控制。

6.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述待测装置可以是基地台或桥接器，其中所述参考装置和所述测试装置可以是标准基地台或桥接器。

7.一种多重路径仿真系统的测试方法，其特征在于，所述测试方法包含：

设定一连接于复数个第一天线的测试装置和一连接于复数个第二天线的参考装置为同一MIMO系统，其中所述这些第一天线和所述这些第二天线配置于一电波隔离吸收室；

设定复数个衰减器和复数个移相器为参考设定，以取得所述测试装置和所述参考装置的接收信号强度指示；以及

调整所述这些衰减器、所述这些移相器、所述这些第一天线和所述这些第二天线的间距、夹角和极化差异，以取得所述测试装置和所述参考装置的相对最高下链和/或上链的第一吞吐量。

8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，还包含：

设定所述参考装置为SISO系统；

决定所述测试装置和所述参考装置的相对最高下链和/或上链的第二吞吐量；以及

减少所述这些衰减器的衰减，使得所述MIMO系统和所述SISO系统间的所述第一吞吐量与所述第二吞吐量大致相等。

9.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，还包含：

设定一待测装置为所述MIMO系统；

设定所述这些衰减器和所述这些移相器为参考设定，以取得所述测试装置和所述待测装置的接收信号强度指示；以及

调整所述这些衰减器、所述这些移相器、所述这些第一天线和所述这些第二天线的间距、夹角和极化差异，以取得所述测试装置和所述待测装置的相对最高下链和/或上链的第三吞吐量。

10.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，还包含：

设定所述待测装置为SISO系统；

决定所述测试装置和所述待测装置的相对最高下链和/或上链的第四吞吐量；以及

减少所述这些衰减器的衰减量，使得所述MIMO系统和所述SISO系统间的所述第三吞吐量与所述第四吞吐量大致相等。

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