CN107959515A - 多天线噪声功率的测量方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多天线系统噪声功率测量的方法，利用网络分析仪多端口特性，同时同步测量各端口及设备的系统误差，端口的噪声功率，根据网络分析仪获得的参数计算各天线的噪声功率。本发明还提供一种多天线系统噪声功率测量的装置。本发明提供的多天线系统噪声功率测量方法和装置，将参考平面设置于屏蔽盒内，在网络分析仪中导入测试方法可以获得精确的天线耦合噪声功率，具有结构简单，效率高，成本低的优点，适用于各种MIMO天线系统中。

Description

多天线噪声功率的测量方法和装置
技术领域
本发明涉及噪声功率测量领域，尤其涉及一种多天线噪声功率的测量方法和装置
背景技术
目前，随着无线通信技术的不断发展，人们对无线通信的要求越来越高，利用多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，简称MIMO)技术能够显着提升信道容量，通过同时在发射端和接收端使用多个天线，能够大大提升频谱利用率，提升传输效率。因为MIMO技术使用多个天线，在测量天线噪声功率时，现有技术中常常使用频谱分析仪(Spectrum Analyzer，简称SA)进行测量，然而，SA在测量多天线系统时受限于SA的单端口特性而只能分次测量各天线，并且采用SA测量各天线噪声功率要增加放大器、开关等外围电路，不仅增加的测试的复杂度，还引入了新的噪声，会对最终结果产生极大的干扰。因此，为了获得更加简单更加便捷得获得更加精确的天线噪声功率，急需提供一种新的多天线噪声功率测量方式。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种多天线噪声功率测量的方法及装置，以获得获得精确的天线噪声功率，减少成本，减少测试复杂度。
本发明提供一种测量噪声功率的方法，用于测量MIMO天线系统各天线的噪声功率，该方法包括步骤：
设置参数，根据天线特性设置网络分析仪的频率，中频带宽，功率，第一信号源发送第一信号到待测MIMO天线系统，第一接收机测量所述第一信号的幅值及相位信息，第二信号源发送第二信号与所述第一信号在待测天线系统的反射信号经第二接收机处理产生第三信号，所述第二接收机测量所述第三信号的幅值及相位信息，所述第一信号及第三信号经过控制模块的计算后得到各系统误差、各端口的噪声功率及测量S参数；
控制模块根据第一公式获得获得实际S参数值；以及
所述控制模块根据第二公式获得所述第二接收机接收到的噪声率。
优选地，所述MIMO天线系统各天线在测试时，放置于屏蔽盒中，所述屏蔽盒包括多个端口，所述MIMO天线系统各天线分别通过所述端口与所述网络分析仪电连接。
优选地，在测量时对所述各端口进行校准，校准参考平面设置于所述各端口处。
优选地，所述第一公式为SiiM＝EDi+ERTi(SiiA/(1-ESi*SiiA))，其中，SiiM代表所述测量S参数，EDi、ERTi及ESi代表所述各系统误差，SiiA代表所述实际S参数值。
优选地，所述第二公式为PniA＝|SiiA|*PnRi，其中，PnRi代表所述各端口的噪声功率，PniA代表所述第二接收机接受到的噪声功率。
优选地，所述网络分析仪在参数设置完成后会对各接收机进行校准。
优选地，所述噪声功率PniA及相关测量参数在显示模块显示。
本发明还提供一种用于测量MIMO天线系统各天线噪声功率的装置，所述装置包括：
屏蔽盒，用于放置所述MIMO天线系统，还用于屏蔽外界电磁波对所述装置的干扰；及
网络分析仪，电连接于所述屏蔽盒，包括多个测试模块，控制模块及显示模块；
其中，所述网络分析仪用于获取当与所述MIMO天线系统连接时的各校准参数，各端口的噪声功率及测量S参数，并根据第一公式获得实际S参数值，及根据第二公式获得各天线的噪声功率。
优选地，所述第一公式为SiiM＝EDi+ERTi(SiiA/(1-ESi*SiiA))，其中，SiiM代表所述测量S参数，EDi、ERTi及ESi代表所述各校准参数，SiiA代表所述实际S参数值。
优选地，所述第二公式为PniA＝|SiiA|*PnRi，其中，PnRi代表所述各端口的噪声功率，PniA代表所述各天线的噪声功率。
优选地，所述各端口为所述屏蔽盒连接所述网络分析仪的端口。
优选地，所述测试模块还包括：
第一信号源，用于发送第一信号到所述MIMO天线系统；
第一接收机，用于接收所述第一信号并测量其幅值及相位；
第二信号源，用于发送第二信号；以及
第二接收机，用于将所述第一信号在所述端口的反射信号与所述第二信号进行处理，从而得到第三信号。
优选地，所述显示模块为LED显示屏。
优选地，所述控制模块包括模数转换器及DSP控制芯片。
本发明实施方式中的MIMO天线系统噪声功率测量方法和装置，利用网络分析仪的多端口特性，将参考平面设置于屏蔽盒内，在网络分析仪中导入测试方法可以获得精确的天线耦合噪声功率，并且多端口同时、同步对各天线进行测量，具有结构简单，效率高，成本低的优点，适宜用于各种MIMO多天线系统中。
附图说明
图1为本发明噪声功率测量装置的一实施方式的模块示意图。
图2为图1中噪声功率测量装置中测试模块的一实施方式的示意图。
图3为图2中测试模块系统误差图。
图4为本发明噪声功率测量方法的一实施方法的流程图。
主要元件符号说明
噪声功率测量装置 10
网络分析仪 110
屏蔽盒 120
测试模块 111
控制模块 112
显示模块 113
待测设备 121
第一端口 A
第二端口 B
第三端口 C
第一信号源 1110
参考接收机 1111
第二信号源 1112
反射接收机 1113
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。
请参阅图1，图1为本发明噪声功率测量装置10一实施方式的模块示意图。
在本实施方式中，噪声功率测量装置10由两部分组成，他们分别使网络分析仪110及屏蔽盒120，网络分析仪110电连接于屏蔽盒120。屏蔽盒120中放置待测设备121，待测设备121可以是包含MIMO天线系统的设备，比如LTE，WIFI系统等，在此处待测设备121即是待测MIMO天线系统。待测设备121各天线分别电连接于屏蔽盒120各端口，在本实施方式中，屏蔽盒120具有三个端口，分别第一端口A，第二端口B以及第三端口C，本实施方式使用三端口进行说明，在其他实施方式中，当然可以拥有其他数目的端口，端口数目的多少可与网络分析仪端口数目的多寡相对应。待测设备121通过各端口与网络分析仪110电连接，接收并返回来自网络分析仪110的信号。网络分析仪110包括多个测试模块111，控制模块112以及显示模块113，控制模块112包括数模转换器，及控制芯片，控制芯片可为数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)，数模转换器及DSP，二者在图中未示出。显示模块113可为发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)显示屏。在本实施方式中，测试模块111及控制模块112的数目都与屏蔽盒端口数目对应，当然，这并非要限制本发明，本发明以模块化的方式对网络分析仪110进行说明，在其他实施方式中，各模块可以相互组合，改变及增加。
请参阅图2，图2为图1中测试模块111的示意图。
如图2所示，测试模块111包括第一信号源1110，参考接收机1111，第二信号源1112及反射接收机1113。第一信号源1110电连接于参考接收机1111，第一信号源1110发送第一信号到屏蔽盒120对待测设备121进行激励，参考接收机1111接收来自第一信号源1110的第一信号，测量第一信号的幅值及相位，将所测量的信息送入控制模块112以备后用。第一信号从测试模块111发送到屏蔽盒120后产生反射信号，反射接收机1113接收来自屏蔽盒120的反射信号，与第二信号源1112发出的第二信号进行混频，滤波后产生中频信号第三信号，反射接收机1113将第三信号的幅值及相位等信息传入控制模块112。
请参阅图3，图3为测量系统误差图。
如图3所示，当第一信号源1110产生射频信号，也即第一信号后，在系统中传输信号时会产生方向性误差ED，源匹配误差ES及反射跟踪误差ERT，控制模块112根据参考接收机1111及反射接收机1113传入的信号可以计算出待测设备121的反射S参数测量值S11M，如图3可知，待测设备121的反射S参数实际值S11A与测量值是不同的，实际值S11A是测量值S11M消除系统误差后数据。方向性误差ED，源匹配误差ES及反射跟踪误差ERT产生于信号传输路径上，在本实施方式中，参考平面设置于屏蔽盒120之各端口处，故以上系统误差包括网络分析仪110的设备误差、网络分析仪110与屏蔽盒120之间连接线的线损，以及各端口不匹配造成的误差，以上述各系统误差可对测量值S11M进行校准，从而获得真实值。
请一并参阅图1-3，当控制模块112接收到第一信号及第三信号的相关信息后，控制模块112根据上述信息可以得知各端口的噪声功率PnRi，以下以第一端口A为例进行说明。控制模块112得到第一端口A的噪声功率PnR1，以及第一端口A的测量参数S11M，根据公式：
SiiM＝EDi+ERTi(SiiA/(1-ESi*SiiA)) (1)
控制模块112可以消除图3所示的各系统误差以得到实际参数S11A。因为噪声本身是没有相位的，所以控制模块112在得到了实际S参数S11A以及第一端口A的噪声功率PnR1两个参数，根据公式：
PniA＝|SiiA|*PnRi (2)
控制模块112可以得到连接于第一端口A的待测设备121之反射噪声功率Pn1A，控制模块112得到噪声功率Pn1A后，将信息传入显示模块113进行显示以供用户查看。
请参阅图4，图4为本发明多天线系统噪声功率测量方法一实施方式的流程图。
如图4所示，多天线系统噪声功率测量方法包括以下步骤：
步骤S100，S101：当待测设备121正常连接至网络分析仪110后，系统初始化，用户在网络分析仪110根据天线的特性设置频率，中频带宽，功率等参数，以2.4G Wi-Fi天线为例，中心频率为2437MHz，中频频带设为1kHz。各参数设置完成后，第一信号源1110发送第一信号到待测设备121，例如网络分析仪110发送第一信号频率为2437MHz，参考接收机1111测量所述第一信号的幅值及相位信息，并将上述信息传送至控制模块112。第一信号由网络分析仪110传递到待测设备121端口时反射回来，第二信号源1112发送第二信号与所述第一信号在待测设备121的反射信号经反射接收机1113处理产生第三信号，所述反射接收机1113测量所述第三信号的幅值及相位信息，并将上述信息传递至控制模块112，所述第一信号及第三信号经过控制模块112的计算后得到方向性误差ED，源匹配误差ES及反射跟踪误差ERT、各端口的噪声功率PnRi及测量S参数SiiM。
步骤S102：判断方向性误差ED，源匹配误差ES及反射跟踪误差ERT等系统误差是否被储存，若各系统误差未被存储则执行S103，返回S100，S101，否则，执行S104。
步骤S104：网络分析仪110得到:测量S参数SiiM。
步骤S105：根据公式SiiM＝EDi+ERTi(SiiA/(1-ESi*SiiA))获得实际S参数值SiiA。
步骤S106：网络分析仪110得到各端口的噪声功率PnRi。
步骤S107：根据公式根据公式PniA＝|SiiA|*PnRi获得第二接收机接收到的噪声功率PniA。
步骤S108：网络分析仪110等到天线的噪声功率PniA后，将各数据发送至显示模块113显示以供用户查看。
步骤S109：判断是否需要扫频，以显示实时数据，若需要则返回S104，若不需要则工作结束。
上述天线噪声测量方法步骤利用网络分析仪110工作，上述天线噪声测量步骤可以制成软体导入网络分析仪110，以作为网络分析仪110测量多天线噪声功率的一个功能，该功能包括以下步骤：
第一步：将网络分析仪110的电连接至屏蔽盒120的各端口，将网络分析仪110未利用的端口连接到宽频负载端。
第二步：网络分析仪110对屏蔽盒120内空载时的各端口进行校准。
第三步：将待测设备121置入屏蔽盒120中，将待测设备121的各天线分别连接到屏蔽盒120的各端口以与网络分析仪110电连接。
第四步：使用上述多天线噪声功率测试方法对待测设备121各天线同时、同步测量。
本发明实施方式的多天线噪声功率测量方法和装置利用网络分析仪的多端口特性，将参考平面设置于屏蔽盒内，在网络分析仪中导入测试方法可以获得精确的天线耦合噪声功率，并且多端口同时、同步对各天线进行测量，具有结构简单，效率高，成本低的优点，又因为网络分析仪有较大的射频频宽，故，本发明能广泛的应用于不同频段之多天线产品，如常用的ISM 2.4GHz与UNII频段甚至卫星通讯之K频段、Ka频段等。
以上实施例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等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种测量噪声功率的方法，用于测量MIMO天线系统各天线的噪声功率，其特征在于，该方法包括步骤：
设置参数，根据天线特性设置网络分析仪的频率，中频带宽，功率，第一信号源发送第一信号到待测MIMO天线系统，第一接收机测量所述第一信号的幅值及相位信息，第二信号源发送第二信号与所述第一信号在待测天线系统的反射信号经第二接收机处理产生第三信号，所述第二接收机测量所述第三信号的幅值及相位信息，所述第一信号及第三信号经过控制模块的计算后得到各系统误差、各端口的噪声功率及测量S参数；
控制模块根据第一公式获得获得实际S参数值；以及
所述控制模块根据第二公式获得所述MIMO天线系统各天线的噪声功率。
2.如权利要求1所述的测量噪声功率的方法，其特征在于，所述MIMO天线系统各天线在测试时，放置于屏蔽盒中，所述屏蔽盒包括多个端口，所述MIMO天线系统各天线分别通过所述端口与所述网络分析仪电连接。
3.如权利要求2所述的测量噪声功率的方法，其特征在于，在测量时对所述各端口进行校准，校准参考平面设置于所述各端口处。
4.如权利要求1所述的测量噪声功率的方法，其特征在于，所述第一公式为SiiM＝EDi+ERTi(SiiA/(1-ESi*SiiA))，其中，SiiM代表所述测量S参数，EDi、ERTi及ESi代表所述各系统误差，SiiA代表所述实际S参数值。
5.如权利要求1所述的测量噪声功率的方法，其特征在于，所述第二公式为PniA＝|SiiA|*PnRi，其中，PnRi代表所述各端口的噪声功率，PniA代表所述第二接收机接受到的噪声功率。
6.如权利要求1所述的测量噪声功率的方法，其特征在于，所述网络分析仪在参数设置完成后会对各接收机进行校准。
7.如权利要求1所述的测量噪声功率的方法，其特征在于，所述MIMO天线系统各天线的噪声功率及相关测量参数在显示模块显示。
8.一种用于测量MIMO天线系统各天线噪声功率的装置，其特征在于，所述装置包括：
屏蔽盒，用于放置所述MIMO天线系统，还用于屏蔽外界电磁波对所述装置的干扰；及
网络分析仪，电连接于所述屏蔽盒，包括多个测试模块，控制模块及显示模块；
其中，所述网络分析仪用于获取当与所述MIMO天线系统连接时的各校准参数，各端口的噪声功率及测量S参数，并根据第一公式获得实际S参数值，及根据第二公式获得各天线的噪声功率。
9.如权利要求8所述的用于测量MIMO天线系统各天线噪声功率的装置，其特征在于，所述第一公式为SiiM＝EDi+ERTi(SiiA/(1-ESi*SiiA))，其中，SiiM代表所述测量S参数，EDi、ERTi及ESi代表所述各校准参数，SiiA代表所述实际S参数值。
10.如权利要求8所述的用于测量MIMO天线系统各天线噪声功率的装置，其特征在于，所述第二公式为PniA＝|SiiA|*PnRi，其中，PnRi代表所述各端口的噪声功率，PniA代表所述各天线的噪声功率。
11.如权利要求8所述的用于测量MIMO天线系统各天线噪声功率的装置，其特征在于，所述各端口为所述屏蔽盒连接所述网络分析仪的端口。
12.如权利要求8所述的用于测量MIMO天线系统各天线噪声功率的装置，其特征在于，所述测试模块还包括：
第一信号源，用于发送第一信号到所述MIMO天线系统；
第一接收机，用于接收所述第一信号并测量其幅值及相位；
第二信号源，用于发送第二信号；以及
第二接收机，用于将所述第一信号在所述端口的反射信号与所述第二信号进行处理，从而得到第三信号。
13.如权利要求8所述的用于测量MIMO天线系统各天线噪声功率的装置，其特征在于，所述显示模块为LED显示屏。
14.如权利要求8所述的用于测量MIMO天线系统各天线噪声功率的装置，其特征在于，所述控制模块包括模数转换器及DSP控制芯片。
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