CN108631886B - 具有数字静区的测量系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有数字静区的测量系统和方法，其中用于通过无线方式测量被测设备(14)的性能的测量系统(10)包括：天线阵列(13)，该天线阵列(13)用于从被测设备(14)接收第一测量信号；测量设备(12)，该测量设备(12)用于处理天线阵列(13)接收的第一测量信号，以及产生第二测量信号并使用天线阵列(13)将第二测量信号发送到被测设备(14)。测量设备(12)包括静区发生器，该静区发生器用于在天线阵列接收到第一测量信号之后对第一测量信号执行波束成形。优选地，静区发生器还用于在天线阵列发送第二测量信号之前对第二测量信号执行波束成形。静区发生器用于应用波束成形，以便得到至少一个可调节的静区(11、11a、11b、11c)。

Description

具有数字静区的测量系统和方法
技术领域
本发明涉及一种测量系统和测量方法，该测量系统和测量方法用于通过无线方式测量被测设备的性能。
背景技术
在通过无线方式执行对设备的测量时，重要的是防止周围物体对测量的影响。这些物体可以是例如测量天线或测量设备，或任何其它物体。这通常通过将被测设备放置为距离任何其它物体都很远来实现。因此，实现了远场环境。但是，由于需要非常大的测量设备以便实现远场环境，因此这种方法是不利的。
替选地，可以在近场环境下进行测量。但这导致了不精确的测量结果。
存在一种使用平面波转换器将近场环境转换为远场环境的方法。这样的平面波转换器通过大量模拟移相器和单独的天线来实施。这样的平面波转换器导致极大规模的实现，且非常昂贵。例如，国际专利申请WO 2016/059140A1示出了这样的一种模拟平面波转换器。
发明内容
因此，产生这样的目标：提供一种测量系统和方法，该测量系统和方法允许在近场距离、但远场环境下对被测设备进行测量，且不需要大的且昂贵的测量设备。
上述目标通过根据本发明的测量系统和测量方法而解决。
用于通过无线方式测量被测设备的性能的本发明的测量系统包括天线阵列和测量设备，该天线阵列用于从被测设备接收第一测量信号，该测量设备用于处理天线阵列所接收的第一测量信号并用于产生第二测量信号以及使用该天线阵列将第二测量信号发送到被测设备。
此外，测量设备包括静区发生器，该静区发生器用于在天线阵列接收到第一测量信号之后对该第一测量信号执行波束成形。
优选地，静区发生器还用于在天线阵列发送第二测量信号之前对第二测量信号执行波束成形。静区发生器用于应用波束成形，以便得到至少一个可调节的静区。因此，相比于通常的远场环境，能够在距离测量设备短得多的距离处人为地产生静区。
有利地，静区发生器用于应用波束成形以便该至少一个静区是可移动的。从而实现高度的测量灵活性。
进一步有利地，静区发生器用于应用波束成形，以便得到所述至少一个静区的同时得到至少一个另外的可调节的静区。从而可以同时对不同设备执行测量。
同样有利地，测量设备包括分析器和/或信号发生器，该分析器和/或信号发生器用于分析发送到至少一个静区的信号或从至少一个静区接收的信号。因此，不需要另外的测量设备来执行测量。
此外，有利地，静区发生器用于应用波束成形，以便至少一个静区位于天线阵列的近场中。这导致测量设备的封装特别小。
有利地，测量设备包括针对天线阵列的每个天线的基带单元和射频单元。这允许了非常精确的和低成本的波束成形。
进一步有利地，射频单元用于从天线阵列的天线接收第一测量信号，并用于从该第一测量信号产生第一基带信号。然后，基带单元用于基于该第一基带信号产生第一同相/正交(In-phase/Quadrature，I/Q)信号。然后，静区发生器用于对第一I/Q信号执行接收波束成形，以便产生至少一个静区。
替选地或附加地，静区发生器用于产生第二I/Q信号，用以被基带单元处理，然后，基带单元用于基于所提供的第二I/Q信号产生第二基带信号。射频单元还用于从第二基带信号产生第二测量信号，并使用天线阵列的天线发送第二测量信号。在这种情况下，静区发生器用于产生第二I/Q信号，以便实现产生至少一个静区的发送波束成形。通过这两种替选的或附加的措施，可以使用静区进行接收和/或发送。
进一步有利地，静区发生器、基带单元和射频单元形成具有基带波束成形的平面波转换器。因此，可以特别精确地形成静区。
进一步有利地，测量系统包括消声室。从而进一步减少来自外部物体的影响。
进一步有利地，天线阵列和被测设备被布置在消声室内。这显著地减少了干扰。
有利地，静区发生器用于执行波束成形，以便至少一个静区可在消声室内移动。因此，可以在静区内对消声室内的被测设备执行高精确度的测量。
优选地，测量设备用于基于对第二测量信号的数字操控而产生干扰信号。因此，可以在具有挑战性的环境下测试被测设备。
进一步有利地，静区发生器用于对干扰信号执行波束成形。从而可以以精确的方式控制测量环境。
有利地，测量设备用于产生干扰信号，以便干扰信号与所产生的静区至少部分地在空间上重叠。因此，可以在远场环境内但存在干扰的情况下进行测量。
进一步有利地，测量设备用于产生干扰信号，以便天线阵列的至少一个天线专门用于产生干扰信号。这个解决方案实现起来非常简单。
有利地，测量设备用于产生干扰信号，以便干扰信号相对于产生静区的波束成形波束成角度θ。这允许在特别具有挑战性的环境下测试被测设备。
进一步有利地，测量设备用于同时对干扰信号和静区执行波束成形。这允许以特别精确的方式控制测试环境。
有利地，测量设备用于同时产生多个干扰信号。这允许在特别具有挑战性的环境下测试被测设备。
用于测量被测设备的性能的本发明的方法包括以下步骤：使用天线阵列从被测设备接收第一测量信号，产生第二测量信号并使用天线阵列将第二测量信号发送到被测设备，在天线阵列接收到第一测量信号之后对该第一测量信号执行波束成形，在天线阵列发送第二测量信号之前对该第二测量信号执行波束成形，以及应用波束成形，以便得到至少一个可调节的静区。因此，相比于通常的远场环境，能够在距离测量设备短得多的距离处人为地产生静区。
提供了一种具有程序代码部件的本发明的计算机程序，用于当所述程序在计算机或数字处理器上执行时，执行根据上述方法的所有步骤。
附图说明
现在通过仅作为示例的方式关于附图进一步阐述本发明的示例性实施方式。在附图中：
图1示出示例性测量系统；
图2示出本发明的测量系统的第一实施方式；
图3示出本发明的测量系统的第二实施方式；
图4示出本发明的测量系统的第三实施方式的详图；
图5示出本发明的测量系统的第四实施方式的详细体现；
图6示出本发明的测量系统的第五实施方式的详图；以及
图7示出本发明的测量方法的实施方式。
具体实施方式
首先，我们参照图1演示了潜在的问题。参照图2到图6，详细阐述了本发明的测量系统的不同实施方式的构造和功能。参照图7，最后示出了本发明的测量方法的实施方式的功能。不同图中的相同的实体和附图标记已经被部分地省略。
图1中示出了示例性测量系统1。测量设备2连接到测量天线3。测量天线3布置在消声室中，而测量设备2布置在消声室外部。
此外，被测设备4布置在消声室5中。被测设备4布置在测量天线3的视线内。尽管消声室在很大程度上减小了消声室壁上的反射，但这种反射仍然存在。这导致测量精确度降低。而更重要的是，消声室5通常比测量频率下的远场距离小。因此，被测设备4处于相对于测量天线3的近场环境内。由于测量天线3和被测设备4的天线之间存在相互作用，所以这会对测量产生负面影响。
图2中示出了根据本发明的测量系统10的第一实施方式。这里，测量设备12连接到放置在消声室15内的天线阵列13。在消声室15内，还放置了被测设备14。被测设备14被放置在测量设备12和天线阵列13共同产生的静区11内。
消声室15内的静区11通过使用天线阵列13执行波束成形而产生。用于执行波束成形的信号由测量设备12提供。不仅使用天线阵列13将波束成形应用于由测量设备12所发送的信号，还对由被测设备14所产生和发送的信号执行接收波束成形。通过这样的波束成形，可调节的静区11被放置在消声室15内。通过调整波束成形，可以改变静区的尺寸、位置和质量。质量和尺寸这两个因素可以逆着彼此来被调整。这意味着可以产生质量降低的较大的静区或质量提高的较小的静区。
重要的是要注意，静区波束成形独立于被测量或被发送的信号。静区11是预定区域。
此外，可以产生多于一个静区。这在图3中示出。在图3中，通过使用由测量设备12连同天线阵列13进行的波束成形，三个独立的静区11a、11b和11c被放置在消声室15内。尽管如此，不限于一个或三个静区。此外，可以产生形状可调的一个静区或形状可调的任何其它数量的静区。如参照图2所述，一个或多个静区的质量越高，可实现的尺寸就越小，关于放置静区的灵活性就越低。
关于静区的产生，进一步参照稍后关于图4-图6的描述。
在图4中，示出了测量设备12的内部构造细节。测量设备12包括分析器和/或信号发生器20，该分析器和/或信号发生器20连接到静区发生器21。此外，静区发生器21连接到多个基带单元22，每个基带单元22对应于天线阵列13的每个天线24。此外，每个基带单元22连接到一个射频单元23，每个射频单元23对应于天线阵列13的每个天线24。因此，静区发生器21连接到多个信号路径30-37，信号路径30-信号路径37的每一者包括一个基带单元22、一个射频单元23和一个天线24。
当执行发送波束成形时，分析器和/或信号发生器20作为信号发生器进行操作，并提供将发送到被测设备14的信号。该信号被传递到静区发生器21，该静区发生器21针对不同的信号路径30-信号路径37产生多个信号。这些信号被传递到基带单元22。这些信号中的每个信号以针对每个基带单元的同相分量和正交分量的形式被提供到基带单元22。然后，这些信号被基带单元通过执行基带调制转换为基带信号。所得到的基带信号被传递到射频单元23，该射频单元23对射频执行调制。所得到的射频信号被传递到天线阵列13的天线24，并被发送。
通过由静区发生器21设置单独的I分量信号和Q分量信号，通过对实际被发送的信号执行波束成形产生静区。用于产生这样的波束成形的实际参数可以从模型通过数学方法来确定，或可替选地通过执行一系列测量并记录结果而凭经验来确定。例如，在查找表中，可以针对一个或多个静区的每个可能的位置和尺寸存储一组参数，并在需要相应地放置静区时进行使用。
为了执行接收波束成形，执行相反顺序的步骤。由被测设备发射的信号被天线阵列13的各个天线24接收。所接收的信号由射频单元23处理，以便得到基带信号。基带信号被传递到基带单元22，该基带单元22从基带信号确定同相分量信号和正交分量信号。这些分量信号被传递到静区发生器21，该静区发生器21对其执行数字接收波束成形。而且，关于该波束成形，可以使用与发送波束成形所用的相同的参数。所得到的信号被传递到分析器和/或信号发生器，该分析器和/或信号发生器作为分析器进行操作，用以进一步处理所得到的信号。
因此基带单元22、射频单元23和静区发生器21形成在基带中数字地进行操作的平面波转换器。
除了产生静区11之外，测量系统还能够基于对发射到被测设备14的信号的数字操控来产生干扰信号。
在发送模式中，分析器和/或信号发生器20作为信号发生器进行操作。它产生将被发送到被测设备14的信号，从而存在附加的干扰。
该干扰也可以被波束成形。在这种情况下，干扰信号与相应的波束成形信息一起被传递到静区发生器。然后，静区发生器也执行相应的数字波束成形以产生波束成形的干扰信号连同测试信号。
干扰信号与所产生的静区可以至少部分地在空间上重叠。
此外，天线阵列13的至少一个天线可以专门用于产生干扰信号。
此外，干扰信号可以相对于产生静区的波束成θ角。
此外，可以同时操作静区波束成形和干扰信号波束成形。
此外，不仅可以产生一个干扰信号，而且可以同时产生多个干扰信号。
图5中示出了基带单元22的进一步细节。这里，仅示出了图4中的多个基带单元22中的一个基带单元22。此外，这里仅示出了用于发送的电路。基带单元22包括两个数模转换器40和41，两个数字模拟转换器40和41分别连接到混频器42和混频器43。混频器42和混频器43的输出端彼此相连。
静区发生器21产生同相分量信号和正交分量信号，并将同相分量信号和正交分量信号中的一者传递到数模转换器40，并将它们中的另一者传递到数模转换器41。数模转换器40和数模转换器41将信号转换为模拟信号。混频器42和混频器43将模拟同相分量信号和模拟正交分量信号与由信号发生器45产生的信号进行混频。信号发生器45产生的信号是调制信号。混频器42被提供通过移相器44的相移信号，而混频器43被直接提供有信号发生器的信号。混频器42和混频器43的输出信号被合并，然后传递到射频单元23。
图6中示出了替选的处理方向。这里，示出了接收信号时基带单元的功能和电路。射频单元23向两个混频器52和53提供射频信号。混频器52被提供由信号发生器55产生的且通过移相器54而90°相移的信号。混频器53被直接提供有由信号发生器55产生的信号。所得到的混频器52和混频器53的输出信号通过模数转换器50和模数转换器51转换成数字信号。这些数字信号是同相分量数字信号和正交分量数字信号。如先前所述，这些数字信号被传递到执行数字接收波束成形的静区发生器21。
最后，在图7中示出了本发明的测量方法的实施方式。在第一步骤100中，从被测设备接收第一测量信号。在第二步骤101中，产生第二测量信号并将第二测量信号发送到被测设备。第一步骤和第二步骤可以按任何顺序执行。
在第三步骤102中，在天线阵列接收到第一测量信号之后，对第一测量信号执行波束成形。在第四步骤103中，在天线阵列发送第二测量信号之前，对第二测量信号执行波束成形。步骤102和步骤103也可以按任何顺序执行。
最后，在第五步骤104中，应用波束成形以便得到至少一个可调节的静区。
本发明不限于示例，特别是不限于静区的特定数量或形状或被测设备的特定类型。可以以任何有利的组合形式使用示例性实施方式的特征。

Claims (17)

1.一种用于通过无线方式测量被测设备(14)的性能的测量系统，包括：
-天线阵列(13)，所述天线阵列(13)用于从所述被测设备(14)接收第一测量信号；
-测量设备(12)，所述测量设备(12)用于处理所述天线阵列(13)接收的所述第一测量信号，以及产生第二测量信号并使用所述天线阵列(13)将所述第二测量信号发送到所述被测设备(14)，
其中，所述测量设备(12)包括静区发生器(21)，所述静区发生器(21)被配置成在所述天线阵列(13)接收到所述第一测量信号之后对所述第一测量信号执行波束成形，
其中，所述静区发生器(21)被配置成应用波束成形，以便至少一个静区(11、11a、11b、11c)位于所述天线阵列(13)的近场中，
其中，所述测量设备(12)用于基于对所述第二测量信号的数字操控而产生干扰信号，
其中，所述静区发生器(21)被配置成对所述干扰信号执行波束成形，以及
其中，所述测量设备(12)用于产生所述干扰信号，以便所述天线阵列(13)的至少一个天线专门用于产生所述干扰信号。
2.如权利要求1所述的测量系统，其中，所述静区发生器(21)还被配置成在所述天线阵列(13)发送所述第二测量信号之前对所述第二测量信号执行波束成形，
其中，所述静区发生器(21)被配置成应用波束成形，以便得到至少一个可调节的静区(11、11a、11b、11c)。
3.如权利要求1或2所述的测量系统，其中，所述静区发生器(21)被配置成应用波束成形，使得所述至少一个静区(11、11a、11b、11c)能够移动。
4.如权利要求1或2所述的测量系统，其中，所述静区发生器(21)被配置成应用波束成形，以便得到至少一个可调节的静区(11、11a、11b、11c)的同时得到至少一个另外的可调节的静区(11、11a、11b、11c)。
5.如权利要求1或2所述的测量系统，其中，所述测量设备(12)包括分析器和/或信号发生器(20)，所述分析器和/或信号发生器(20)被配置成分析发送到所述至少一个静区(11、11a、11b、11c)的信号或从所述至少一个静区(11、11a、11b、11c)接收的信号。
6.如权利要求1或2所述的测量系统，其中，所述测量设备(12)包括针对所述天线阵列(13)的每个天线(24)的基带单元(22)和射频单元(23)。
7.如权利要求6所述的测量系统，其中，所述射频单元(23)被配置成从所述天线阵列(13)的所述天线接收所述第一测量信号，以及从所述第一测量信号产生第一基带信号；
其中，所述基带单元(22)被配置成基于所述第一基带信号产生第一I/Q信号，
其中，所述静区发生器(21)被配置成对所述第一I/Q信号执行接收波束成形，以便产生所述至少一个静区(11、11a、11b、11c)。
8.如权利要求7所述的测量系统，其中，所述静区发生器(21)被配置成产生第二I/Q信号，用以由所述基带单元(22)进行处理，
其中，所述基带单元(22)被配置成基于所提供的所述第二I/Q信号产生第二基带信号；
其中，所述射频单元(23)被配置成从所述第二基带信号产生所述第二测量信号，并使用所述天线阵列(13)的所述天线(24)发送所述第二测量信号；
其中，所述静区发生器(21)被配置成产生所述第二I/Q信号，以便实现产生所述至少一个静区(11、11a、11b、11c)的发送波束成形。
9.如权利要求6所述的测量系统，其中，所述静区发生器(21)、所述基带单元(22)和所述射频单元(23)形成具有基带波束成形的平面波转换器。
10.如权利要求1或2所述的测量系统，其中，所述测量系统(10)包括消声室(15)；以及
其中，所述天线阵列(13)和所述被测设备(14)被布置在所述消声室(15)内。
11.如权利要求10所述的测量系统，其中，所述静区发生器(21)被配置成执行波束成形，以便所述至少一个静区(11、11a、11b、11c)能够在所述消声室(15)内移动。
12.如权利要求1所述的测量系统，其中，所述测量设备(12)用于产生所述干扰信号，以便所述干扰信号与所产生的静区(11、11a、11b、11c)在空间上至少部分地重叠。
13.如权利要求1所述的测量系统，其中，所述测量设备(12)用于产生所述干扰信号，以便所述干扰信号相对于产生所述静区(11、11a、11b、11c)的波束成形波束成θ角。
14.如权利要求1所述的测量系统，其中，所述测量设备(12)用于同时对所述干扰信号和所述静区执行波束成形。
15.如权利要求1所述的测量系统，其中，所述测量设备(12)用于同时产生多个干扰信号。
16.一种用于通过无线方式测量被测设备(14)的性能的测量方法，包括以下步骤：
-使用天线阵列(13)从所述被测设备(14)接收(100)第一测量信号；
-产生(101)第二测量信号并使用所述天线阵列(13)将所述第二测量信号发送到所述被测设备(14)；
-在所述天线阵列(13)接收到所述第一测量信号之后对所述第一测量信号执行(102)波束成形；
-应用波束成形，以便至少一个静区(11、11a、11b、11c)位于所述天线阵列(13)的近场中；
-基于对所述第二测量信号的数字操控而产生干扰信号，以及
-对所述干扰信号执行波束成形，
其中，所述天线阵列(13)的至少一个天线专门用于产生所述干扰信号。
17.如权利要求16所述的方法，还包括以下步骤：
-在所述天线阵列(13)发送所述第二测量信号之前，对所述第二测量信号执行(103)波束成形；
-应用(104)波束成形，以便得到至少一个可调节的静区(11、11a、11b、11c)。
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