CN109390660A - 应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统 - Google Patents

Abstract

一种应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统，包括开关器、多天线模块、无线发射机与多天线环境参数获取及控制设备。多天线模块具有复数个天线单元，每一个天线单元具有至少一天线组件与至少一射频开关。无线发射机传送多输入多输出的非信令无线信号至所述天线单元。多天线环境参数获取及控制设备具有无线接收机、软件定义无线电模块、天线控制模块与用户控制界面。无线接收机连接所述天线单元与软件定义无线电模块，天线控制模块连接用户控制界面。天线控制模块依据无线环境参数与由用户控制界面输入的天线控制算法以控制射频开关，借以自适应多天线模块的所述天线单元的最佳性能。借此，提升多天线开发效能。

Description

应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统

技术领域

本发明涉及一种多天线量测系统，具体地，涉及一种应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统。

背景技术

无线通信产品在多重路径应用环境下使用场景多，被动天线已无法满足实际需求，天线需要能因应使用场景，例如：各种人体靠近方式、户外/室内、都会/乡村或水泥/木头建筑环境。然而，就实际产品而言，产品外型(轻薄短小)限制了天线设计想法，天线需内建甚至隐藏于产品中，天线辐射体常必须与产品其他功能之金属共享，天线辐射性能因应各个项目不同，难以形成标准，当然无线芯片因成本因素也无法不断客制算法配合产品使用，使得智能天线设计概念一直无法顺利推广。

传统智能天线设计方式是由无线芯片开发公司主导，无线芯片用于比较各(组)天线收讯状况，再选择最佳天线组合，在视线(Light-Of-Sight，LOS)条件下若信号稳定，这方式较有实现的可能性。然而，在多重路径的应用场景下，收信状况并不稳定，使用信号比较法所达到的效能难以进一步提升。

相对而言，如果要以天线设计层面来主导智能天线设计或者多输入多输出(Multi-Input&Multi-Output，MIMO)天线系统，除非无线芯片商愿意开放芯片藉由天线收到的所有环境应用信息，否则天线设计者无法针对天线做控制或选择。无线芯片开发成本及时间长，在未确认新的智能天线设计或多输入多输出天线解决方案确实可行的条件下，贸然投入芯片开发的风险过高。

发明内容

本发明实施例公开一種應用於多重路徑環境下的多天線電子裝置開發系統，對使用多輸入多輸出(MIMO)天線系統的多天線電子裝置進行空中傳輸(Over The Air，OTA)的環境參數量測，可取代傳統上對於天線元件特性僅使用網路分析儀(Network Analyzer，NA)的量測方式。

本发明实施例公开一种应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统，包括开关器、多天线模块、无线发射机以及多天线环境参数获取及控制设备。多天线模块具有复数个天线单元，每一个天线单元具有至少一天线组件与至少一射频开关，射频开关连接且受控于开关器。无线发射机用以利用多输入多输出(MIMO)传输模式传送非信令(non-signaling)无线信号至多天线模块的复数个天线单元。多天线环境参数获取及控制设备具有无线接收机、软件定义无线电(Software Defined Radio，SDR)模块、天线控制模块与用户控制界面。无线接收机连接所述复数个天线单元，软件定义无线电模块连接无线接收机，天线控制模块连接用户控制界面。软件定义无线电模块借由所述复数个天线单元获得无线环境参数，天线控制模块依据无线环境参数与由用户控制界面输入的天线控制算法以借由开关器控制所述复数个天线单元的至少一个射频开关，天线控制算法用以自适应多天线模块的所述复数个天线单元的最佳性能。

优选地，所述无线环境参数包括信道状态信息(CSI，Channel StateInformation)、接收信号强度指示(RSSI)、通道增益(H)、相位、信道容量(channelcapacity)与吞吐量(T-put)的至少其中之一。

优选地，所述多天线模块为多天线电子装置的一部份，所述多天线电子装置的另一部分包括无线收发机软硬件，其中所述软件定义无线电模块与所述无线收发机软硬件使用相同的无线通信标准。

优选地，所述电子装置是笔记本计算机、膝上型计算机、平板计算机、一体计算机、智能电视、小型基站、路由器或智能手机。

优选地，所述开关器装设于所述多天线模块。

优选地，所述开关器装设于所述多天线环境参数获取及控制设备之内。

优选地，所述无线发射机与所述无线接收机是以无线收发机模块实现，所述无线发射机连接所述多天线环境参数获取及控制设备的所述用户控制界面，且所述无线发射机依据所述用户控制界面的量测指示以传送非信令无线信号。

优选地，所述应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统是装设于电波暗室或用以设置于多重路径量测环境。

优选地，所述多天线模块的所述复数个天线单元所接收的电磁波频率是位于700MHz频带、800MHz频带、900MHz频带、3.3GHz～3.6GHz频带、4.4GHz～4.5GHz频带、4.8GHz～4.99GHz频带或位于IEEE 802.11标准的无线局域网络频带。

优选地，所述多天线模块的所述复数个天线单元所接收的电磁波频率是位于毫米波的25GHz、26GHz、28GHz、30GHz或40GHz频带。

综上所述，本发明实施例提供一应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统。有别于传统的天线量测系统需要先对天线完成天线基本参数量测(视线条件，通常必要在电波暗室完成量测)，然后再结合无线芯片整机(产品)量测，本发明实施例提供应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统能够在电子装置所使用的无线通信标准已决定但无线芯片尚未开发完成时，预先针对无线芯片所使用的多天线效能进行非信令(non-signaling)量测、设计与效能评估，直接获得对于无线芯片更具参考价值的多天线效能。当本发明实施例的此开发系统完成多天线的量测之后，研发人员将使用无线芯片做信令(signaling)量测的结果与本发明实施例的此开发系统的量测结果做比较时，即可更直觉地、快速地分辨出无线芯片(控制及处理端)与多天线(接收端)两者整合之后的问题。简言之，本发明实施例的此开发系统是整合了无线系统设计与天线设计两者需求的多天线电子装置开发系统，具体地明晰了多输入多输出的多天线特性的数据对于无线芯片的可参考价值，大幅度地提升产业界的无线系统设计研发人员与天线设计研发人员两方对于多天线无线信号接收端的多天线电子装置的开发效能，诸如缩短产品开发时间、快速解决研发过程所发生的问题、决定影响无线通信性能问题的归属(判断问题是源自于无线芯片或是归因于天线性能不佳)等。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多天线电子装置的多天线模块的示意图。

图2是本发明实施例提供的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统的示意图。

图3是本发明另一实施例提供的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统的示意图。

图4是本发明另一实施例提供的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统的示意图。

具体实施方式

智能天线系统或多输入多输出(MIMO)天线系统是使用多个天线进行传输数据，现有无线通信产品所使用的通信环境往往都是多重路径环境，此种环境的通道参数复杂且难以预估。本发明实施例的应用于多重路径环境下的多天线电子装置比较注重于整体接收信号能力，而并非是单一个天线的收信能力与辐射特性。本发明实施例的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统可在应用于多重路径情况的产品需求下取代传统的天线辐射场型量测系统，可用于直接获得无线环境参数与执行天线控制算法，上述的应用于多重路径环境下的多天线电子装置主要应用的产品，例如但不限于是笔记本计算机、膝上型计算机、平板计算机、一体计算机、智能电视、小型基站、路由器或智能手机。本发明实施例的多天线电子装置与其他无线电子装置的沟通或传输数据是使用多输入多输出(MIMO)的传输模式。

本发明实施例提供一种应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统，可大幅度地简化了使用多输入多输出(MIMO)传输模式的无线系统(主要是无线芯片)研发人员与射频研发人员在系统整合时的性能数据分析问题。多天线可直接完成适用于无线芯片规格的非信令(non-signaling)量测，降低了非信令量测与信令(signaling)量测(结合无线芯片)的数据分析差异性。请参照图1，图1是本发明实施例提供的多天线电子装置的多天线模块的示意图。多天线模块1为多天线电子装置的一部份，一般而言是扣除了电路的机构硬件(可能包括操作界面、按键、显示器)，多天线电子装置的另一部分包括无线收发机软硬件2(包括无线芯片，甚至包括其他功能电路)，其中无线收发机软硬件2与本发明实施例在后续将说明的软件定义无线电模块(参考图2)使用相同的无线通信标准，例如802.11n、802.11ac、LTE或未来第五代行动通信(5G)标准。多天线模块1具有复数个天线单元11、12、…1n，每一个天线单元(11、12、…或1n)具有至少一天线组件(11a、12a、…或1na)与至少一射频开关(11b、12b、…或1nb)。多天线模块1的复数个天线单元(11、12、…1n)所接收的电磁波频率例如但不限于是位于700MHz频带、800MHz频带、900MHz频带、3.3GHz～3.6GHz频带、4.4GHz～4.5GHz频带、4.8GHz～4.99GHz频带或位于IEEE 802.11标准的无线局域网络(WLAN)频带。或者，多天线模块1的复数个天线单元11、12、…1n所接收的电磁波频率是位于毫米波的25GHz、26GHz、28GHz、30GHz或40GHz频带。在图1中，天线单元11、天线单元12与天线单元1n分别具有射频开关11b、射频开关12与射频开关1n，以作为例子。但天线单元11、12、…1n可以各自具有两个以上的射频开关。

接下来请同时参照图1与图2，对本发明实施例的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统而言，多天线模块1是至少移除了无线收发机软硬件2的多天线电子装置。多天线模块1与无线收发机软硬件2两者之间的线路(包括控制线与信号线)可被保留且借由这些线路进一步做延伸以将控制线改接至开关器3，信号线则改接至多天线环境参数获取及控制设备5。应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统包括开关器3、多天线模块1、无线发射机4以及多天线环境参数获取及控制设备5。开关器3是代替无线收发机软硬件2的无线芯片对于射频开关(11b、12b、…或1nb)的控制。无线发射机4用以发射非信令的无线信号(以电磁波的形式传递)至多天线模块1的天线单元11、12、…1n，而多天线环境参数获取及控制设备5用以代替无线收发机软硬件2(包括无线芯片)处理多天线模块1所收到的非信令无线信号，并控制开关器3。

详细的说，多天线模块1具有复数个天线单元11、12、…1n，每一个天线单元(11、12、…或1n)具有至少一天线组件(11a、12a、…或1na)与至少一射频开关(11b、12b、…或1nb)，射频开关11b、12b、…1nb连接且受控于开关器3。无线发射机4用以利用多输入多输出(MIMO)传输模式传送非信令无线信号至多天线模块1的复数个天线单元11、12、…1n。多天线环境参数获取及控制设备5具有无线接收机51、软件定义无线电模块52、天线控制模块53与用户控制界面54。无线接收机51连接所述复数个天线单元11、12、…1n，例如但不限于使用同轴电缆线实现无线接收机51与天线单元11、12、…1n的连接。在图2中，无线接收机51是透过天线单元11、12、…1n各自的射频开关11b、12b、…1nb连接所述复数个天线单元11、12、…1n。软件定义无线电模块52连接无线接收机51，天线控制模块53连接用户控制界面54。

软件定义无线电模块52借由所述复数个天线单元11、12、…1n获得无线环境参数，天线控制模块53依据无线环境参数与由用户控制界面54输入的天线控制算法以借由开关器3控制所述复数个天线单元11、12、…1n的至少一个射频开关(11b、12b、…或1nb)，天线控制算法用以自适应多天线模块的所述复数个天线单元11、12、…1n的最佳性能，例如吞吐量(T-put)最大、平均吞吐量最稳定，或是瞬时吞吐量总是不低于一个预定的下限等等条件。上述的无线环境参数包括但不限于信道状态信息(CSI，Channel State Information)、接收信号强度指示(RSSI)、通道增益(H)、相位、信道容量(channel capacity)与吞吐量(T-put)的至少其中之一。

多天线环境参数获取及控制设备5可内建有天线控制算法，但也可让研发人员(使用者)利用用户控制界面54输入或变更天线控制算法，输入或变更的天线控制算法可以是计算机程序或者是天线控制算法的变量，量测结果也可由用户控制界面54输出，例如(但不限于)显示器输出、档案输出或直接打印量测报告。用户控制界面54输入的天线控制算法包括但不限于天线使用数量、天线切换顺序、射频开关的切换模式与切换组合，以控制天线的工作模式。天线的工作模式包括但不限于增益、辐射场型、天线激发模式等。多天线环境参数获取及控制设备5的用户控制界面54例如以个人计算机实现(桌机、笔记本电脑、平板计算机或膝上计算机)，且将天线控制算法包含于一个控制应用程序，让多天线研发人员操作天线控制算法的执行，或因应量测结果而修改天线控制算法，并用个人计算机的显示器实时监看量测结果，也可利用天线控制算法做动态的控制，以进行多天线的研发。

在图2实施例中，开关器3装设于多天线模块，开关器3的控制信号经过较短的路径传送至射频开关11b、12b、…1nb可以减少干扰，或者用较少的信号延迟对复数个天线单元11、12、…1n做控制。但在图3实施例中，开关器3是装设于多天线环境参数获取及控制设备5之内，其考虑是将所有控制电路整合在一起，简化系统组装，减少(与控制)信号干扰的变因。

接着请参照图4，图4是本发明另一实施例提供的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统的示意图。无线发射机4与无线接收机51可以一无线收发机模块实现，不同于图2实施例与图3实施例，图4实施例的无线发射机4连接多天线环境参数获取及控制设备5的用户控制界面54，且无线发射机4依据用户控制界面54的量测指示以传送非信令无线信号。如此，无线发射机4也由研发人员(使用者)控制，实现发射与接收的一体性控制，甚至可以更改无线发射机4的发射模式与功率。事实上，可以一个无线收发机同时实现无线发射机4与无线接收机51的功能，并将此无线收发机整合于多天线环境参数获取及控制设备5之内。这个多天线环境参数获取及控制设备5可以取代传统上利用网络分析仪对天线进行空中传输(Over The Air，OTA)量测的架构。

上述实施例的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统可装设于电波暗室或用以设置于多重路径量测环境。在当环境干扰较小时，上述实施例的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统可直接设置于多重路径量测环境，所述多重路径量测环境是非屏蔽的空间，例如是具有无线通信功能的小型电子装置的应用场景(例如是办公室、大楼内的楼层、停车场等)，也可配合产品应用属性而改变周遭的量测环境，此种电子装置产品的应用环境有一个共通点是由于周遭物体而造成多重路径效应，在有多重路径效应的情况下此开发系统能直接获得接近于实际产品的信道状态信息(CSI，Channel StateInformation)、接收信号强度指示(RSSI)、通道增益(H)、相位、信道容量(channelcapacity)与吞吐量(T-put)等环境参数，让研发人员(使用者)直接因应量测结果改变天线控制算法，以自适应多天线模块的复数个天线单元的最佳性能。因此，多天线的量测结果相对于实机(电子装置)量测的差异仅在于是否是信令信号的差别，造成对多天线研发过程能大幅缩减数据性质的差别，提高数据的可参考性与可比对性。

综上所述，本发明实施例所提供的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统能够在电子装置的通信规格已决定但无线芯片尚未开发完成时，预先针对无线芯片所使用的多天线效能进行非信令(non-signaling)量测、设计与效能评估，直接获得对于无线芯片更具参考价值的多天线效能。当本发明实施例的此开发系统完成多天线的量测后，研发人员将使用无线芯片做信令(signaling)量测的结果与本发明实施例的此开发系统的量测结果做比较时，即可更直觉地、快速地分辨出无线芯片(控制及处理端)与多天线(接收端)两者整合后的问题。简言之，本发明实施例的此开发系统是整合了无线系统设计与天线设计两者需求的多天线电子装置开发系统，具体地明晰了多输入多输出的多天线特性的数据对于无线芯片的可参考价值，大幅度地提升产业界的无线系统设计研发人员与天线设计研发人员两方对于多天线无线信号接收端的多天线电子装置的开发效能，诸如缩短产品开发时间、快速解决研发过程所发生的问题、决定影响无线通信性能问题的归属(判断问题是源自于无线芯片或是归因于天线性能不佳)等。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

附图标记

1：多天线模块

11、12、1n：天线单元

11a、12a、1na：天线组件

11b、12b、1nb：射频开关

2：无线收发机软硬件

3：开关器

4：无线发射机

5：多天线环境参数获取及控制设备

51：无线接收机

52：软件定义无线电模块

53：天线控制模块

54：用户控制界面

Claims (10)

1.一种应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统，包括：

一开关器；

一多天线模块，具有复数个天线单元，每一个该天线单元具有至少一天线组件与至少一射频开关，该射频开关连接且受控于该开关器；

一无线发射机，用以利用多输入多输出传输模式传送非信令无线信号至该多天线模块的该些天线单元；以及

一多天线环境参数获取及控制设备，具有一无线接收机、一软件定义无线电模块、一天线控制模块与一用户控制界面，该无线接收机连接该些天线单元，该软件定义无线电模块连接该无线接收机，该天线控制模块连接该用户控制界面，其中该软件定义无线电模块借由该些天线单元获得无线环境参数，该天线控制模块依据无线环境参数与由该用户控制界面输入的一天线控制算法以借由该开关器控制该些天线单元的该至少一射频开关，该天线控制算法用以自适应该多天线模块的该些天线单元的最佳性能。

2.如权利要求1所述的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统，其特征在于，该无线环境参数包括信道状态信息、接收信号强度指示、信道增益、相位、信道容量与吞吐量的至少其中之一。

3.如权利要求1所述的，其特征在于，该多天线模块为一多天线电子装置的一部份，该多天线电子装置的另一部分包括一无线收发机软硬件，其中该软件定义无线电模块与该无线收发机软硬件使用相同的无线通信标准。

4.如权利要求3所述的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统，其特征在于，该多天线电子装置是笔记本计算机、膝上型计算机、平板计算机、一体计算机、智能电视、小型基站、路由器或智能手机。

5.如权利要求1所述的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统，其特征在于，该开关器装设于该多天线模块。

6.如权利要求1所述的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统，其特征在于，该开关器装设于该多天线环境参数获取及控制设备之内。

7.如权利要求1所述的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统，其特征在于，该无线发射机与该无线接收机是以一无线收发机模块实现，该无线发射机连接该多天线环境参数获取及控制设备的该用户控制界面，且该无线发射机依据该用户控制界面的一量测指示以传送非信令无线信号。

8.如权利要求1所述的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统，其特征在于，该应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统是装设于一电波暗室或用以设置于一多重路径量测环境。

9.如权利要求1所述的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统，其特征在于，该多天线模块的该些天线单元所接收的电磁波频率是位于700MHz频带、800MHz频带、900MHz频带、3.3GHz～3.6GHz频带、4.4GHz～4.5GHz频带、4.8GHz～4.99GHz频带或位于IEEE 802.11标准的无线局域网络频带。

10.如权利要求1所述的应用于多重路径环境下的多天线电子装置开发系统，其特征在于，该多天线模块的该些天线单元所接收的电磁波频率是位于毫米波的25GHz、26GHz、28GHz、30GHz或40GHz频带。