CN111106878A - 多输入多输出天线量测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多输入多输出天线量测系统，包括待测通讯装置、第一开关模块及多天线通讯质量参数量测设备。待测通讯装置包括多个待测天线及电路单元。待测天线与电路单元之间的讯号传输设置为不导通。第一开关模块电连接于待测天线及多天线通讯质量参数量测设备之间，并包括多个开关支路，每一个开关支路有一个开关，当电路单元开机时，多个分别施加于这些开关的控制电压轮流地控制这些开关的其中一个为导通，其余的不导通，此时控制运算单元接收到的接收讯号的大小相关于电路单元产生的噪声。相较传统的技术，本发明多输入多输出天线量测系统利用多天线通讯质量参数量测设备连接待测天线，实现精确快速量测的特点。

Description

多输入多输出天线量测系统
技术领域
本发明涉及一种系统，具体地，涉及一种多输入多输出天线量测系统。
后台技术
参阅图1，传统量测例如手机11之类的无线通讯装置的方法是将手机11放置在一个电磁波屏蔽室12中，且屏蔽室12中更有一个仿真基地台天线13，仿真基地台天线13收发相关于所仿真的通讯系统(例如Wifi、4G)的电磁波，手机11开启后与仿真基地台天线13相互通讯，并量测此时手机11的一些通讯质量参数，例如总辐射功率(TRP)及总全向灵敏度(TIS)等。
这种技术的缺点在于：所得到的通讯质量参数是手机11的全体天线111加上后端通讯模块112的一个综合结果，如果手机11中有多个天线111且通讯质量不符规范，就无法知道是哪几个天线111需要调整，也无法得知每一个天线111受后端通讯模块112干扰的状况，因此研发上只能用试错法去猜测调整再量测，造成研发无效率。
发明内容
本发明的较佳实施例公开一种多输入多输出天线量测系统，可以解决传统技研发无效率的问题。
本发明的较佳实施例包括电波暗室、待测通讯装置、第一开关模块及多天线通讯质量参数量测设备。
待测通讯装置设置于电波暗室中，并包括多个待测天线及一个电路单元，待测天线与该电路单元之间的讯号传输设置为不导通。
第一开关模块包括多个开关支路，每一个开关支路有第一端部、第二端部，及电连接于第一端部及第二端部之间的开关，开关受控制在导通与不导通之间切换，当开关导通时，开关所电连接的第一端部及第二端部通过开关导通，当开关不导通时，开关所电连接的第一端部及第二端部因开关隔离而不导通，每一个待测天线电连接一个相对应的开关支路的第一端部。
多天线通讯质量参数量测设备包括第一收发单元及控制运算单元。第一收发单元电连接每一个开关支路的第二端部以接收来自待测天线的接收讯号，控制运算单元电连接第一收发单元以计算接收讯号的大小。
当电路单元开机时，多个分别施加于这些开关的控制电压轮流地控制这些开关的其中一个为导通，其余的开关不导通，此时控制运算单元计算得到的接收讯号yi＝1～n的大小相关于该电路单元产生的一噪声Ni＝1～n，表示如下：
Figure BDA0001824734180000021
其中参数n是待测天线的数目，参数i代表编号i的待测天线。
优选地，控制运算单元更记录每一个待测天线所对应的编号，及每一编号所对应的噪声。
优选地，多输入多输出天线量测系统更包括多个侦测天线及一个第二开关模块。这些侦测天线分散设置于电波暗室中。第二开关模块包括多个开关支路，每一个开关支路有第一端部、第二端部，及电连接于第一端部及第二端部之间的开关，开关受控制在导通与不导通之间切换，当开关导通时，开关所电连接的第一端部及第二端部通过电连接的开关导通，当开关不导通时，开关所电连接的第一端部及第二端部因开关隔离而不导通，每一个侦测天线电连接一个相对应的开关支路的第一端部。
多天线通讯质量参数量测设备更包括第二收发单元，第二收发单元电连接第二开关模块的每一个开关支路的第二端部以提供第j根的侦测天线一个侦测讯号xj，j是从1到m(m>1)的连续正整数，多个分别施加于第二开关模块的这些开关的控制电压轮流地控制这些开关的其中一个为导通，其余的开关不导通，控制运算单元更根据下式计算这些侦测天线及这些待测天线之间的信道参数矩阵H，如下式：
Figure BDA0001824734180000031
其中接收讯号yi＝1～n、噪声Ni＝1～n及侦测讯号xj为已知。
优选地，控制运算单元更利用信道参数矩阵H及噪声矩阵N计算一信道容量C，如下式：
Figure BDA0001824734180000032
其中HH是信道参数矩阵H的共轭转置矩阵，参数SNRi＝1～n是利用侦测讯号与噪声计算出来的讯杂比。
优选地，侦测天线的数目m等于待测天线的数目n。
优选地，控制运算单元更记录信道容量及讯杂比。
优选地，控制运算单元更利用计算出来的信道参数矩阵H进行奇异值分解计算得到一矩阵信道的条件值(condition number,K(H))，及记录矩阵信道的条件值。
优选地，第一收发单元包括无线收发机模块及软件定义无线电模块。无线收发机模块其工作模式是发射机并包括调变及反快速傅立叶转换(IFFT)的功能，且电连接第一开关模块的每一个开关支路的第二端部以提供侦测讯号。软件定义无线电模块电连接无线收发机模块，且软件定义无线电模块与无线收发机模块使用相同的无线通信标准。
优选地，第二收发单元包括无线收发机模块及软件定义无线电模块。无线收发机模块其工作模式是接收机并包括解调变及快速傅立叶转换(FFT)的功能，且电连接第二开关模块的每一个开关支路的第二端部以接收接收讯号。软件定义无线电模块电连接无线收发机模块，且软件定义无线电模块与无线收发机模块使用相同的无线通信标准。
优选地，控制运算单元更电连接这些软件定义无线电模块，并撷取且记录来自每一个软件定义无线电模块的误差向量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)、实体层的吞吐量(PHY Throughput)，及每一层的位误码率(Bit Error Rate，BER)。
本发明之效果在于将待测天线外接到多天线通讯质量参数量测设备，就可以独立分析任一个待测天线的效能，并检测电路单元开机运作时产生的电磁干扰噪声，进而抑制干扰或找出待测天线相对于电路单元的最佳配置位置，且控制运算单元更记录多种通讯质量参数，兼具除错、量测及数据搜集的综效，所以可解决传统技术的缺点。
附图说明
图1是传统技术的天线量测系统的示意图。
图2是本发明多输入多输出天线量测系统的第一较佳实施例的示意图。
图3是第二较佳实施例的示意图。
图4是第二较佳实施例更详细的示意图。
具体实施方式
参阅图2，本发明多输入多输出天线量测系统的第一较佳实施例包括一电波暗室2、待测通讯装置3、第一开关模块4及多天线通讯质量参数量测设备5。
电波暗室2的外型大致上呈中空的长方体，内部贴有多个电磁波吸收体(图未示出)。
待测通讯装置3设置于电波暗室2中，并包括多个待测天线31及一个电路单元32，待测天线31与电路单元32之间的讯号传输设置为不导通。
举例来说，待测通讯装置3可以是智能型手机或计算机等装置，在最终出厂销售时，待测天线31与电路单元32是相电连接的，然而在本较佳实施例中，待测通讯装置3是处于研发阶段，待测天线31在调整测试时不与电路单元32相电连接，而是电连接到多天线通讯质量参数量测设备5，目的是便于工程师量测分析。
第一开关模块4包括多个开关支路41，每一个开关支路41有第一端部42、第二端部43，及电连接于第一端部42及第二端部43之间的开关44，开关44受控制在导通与不导通之间切换，当开关44导通时，开关44所电连接的第一端部42及第二端部43通过开关44导通，当开关44不导通时，开关44所电连接的第一端部42及第二端部43被开关44隔离而不导通，每一个待测天线31电连接一个相对应的开关支路41的第一端部42。每一个开关44是一个二极管，因被施加的电压准位改变而在导通与不导通之间切换。
多天线通讯质量参数量测设备5包括第一收发单元8及控制运算单元9。第一收发单元8电连接每一个开关支路41的第二端部43以接收来自待测天线31的接收讯号。控制运算单元9电连接第一收发单元8以计算接收讯号的大小。
当电路单元32开机时，多个分别施加于这些开关44的控制电压轮流地控制这些开关44的其中一个为导通，其余的开关44不导通，此时控制运算单元9计算得到的接收讯号yi＝1～n的大小相关于电路单元32产生的噪声Ni＝1～n，表示如下：
噪声矩阵
Figure BDA0001824734180000061
其中参数n是这些待测天线31的数目，参数i代表编号i的待测天线31。
控制运算单元9更记录每一个待测天线31所对应的编号i(i是从1到n的连续正整数)及每一编号i所对应的噪声Ni，以作为工程师调整这些待测天线31的位置及电磁干扰抑制的依据。
举例说明，这些待测天线31的数目是4，当编号1的待测天线31所对应的开关44导通时，剩余编号2、3、4的这些待测天线31的开关44不导通，所以编号1的待测天线31接收来自电路单元32的电磁干扰(也就是噪声N1)，如此就能知道编号1的待测天线31是否要调整位置，或者几乎没有显著的噪声干扰，也就不必再调整。同理，编号2、3、4的这些待测天线31也轮流如前述编号1的待测天线31进行相同的测试流程，且比较这4个噪声N1、N2、N3、N4中何者最大，更能进一步知道电路单元32上的电磁干扰源(噪声Ni)是邻近哪个编号的待测天线31，进而达到快速调整的功效。
参阅图3，本发明多输入多输出天线量测系统的第二较佳实施例相较第一较佳实施例更包括多个侦测天线6及一个第二开关模块7，且多天线通讯质量参数量测设备5更包括第二收发单元10。
侦测天线6分散设置于电波暗室2中的多个不同的位置。
第二开关模块7包括多个开关支路71，每一个开关支路71有第一端部72、第二端部73，及电连接于第一端部72及第二端部73之间的开关74，开关74受控制在导通与不导通之间切换，当开关74导通时，开关74所电连接的第一端部72及第二端部73通过开关74导通，当开关74不导通时，开关74所电连接的第一端部72及第二端部73被开关74隔离而不导通，每一个侦测天线6电连接一个相对应的开关支路71的第一端部72。
第二收发单元10电连接第二开关模块7的每一个开关支路71的第二端部73以提供第j根的侦测天线6一个侦测讯号xj，j是从1到m(m>1)的连续正整数，多个分别施加于这些开关74的控制电压轮流地控制这些开关74的其中一个为导通，其余的开关74不导通，控制运算单元9更根据下式计算这些侦测天线6及这些待测天线31之间的信道参数矩阵H，如下式：
Figure BDA0001824734180000071
其中接收讯号yi＝1～n、噪声Ni＝1～n及侦测讯号xj为已知。
控制运算单元9更利用信道参数矩阵H及噪声矩阵N计算一信道容量C，如下式：
Figure BDA0001824734180000072
其中HH是信道参数矩阵H的共轭转置矩阵，参数SNRi＝1～n是利用侦测讯号与噪声计算出来的讯杂比。控制运算单元9更记录信道容量及讯杂比，以供评估通讯质量的优劣。
举例说明，当m＝n＝4时，编号1、2、3、4的侦测天线6轮流单一输出侦测讯号x1、x2、x3、x4，并由4个待测天线31接收到的接收讯号减去噪声y1－N1、y2－N2、y3－N3、y4－N4，可量测计算出4×4的信道参数矩阵H，如下表：
Figure BDA0001824734180000073
Figure BDA0001824734180000081
信道容量C表示如下式：
Figure BDA0001824734180000082
控制运算单元9更利用计算出来的信道参数矩阵H进行奇异值分解计算得到矩阵信道的条件值(condition number,K(H))，且控制运算单元9更记录矩阵信道的条件值K(H)。
参阅图4，多天线通讯质量参数量测设备5的第一收发单元8包括无线收发机模块81及软件定义无线电模块82，第二收发单元10包括无线收发机模块101及软件定义无线电模块102。
第一收发单元8的无线收发机模块81其工作模式是发射机，并包括调变及反快速傅立叶转换(IFFT)的功能，且电连接第一开关模块4的每一个开关支路41的第二端部43以提供侦测讯号。第一收发单元8的软件定义无线电模块82电连接无线收发机模块81，且软件定义无线电模块82与无线收发机模块81使用相同的无线通信标准。
第二收发单元10的无线收发机模块101其工作模式是接收机，并包括解调变及快速傅立叶转换(FFT)的功能，且电连接第二开关模块7的每一个开关支路71的第二端部73以接收接收讯号。第二收发单元10的软件定义无线电模块102电连接无线收发机模块101，且软件定义无线电模块102与无线收发机模块101使用相同的无线通信标准。
控制运算单元9更电连接软件定义无线电模块82、102，并撷取且记录来自每一软件定义无线电模块82、102的误差向量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)、实体层的吞吐量(PHY Throughput)，及每一层的位误码率(Bit Error Rate，BER)。
综上所述，上述较佳实施例包括以下优点：将待测天线31外接到多天线通讯质量参数量测设备5，就可以独立分析任一个待测天线31的效能，并检测电路单元32产生的噪声是邻近哪一个待测天线31，故能快速锁定干扰来源及找出待测天线31相对电路单元32的最佳位置，且控制运算单元9更记录多种通讯质量参数，兼具除错、量测及数据搜集的综效，进而解决传统技术的缺点。
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
11：手机
111：天线
112：通讯模块
12：屏蔽室
13：仿真基地台天线
2：电波暗室
3：待测通讯装置
31：待测天线
32：电路单元
4：第一开关模块
41：开关支路
42：第一端部
43：第二端部
44：开关
5：多天线通讯质量参数量测设备
6：侦测天线
7：第二开关模块
71：开关支路
72：第一端部
73：第二端部
74：开关
8：第一收发单元
81：无线收发机模块
82：软件定义无线电模块
9：控制运算单元
10：第二收发单元
101：无线收发机模块
102：软件定义无线电模块

Claims (10)

1.一种多输入多输出天线量测系统，包括：
一电波暗室；
一待测通讯装置，设置于该电波暗室中，并包括多个待测天线及一电路单元，该等待测天线与该电路单元之间的讯号传输设置为不导通；
一第一开关模块，包括多个开关支路，每一个开关支路有一第一端部、一第二端部，及一电连接于该第一端部及该第二端部之间的开关，该开关受控制在导通与不导通之间切换，当该开关导通时，该开关所电连接的该第一端部及第二端部通过该开关导通，当该开关不导通时，该开关所电连接的该第一端部及第二端部因该开关隔离而不导通，每一个待测天线电连接一个相对应的该开关支路的第一端部；及
一多天线通讯质量参数量测设备包括一第一收发单元及一控制运算单元，该第一收发单元电连接每一个该开关支路的第二端部以接收来自该待测天线的一接收讯号，该控制运算单元电连接该第一收发单元以计算该接收讯号的大小，
当该电路单元开机时，多个分别施加于该等开关的控制电压轮流地控制该等开关的其中一个为导通，其余的开关不导通，此时该控制运算单元计算得到的该接收讯号yi＝1～n的大小相关于该电路单元产生的一噪声Ni＝1～n，表示如下：
Figure FDA0001824734170000011
其中参数n是该等待测天线的数目，参数i代表编号i的该待测天线。
2.如权利要求1所述的多输入多输出天线量测系统，其特征在于，该控制运算单元更记录每一待测天线所对应的编号，及每一编号所对应的噪声。
3.如权利要求1所述的多输入多输出天线量测系统，其特征在于，更包括：
多个侦测天线，分散设置于该电波暗室中；及
一第二开关模块，包括多个开关支路，每一个开关支路有一第一端部、一第二端部，及一电连接于该第一端部及该第二端部之间的开关，该开关受控制在导通与不导通之间切换，当该开关导通时，该开关所电连接的该第一端部及第二端部通过该开关导通，当该开关不导通时，该开关所电连接的该第一端部及第二端部因该开关隔离而不导通，每一个侦测天线电连接一个相对应的该开关支路的第一端部，
该多天线通讯质量参数量测设备更包括一第二收发单元，该第二收发单元电连接该第二开关模块的每一个开关支路的第二端部以提供第j根的该侦测天线一侦测讯号xj，j是从1到m(m>1)的连续正整数，多个分别施加于该第二开关模块的该等开关的控制电压轮流地控制该等开关的其中一个为导通，其余的开关不导通，该控制运算单元更根据下式计算该等侦测天线及该等待测天线之间的信道参数矩阵H，如下式：
Figure FDA0001824734170000021
其中该等接收讯号yi＝1～n、该等噪声Ni＝1～n及该等侦测讯号xj为已知。
4.如权利要求3所述的多输入多输出天线量测系统，其特征在于，该控制运算单元更利用信道参数矩阵H及噪声矩阵N计算一信道容量C，如下式：
Figure FDA0001824734170000022
HH是信道参数矩阵H的共轭转置矩阵，参数SNRi＝1～n是利用侦测讯号与噪声计算出来的讯杂比。
5.如权利要求4所述的多输入多输出天线量测系统，其特征在于，该控制运算单元更记录该信道容量及该讯杂比。
6.如权利要求3所述的多输入多输出天线量测系统，其特征在于，该侦测天线的数目m等于该待测天线的数目n。
7.如权利要求3所述的多输入多输出天线量测系统，其特征在于，该控制运算单元更利用计算出来的该信道参数矩阵H进行奇异值分解计算得到一矩阵信道的条件值(conditionnumber)。
8.如权利要求7所述的多输入多输出天线量测系统，其特征在于，该控制运算单元更记录该矩阵信道的条件值K(H)。
9.如权利要求3所述的多输入多输出天线量测系统，其特征在于，该第一收发单元包括：
一无线收发机模块，其工作模式是发射机并包括调变及反快速傅立叶转换(IFFT)的功能，且电连接该第一开关模块的每一个开关支路的第二端部以提供该侦测讯号；及
一软件定义无线电模块，电连接该无线收发机模块，且该软件定义无线电模块与该无线收发机模块使用相同的无线通信标准；
该第二收发单元包括：
一无线收发机模块，其工作模式是接收机并包括解调变及快速傅立叶转换(FFT)的功能，且电连接该第二开关模块的每一个开关支路的第二端部以接收该接收讯号；及
一软件定义无线电模块，电连接该无线收发机模块，且该软件定义无线电模块与该无线收发机模块使用相同的无线通信标准。
10.如权利要求9所述的多输入多输出天线量测系统，其特征在于，该该控制运算单元更电连接该等软件定义无线电模块，并撷取且记录来自每一软件定义无线电模块的误差向量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)、实体层的吞吐量(PHY Throughput)，及每一层的位误码率(Bit Error Rate，BER)。
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