ES2681426T3 - Sistema y método de emulación de canal multitrayectoria de radiofrecuencia - Google Patents

Abstract

Emulador de canal de radiofrecuencia (RF), que comprende: al menos un subsistema multitrayectoria de RF (RFMS) configurado para emular reflexiones multitrayectoria de una señal de RF inalámbrica transmitida, formando tales reflexiones una suma de múltiples versiones retardadas de dicha señal transmitida; comprendiendo cada uno de dichos subsistemas multitrayectoria de RF al menos una subtrayectoria (7- 50, 7-60); caracterizado porque cada una de dichas subtrayectorias comprende una discontinuidad (7-10) de impedancia y un terminal (7-20) de cable de RF configurado para hacer que una señal de RF introducida rebote hacia atrás y hacia adelante entre dicha discontinuidad de impedancia y un extremo (7-30) abierto de dicho terminal para emular un agrupamiento multitrayectoria.

Description

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DESCRIPCION

Sistema y método de emulación de canal multitrayectoria de radiofrecuencia Campo técnico

Esta invención se refiere a un emulador de canal de comunicación de radiofrecuencia (RF), y más específicamente a un emulador multitrayectoria de RF tal como se usa en el diseño de sistemas de comunicaciones inalámbricos y aplicaciones de prueba.

Solicitudes relacionadas

Esta solicitud se refiere a y reivindica el beneficio y la prioridad de la solitud provisional estadounidense n.° 61/768.165 titulada, “RF Based Channel Emulator System and Method” presentada el 22 de febrero de 2013.

Antecedentes

Un emulador de canal es una pieza especializada de equipo de prueba electrónico que emula la propagación de ondas de radio basándose en condiciones del entorno bien definidas. Los emuladores de canal han estado disponibles durante muchos años. Los ejemplos incluyen el Spirent VR5 y el Anite Propsim. Un emulador de canal puede emular un conjunto reproducible de condiciones del entorno, lo que permite la verificación del rendimiento de radio, así como una evaluación comparativa de diferentes radios en condiciones de propagación (emuladas) idénticas. Los emuladores de canal tradicionales se diseñaron para radios convencionales, hoy en día denominadas radios de una sola entrada, una sola salida (SISO). Un emulador de canal de SISO modela un único canal de desvanecimiento entre un transmisor y un receptor mediante la emulación multitrayectoria y el desvanecimiento Doppler en una multitud de condiciones del entorno predefinidas descritas mediante modelos de canal. La multitrayectoria es un fenómeno mediante el cual una señal de transmisión se refleja desde múltiples superficies y llega al receptor en forma de una suma de múltiples versiones retardadas de la misma. Múltiples versiones de la misma señal de transmisión se suman de manera o bien constructiva o bien destructiva, dando como resultado una atenuación de señal variable en el tiempo conocida como desvanecimiento multitrayectoria. El desvanecimiento multitrayectoria crea fluctuación de señal frente al tiempo y esta fluctuación determina el perfil de retardo de potencia (PDP) del canal. Se definen modelos de PDP representativos de canales de desvanecimiento (por ejemplo, dentro de una casa o en entorno urbano) mediante las normas de la industria, tales como, por ejemplo, en el documento 3rd Generation Partnership Project (3GPP) TR 25.996, “3rd Generation Partnership Project; technical specification group radio access networks; Spatial channel model for MIMO simulations”.

En la figura 6 se muestra un ejemplo de una gráfica de PDP (potencia de señal frente a tiempo). Normalmente, los modelos de canal basados en normas definen que los PDP están compuestos por uno o más “agrupamientos” de reflexión. Un agrupamiento puede ser un grupo de “rayos” electromagnéticos reflejados en conjunto desde una superficie tal como, por ejemplo, una pared o una esquina de una sala. En un canal inalámbrico habitual, múltiples agrupamientos de este tipo separados en el tiempo se combinan para crear un PDP, tal como el PDP mostrado en la gráfica de la figura 6.

La dispersión de retardo de reflexiones multitrayectoria es una función del tamaño del entorno físico que se modela. La dispersión de retardo es más corta para espacios pequeños (por ejemplo, una oficina pequeña) y más larga para espacios grandes (por ejemplo, entornos de exterior).

Un emulador de canal habitual realiza una conversión descendente de la señal de RF transmitida por un dispositivo sometido a prueba (DUT), digitaliza esta señal para dar una corriente de muestras en fase y en cuadratura (IQ) y procesa matemáticamente las corrientes IQ digitalizadas según un modelo de desvanecimiento Doppler y multitrayectoria seleccionado. Entonces, se realiza la conversión ascendente de la señal resultante y se acopla en el dispositivo de recepción sometido a prueba (DUT).

Las radios de comunicaciones de datos de dos vías actuales, tales como las radios de evolución a largo plazo (LTE) IEEE 802.11n y 3GPP, usan tecnología de múltiples entradas múltiples salidas (MIMO). Una radio de MIMO está compuesta por múltiples subsistemas (cadenas) de transmisión y recepción que funcionan en enganche de fase y que emplean técnicas de transmisión de radio sofisticadas para aumentar el rendimiento de datos y el intervalo de funcionamiento de enlaces inalámbricos. Normalmente, un enlace de MIMO se describe como un enlace NxM, en el que N es el número de cadenas de transmisión en una radio de transmisión y M es el número de cadenas de recepción en la radio de recepción. En un enlace de MIMO, las señales procedentes de todas las N cadenas de transmisión se acoplan a cada una de las M cadenas de recepción mediante trayectorias de MIMO correlacionadas en un enlace por aire (por ejemplo, en una sala). Por tanto, un emulador de canal de MIMO debe modelar N veces M canales de desvanecimiento (en comparación con un emulador de SISO que modela solamente un canal de desvanecimiento). Normalmente, en los emuladores de canal de la técnica anterior, cada canal de desvanecimiento se implementa como una estructura de línea de retardo con derivaciones (TDL), tal como se muestra en la figura 2. Se definen modelos de canal que especifican los coeficientes de derivación variables en el tiempo para los

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multiplicadores de TDL y la correlación de estos coeficientes mediante normas de la industria que han desarrollado instituciones, que incluyen IEEE y 3GPP. Los modelos de canal también pueden estar definidos por usuarios finales o recogidos para entornos normales usando técnicas de sondeo de canal.

En implementaciones de emulador de canal de la técnica anterior, el número de canales de desvanecimiento crece exponencialmente con el número de puertos. Por ejemplo, un emulador de canal de MIMO de 2x2 tiene 4 canales de desvanecimiento, Hy, tal como se muestra en la figura 3. Un emulador de canal de MIMO de 4x4 tiene 16 canales de desvanecimiento, Hy, tal como se muestra en la figura 4.

Un emulador de canal de MIMO unidireccional para un sistema de MIMO de NxM tiene N puertos de recepción y M puertos de transmisión. El DUT de transmisión se conecta a los N puertos de recepción (entrada) del emulador de canal y un DUT de recepción se conecta a los M puertos de transmisión (salida) del emulador de canal. Si el canal que se modela es bidireccional, normalmente, un emulador de canal duplica el conjunto de circuitos en las direcciones directa e inversa para alojar una transmisión de 2 vías entre los DUT, tal como se muestra en la figura 5. Los puertos de RF de DUT, que para el funcionamiento normal se conectan a antenas, normalmente son bidireccionales. Por tanto, deben usarse circuladores de RF o filtros de doble transmisión para separar señales de transmisión de señales de recepción para acoplarse a los puertos de salida y entrada del emulador de canal, tal como se muestra en la figura 5. Los circuladores se usan cuando los DUT usan la misma frecuencia para transmitir y recibir, como lo hacen, por ejemplo, los DUT Wi-Fi o TDD (dúplex por división de tiempo). Los filtros de doble transmisión pueden usarse para separar señales RX de señales Tx cuando los DUT usan diferentes frecuencias de recepción y transmisión, como hacen, por ejemplo, los DUT FDD (dúplex por división de frecuencia).

Los emuladores de canal de la técnica anterior incorporan extremo frontal de RF y un subsistema de procesamiento de señal digital (DSPS), tal como se muestra en la figura 1. Las implementaciones de la técnica anterior cuestan cientos de miles de dólares porque implementan una malla completa de canales de desvanecimiento: desde cada puerto de entrada de un emulador de canal hasta cada puerto de salida. Por tanto, la complejidad y el coste del hardware informático de DSPS aumenta exponencialmente con el número de puertos.

En las implementaciones de la técnica anterior, para cada entrada de MIMO se realiza una conversión descendente de la señal de RF a una banda de base y a continuación se digitaliza para producir corrientes de muestra IQ. Entonces, se aplican los modelos de canal de manera computacional a las corrientes IQ en tiempo real mediante los DSPS.

En implementaciones de emulador de canal de MIMO actuales, la lógica informática de DSPS incorpora cientos de multiplicadores de 16-bit complejos que funcionan a velocidades de reloj de hasta 400 MHz y, normalmente, se implementan en FPGA (matrices de puertas programables por campo).

Cada TDL que implementa un canal de desvanecimiento está comprendido por multiplicadores complejos, tal como se muestra en la figura 2. Un emulador de canal de MIMO de 4x4 tiene 16 canales de desvanecimiento y cada canal de desvanecimiento se implementa mediante una TDL. Cada derivación en una TDL es un multiplicador complejo que requiere 4 multiplicadores de hardware.

Para modelar un canal inalámbrico de 40 MHz, tal como se requiere, por ejemplo, para los sistemas 802.11n, la especificación de IEEE 802.11 para el modelado de canal, documento “IEEE 802.11-03/940r4, TGn Channel Models”, requiere hasta 18 derivaciones por TDL. Para modelar un canal de 80 MHz, tal como se requiere, por ejemplo, para la emulación de canal 802.11ac mediante el documento “IEEE 802.11-09/030r10, TGac Channel Model Addendum”, el número de derivaciones por TDL y por tanto el número de multiplicadores complejos es de hasta 35 por TDL. Para sistemas 802.11ac que usan un canal de RF de 160 MHz, el número de derivaciones es de hasta 69. Para implementar un emulador de canal de 8x8 802.11ac, el número de canales de desvanecimiento, H, es de 8*8 = 64. El número de derivaciones por canal de desvanecimiento (por TDL) para canal de anchura de 160 MHz es de 69. Por tanto, el número de multiplicadores complejos requeridos para implementar un DSPS de un emulador de canal 802.11ac de MIMO de 8x8 que soporta un canal de anchura de 160 MHz es de 64 trayectorias * 69 derivaciones por trayectoria = 4416. Y cada multiplicador complejo está comprendido por 4 multiplicadores de hardware. Por tanto, el número total de multiplicadores que funcionan simultáneamente y se recuentan mediante un reloj de 400 MHz es de 4416*4 = 17.664. Para implementaciones bidireccionales, el número de multiplicadores se duplica para implementar cada dirección del flujo de señal, que requiere 17.664*2 = 35.328 multiplicadores. Implementar un DSPS de este tipo requeriría múltiples FPGA consumidoras de potencia del estado de la técnica que realizan 35.328 multiplicaciones simultáneas a una velocidad de 400 MHz. Con la tecnología de FPGA actual, este requisito computacional se aproxima a lo inviable. Y, tal como se indicó anteriormente, el número de tales canales de desvanecimiento intensivos computacionalmente implementados en un DSPS aumenta exponencialmente con el número de puertos de emulador de canal. Los emuladores de canal para sistemas de MIMO futuros de un orden superior a 8x8 supondrá un gran reto para implementar el uso de las técnicas informáticas de la técnica anterior ya que el número requerido de multiplicadores crece exponencialmente con el número de puertos de emulador de canal.

Las implementaciones de emulación de canal basadas en RF o analógicas, tales como la invención descrita en esta

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divulgación, son considerablemente más prácticas y económicas.

En la salida de un DSPS de la técnica anterior, corrientes IQ digitales, que tienen multitrayectorias aplicadas informáticamente a las mismas mediante el DSPS, se convierten en analógicas usando convertidores D/A y entonces se realiza una conversión ascendente de las señales IQ analógicas a una frecuencia de portadora de RF, creando la salida de RF desde el emulador de canal hasta el DUT de recepción, tal como se muestra en la figura 1 y en la figura 5.

El documento US 2008/123756 A1 describe un emulador de canal de radiofrecuencia, un aparato para emular transmisiones por el aire de señales de RF mediante múltiples trayectorias. Una señal de RF de entrada se divide en múltiples versiones de sí misma, que entonces se retardan, se atenúan y/o se cambian de fase de manera selectiva, y entonces se recombinan para producir la salida. Los retardos se realizan haciendo pasar la señal, a lo largo de cada una de las subtrayectorias, a través de un cable cuya longitud y/u otros parámetros destacados se seleccionan para logar un tiempo de retardo específico.

El documento US 2010/0182914 A1 describe el uso de la técnica de reflectometría en el dominio temporal (TDR) para analizar enlaces de red en la capa física, en particular, discontinuidades de impedancia, mediante la inyección de un impulso o función de etapa en un punto y la medición de las reflexiones inducidas por la señal de TDR con un dispositivo de análisis de señal.

No se pretende que la referencia a la técnica anterior, los documentos y otros elementos conocidos por los expertos en la técnica sean a modo de semejanza o diferenciación de las presentes invenciones, sino que, en su lugar, se menciona como ayuda para que aquellos interesados y expertos en la técnica establezcan un contexto para las invenciones.

Sumario

La invención se refiere a un emulador de radiofrecuencia tal como se define en la reivindicación 1 y a un método para emular un canal de transmisión multitrayectoria tal como se define en la reivindicación 13. Según diversos aspectos del objeto de esta invención, en al menos una realización, la invención presenta un sistema de emulación de canal económico que hace uso de cables coaxiales de RF, divisores de RF, atenuadores de RF y otros componentes de este tipo disponibles comercialmente y no requiere DSPS intensivos informáticamente.

Los componentes de RF pueden disponerse y ajustarse para implementar PDP basados en normas de modelos de canal basados en normas sin ninguna lógica informática de las implementaciones de la técnica anterior.

Sin necesidad de un DSPS costoso, la realización de conversiones ascendentes o descendentes de los sistemas de la técnica anterior, y con conjunto de circuitos de RF simplificado, un emulador de canal basado en RF según al menos un aspecto de esta invención cuesta menos de una décima parte de lo que cuesta construir un emulador de canal basado en DSPS de la técnica anterior comparable.

Según un aspecto de esta invención, los terminales de cable coaxial de RF se usan para implementar un subconjunto clave de la funcionalidad de un DSPS de la técnica anterior, concretamente el modelado de reflexiones multitrayectoria de canales inalámbricos habituales.

Un emulador de canal basado en RF según un aspecto de esta divulgación puede emular distancia y movimiento de las radios conectando en cascada un atenuador de RF programable con el conjunto de circuitos de RF usado para emular reflexiones multitrayectoria. Un atenuador de Rf programable puede emular una pérdida de trayectoria variable en el tiempo, emulando por tanto el movimiento de los DUT.

Tal como se comentó anteriormente, un motivo para el coste elevado de las implementaciones de la técnica anterior es el aumento exponencial en el tamaño y la complejidad del DSPS frente a número de puertos en un emulador de canal. Este aumento exponencial es el resultado de implementar una malla completa de canales (trayectorias) de desvanecimiento que interconectan todos los puertos de entrada de un emulador de canal a todos los puertos de salida, estando cada canal de desvanecimiento modelado mediante una TDL compuesta por multiplicadores de alta resolución complejos.

Implementar una malla completa de trayectorias de canal de desvanecimiento es necesario para los emuladores de canal de la técnica anterior que implementan interconexiones dirigidas a los puertos de antena de DUT. Interconexiones dirigidas significa que las antenas se retiran de los DUT y los puertos de RF de emulador de canal se conectan a los puertos de antena de DUT usando cableado coaxial de RF, tal como se muestra en la figura 1 y en la figura 5.

Sin embargo, cuando un banco de pruebas de RF usa un acoplamiento por el aire (OTA) entre un emulador de canal y los DUT, tal como se muestra en la figura 9, se crean de manera natural trayectorias de propagación de MIMO, basándose la correlación de canal de MIMO en someter a prueba la distancia entre antenas, dando como resultado,

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por tanto, trayectorias OTA reales desde cualquier puerto hasta cualquier otro puerto. Por tanto, los bancos de pruebas OTA pueden construirse usando una combinación de reflectores basados en RF sencillos y acoplamiento OTA mediante antenas de MIMO sin el modelado de lógica informática costoso de cada canal de desvanecimiento en una malla completa de trayectorias de MIMO.

Por tanto, una o más realizaciones se refieren a un emulador de canal de radiofrecuencia (RF) que comprende al menos un subsistema multitrayectoria de RF; comprendiendo cada uno de dichos subsistemas multitrayectoria de RF al menos una subtrayectoria; y comprendiendo cada una de dichas subtrayectorias una discontinuidad de impedancia y un terminal de cable de RF.

Una o más realizaciones también se refieren a un método para emular un canal de transmisión multitrayectoria que comprende una subtrayectoria de RF, introducir una discontinuidad de impedancia en serie con un terminal de cable de Rf de dicha subtrayectoria de RF; introducir una señal en dicho cable de RF; y hacer que múltiples reflexiones entre dicha discontinuidad de impedancia y un extremo abierto de dicho terminal de cable de RF emulen un canal multitrayectoria.

En los dibujos

Otros objetos, características y ventajas se les ocurrirán a los expertos en la técnica a partir de la siguiente descripción de una realización preferida y los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es un diagrama de bloques de un emulador de canal de la técnica anterior con un detalle en despiece ordenado de un extremo frontal de RF;

la figura 2 es un diagrama de bloques de un modelado basado en línea de retardo con derivaciones (TDL) de la técnica anterior de un canal de desvanecimiento, implementado usando lógica informática;

la figura 3 es un diagrama de bloques de un emulador de canal de MIMO de 2x2 unidireccional de la técnica anterior con cuatro canales de desvanecimiento;

la figura 4 es un diagrama de bloques de un DSPS de la técnica anterior de un emulador de canal de MIMO de 4x4 con dieciséis canales de desvanecimiento;

la figura 5 es un diagrama de bloques de un emulador de canal de MIMO de 4x4 bidireccional de la técnica anterior con subsistemas de RF y DSPS basados en FPGA centralizadas que emulan propagación de señal directa e inversa;

la figura 6 es una gráfica a modo de ejemplo de un perfil de retardo de potencia (PDP) de modelo de canal multitrayectoria agrupado, 802.11n modelo D;

la figura 7 es un diagrama de bloques de un sistema de emulador de canal de MIMO de 4x4 bidireccional según una realización de esta invención;

la figura 8 ilustra un subsistema de emulador multitrayectoria de RF (RFMS) a modo de ejemplo de un emulador de canal basado en RF según una realización de esta invención;

la figura 9 ilustra un emulador de canal basado en RF de 4x4 a modo de ejemplo según una realización de esta invención usado en un banco de pruebas inalámbrico de MIMO-OTA (por el aire); y

la figura 10 ilustra una implementación de placa de circuitos impresos a modo de ejemplo de una discontinuidad usada por el RFMS para emular reflexiones multitrayectoria según una realización de esta invención.

Descripción detallada

Además de la realización o realizaciones preferidas dadas a conocer a continuación, esta invención puede realizar otras realizaciones y ponerlas en práctica o llevarlas a cabo de diversas maneras. Por tanto, debe entenderse que la invención no se limita en su aplicación a los detalles de construcción y a las disposiciones de componentes expuestos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. Si solamente se describe una realización en el presente documento, las reivindicaciones del presente documento no deben limitarse a esa realización. Además, las reivindicaciones del presente documento no deben leerse de manera restrictiva sin una exclusión afirmativa, restricción o descargo de responsabilidad.

Una realización preferida de la invención reduce el coste de emuladores de canal de MIMO modelando reflexiones de propagación de radio en algunos canales inalámbricos habituales (por ejemplo, dentro de una casa habitual) usando hardware de RF poco costoso en lugar de arquitectura de emulador de canal de la técnica anterior basada en DSPS convencional mostrada en la figura 1 y en la figura 5.

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Las señales de radio sometidas a multitrayectoria en un entorno de canal inalámbrico habitual pueden modelarse como una serie de réplicas con cambio de fase, retardadas en el tiempo, atenuadas de la señal transmitida usando la expresión:

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en la que T), r.(/) y .A'/) + $ vVO) representan la amplitud, el retardo y el cambio de fase reales de la

componente multitrayectoria i-ésima en el momento t, N es el número total de derivaciones multitrayectoria y 8() es la función de impulso unitaria. Un método habitual para replicar la respuesta de impulso de canal (CIR) en un emulador de canal es el uso de ruido filtrado para generar procedimientos aleatorios para aff’T)y una línea de retardo con derivaciones (TDL) para proporcionar la suma a través de constituyentes multitrayectoria. Entonces, el número de derivaciones necesarias para capturar toda o la mayoría de la energía de señal depende de la dispersión de retardo.

La figura 1 ilustra una disposición de emulador de canal bidireccional convencional que incluye el DSPS 10 con extremos 12 y 14 frontales de RF que dan servicio a los dispositivos sometidos a prueba (DUT) DUT-1 16 y DUT-2 18. El DUT-1 16 se conecta al DSpS 10 o bien mediante su conector 20 de antena de RF a través del extremo 12 frontal de RF o directamente en el bus 22 IQ digital del subsistema 10 DSPS. Una corriente de muestras IQ procedentes del receptor de RF en el extremo frontal de RF llega al puerto 24 de entrada de DSPS 10. Una corriente de muestras IQ al transmisor de RF en el extremo 14 frontal de RF llega mediante el puerto 26 de salida. Un extremo 12, 14 frontal de RF habitual mostrado en despiece ordenado en la figura 1 puede incluir un circulador 30 con amplificador 32 de ruido bajo (LNA) y un amplificador 34 de potencia (PA) y mezcladores de convertidor 36 descendente y convertidor 38 ascendente cuando se logran las transformaciones RF/IF. Un convertidor 40 analógico-digital convierte la señal IF analógica en digital para suministrarla al puerto 24 de entrada. Un convertidor 42 digital-analógico convierte la señal digital procedente del puerto 26 de salida en analógica para suministrarla al mezclador 38 de convertidor ascendente. Normalmente, el DSPS 10 incluye una o más líneas 44 de retardo con derivaciones (TDL), implementadas, normalmente, usando FPGA.

Una línea 44 de retardo con derivaciones (TDL) habitual, figura 2, incluye una pluralidad de derivaciones 46, teniendo cada una de las cuales asociado un multiplicador 48 para aplicar coeficientes variables en el tiempo, cuyos productos se combinan en el sumador 50 para proporcionar la salida 52 de TDL. Los multiplicadores 48 son multiplicadores complejos que funcionan en datos IQ complejos y coeficientes variables en el tiempo complejos.

Un DSPS 10a de emulador de canal de múltiples entradas múltiples salidas (MIMO) de 2x2 habitual, figura 3, incluye cuatro TDL 44a que implementan cuatro canales de desvanecimiento correlacionados. Cada TDL 44a de canal de desvanecimiento se modela usando las líneas H11, H12, H21, H22 de retardo con derivaciones, con coeficientes correlacionados espacialmente y variables en el tiempo. Las salidas de TDL H11 y H21 de canales 44a de desvanecimiento se combinan en el sumador 60 y las salidas de TDL H12 y H22 de canales 44a de atenuación se combinan en el sumador 62.

En la figura 4 se muestra un DSPS 10b de emulador de canal de MIMO de 4x4 con dieciséis canales de desvanecimiento correlacionados con cuatro corrientes de MIMO de entrada de muestras IQ en N1-N4 distribuidas en dieciséis canales de desvanecimiento, las TDL 44b, designadas: H11, H21, H31, H41 que se combinan en el sumador 64; H12, H22, H32, H42, se combinan en el sumador 66; H13, H23, H33, H43, se combinan en el sumador 68; y H14, H24, H34, H44, se combinan en el sumador 70 para proporcionar cuatro corrientes de MIMO de salida de muestras IQ M1-M4.

Una implementación bidireccional de la técnica anterior de un sistema 8b de emulador de canal de MIMO de 4x4 habitual, figura 5, duplica los subsistemas de RF y DSPS para emular la propagación de señal directa e inversa. Por tanto, existen dos DSPS 10b, 10bb de emulador de canal para implementar las trayectorias de MIMO de 4x4 con dieciséis canales 5-10 de desvanecimiento en cada dirección. Al DSPS 10b se le ha asociado con cuatro convertidores 42b D/A, cuatro convertidores 38b ascendentes, cuatro convertidores 40b A/D, cuatro convertidores 36b descendentes. Del mismo modo, al DSPS 10bb se le ha asociado con cuatro convertidores 38bb ascendentes, cuatro convertidores 40bb A/D, cuatro convertidores 42bb D/A y cuatro convertidores 36bb descendentes. Existen cuatro circuladores 30b y 30bb de RF que se comparten por ambos DSPS 10b y 10bb.

La figura 6 ilustra una gráfica de perfil de retardo de potencia (PDP) de 802.11n modelo D. El PDP de modelo D consiste en 3 agrupamientos de reflexiones 6-10, 6-20 y 6-30 de señal de radio. El agrupamiento 6-10 modela una señal de radio que rebota hacia atrás y hacia adelante entre dos superficies reflectantes, decayendo la potencia exponencialmente con cada rebote. La energía del agrupamiento de rebote disminuye linealmente en una escala logarítmica (dB) (eje y de la gráfica). El agrupamiento 6-20 rebota entre dos superficies reflectantes que se dispersan más lejos y por tanto las reflexiones que representan el agrupamiento 6-20 se separan más ampliamente que las

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reflexiones del agrupamiento 6-10 en la escala de tiempo (eje x de la gráfica). Las reflexiones en el agrupamiento 630 se dispersan aún más ampliamente, lo que significa que el agrupamiento 6-30 rebota entre dos superficies separadas más ampliamente que los agrupamientos 6-10 y 6-20. Tales reflexiones agrupadas con varios agrupamientos que se solapan en el tiempo se definen mediante modelos de canal basados en normas y se implementan en emuladores de canal de la técnica anterior usando líneas de retardo con derivaciones tal como se muestra en la figura 2 dentro de un DSPS tal como se muestra en la figura 3 y en la figura 4.

Al sustituir el subsistema de DSPS costoso y complejo de emuladores de canal de la técnica anterior, esta invención implementa agrupamientos de reflexiones multitrayectoria usando terminales 7-20 de cable de RF, tal como se muestra en la figura 7. Los subsistemas 7-150, 7-160, 7-170 y 7-180 multitrayectoria de RF (RFMS) emulan trayectorias de RF que tienen una o más subtrayectorias 7-50 y 7-60 que modelan agrupamientos multitrayectoria. Estos RFMS pueden tener un diseño idéntico o pueden usar diferentes parámetros de magnitud de reflexión y retardo para emular los agrupamientos y pueden emular uno o más agrupamientos. En la figura 7, se muestra en detalle un RFMS 7-150 a modo de ejemplo. Los otros módulos 7-160, 7-170 y 7-180 de RFMS pueden tener la misma construcción que el módulo 7-150 o pueden construirse de manera diferente. Por ejemplo, los RFMS pueden comprender una pluralidad de subtrayectorias, tales como 7-50 y 7-60. Cada de las subtrayectorias 7-50, 7-60 emulará un único agrupamiento, tal como cada uno de los tres agrupamientos de la figura 6. Los RFMS 7-150 incluyen 2 subtrayectorias 7-50 y 7-60 que comprenden la trayectoria de señal principal a través del RFMS 7-150 que tiene una entrada en 7-80 y una salida en 7-90. Cada una de las subtrayectorias emula reflectores de enlace por aire que provocan que la señal de RF rebote hacia atrás y hacia adelante, formando por tanto un agrupamiento. La figura 7 muestra cuatro trayectorias 7-150, 7-160, 7-170 y 7-180 basadas en RFMS que pueden usarse como un sistema para implementar un emulador de canal de MIMO de 4x4. La subtrayectoria 7-50 incluye una discontinuidad 7-10 de impedancia conectada a un terminal no terminado (abierto) de cable 7-20 coaxial de rF. La señal de RF que se propaga hacia abajo hacia el terminal 7-20 se refleja hacia atrás y hacia adelante entre el extremo abierto del cable 7-30 y la discontinuidad 7-10. Este modo de rebote de reflexión de señal se representa de manera conceptual mediante las flechas 7-70. Las subtrayectorias que modelan los dos agrupamientos en esta realización de la invención se cablean mediante los divisores 7-40 y 7-45 de RF en la trayectoria de señal principal entre los puertos 7-80 y 7-90 de RF.

Los puertos 7-80 y 7-90 de RF proporcionan una trayectoria para acoplamiento de señal entre dos DUT (dispositivos sometidos a prueba), tal como se explicará a continuación. Tal acoplamiento de señal puede implementarse de manera inalámbrica por el aire (OTA) o de manera conductiva mediante la conexión a puertos de antena de DUT. En un ejemplo, las líneas de señal en el RFMS 7-150 son líneas de transmisión de 50 ohm bidireccionales y, por tanto, los puertos 7-80 y 7-90 de RF pueden conectarse entre los puertos de antena de dos DUT sin el uso de circuladores o filtros de doble transmisión tal como se requiere para las implementaciones de la técnica anterior, tales como las mostradas en la figura 5. En un aspecto, tener trayectorias de señal de RF bidireccionales, tal como se describe en el presente documento, elimina la necesidad de duplicar el conjunto de circuitos de DSPS y RF, tal como se muestra en la figura 5, para emular el desvanecimiento multitrayectoria en ambas direcciones entre los DUT.

La línea de transmisión de 50 ohm entre los puertos 7-80 y 7-90 de RF divide la señal en las dos subtrayectorias 750 y 7-60 mediante los divisores 7-110 y 7-120 de rF. La subtrayectoria 7-60 se retarda con respecto a la subtrayectoria 7-50 mediante una línea 7-100 de retardo. La línea 7-100 de retardo puede implementarse como un cable coaxial, línea de retardo de LC o una línea de retardo de cable óptico de fibra, o usando otros métodos reconocidos por los expertos en la técnica. La línea 7-100 de retardo puede insertarse en serie con al menos una de las subtrayectorias. El divisor 7-120 de RF combina la señal de la subtrayectoria 7-50 con la señal de la subtrayectoria 7-60.

El atenuador 7-140 de RF programable, que modela la pérdida de trayectoria en un canal inalámbrico, puede conectarse opcionalmente en serie con al menos una subtrayectoria o en serie con la trayectoria global entre los puertos 7-80 y 7-90 de RF tal como se muestra en la figura 7. La pérdida de trayectoria variable en el tiempo puede implementarse para modelar el movimiento de los DUT conectados a los puertos 7-80 y 7-90 de RF cambiando el ajuste del atenuador 7-140 en función del tiempo. Los expertos en la técnica entenderán que también son posibles implementaciones alternativas. Por ejemplo, la longitud del terminal 7-20 de cable puede ser variable para lograr un comportamiento de agrupamiento deseado. En aún otra realización, el terminal 7-20 de cable puede sustituirse por una línea de retardo programable para lograr un modelado de agrupamiento programable.

La figura 8 muestra la construcción de un RFMS, tales como 7-150, 7-160, 7-170 ó 7-180 mostrados en la figura 7. Los componentes de RFMS pueden montarse en una placa 8-200 con secciones de cableado, por ejemplo 8-20 y 8100, fijadas usando distanciadores 8-210. La trayectoria de señal de 50 ohm entre los puertos 8-80 y 8-90 de RF corresponde a la trayectoria de señal entre los puertos 7-80 y 7-90 de RF en la figura 7. El divisor 8-40 de RF conectado al terminal 8-20 de cable mediante la discontinuidad 8-10 corresponde a la subtrayectoria 7-50 de agrupamiento en la figura 7.

La figura 9 ilustra un banco de pruebas de MIMO-OTA (por el aire) inalámbrico de 4x4 a modo de ejemplo. Los DUT 9-40 y 9-50 se colocan dentro de cámaras 9-30 y 9-35 de aislamiento de RF anecoicas pequeñas respectivamente. Se forma un enlace de MIMO entre los DUT 9-40 y 9-50 mediante los RFMS 9-150, 9-160, 9-170 y 9-180. El

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acoplamiento entre los DUT 9-40 y 9-50 se produce mediante grupos 9-20 y 9-25 de antena respectivos en las cámaras 9-30 y 9-35. Las antenas 9-20 y 9-25 de prueba se conectan a los puertos de RF de los RFMS mediante grupos de conectores 9-10 y 9-15 de cilindro de RF. Cada grupo 9-20 y 9-25 de antena puede comprender 4 elementos de antena independientes para emular un canal de MIMO de 4x4, pero esto puede generalizarse, tal como se comentó anteriormente, a otras configuraciones. Los expertos en la técnica apreciarán que son posibles numerosas configuraciones para los grupos 9-20 y 9-25 de antena así como diferentes diseños de elementos de antena individuales dentro de los grupos. Adicionalmente, la separación y disposición de los elementos de antena individuales dentro de los grupos de antena puede configurarse para lograr los resultados de emulación de canal deseados.

Las cámaras 9-30 y 9-35 anecoicas crean un entorno de RF controlado para los DUT 9-40 y 9-50 y aíslan los DUT y las antenas 9-20 y 9-25 de interferencia externa. Del mismo modo, los RFMS se colocan en un recinto 9-60 blindado para proteger el banco de pruebas frente a interferencia de RF. Se une espuma de absorción a las paredes de metal de las cámaras 9-30 y 9-35 para crear un entorno anecoico (sin eco) dentro de las cámaras 9-30 y 9-35. La espuma de absorción amortigua las reflexiones de las paredes de metal de las cámaras de modo que los parámetros multitrayectoria, tales como retardos de agrupamiento y magnitudes de reflexión, se controlan principalmente mediante los RFMS 9-150, 9-160, 9-170 y 9-180 y no se ven afectados por reflexiones de señal no deseadas dentro de las cámaras 9-30 y 9-35. Un experto en la técnica puede apreciar que, aunque en la figura 9 se muestra una configuración de MIMO de 4x4, el número de RFMS y antenas de prueba puede variar basándose en las configuraciones NxM deseadas del canal de MIMO de RF que se emula en el banco de pruebas. Las transmisiones de prueba de RF se acoplan a y desde los RFMS mediante las antenas 9-20 y 9-25 de prueba ubicadas dentro de las cámaras anecoicas. Los conectores 9-10 y 9-15 de cilindro de RF pueden ser de tipo N, SMA u otros tipos de conectores de RF que se acoplan a través de las paredes de metal de las cámaras anecoicas. Debe entenderse que el acoplamiento transversal entre las diversas subtrayectorias de MIMO se produce en el aire por medio de interacciones entre los elementos de antena dentro de los grupos 9-20 y 9-25 de antena.

Las antenas 9-20 ó 9-25 también pueden sustituirse por conexiones dirigidas a los puertos de antena de DUT. Las antenas de DUT se retirarían para realizar tales conexiones dirigidas.

Los expertos en la técnica apreciarán que la disposición mostrada en la figura 9 solamente es a modo de ejemplo. En la práctica, los componentes pueden disponerse y distribuirse en cámaras de aislamiento de RF independientes o en compartimentos dentro de la misma cámara u otras configuraciones.

La figura 10 ilustra una placa 10-10 de circuitos a modo de ejemplo usada para proporcionar la discontinuidad de impedancia descrita anteriormente. La discontinuidad, implementada mediante indicadores en la placa 10-10 de circuitos impresos, corresponde a la discontinuidad 8-10 en la figura 8 y a la discontinuidad 7-10 en la figura 7. El fin de la discontinuidad es provocar reflexiones de señal tal como se muestra en la figura 7, diagrama 7-70. Las reflexiones están provocadas por el desajuste 10-20 de impedancia en la línea de transmisión de 50 ohm formada por el indicador 10-50 de cobre en el lado superior de la placa 10-10 de circuitos impresos y el plano 10-100 de conexión a tierra en el lado inferior de la placa 10-10 de circuitos impresos. La línea de transmisión de 50 ohm interconecta los conectores 10-30 y 10-40 de RF. El segmento 10-20 de cobre, que es más ancho que el indicador 10-50 de 50 ohm, no es de 50 ohm y por tanto introduce discontinuidad de impedancia en la línea de transmisión de 50 ohm entre el conector 10-30 y el conector 10-40. Los segmentos 10-60 de cobre se conectan a la toma de tierra del conector 10-30 de RF. Los segmentos 10-70 de cobre se conectan a la toma de tierra del conector 10-40 de RF. La línea de transmisión está formada por el indicador que conecta el conductor 10-80 central del conector 10-30 de RF y el conductor central del conector 10-40 encaminado sobre el plano 10-100 de conexión a tierra en el lado inferior de la placa de circuitos impresos. Los atenuadores 10-60 fijos de conexión a tierra del conector 10-30 y los atenuadores 10-70 fijos de conexión a tierra del conector 10-90 también se conectan eléctricamente al plano 10-100 de conexión a tierra. El uso de cobre en la descripción anterior es solamente una manera para implementar la realización descrita. Los expertos en la técnica entenderán otras variaciones, usando materiales y metales conductores diferentes (por ejemplo, aluminio).

En esta descripción, se exponen numerosos detalles específicos. Sin embargo, las realizaciones/casos de la invención pueden ponerse en práctica sin algunos de estos detalles específicos. En otros ejemplos, hardware, materiales, estructuras y técnicas bien conocidos no se han mostrado en detalle para ayudar a la comprensión de las presentes invenciones. Asimismo, las realizaciones/casos ilustrados no se excluyen mutuamente, a menos que se mencione expresamente y excepto que sea evidente para los expertos habituales en la técnica. Por tanto, la invención puede incluir cualquier variedad de combinaciones y/o integraciones de las características de las realizaciones/casos descritos en el presente documento. Además, los diagramas de flujo ilustran ejemplos de realizaciones/casos no limitativos de los métodos, y los diagramas de bloques ilustran ejemplos de realizaciones/casos no limitativos de los dispositivos. Algunas operaciones en los diagramas de flujo pueden describirse con referencia a las realizaciones/casos ilustrados por los diagramas de bloques. Sin embargo, los métodos de los diagramas de flujo pueden realizarse mediante realizaciones/casos de la invención distintos de los mencionados con referencia a los diagramas de bloques, y las realizaciones/casos mencionados con referencia a los diagramas de bloques pueden realizar operaciones diferentes de las mencionadas con referencia a los diagramas de flujo. Además, aunque los diagramas de flujo pueden representar operaciones en serie, determinadas

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realizaciones/casos pueden realizar determinadas operaciones en paralelo y/o en diferente orden de los representados. Además, el uso de números de referencia y/o letras repetidos en el texto y/o los dibujos se debe a motivos de simplicidad y claridad y no establece en sí mismo una relación entre las diversas realizaciones/casos y/o configuraciones mencionados. Además, en ocasiones, se describirán métodos y mecanismos de las realizaciones/casos en singular por motivos de claridad. Sin embargo, algunas realizaciones/casos pueden incluir múltiples repeticiones de un método o múltiples ejemplificaciones de un mecanismo a menos que se indique lo contrario. Por ejemplo, cuando se dan a conocer un controlador o una interfaz en una realización/caso, el alcance de la realización/caso también está destinado a cubrir el uso de múltiples controladores o interfaces.

Determinadas características de las realizaciones/casos, que pueden haberse descrito, por motivos de claridad, en el contexto de realizaciones/casos independientes, también pueden proporcionarse en diversas combinaciones en una única realización/caso. A la inversa, diversas características de las realizaciones/casos, que pueden haberse descrito, por motivos de brevedad, en el contexto de una única realización/caso, también pueden proporcionarse de manera independiente o en cualquier subcombinación adecuada. Las realizaciones/casos no se limitan en sus aplicaciones a los detalles del orden o secuencia de etapas de operación de métodos, o a detalles de implementación de dispositivos, establecidos en la descripción, dibujos o ejemplos. Además, los bloques individuales ilustrados en las figuras pueden ser funcionales en naturaleza y no se corresponden necesariamente con elementos de hardware independientes. Aunque los métodos dados a conocer en el presente documento se han descrito y mostrado con referencia a etapas particulares realizadas en un orden particular, se comprende que estas etapas pueden combinarse, subdividirse o reordenarse para formar un método equivalente sin alejarse de las enseñanzas de las realizaciones/casos. Por consiguiente, a menos que se indique específicamente lo contrario en el presente documento, el orden y el agrupamiento de las etapas no es una limitación de las realizaciones/casos. Las realizaciones/casos descritos junto con ejemplos específicos se presentan a modo de ejemplo, y no de limitación. Además, es evidente que muchas alternativas, modificaciones y variaciones serán evidentes para los expertos en la técnica. Por consiguiente, se pretende abarcar todas tales alternativas, modificaciones y variaciones para que se encuentren dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.

Claims (14)

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REIVINDICACIONES

Emulador de canal de radiofrecuencia (RF), que comprende:

al menos un subsistema multitrayectoria de RF (RFMS) configurado para emular reflexiones multitrayectoria de una señal de RF inalámbrica transmitida, formando tales reflexiones una suma de múltiples versiones retardadas de dicha señal transmitida;

comprendiendo cada uno de dichos subsistemas multitrayectoria de RF al menos una subtrayectoria (750, 7-60); caracterizado porque cada una de dichas subtrayectorias comprende una discontinuidad (7-10) de impedancia y un terminal (7-20) de cable de RF configurado para hacer que una señal de RF introducida rebote hacia atrás y hacia adelante entre dicha discontinuidad de impedancia y un extremo (7-30) abierto de dicho terminal para emular un agrupamiento multitrayectoria.

Emulador según la reivindicación 1, que comprende además una línea de retardo dispuesta en serie con al menos una de dichas subtrayectorias (7-50, 7-60).

Emulador según la reivindicación 1, que comprende además un atenuador de RF dispuesto en serie con al menos una de las subtrayectorias (7-50, 7-60).

Emulador según la reivindicación 3, comprendiendo dicho atenuador un atenuador variable.

Emulador según la reivindicación 1, comprendiendo dicha discontinuidad (7-10) de impedancia un desajuste de impedancia dispuesto en serie con dicho terminal (7-20) de cable de RF.

Emulador según la reivindicación 1, que comprende además un primer puerto de RF para acoplar dicho sistema multitrayectoria de RF (RFMS) a una primera radio y un segundo puerto de RF para acoplar dicho sistema multitrayectoria de RF a una segunda radio, proporcionando dicho sistema multitrayectoria de RF una trayectoria de señal de RF entre dichos puertos primero y segundo.

Emulador según la reivindicación 6, que comprende además un primer divisor (7-110) de RF dispuesto en serie con dicho primer puerto y un segundo divisor (7-120) de RF dispuesto en serie con dicho segundo puerto.

Emulador según la reivindicación 6, que comprende además un atenuador de RF dispuesto en serie con dicha trayectoria de señal de RF.

Emulador según la reivindicación 1, en el que dicho al menos un subsistema multitrayectoria de RF (RFMS) comprende:

una primera subtrayectoria (7-50) que comprende dicha discontinuidad (7-10) de impedancia y dicho terminal de cable de RF; y

una segunda subtrayectoria (7-60) que comprende una segunda discontinuidad de impedancia y un segundo terminal (7-20) de cable de RF.

Emulador según la reivindicación 9, que comprende además un primer divisor (7-110) de RF que acopla un primer puerto (7-80) de RF del subsistema multitrayectoria de RF (RFMS) a las subtrayectorias (7-50, 760) primera y segunda.

Emulador según la reivindicación 9, que comprende además un divisor (7-120) de RF que acopla un segundo puerto (7-90) de RF del subsistema multitrayectoria de RF (RFMS) a la primera subtrayectoria (750) y a una línea de retardo dispuesta en serie con la segunda subtrayectoria (7-60).

Emulador según la reivindicación 11, que comprende además un atenuador dispuesto en serie con dicha al menos una subtrayectoria o en serie con la trayectoria global entre dicho primer puerto (7-80) de RF y dicho segundo puerto (7-90) de RF.

Método para emular un canal de transmisión multitrayectoria que comprende:

en al menos un subsistema multitrayectoria de radiofrecuencia (RF), RFMS, configurado para emular reflexiones multitrayectoria de una señal de RF inalámbrica transmitida, formando tales reflexiones una suma de múltiples versiones retardadas de dicha señal transmitida, comprendiendo dicho subsistema multitrayectoria de RF al menos una subtrayectoria (7-50, 7-60) que comprende una discontinuidad (7-10) de impedancia en serie con un terminal (7-20) de cable de RF;

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introducir una señal de RF en dicho subsistema multitrayectoria de RF; y caracterizado por provocar que dicha señal de RF introducida rebote hacia atrás y hacia adelante entre dicha discontinuidad de impedancia y un extremo (7-30) abierto de dicho terminal de cable de RF para emular un agrupamiento multitrayectoria.

14. Método según la reivindicación 13, que comprende además introducir una línea de retardo en serie con dicha subtrayectoria (7-50, 7-60).

15. Método según la reivindicación 13, que comprende además disponer un atenuador de RF en serie con dicha subtrayectoria (7-50, 7-60).

16. Método según la reivindicación 15, comprendiendo disponer dicho atenuador de RF disponer un atenuador de RF variable en serie con dicha subtrayectoria (7-50, 7-60).

17. Método según la reivindicación 13, que comprende además acoplar dicha subtrayectoria (7-50, 7-60) a al menos otra subtrayectoria de este tipo para emular un canal multitrayectoria de agrupamiento múltiple.