KR102592676B1 - 차량으로의 무선 통신 테스트 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

차량 위에 또는 차량 내에 배치되는 시험 대상 장치(DUT)의 자동차 어플리케이션에서 OTA(over-the-air) 무선 통신 성능을 측정하기 위한 장치가 개시된다. 장치는 그 안에 내부 체적을 형성하는 챔버, 예컨대 EMC 챔버 또는 세미-무향 챔버를 포함한다. 또한, 적어도 하나의 챔버 안테나와 함께, 차량을 지지하기 위한 회전 가능한 플랫폼이 내부 체적에 둘러싸이도록 제공된다. 시험 대상 장치와 챔버 안테나 사이의 송신을 측정하기 위해 통신 시스템 테스트 계측기가 추가적으로 제공된다. 챔버 안테나는 안테나 소자들의 수평 선형 어레이를 포함하는 어레이 안테나이고, 챔버 안테나는 차량이 위치하는 근거리-필트에서 평면 파를 제공하는 것이 바람직하다. 어레이는 수직 방향으로 서로 위에 놓여지는 복수의 수평 선형 어레이를 추가적으로 포함할 수 있다. 어레이 안테나는 반사기를 추가적으로 포함할 수 있으며, 반사기는 수평 방향으로 직선이고, 수직방향으로는 포물선 커브/아크 형으로 배치되며, 수평 선형 어레이는 반사기의 초점 라인에 배치된다.

Description

차량으로의 무선 통신 테스트 방법 및 장치

본 발명은 차량으로의 무선 통신을 위한 새로운, 콤팩트하고 비용-효율적인 테스트 챔버/장치에 관한 것이다.

무선 통신은 성장하고 있고, LTE 또는 4G와 같은 최신의 디지털 통신 시스템은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 및 OFDM(Orthogonal Frequency Domain Multiplexing)와 함께 매우 발전했다. 이하에서 그리고 일반적으로 자동차 어플리케이션으로 지칭되는, 차, 버스 및 다른 차량으로의 무선 통신은 계속해서 빠르게 성장해나갈 중요하고 새로운 시장 분야이다. 이러한 무선 통신의 목적은, 탑승자에게 엔터테인먼트를 제공할 뿐만 아니라, 자동차를 보다 안전하게 운전할 수 있도록 하는 서비스를 제공하는 것이다.

특히, 예컨대 자율 주행 차량, 즉 인간 상호작용을 최소한으로 갖는 자가-주행 차량과 같은, 자율적 자동차 어플리케이션은 곧 도로에서 현실이 될 것이다. 예컨대 교통 정체 감소, 도로 용량의 확대, 환경 발자국 개선 등과 같이, 자율 차량의 수많은 잠재적인 이점이 확인되어 왔다. 하지만, 희망하는 개선의 달성을 위해서는, 자율적 자동차 어플리케이션은 기존의 네트워크에 대한 신뢰성 있고 안정적인 무선 연결이 필요하다. 따라서, 현재, 차와 다른 자동차 어플리케이션에 대한, 그리고 도로상의 차량들 간의 신뢰성 있고 비용-효율적인 OTA(Over-The-Air) 무선 통신 테스트가 절실히 필요하다.

동일 출원인에 의한 WO 15/113667호에는, 이에 대한 매우 효율적인 해결책이 제시되어 있다. 이 문헌에서, 시험 장치는, RIMP(Rich Isotropic Multipath) 환경에서의 에뮬레이션 및 측정을 위한 내측에 반사성 벽들을 구비하는 테스트 챔버 - 다중 경로 잔향 챔버 - 에서의 측정과, 랜덤-LOS 또는 RLOS(Random Line-of-Sight) 전파 채널의 에뮬레이션 및 측정을 위한 무향 또는 세미-무향 챔버에서의 측정을 위해서 제공된다. 무향 챔버에서는, 시험 대상 장치(DUT: device under test)에 단 하나의 입사 파만이 존재한다. 이는 LOS(Line-Of-Sight)로서 지칭되고, AoA(Angle-of-Arrival)에 의해 주어지는 잘-정의된 방향으로부터 비롯된다. 사실, 고속도로를 따라 주행하는 자율 주행 차량은, 종종 기지국 또는 다른 차량과 LOS 연결될 것이다. 마찬가지로, LOS에서는 근처의 차량들과의 통신이 이루어질 것이다. 하지만, 기지국 또는 이웃하는 차에 대한 방향은 차들의 상대적인 배향에 따라 무작위로 변할 것이다. 따라서, 차에 대한 LOS의 AoA(Angle-of-Arrival)는 방위각에서 모든 (또는 일부 경우 제한된) 각도 범위에 걸쳐 랜덤 변수로서 취급될 수 있다.

2013년 ISAP지에 기재된 P.-S. Kildal의 논문, "유저 통계(RIMP, 순수-LOS, 처리량 및 검출 확률) 포함을 통한, OTA 테스트 및 네트워크 최적화에 대한 무선 채널의 재고(Rethinking the Wireless Channel for OTA testing and Network Optimization by Including User Statistics: RIMP, Pure-LOS, Throughput and Detection Probability)"에서, 무선 장치가 RIMP 및 RLOS에서 잘 작동하는 것으로 입증되면, 이 장치는 모든 실제 환경에서도 잘 작동할 것이라는 하나의 가설이 세워졌다. 안테나와 전파 사회에서 이 가설은 합리적인 것으로 여겨진다. 현재, RIMP OTA에서 장치의 통신 특징은 비교적 잘 알려져 있다. 하지만, RLOS 전파 채널에서 작동하는 장치의 성능에 대해서는 훨씬 덜 알려져 있고, WO 15113667호의 해결책이 이러한 측정에 대해 매우 잘 작용한다 하더라도, RLOS 환경에서 특히 자동차 어플리케이션에 대한 측정을 위한 개선된 측정 장치 및 측정 방법에 대한 니즈가 여전히 존재한다.

구체적으로는, 차량으로의 무선 통신을 테스트하기 위한, 현재 사용 가능한 시스템과 유사한 또는 그보다 더 향상된 측정 품질을 갖는, 보다 비용-효율적인 OTA 챔버에 대한 필요성이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 완화시키는 것이며, 구체적으로는 랜덤-LOS 환경에서 무선 통신을 특징화하기 위한 자동차 어플리케이션, 장치 및 장비에 대한 신규한, 콤팩트하고 비용-효율적인 테스트 챔버/장치를 도입하는 것이다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 차량 상에 또는 차량 내에 배치되는 시험 대상 장치의 자동차 어플리케이션에서, OTA(over-the-air) 무선 통신 성능을 측정하기 위한 장치가 제공되며, 이 장치는,

- 안쪽에 내부 체적을 형성하는 챔버,

- 차량을 지지하기 위한 플랫폼으로, 챔버는 플랫폼에 둘러싸이도록 구성되고, 플랫폼은 차량을 회전시킬 수 있는 회전 가능한 플랫폼이며,

- 상기 체적 내에 제공되는 적어도 하나의 챔버 안테나,

- 시험 대상 장치와 챔버 안테나 사이의 송신을 측정하는 통신 시스템 테스트 기구를 포함하고,

- 챔버 안테나는 어레이 안테나로, 안테나 소자들의 수평 선형 어레이를 포함하며, 챔버 안테나는 바람직하게는 차량이 위치하는 근거리-필드(near-field)에서 평면 파를 제공한다. 어레이 안테나는 수직 방향으로 서로의 위에 가로놓이는(overlie) 여러 개의 수평 선형 어레이를 구비하는 2-차원 어레이일 수 있고, 따라서 안테나 소자들의 수직-배향된(또는 거의 수직-배향되는) 평면 2-차원 어레이를 형성할 수 있다. 특히 후자의 경우, 어레이는 차가 위치하는 근거리-필드에 평면 파를 제공한다.

본 명세서에서 "시험 대상 장치"라는 용어는 무선 인터페이스를 통해 전자기 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 임의의 유형의 장치를 지칭하는 데 사용된다. 특히, 시험 대상 장치는 휴대 전화 및 안테나를 갖는 다른 무선 단말기일 수 있으며, 이들 장치 또는 그 부품(예컨대, 안테나)은 차량에 장착되거나, 차량에 일체화되거나, 또는 차량의 사용자 또는 승객에 의해 운반될 수 있다. 하지만, 안테나(들)는 차량의 외부에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명은, 예컨대 차나 버스와 같은 차량과의 무선 통신을 위한 실제 환경이란 자유 공간(순수-LOS)의 에지 환경(edge environment)과 RIMP(rich isotopic multipath)의 사이 어디쯤이며, RIMP와 랜덤 순수-LOS 환경에서 무선 단말기가 잘 작동한다면, 실제 환경에서도 잘 작동할 것이라는 이해에 기초한다. 어림잡아 추측하면, 일반적인 상황에서 휴대용 스마트폰 및 랩톱에 대해, RIMP와 랜덤-LOS의 상대적 중요도는, RIMP가 약 80-90%, 랜덤-LOS가 10-20%일 수 있다. 도로상 차량의 경우, 상황은 대략 반대로, RIMP가 약 20%, 랜덤-LOS가 80%이다. 따라서, 랜덤-LOS에서의 테스트는 다른 일반적인 용도보다 자동차 어플리케이션에서 훨씬 더 중요하다. 또한, 본 발명은 랜덤-LOS 환경에서의 성능 측정법(metric)으로서, 하나 이상의 비트스트림(bitstream) 상의 탐지율(PoD; Probability of Detection)을 사용하는 것이 가능하다는 이해에 기초한다. 본 발명은 랜덤-LOS에서의 PoD를 측정하는 방법에 관한 것으로, 특히 완전한 차량, 예컨대 차, 트럭 및 버스의 자동차 테스트에 유리하다. PoD는, DUT 또는 차량 전체가 환경에서 이동하고 있을 때, 통신 시스템 테스트 계측기(instrument)에 의해 측정되는 평균 처리량에 대응한다.

본 발명은 랜덤-LOS에서의 테스트에 사용 가능한, 차량으로의 무선 통신을 테스트하기 위한 매우 비용-효율적인 OTA 챔버를 제공한다. 또한, 본 발명에 의해, 보다 견고한 시스템이 제공되며, 현재 이용 가능한 시스템과 유사한 또는 그보다 더 개선된 측정 품질이 획득될 것이다.

수평 어레이는 차 또는 차량의 전체 길이를 인지하며(see), 따라서 차/차량 상의 모든 안테나 위치를 기지국, 즉 어레이로부터의 평면 파로 커버한다. 틸트 가능한 어레이 안테나(아래 참조)를 사용하면 커버리지가 더욱 향상된다.

본 발명에 의해 측정 가능한 OTA(Over-the-air) 무선 통신 성능은 다음 중 하나 또는 여러 개인 것이 바람직하다. 총 방사 전력(TPR: total radiated power), 총 등방성 감도(TIS: total isotropic sensitivity), 처리량, 안테나 효율, 평균 페이딩 감도(average fading sensitivity), 및 다이버시티(diversity) 및 MIMO 게인. 여기서, 안테나 효율은 안테나가 그 단자에서 수용되는 고주파 전력을 방사 전력으로 전환하는 효율의 척도(measure)로 사용된다. 여기서, 다이버시티 및 MIMO 게인은 다중 안테나를 사용함으로써 획득할 수 있는 PoD 향상의 척도로 사용된다.

본 발명에 따르면, 테스트 되는 차량은, 바람직하게는 차를 360도 회전시킬 수 있는, 회전 가능한 플랫폼 위에 위치된다. 플랫폼은 측정하는 동안 연속적으로 또는 간헐적으로 회전 가능하도록 배치되는 것이 바람직하다. 회전은, US 7 444 264호, US 7 286 961호, 및 WO 12/171562호에서 사용되는, 그 자체로 공지되어 있는 플랫폼 교반(platform stirring)과 동일한 방식으로, 제어 PC에 의해 제어될 수 있으며, 이들 특허문헌은 그 전체가 참조로서 인용된다. 챔버의 벽은 흡수성인 것이 바람직하다. 모든 내부 표면이 비-반사성인 경우, 챔버는 무향 챔버이다. 하지만, 바닥은 여전히 내측이 반사성(inwardly reflective)일 수 있고, 예를 들어 금속 또는 다른 전도성 재료(들)로 이루어질 수 있으며, 추가적으로 아스팔트의 상부 층 또는 다른 도로 커버와 유사한 무언가로 커버될 수 있다. 이러한 챔버는 세미-무향으로서 지칭될 수 있다.

챔버는 차의 측정으로만 의도 및 적합할 수 있지만, 버스 및 트럭뿐만 아니라 다른 유형의 차량의 측정을 위해서도 준비될 수 있다.

차/차량에는, 예컨대 LTE/4G 시스템과 같은 무선 통신 장치, 또는 예컨대 와이파이, 3G, 2G, IEEE 802.1 1 b/g/n(와이파이), 와이맥스(WiMAX: worldwide interoperatbility for microwave access)와 같은 또 다른 통신 시스템을 위한 장치가 제공되는 것이 바람직하다.

챔버 안테나는 어레이 안테나로, 안테나 소자들의 수평 선형 어레이를 포함하고, 근거리-필드에서 평면 파를 제공한다. 이러한 안테나는 본 장치와 관련하여 큰 이점을 제공한다는 것이 밝혀졌다. 이로 인해, 측정값들이 확고하고 신뢰성이 있어지고, 예를 들어 차량이 플랫폼상에서 어디에 그리고 어떻게 배치되는지가 덜 중요해진다. 플랫폼의 회전 축으로부터 오프셋 되도록 배치되는 차량의 안테나는, 플랫폼의 회전 위치와는 관계없이, 하나의 안테나 소자가 사용되는 경우에 비해, 전체 시간 동안 더 동일한 측정 조건에 있게 될 것이다.

챔버 안테나는 이중-편파형 2-포트 어레이 안테나인 것이 바람직하며, 모든 안테나 소자의 수평 편파 포트들은 공동 분배 망(corporate distribution network)를 통해 공통의 단일 포트에 연결되고, 모든 소자들의 수직 편파 포트들은 또 다른 공동 분배 망에 연결된다. 이로 인해, 어레이의 모든 소자들은 동일한 위상으로 여기된다. 이들은, 차량에 걸쳐 근거리-필드 평면 파 성능을 향상시키기 위해, 어레이의 두 단부를 향해 테이퍼지는 진폭으로 여기될 수 있다.

챔버 안테나는 서로 위에 가로놓이는, 복수의 수평 열로 배열되는 안테나 소자들을 포함할 수 있으며, 이 경우 안테나는 평면 2-차원 어레이이고, 바람직하게는 2포트 평면 어레이이다. 이로 인해, 안테나의 높이 조절이 덜 중요해지고, 측정값이 보다 확고하고 신뢰성 있게 된다. 특히, 이러한 평면 어레이는 차량을 조명하는, 보다 양호한 평면 파를 실현할 것이다. 바람직하게는, 수평 어레이의 경우, 2개의 공동 분배 망이 제공되어, 모든 소자들이 동일한 위상으로 여기되고, 차량을 걸치는 근거리-필드 평면 파 성능을 향상시키기 위해, 여기 진폭이 어레이의 2개 또는 4개 변을 향해 테이퍼질 수 있다.

선형 어레이는 임의의 수의 안테나 소자를 포함할 수 있다. 하지만, 선형 어레이는 1 내지 3GHz 사이의 통신을 테스트할 때, 바람직하게는 적어도 24개의 소자, 보다 바람직하게는 48개의 소자를 포함한다. 소자들의 수는 고 주파수에서 더 많아질 수 있다. 안테나 소자들은 등 간격으로 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 안테나 소자들 간의 거리는 모든 이웃하는 소자들에 대해 동일한 것이 바람직하다. 또한, 수평 어레이의 총 길이는 차량보다 적어도 2m 긴 것이 바람직하다.

또한, 평면 어레이가 사용되는 경우, 어레이는 (M 개의 수직 소자)x(N 개의 수평 소자)를 포함하며, 이때 M은 각 열에 있는, 즉 수평 선형 어레이에 있는 안테나 소자들의 개수에 해당하고, N은 열의 수, 즉 수직 칼럼 또는 수직 어레이에 있는 안테나 소자들의 수에 해당한다. 1 내지 3GHz 사이의 통신을 테스트할 때, 수평 어레이의 수, 즉 평면 어레이에서 열의 수는 바람직하게는 적어도 16개, 가장 바람직하게는 적어도 24개이다. 소자들의 수는 고 주파수에서 더 많아질 수 있다. 이 평면 어레이는 수직 및 평면 어레이 각각의 이점을 조합한 것이다. 평면 어레이는 틸트 가능한 것이 바람직하다. 평면 어레이의 길이는 보편적으로 차량보다 2m 길고, 높이는 보편적으로 측정되는 가장 높은 차량보다 1m 높다.

하지만, 평면 어레이들이 매우 효율적이고 훌륭한 방사 특성을 갖는 반면, 평면 어레이에는 많은 소자들이 필요하여, 그로 인해 안테나가 매우 비싸진다. 또한, 더 많은 안테나 소자가 필요할수록, 더 많은 배선, 전력 분배기/합성기가 필요해져, 안테나는 더 무거워지고 더 다루기 어려워진다.

이는, 평면 어레이를 초점 라인을 따라 선형 어레이에 의해 공급(fed)되는 원통형 포물선 반사기를 갖는 대체함으로써 개선될 수 있다.

이를 위해, 안테나의 높이를 증가시키는 대안적인 방법을 생각할 수 있다. 바람직한 하나의 대안적인 실시예에서, 챔버 안테나는 초점 라인을 따라 선형 어레이에 의해 공급되는 원통형 포물선 반사기를 추가적으로 포함한다. 이는, 반사기가 수평 방향으로는 직선이고, 수직 방향으로는 포물선 곡선으로 배치되어 있음을 의미한다. 수평 선형 어레이는 반사기에 의해 형성되는 포물선 아크의 초점 라인을 따라 배치된다. 반사기를 한 쪽 방향으로 만곡된, 포물선 형상으로 형성하는 것은, 예컨대 디스크형 반사기와 같이 2-차원 형상으로 형성하는 것에 비해 단순하고 비용-효과적이다. 예를 들어, 기계적인 지지 구조체가 제공될 수 있고, 반사성 재료로 된 평면 시트가 가압되어 예를 들어 리벳, 팝 잠금장치 등에 의해 기계적인 지지 구조체에 고정될 수 있다.

적어도 안테나가 지붕에 배치될 때, H는 일반적으로 차량의 높이에 해당하는 차량의 안테나 소자의 높이라고 할 때, 만곡형 반사기의 하부 에지의 높이(대략적으로 초점 라인의 높이임)는 0.2-0.4H의 범위에 있는 것이 바람직하다. 만곡형 반사기의 상부 에지의 높이는 측정되는 가장 높은 차량보다 적어도 1m 높아야 하는 것이 바람직하다.

선형 어레이의 수평 범위(extent)는, 1 내지 3GHz 사이의 통신을 테스트하는 경우, 바람직하게는 적어도 24개, 보다 바람직하게는 적어도 48개의 소자를 포함한다. 길이는 차량보다 보편적으로 2m 길고, 반사기는 어레이보다 다소 긴 것이 유리할 수 있다.

안테나 소자들의 어레이는 양호한 근거리-필드 특성을 제공하도록 배치되는 것이 바람직하다. 격자 또는 사이드 로브(side lobe)의 존재가 수용될 수 있는데, 이는 이들이 차 자체를 조명하지 않기 때문이다. 격자 로브는 안테나 소자들 사이의 이격 거리에 따라 달라진다.

실험적인 테스트에서, 예를 들어 길이가 약 2.5m이고, 소자로서 36개의 등거리 호이겐스(Huygens) 소스를 갖는 어레이 안테나가 양호한 평면 파를 제공한다는 것이 발견되었다. 약 6m에 걸쳐 배치되는 54개의 등거리 호이겐스 소스를 포함하도록 어레이를 증가시킴으로써, 훨씬 넓은 영역에 평면 파가 나타나, 대형 차량을 위한 보다 양호한 결과가 나왔다. 따라서, 평면 파의 폭과 균일성은 안테나 소자의 수, 어레이의 전체 길이, 그리고 안테나 소자들 간의 거리를 적절하게 선택함으로써 효율적으로 제어될 수 있음이 결론지어졌다.

안테나는 차량의 높이를 초과하는 길이 방향 높이를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 예컨대 전술한 반사기 안테나와 같은 안테나는 전/후 방향으로 틸트될 수 있다. 예를 들어, 안테나는 10°-40°로, 예컨대 20°-30° 범위로 틸트될 수 있다.

챔버 안테나는 챔버 내에서 이동 가능한 것이 바람직하며, 바람직하게는 바퀴가 제공되어, 상기 이동을 용이하게 할 수 있다. 이로 인해, 다양한 차량, 다양한 유형의 측정 등에 대해 안테나의 위치가 쉽게 조절될 수 있다. 또한, 이로 인해 안테나는 챔버 내에서 그리고 챔버들 사이에서 이동하기 쉬워진다. 또한, 이로 인해 챔버를 새로운 챔버 안테나 등으로 개조함(retrofitting)으로써 기존의 EMC 챔버를 새로운 측정 장치로서 사용하는 것이 가능하다.

장치는, 수평 선형 또는 수직 평면 어레이 안테나를 기지국 에뮬레이터로서 작동하는 무선 통신 테스트 계측기에 연결하는, 케이블 및 전력 분배기의 공동 분배 망, 즉 분기형 분배 망(branched distribution network)을 추가적으로 포함하는 것이 바람직하다. 기지국 에뮬레이터와 기지국 사이에는 소위 전자 채널 에뮬레이터도 있을 수 있어, 측정하는 동안 시간 지연 스프레드를 변화시킬 기회를 제공할 수 있다. 분배 망은 바람직하게는, 안테나 소자들의 어레이와 함께 근거리 필드에서 평면 파를 제공하여, 멀리 떨어진 기지국을 시뮬레이션 하도록 배치된다. 따라서, 근거리-필드는 하드웨어에 의해 제공된다.

선형 어레이 안테나는 이중-편파형일 수 있으며, 이러한 선형 안테나 2개가 서로 인접하게 배치되고, 각각이 2개의 직교 편파 중 하나에 대한 것일 수 있다. 선형 안테나(들)은 챔버 내에서 다양한 위치에 배치될 수 있으며, 바람직하게는 챔버의 벽을 따라 배치된다.

여러 개의 선형 어레이 안테나가 제공되어 수직 평면 어레이를 형성할 때, 상기 선형 어레이 안테나들은, 2개의 공통 출력 포트가, 차위의 안테나 시스템의 (차량이 위치하는 플랫폼의 각도에 따른) 하나의 방위각 방향과 (차량을 향하고 있는 어레이의 틸트 각도에 따른) 고도 방향(elevation direction)으로의 원거리-필드에 비례하는 양을 나타내는 방식으로, 분배 망과 함께 연결되는 것이 바람직하다. 이 경우, 편파 당 하나의 포트가 있고, 편파는 2개의 포트에 대해 수평/수직, 또는 +/- 45°로 틸트될 수 있다. 기지국에서는 종종 기울기가 +/- 45°인 편파들이 사용된다.

포물선형 원통 반사기를 갖는 평면 어레이 및 선형 어레이는, 종래의 무반사 챔버 기반의 안테나 측정 기술에서 소위 콤팩트한 범위에 해당한다. 하지만, OTA 측정용 시스템의 요건은 종래의 원거리-필드 측정 범위의 요건과는 매우 다르다. 예를 들어, PoD의 측정은 매우 정확한 편파와 사이드 로브 측정을 요구하지 않는다. 그 이유는, 대부분의 차 안테나는 전방향(omnidirectional)으로 설계되고, 2개의 편파가 가능한 경우, 이들은 편파 부정합(misalignment)을 처리하는 MIMO 알고리즘 때문에, 편파 다중화 이후의 이중 처리량을 제공하기 위해 기지국의 편파들과 정렬될 필요가 없기 때문이다. 따라서, OTA RLOS 테스트 범위는 종래의 콤팩트한 범위와는 다른 요건으로 구축될 수 있다.

포물선 반사기가 제공되는 평면 어레이 안테나 또는 선형 어레이 안테나의 경우, 안테나의 높이는 차 또는 차량의 높이보다 높은 것이 바람직하다. 어레이 안테나의 폭(즉, 수평 길이)은 적어도, 차가 위치하는 센터 턴 테이블과 차의 안테나 사이의 최대 거리와 동일한 것이 바람직하며, 적어도 차의 길이보다 긴 것이 바람직하다.

전술한 테스트 챔버는, 현재 이용 가능한 차량 측정용 무향 챔버와 비교하여, 매우 콤팩트하게 제조되되, 처리량/PoD의 측면에서는 동일한 또는 그보다 개선된 측정 정확도를 갖도록 제조될 수 있다. 구체적으로는, 이하에서 제안되는 랜덤-LOS 챔버는 먼 거리에서 기지국을 에뮬레이션할 수 있고, 랜덤-LOS 에서 MIMO를 테스트할 수 있으며, 위치 각도의 정확성을 고려할 필요가 없고, 낮은 앙각(elevation angle)에 대해 랜덤-LOS에서 CDF(Cumulative Distribution Function)을 생성할 수 있으며, 정확한 사이드 로브 등이 필요 없다.

챔버의 높이, 길이 및 폭은 이전에 공지된 챔버에 비해 매우 작을 수 있다. 이전에 공지된, 차 측정용 무반사 테스트 챔버는 보편적으로 길이 25m, 폭 15m, 높이 10m의 챔버 크기를 요구한다. 이에 비해, 본 발명의 랜덤-LOS 챔버는 동일한 상황에 대해, 보편적으로 길이 7m, 폭 7m, 높이 2.5m의 크기를 갖는다. 유사하게, 이전에는, 버스용 측정 챔버가, 예를 들어 길이 30m, 폭 20m, 높이 15m의 크기였던 반면, 본 발명에서는 길이 16m, 폭 16m, 높이 4.6m로 크기가 감소될 수 있다.

챔버에서 (차량이 회전 가능한 플랫폼에 위치되어 있을 때) 측정하고자 하는 차량 중 가장 높은 차량의 높이가 H라고 할 때, 챔버 내부의 공기-충진된 체적의 높이는, 예컨대 H+0.1m 내지 H+3m 범위 또는 H+1m 내지 H+3m의 범위와 같이, H보다 약간만 높을 수 있다. 예를 들어, 높이는 차량(차) 높이에 +1m 한만큼 낮거나 이보다 더 낮을 수 있다. 높이가 낮을수록 챔버는 저렴해진다.

챔버의 내부 체적의 길이와 폭은 둘 다, 챔버에서 측정하고자 하는 차량 중 가장 긴 차량의 길이(또는 이보다는 더 큰 차량의 폭)가 L이라고 할 때, L+1.5m 내지 L+4m 범위에 있다. 보편적으로, 룸의 바닥의 치수는 차량(차)보다 2m 긴 치수인 것이 보편적이지만, 2m보다 더 길 수도 있다. 2m긴 경우, 챔버 벽의 모든 부분은 차량의 어떤 부분으로부터라도 1m보다 더 떨어져 있다. 수평 치수를 줄이면 챔버가 더 저렴해진다. 장치는 챔버 내에 있는 적어도 하나의 선형 어레이 안테나를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 해결책은, 이미 토론한 바와 같이, 랜덤 LOS 챔버에 특히 적합하다.

본 발명의 이러한 특징 및 이점, 그리고 다른 특징 및 이점은 이하에서 설명되는 실시예들을 참조하여 더 명확해질 것이다.

예시적인 목적으로, 본 발명은 첨부된 도면에 그려진 본 발명의 실시예들과 관련하여 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 랜덤-LOS 챔버 장치의 내부를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 장치에서 사용되는 예시적인 수평 선형 어레이 안테나의 개략적인 측면도이다.
도 3은 도 1의 장치에서 사용될 수 있는 수직 평면 어레이의 대안적인 실시예에 대한 개략적인 측면도이다.
도 4a 및 도 4b 각각은, 도 1의 장치에서 사용될 수 있는 안테나의 또 다른 대안적인 실시예에 대한 측면도 및 정면도이다.
도 5는 도 4의 안테나에서 사용되는 것과 같은 포물선 아크 형상의 반사기를 개략적으로 나타내는 측면 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1의 장치에서 사용될 수 있는 안테나의 또 다른 대안적인 실시예에 대한 다양한 관점의 도면이다.
도 7

다음의 상세한 설명에서, 본 발명의 바람직한 실시예들이 설명될 것이다. 하지만, 다양한 실시예들의 특징들은, 달리 특정적으로 표시되지 않는 한, 실시예들 사이에서 교체될 수 있고, 다양한 방식으로 결합될 수 있음을 이해해야 한다. 아래의 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 특정 디테일이 설명되지만, 이러한 특정 디테일 없이도 본 발명이 실시될 수 있음이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 예시에서, 본 발명을 모호하게 하지 않기 위해, 공지되어 있는 구조 또는 기능은 상세하게 설명되지 않는다.

차량 위에 또는 차량 내에 배치되는 시험 대상 장치의 자동차 어플리케이션에서, OTA(over-the-air) 무선 통신 성능을 측정하는 장치가 도 1에 도시되어 있다. 장치는 내측으로 흡수성인 벽을 구비하는 랜덤-LOS 챔버(1)를 포함한다. 랜덤-LOS 챔버는 대부분의 벽, 바람직하게는 모든 벽에 흡수재를 구비하여, 벽이 전자기파를 흡수하도록 함으로써 랜덤-LOS 환경을 시뮬레이션한다. 챔버 내에 형성되는 내부 챔버는 완전히 차폐되는 것이 바람직하고, 모든 벽 및 바닥, 그리고 천장에 예컨대 금속과 같은 반사성 재료를 구비하고, 바닥을 제외하고 모든 또는 대부분의 벽과 천장에 제공되는 흡수재를 구비한다. 바닥은 바람직하게는 금속으로 이루어지고(또는 전도성이며), 금속은 아스팔트로 된 상부 층 또는 다른 도로 커버와 유사한 것으로 커버될 수 있다. 바닥 및 지붕 또한, 내측이 흡수성이어서, 이전에 공지된 EMC 챔버에서와 같이, 무향 챔버를 제공할 수 있다. 하지만, 현실적인 이유로, 예를 들어 챔버의 바닥은 내측이 반사성이고, 예를 들어 아스팔트 또는 다른 도로 커버와 유사하게 배치되는 상부 층으로 커버될 수 있다. 이는, 반-무향 챔버로서 지칭될 수 있다.

또한, 회전 가능한 플랫폼(2)이 챔버 내에 제공되어 내부 체적에 둘러싸여 있다. 플랫폼은 그 위에 있는 차량(3), 예컨대 차, 버스 또는 임의의 다른 유형의 차량을 지지 및 회전시키도록 배치된다. 시험 대상 장치(DUT)가 차량 내에 또는 차량 위에 배치된다. 시험 대상 장치는 예를 들어, MIMO 또는 SIMO 송신을 제공하기 위해, 외부에 장착되는 안테나 또는 몇몇 안테나들을 구비하는, 차량 내에 배치되는 통신 장치일 수 있다. 하지만, 이는 예컨대 휴대 전화, 태블릿 PC, 컴퓨터 또는 차량 내에서 작동되는 이와 유사한 것과 같이, 통합형 안테나를 구비하고 차량 내에서 작동되는 통신 장치일 수도 있다.

회전 가능한 플랫폼은, 차량을 완전하게, 즉 360도 회전시킬 수 있는 것이 바람직하다. 회전은 측정하는 동안에 회전이 간헐적으로 또는 연속적으로 수행되도록, US 7 444 264호, US 7 286 961호 및 WO 12/171562호에서 사용되고 그 자체로 공지되어 있는 플랫폼 교반과 동일한 방식으로, 제어 PC에 의해 제어될 수 있다.

측정하는 동안 차량의 간헐적 또는 연속적인 회전에 의해, 예를 들어 방위 평면에서 다양한 원거리 필드 방향을 획득하는 것이 가능하다.

또한, 챔버 안테나/측정 안테나(4)가 챔버 내에 배치된다. 안테나는 수평 선형 어레이 안테나를 포함한다. 수평 선형 어레이 안테나는 이중-편파형일 수 있고, 또는 2개의 직교하는 편파 선형 어레이가 나란히, 그리고 예를 들어 챔버의 벽을 따라 배치될 수 있다. 선형 어레이는, 바람직하게는 선형 방향으로 등 간격으로 배치되는 복수의 안테나 소자를 포함한다.

안테나 소자들은 공동 분배 망(5)을 통해, 바람직하게는 2개의 편파를 제공하기 위해 2개의 공동 분배 망을 통해 연결된다. 챔버 안테나와 차량 상의 DUT 사이의 송신을 측정하기 위해 측정 기구(6)가 추가적으로 제공되어, 시험 대상 장치의 통신 성능과 관련된 하나 또는 여러 파라미터를 측정한다. 측정 기구는 내부 체적의 외부에 배치되고, 케이블에 의해 내부 체적에 연결된다. 측정 기구는, 예를 들어 전용 소프트웨어에 의해 퍼스널 컴퓨터 등에서 실현되는 분석 수단을 포함하는 것이 바람직하며, 예를 들어 안테나들 사이에서 송신되는 전력을 결정하기 위한, 예컨대 네트워크 분석기 또는 스펙트럼 분석기 또는 그와 유사한 것과 같은 상업용으로 이용 가능한 측정 기구를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 측정 기구는 기지국 에뮬레이터를 포함할 수 있다.

공동 분배 망(5)은, 여기서는 예컨대 PC와 같은 제어기를 포함하거나 이에 연결되는 기지국 에뮬레이터(6)에 연결되는 각각의 포트(7a, 7b)에, 각각의 편파에 대한 수평 수직 선형 어레이 소자를 연결시키는 것이 바람직하다. 공동 분배 망은, 기지국 에뮬레이터로부터의 출력/입력을 안테나 소자들에 연결되는 균등하게 공급되는 다수의 입력/출력으로 분리하는 다수의 분기 연결(branched connection)을 포함하는 것이 바람직하다.

도시된 예시에서, 공동 분배 망은, 라인을 2개로 분리하는 제1 분기 연결, 2개의 라인을 4개로 분리하는 2개의 제2 분기 연결, 그리고 4개의 라인을 8개로 분리하는 4개의 제3 분기 연결 등을 구비할 수 있다. 하지만, 예를 들어 3개로의 분기를 사용하거나 분기 연결의 더 많은 층 또는 더 적은 층을 사용하는 등 다른 분기 배열도 실현 가능하다. 이렇게 고정된 분배 배열은 선형 어레이와 기지국 에뮬레이터 사이의 단순한 인터페이스를 제공하는 데 매우 효율적이며, 매우 비용-효율적이기도 하다.

선형 어레이(4)는 평면 파 근거리-필드 성능을 제공하는 복수의 광대역 어레이 소자를 포함하는 것이 바람직하다.

챔버 안테나(4)는 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 단일 라인의 안테나 소자(4a)를 포함할 수 있다. 선형 어레이는 예컨대 24개 소자와 같이, 임의의 수의 안테나 소자를 포함할 수 있다. 안테나 소자들은 등거리로 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 안테나 소자 사이의 거리는 모든 이웃하는 소자들 사이에서 동일한 것이 바람직하다. 하지만, 수평 어레이는 예컨대 48개의 안테나 소자와 같이, 더 적은 또는 더 많은 안테나 소자를 포함할 수도 있다.

챔버 안테나는 또한, 복수의 서로 위에 가로놓이는 수평 열(4') 또는 대응하게 복수의 나란한 수직 열(4'')로 배치되는 안테나 소자들을 포함할 수 있으며, 이 경우 안테나는 평면 2-차원 어레이가 되고, 바람직하게는 2 포트 평면 어레이가 된다. 이러한 안테나가 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 수평 어레이의 수, 즉 평면 어레이에서 열의 수는 적어도 16개인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 적어도 24개이다. 하지만, 더 적거나 더 많은 열도 실현 가능하다. 따라서, 결과적인 평면 어레이는, 예를 들어 도 3의 예시에 개략적으로 도시된 바와 같이, 24x16개의 소자를 구비할 수 있다. 평면 어레이는 수직 및 평면 어레이 각각의 이점을 결합한다. 평면 어레이는 틸트 가능한 것이 바람직하다.

또 다른 실시예에서, 안테나는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 초점 라인을 따라 선형 어레이에 의해 공급되는 원통형 반사기이다. 이 실시예에서, 챔버 안테나는 초점 라인을 따라 선형 어레이(42)에 의해 공급되는 반사기(41)를 포함한다. 반사기는 수평 방향으로는 직선형인 것이 바람직하고, 수직 방향으로는 포물선 곡선으로 배치된다. 수평 선형 어레이(42)는 반사기에 의해 형성되는 포물선 아크의 초점 라인에 배치되는 것이 바람직하다.

반사기를 한 방향으로 곡선형 포물선 형상으로 형성하는 것은 간단하고 비용-효과적이다. 예를 들어, 기계적인 지지 구조체(43)가 제공될 수 있고, 반사성 재료로 된 평면 시트가 가압되고, 예를 들어 리벳, 팝 잠금장치 등의 잠금장치(45)에 의해 기계적인 지지 구조체에 고정될 수 있다. 이는, 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 지지 구조체는 예컨대 알루미늄과 같은 성형 금속, 성형 플라스틱, 목재 등에 의해 형성될 수 있다. 또한, 지지 구조체는 희망하는 반사기 표면에 대응하는 표면을 포함할 수 있거나, 상기 희망하는 표면에 대응하는 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 구조체는 희망하는 표면의 외측 경계부만을 포함할 수 있다. 또한, 예컨대 전술된 반사기 안테나와 같은 안테나는 전/후 방향으로 틸트될 수 있다. 예를 들어, 안테나는 10-40퍼센트, 예컨대 20-30퍼센트의 범위로 틸트될 수 있다.

챔버 안테나는 바람직하게는 챔버 내에서 이동 가능하고, 챔버 안테나는 바퀴(44)를 구비하여 상기 이동을 용이하게 하는 것이 바람직하다. 안테나는 안테나의 다른 요소를 운반하는 베이스 또는 지지부(46)를 추가적으로 포함할 수 있다.

도 6은 유사한 유형의 반사기 어레이 안테나를 도시한다. 이 실시예에서, 챔버 안테나는, 포물선 곡선으로 배치되고 초점 라인을 따라 선형 어레이(42)에 의해 공급되는 반사기(41)도 포함한다. 여기서, 반사기는 희망하는 형상으로 직접 형성되는, 비교적 단단한 금속 시트로 형성되어, 추가적인 기계적 지지 구조체의 필요성을 경감시킨다. 하지만, 안테나의 안정성을 증가시키기 위해 예를 들어 코너에 지지 필라(pillar)가 배치될 수 있다. 필라는 베이스(46)와 반사기의 상측 단부 사이에 제공될 수 있다.

전술된 안테나를 실현하는 데에는, 예컨대 호이겐스 소스 안테나 등과 같이, 다양항 유형의 공지된 안테나 소자들이 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 도 7의 선형 어레이 안테나와 도 8의 평면 어레이 안테나에 도시된 바와 같이, 안테나 소자는, 제1 평면에 배치되는 베이스 또는 중앙 부분(71) 및 상기 중앙 부분과 관련된 다수의 암 섹션(72), 바람직하게는 4개의 암 섹션을 포함하는 자기-접지형 안테나 소자를 포함한다. 각각의 암 섹션은 각각의 단부 팁을 향해 테이퍼 지며, 전기 전도성 재료를 포함한다. 각각의 암 섹션은 중앙 부분으로부터의 전환부를 형성하기에 적합하며, 중앙 부분을 향해 뒤쪽으로(backwards), 180도보다 더 큰 각도로 구부러지고, 그 단부 팁은, 중앙 부분에서 개방형 배치로, 중앙 부분의 측부에 접근하도록 배치된다. 단부 팁은 추가적으로, 급전 포트에 연결되기에 적합하다. 바람직하게는, 각각의 암 섹션에 대해 특정한 포트가 있으며, 각각의 암 섹션은 만곡형 모노폴 안테나와 루프 안테나의 혼합된 기능을 추가적으로 포함할 수 있다. 이러한 안테나 소자는 그 자체가, 본 출원과 동일한 출원인에 의한 WO 14/062112호에 의해 공지되어 있으며, 상기 출원은 전체가 본 명세서에 참고로서 인용된다.

"보우타이" 안테나로서도 지칭될 수 있는, 이러한 유형의 안테나 소자는 도 7에 도시된 바와 같은 수평 어레이 안테나 또는 도 8에 도시된 것과 같은 평면 어레이 안테나에 사용될 수 있다. 이들 도시적인 예시들에는, 제한된 수의 안테나 소자들만이 도시되어 있다. 하지만, 이들 실시예에서는 임의의 수의 안테나 소자들이 사용될 수도 있다. 또한, 도 7의 수평 어레이는 도 4 및 도 6의 실시예에서와 같은, 포물선 곡선 반사기와 조합하여 사용될 수도 있다.

이하에서는 특정 실시예들을 참조하여 본 발명이 설명된다. 하지만, 통신 시스템의 여러 변형이 가능하다. 예를 들어, 챔버는 실용적인 이유로 직사각형 형상을 갖는 것이 바람직하다. 하지만, 예컨대 평평한 바닥 및 천장을 가진, 수직 벽과 원, 타원 또는 다각형을 형성하는 수평 단면을 갖는 수직 벽들과 같이, 실현이 용이한 다른 형상들이 사용될 수도 있다. 또한, 시험 대상 장치와 챔버 안테나/측정 안테나 사이의 통신은 단일 방향 또는 양 방향일 수 있다. 따라서, 각각의 안테나는 송신 또는 수신 중 하나, 또는 송수신 모두를 위해 배치될 수 있다. 또한, 전술한 다양한 특징들이 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 랜덤-LOS의 경우의 실시예는, 분배/조합 망을 갖는 선형 어레이 안테나를 설명한다. 이 분배 망은, DA AD 컨버터 및 선형 어레이의 각각의 포트에 연결되는 송신/수신 증폭기를 구비함으로써 디지털 방식으로도 실현될 수 있다. 그러면, 진폭과 위상이 디지털 방식으로 제어될 수 있어, 안테나의 기계적인 틸트가 불필요해질 것이다. 이러한 변형 및 다른 명백한 변형은, 첨부된 청구항에 의해 정의된 것과 같이, 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주되어야 한다. 전술된 실시예들은 본 발명을 제한하기보다는 도시하기 위한 것이며, 통상의 기술자는 첨부된 청구항의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 대안적인 실시예들을 설계할 수 있음을 이해해야 한다. 청구항에서, 괄호 내에 표시된 모든 도면 부호는 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. "포함하는"이라는 단어는 청구항에 기재된 것과는 다른 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 요소의 앞에 선행하는 "a" 또는 "an"은 그 요소가 복수 개 있음을 배제하지 않는다. 또한, 단일 유닛.

Claims (14)

1. 차량 상에 또는 차량 내에 배치되는 시험 대상 장치의 자동차 어플리케이션에서 OTA(over-the-air) 무선 통신 성능을 측정하기 위한 장치로서, 상기 측정 장치는,
   안쪽에 내부 체적을 형성하는 챔버,
   차량을 지지하기 위한 플랫폼으로, 챔버는 플랫폼을 둘러싸기에 적합하고, 플랫폼은 차량을 회전시킬 수 있는 회전 가능한 플랫폼이며,
   상기 체적에 제공되는 적어도 하나의 챔버 안테나, 및
   시험 대상 장치와 챔버 안테나 사이의 송신을 측정하는 통신 시스템 테스트 계측기(instrument)를 포함하고,
   챔버 안테나는 어레이 안테나이며, 챔버 안테나는 안테나 소자들의 수평 선형 어레이 및 반사기를 포함하고, 반사기는 수평 방향으로는 직선이고, 수직 방향으로는 아크 형상으로 배치되며, 수평 선형 어레이는 상기 반사기의 초점 라인에 배치되고, 챔버 안테나는 차량이 위치하는 근거리-필드에서 평면 파를 제공하는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 성능 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   챔버 안테나는 이중-편파 2포트 어레이 안테나이고, 모든 안테나 소자의 수평 편파 포트는 공동 분배 망을 통해 공통 단일 포트에 연결되고, 모든 안테나 소자의 수직 편파 포트는 또 다른 공동 분배 망을 통해 공통 단일 포트에 연결되는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 성능 측정 장치.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   반사기는 수직 방향으로 포물선 곡선 형으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 성능 측정 장치.
5. 제1항에 있어서,
   챔버 안테나는 챔버 내에서 이동 가능하고, 챔버 안테나에 휠이 제공되어 상기 이동이 용이한 것을 특징으로 하는, 무선 통신 성능 측정 장치.
6. 제1항에 있어서,
   챔버 안테나는 차량의 높이를 초과하는 길이 방향 높이를 갖는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 성능 측정 장치.
7. 제1항에 있어서,
   수평 선형 어레이 안테나와 기지국 에뮬레이터를 연결하는 분기형 분배 망을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 성능 측정 장치.
8. 제1항에 있어서,
   챔버의 바닥은 내측이 반사성이고, 아스팔트 또는 다른 도로 커버와 유사한 상부 층으로 커버되는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 성능 측정 장치.
9. 제1항에 있어서,
   플랫폼은 측정하는 동안 연속적으로 또는 간헐적으로, 360도로 회전 가능하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 성능 측정 장치.
10. 제1항에 있어서,
    챔버는 내측으로 흡수성인 벽을 구비하는 랜덤-LOS 챔버인 것을 특징으로 하는, 무선 통신 성능 측정 장치.
11. 제1항에 있어서,
    챔버 안테나는 틸트 가능하여, 정면(elevation plane)에서 다양한 틸트 각을 취하는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 성능 측정 장치.
12. 제1항에 있어서,
    챔버에서 측정하고자 하는 차량 중 가장 높은 차량의 높이를 H라고 할 때, 내부 체적의 높이는 H+0.5m 내지 H+3m 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 성능 측정 장치.
13. 제1항에 있어서,
    챔버에서 측정하고자 하는 차량 중 가장 긴 차량의 길이를 L이라고 할 때, 내부 체적의 길이 및 폭은 모두, L+1.5m 내지 L+4m 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 성능 측정 장치.
14. 제1항에 있어서,
    총 방사 전력(TRP), 총 등방성 감도(TIS), 처리량, 안테나 효율, 평균 페이딩 감도 및 다이버시티(diversity)와 MIMO 게인 중 적어도 하나를 측정하기에 적합한 것을 특징으로 하는, 무선 통신 성능 측정 장치.