TWI337819B - Testing apparatus and method for a multi-paths simulating system - Google Patents

Description

品年—Π月26曰修正替換頁 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種多重路徑模擬系統，特別是關於一種具備電波 隔離吸收室(shielded anechoic chamber)，以避免外界電磁干擾或其他非 預期傳輪路徑之多重輸入與多重輸出(multiple input multiple 〇utput ; ΜΙΜΟ)系統。 【先前技術】 "隨著無線通訊技術的迅速發展，像是行動電話和無_域網路等 技術之運用已趨於普遍。預期隨之而來的無線城域網路應用亦是如 =相車父於具有g]定通道的真實路由(realr〇ute)信號傳送，無線信號的 =送具有多重路徑的特性。多重路徑意即無線信號在空間中傳播時， =如牆_障礙物而產生反射’因此在發射端和接收端之間存在著 電波傳遞。就接收端而言，電波之相位差導致多重路徑的信 產生交定性的問題’前述的各個多重路徑電波彼此間會 (mter-symb〇iinterference)及衰變效應（_ 。卜以往無線通訊裝置如行動電話、行動 ::二‘====== 通道變更。另外用簡擬實際環:之 法測試無線通訊裝置聽適用於_數據機測試系統’因此無 .99年11月26日修正百 output; ΜΙΜΟ)測試。因此需要一種方便並有效的方法，能夠模擬在實 際使用環境下，多重路徑及測試產品之效能。 為克服上述習知測試方法產生外部電磁干擾和非預期反射多重路 徑之缺點’本發明揭露一種多重路徑模擬系統之裝置及方法。 【發明内容】 本發明之主要目的為揭露一種多重路徑模擬系統之測試裝置及方 法，以克服習知測試方法產生外部電磁干擾和非預期反射多重路徑等 問題。

本發明之目的為揭露一種多重路徑模擬系統之測試裝置及方法， 以適用於有線的SIS◦和不同的ΜΙΜΟ結構，例如ixl、lx2、1χ3、1χ4、 2x1、2x2、2x3'2x4、3χ卜 3x2、3x3、3x4、4x1、4x2、4χ3、4χ4._.等。 本發明之另-目的為揭露-種用於多重路徑模擬系統之測試裝置 及方法，以多方面適用於測試不同ΜΜ〇結構，其結構可決定娜^ =^M^#(SpatialMultiplexing;SM)n^(Ant_ iversity , AD)和波束形成(Beam f?orming ;即)增益。

其優點為易 本發明所揭露多重路徑模擬系統之測試裝置及方法， 控制、處理時間較短、易於調校以及低成本。 法，包A'配胳多重路彳蝴絲社摩樣置及方 線及連接至參輪之第二天線，和連接 1337819 年月 ；Λ ：： ： 月26日修正替換百 衰減器，其中控制單元用於控制第三天線之衰減器及待測裝置、參考 裝置和測試裝置之個別操作模式。 測試裝置更包含配置於電波隔離吸收室内之吸收器，以阻棺點對 點視線（line of sight; LOS) »衰減器例如可程控衰減器，係由連接至控 制單元之衰減器驅動器所驅動。 第一、第二及第三天線彼此間之間距和夹角可調整。例如，待測 裝置包含基地台或橋接器’而參考裝置和測試裝置則包含標準基地a # 或橋接器。 口 纟發明之另-觀點為提供-種用於多重路徑模㈣統之測試方 法’包含：設定-連接至第-天線之測試裝置和連接至第二天線之參 考裝置為同-ΜΙΜΟ祕’其中第—和第二天線配置於電波隔離吸收 至内’叹疋衰減器和移相器為參考設定，以取得一些測試裝置及來考 裝置所須的接收信號強度指示(RSSI);以及調節衰減器、移相器、第一 和第二天線之間距、夾角和極化差異’以取得測試裝置和參考裝置之 相對最高下鏈和/或上鏈之第一呑吐量。 測試方法又包含配置-魏器於電波_做室内，雜擒 點視線。 測試方法更包含設定參錢置為舰_礙峨裝置和參考 裝置之相躲高T鏈和/紅鏈之第二吞吐量；以 使得⑽膽_與肥〇系關之第—吞吐量與第二吞等咸 移相含設定待測裝置為同一ΜΙΜ0系統;設定衰減器和 器為參考μ ’魏得—些職裝置及制裝置賴的接收信號 ή 7 1337819^ i - · / ''.： -. '·.； 一‘·》VW·· ·. * ·* .·-*·. ' » · * ' ^ 強度指示(RSSI); 夾角和極化差異， 鏈之第三吞吐量。 99年11月26日修正巷拖百 以及调整减||4、移相器、第_和第二天線之間距、 以取得蜊魏置和待職置之姆最高下鏈和/或上 裝置咖剛置和待測 ’同下鏈和/或上鏈之第四吞吐量丨以 使得MMO祕與SIS 〇系_^三吞吐量與細吞吐=^哀等成 【實施方式】 u 含—通崎敎多重路徑槪纽之戦裝置及方法。 =中”許多特洙細節以徹底了解本發明。所主張之專利權利範 圍虽視後社申料·圍而定1而熟悉 了解’不需其全部細節’本發明仍可實行。換句話說，;= 混淆本發明之觀㉝，已知構造、材料或操作將不再於文中寶述。 熟悉此領域之技藝者應了解，以下所述本發明之最佳實施 例僅用於制’而非用以限定本發明。在不違f所㈣請專利範 圍之精神和領域内，均可做許多改變。 <本發明係關於-種多重路徑模擬系統之測試裝置及方法，能夠i · 援IEEE 802.11 a/b/g/n之ΜΙΜΟ測試，以及支援〖EEE802丨她之麵奶 測試。 圖一包含兩個通訊站a和b。通訊站a透過MJMO通道，即多天 線10和11之傳播環境，利用通訊站a之多天線1〇連接至通訊站 多天線11。一般來說，MIM0多重路徑效應可利用天線模組之空間多 工、天線分集或波束形成等六種主要性能加以評估。以上六種性能包 含來自傳送天線輸出之傳送信號最大輸出功率，即有效等向輻射功率 8 Ί ::㈡ > 99年Ul月26日修正替換頁 (Effective Isotropic Radiated Power ; EIRP)，來自接收天線輸入之接收信 號靈敏度，即系統靈敏度(System Sensitivity ; SS)，上鏈吞吐量和封包 傳輸錯誤率，下鏈吞吐量和封包傳輸錯誤率，上傳服務之延遲和抖動 效應和下載服務之延遲和抖動效應。亦即，多工增益、分集增益或波 束形成增益等參數都顯著影響天線效能^ 上述之分集增益是由以下公式計算而得： 分集增益=(理想分集增益值）><(!—p)〇/2)， 其中理想分集增益值與天線數量n或m成正比，其中m為傳送分 集增益值，η為接收分集增益值，n x m為系統總分集增益值，而相關 係數p為以下參數之函數··分開的天線場形(角度分開），分開的天線位 置(空間分開）’所接收的入射多重路徑電波之等向分佈（角度展形），以 及所接收的入射多重路徑電波之較寬時域擴散分佈(延遲展形）。此外， 多工增益也同樣與相關係數p有關，理想多工增益值應該與系統之m 或Π之較小者成正比。 接著，波束形成增益亦即相位比較或振幅比較陣列增益係與理想 波束形成增益值成正比，理想波束形成增益值則與天線數量η或m有 關，其中m為傳送波束形成增益值，n為接收波束形成增益值，η χ爪 為系統總波束形成增益值，並在以下情況時與相關係數口有關： 1，在某些事例中，入射多重路徑電波之距離分佈狹隘並且路徑固 定，而非以寬廣或時間隨機分佈，因而各個天線最好具有同相的波形 以提升結合的增益；以及 2.在上例中，入射多重路徑電波之角度分佈狹隘並且方向固定， 而非以等向或角銳齡佈，因而各個天線最好具有相_場形以提 升結合的增益；此外 99年11月26日修正替換頁 — 3.應調知並取捨天線間距或夾角之關係，以利用相位比較或振幅 比較，在精確度和混淆度之間達到最佳.平衡狀態。 - 圖二為本發明較佳實施例之多重路徑模擬系統之測試裝置。多重 路經模擬系統可用於模擬一 ΜίΜ〇通道模擬環境之通訊效能。本發明 之多重路徑模擬包含衰減或移相之模擬β ΜΜΟ系統可能包含單一輸 入與多重輸出(Single-Input Multiple-Output; SIMO)系統或多重輸入與 單一輸出(Multiple-Input Single-Output ; MISO)系統。該測試裝置包含 複數個測試天線25、複數個制天線烈、以及複數個參考天線29，配 置於電波隔離吸收室27、衰減器23、吸收器26、以及移相器24内。 天線28連接於待測裝置30(device under test; DUT}。天線29連接於參鲁 考裝置31(referencedevice ; RD)。衰減器23連接於測試裝置22(testing device，TD)。移相器24例如手控移相器，連接於天線25和衰減器23。 吸收器26配置於電波隔離吸收室27内以魏並阻擋點對點視線 (LOS)。衰減器23 ’例如可程控衰減器，係分別由衰減器驅動器2ι所 ^動。例如’衰減器驅動器21包含一衰減器交換器驅動器以轉換衰減 器23。一控制單元20連接於待測裝置3〇、參考裝置31、測試裝置22、 以及衰減器驅動器21。例如’天線μ、μ和29間之間距、夾角和極 化差異&可利用某些機構來進行手動調節。在實施例中，待測裝置 包含基地台或橋接器’而參考裝置S1和測試裝置a可包含標準基地 φ 台或橋接器。 例如’大型電波隔離吸收室27可用於估算實驗室中工程測試的效 能，而小型電波隔離吸收室27可用於檢測工廠中的製造效能。此外， 本發明中的電波隔離吸收室27還具有下列特性： L在電磁波的隔離吸收室或容器之内部空間内，建立測試區域； 2·其内部空間可模仿ΜΙΜΟ環境達一定程度； 3‘電波隔離吸收室或容器並非無回波的，但可反射以提供長度 和方向不-之反射線’以模擬足夠之延遲和角度展形； 4.點對點視線應被|t且擋於電波隔離吸收室或容器内； 5·電波隔離吸收至或容器内最短之點對點視線長度最好(雖然 實際上很難達成)保持在(⑽八以上，以確保是由遠場輕射所建構， 其中D為筆記《腦、個人電腦、或橋無之最大尺寸，λ為最小操 作波長； 6.電波具有較多的反射魏，因此其尺寸較電波隔離 吸收室小。 測試裝置22產生-個平均分散至多重路徑之模擬信號，並經過衰 減器23以衰減多重路徑模擬信號。衰減器η模擬無線通訊信號在傳 送過程的雜雕。-般來說，錄韻陳度妓，絲信號可達 到的傳送細愈遠。在本實施财，每—條減器23係由衰減器驅動 器21所驅動’並由控制單元2〇所控制。因此，測試裝置22所產生之 多重路徑模擬信號之衰減可由控制單元2〇所控制。移相胃Μ可分別 轉換每個多重路徑模擬信號之相位。此外，透過設定由控制單元脚斤 控制的衰減器23以及調整移相器24為考設定時，可得到測試裝 置22、參考裝置Ή及待測裝置3〇所需的接收信號強度指示(卿㈣ _ived signal strength indicators ; RSSIs)。意即控制單元 2〇 可監測測 試裝置22、參考裝置W及待測裝置3〇之接收信號強度指#以及其下 鏈和上鏈之吞吐量。 接著，利用多支天線25來傳輸多重路徑信號。參考裝置31及待 樣置30可分別從天線29和28接收到多重路徑信號。控制軍元 可控制參考錢31及制裝置3〇，以絲何者絲酬試和相關測試 的模組’例如SISO或MMO模式。然後，藉由調節衰減器23、移相 器24、天線2S、28和29間之間距、夾角和極化差異，即可獲得測試 裝置22、參考裝置31及待測裝置3〇之相對最高下鏈和/或上鏈之吞吐 .1 - <' ί ' -· · ' 公-. ——— > ' · 、 ·.·-.. .. v 一r* . ..t 99年11月26日修正替換頁 量。此外’藉由減少衰減器23之衰減量，使得SIS〇系統之吞吐量大 致與ΜΙΜΟ系'統相等’即可決定麵〇與SIS〇系統間之衰減差異。 意即控制單7L 20即可分析不同測試模組間吞吐量差異並提高鍊路品 質，以及衰減差異和ΜΙΜΟ增益之分析，例如空間多功、天線分集或 波束形成增益，也意味著提升織品f之分貝(dedbds ;册)值。 在本實施例中’控制單元2〇可以是筆記型電腦、用於待測裝置 3〇、測试裝置22和參考裝置用戶端控制器的完整個人電腦、待測 裝置30、測試裝置22和參考裝置31伺服端控制器或衰減器23、仿真 器控制器。 ’ 圖二為本發明之多重路徑模擬系統之測試方法之流程圖。在步，驟 ·. ，首先蚊-測試裝置22和__參考裝置31為同—㈣統。： ’収·^置22和參考裝置W可面對面置於電波隔離吸收室π内。接著， 在步驟34中’設定衰減器23和移相器％為某參考設定以取得測試裝 置22>和參考裳置31所需的接收信號強度指示(RSSI)。在步驟35中， 調整衰減ϋ 23、移相n 24、天線25和29間之間距、爽肖和極化差異， 即可，得測試裝置22和參考裝置31之相對最高下鍵和/或上鍵之第— =量。意即此步驟是參考特性天線29之間距和夾角，再藉由反覆地 =。天線25和29間之間距和夾角、任意調整測試裝置Μ之天線25 φ 之極化差異、任意雛參考裝置31之天線29之極化差異，和任意個 別微調衰減器23和移絲24，而餅下齡耻鏈之吞吐量趨ς 大，也就是相關係數Ρ趨於最小。 imj uy 〆χ β之夕重路徑模擬系統之測試方法流程圖，直且右执 2 S_、統之參考裝置。在步驟财，設_裝置3「為^ …。接者在步驟41巾，決定職裝置22和參考裝 下鏈和/或上鏈之第二吞吐量。意即使得下鏈和/或上鏈之吞 12 1337819 sa u n 年月a·:: 之最大值相等。於是可決定與SIS〇系統有關之MM〇系 翁吐妓異’而此結討使冊胁職裝置22 ΓΓ路品f提升。隨後在步驟財，·減少衰《 23之衰減 Π吏得ΜΙΜΟ系統與SIS〇系統之第—吞吐量與第二吞吐量大致相 =j是說，此步_樣減少戦裝置22之衰顧23之衰減量， =鏈和/或上鏈之吞吐量趨於與_〇系統之最大值相等。於是可 、、疋ΜΙΜΟ系、統與SISO系統之分貝衰減差異，而此結果可得到麵〇 增益，例如對應於測試裝置22 ® β #sa > 或波束形成增益。 之參考裝置Μ之空間多功、天線分集

月26曰修正替換頁 圓五為本發明之多重路徑模擬系統之測試方法流程圖，其旦有設 ▲定為同-MIMQ线之戦裝置和待·置。在步驟财，設定一測 4置22和-侧裝置3〇為同—⑽助魏。測試裝置和待測裝 ff、可^對面置於驗隱吸收室27内。囉地，在轉51中，設 疋衰減Θ 23和移㈣24為某參考設定以取得峨裝置η和待測裝置 3〇所需的接收信號強度指示(RSSI)。接著在步驟52中，調節衰減器仏 移相器24、天線25和28間之間距、夾角和極化差異以獲得測試裝 置22和待測裝置30之相對最高下鏈和/或上鏈之第三吞吐量。意即此 步驟疋參考特性天線28之p植和失肖，姐獅調整天線Μ和 28間之間距和夾角、任意調整測試裝置22之天線25之極化差異 意調整待職置30之贿28之極化差異，和任細細衰減器23 和移相器24，而使得下鏈和/或上鏈之吞吐量趨於最大。 圖六為本發«重路賴齡統之職方法絲圖，其具有設定 為siso系統之待測裝置。在步驟㈣，設定待測裝置3〇為犯^系 統。接著在步驟6丨f ’決定測試裝置22和_裝置Μ之相對最高^ 鏈和/或上鏈之細吞吐量。意即使得下鏈和/或上鏈之吞吐量趙於與上 述ΜΙΜΟ系、統之最大值相等。同樣可決定與⑽系統有關之从觸 13 I337819 99年11月26日修正替換頁 ' V τ C- ，··.·♦ L ^ UyJ Χ>， 系統吞吐量差異，而此結果可使得對應於測試裝置22之待測裝置30 鍊路品f提升。隨後在步驟62中，同樣減少衰減器於衰 使得ΜΙΜΟ系統與SIS0系統之第三吞吐量與第四吞吐量大致相 。也就是說’此步驟同樣減少測試裝置22之衰減器Μ之衰減量， ^下鏈和/或上鏈之吞吐量趨於與麵〇系統之最大值相等。於是可於系統與SISO系統之分貝衰減差異，而此結果可得到對應 裝置22之待測裝置扣之⑽廳增益。衰減差異表示天線增益。 …總結來說，本發明之控制單元2G之測試功用可執行下列動作，以 完成多重路徑模擬系統之上述測試過程： > 1.設定測試裝置22'參考裝置31和待測裝置3〇之驗〇和sis〇

2. 設定測試裝置22之衰減； 3. 監測測試裝置22、參考裝置31 指示(RSSI); 和待測裝置30之接收信號強度 4.監測測試裝置22、參考裝置31和待測裝置 吐量； 3〇之下鏈和上鏈吞 5. 分析吞吐量差異百分比和鍊路品質提升；以及 6. 分析衰減差異和_〇增益(信號品質提升)之分貝值。

此外，吸收器26可配置於電波隔離吸收室27内 視線而達到提升模擬效能。 以阻擋點對點 最後，我們提出了一種多重路徑模擬系統之測試裝置及方法，來 克服習知職方法會產生外來電針擾和其_職傳輸路徑的問 題。本發明㈣容易，處理時間短，且„建立複雜的標準曲線。本 發明並具有可用於有線SISO和不同ΜΙΜΟ結構並多方面測試不同 ΜΙΜΟ結構之優點，本糸統並可大幅降低成本。 14 月26曰修正替換頁 熟悉此領域之技藝·者應了解， 例僅用於說明，而非用以限定本$ 以 發明較佳實施 J本發明關於較佳實施例之描述而提出修 佳實施例已被闌明和描述，在不違 *月車乂 和領域内，均可做許多改變。 °月1範圍之精神 【圖式簡單說明】 以下提及之圖示將顯示 為了更能了解本發明並顯示其實行方法 本發明之較佳實施例，其中： 圖一為ΜΙΜΟ通訊系統。 圖二為本發明較佳實施例之多重路徑模擬系統之測試裝置。 圖三為本發明多重路徑模擬系統之測試方法流程圖，其具有設定 為同一 ΜΙΜΟ系統之測試裝置和參考裝置。 圖，其具有設定 圖四為本㈣乡重賴模«統之峨方法流程 為SISO系統之參考裝置。 圖五為本發明多重路域擬纽之測試方法流程圖，其具有設定 為同一 ΜΙΜΟ系統之測試裝置和待測裝置。 …圖六為本發明之多重路徑模擬系統之測試方法流程圖，其具有設 疋為SISO系統之待測裝置。 【主要元件符號說明】 2〇 :控制單元 21 :衰減器驅動器 以：測試裝置 23 ·衣減器 T337819_ . _ --—·*: ru r 4 ；广/ - · i 99年11月26日修正替換頁 • I —~- - .. .* · =- ♦ I—.·—·'"·· · 24 :移相器 ， 25 :測試天線 26 :吸收器 27 :電波隔離吸收室 28 :待測天線 29 :參考天線 30 :待測裝置 31 :參考裝置

16

Claims (1)

1337819 十、_請專利範園：

一種多重路徑模擬系統之測試裝置，包含· 多―細魏_，軸嫩峨含連接於 複教卿減器无線，以及連接於—參考裝置之複數個第二天線，· 係'連接於一測試裝置和複數個第三天線；以及 減，係連接於該待測裝置、該參考裝置、該測試裝置以及該些表

2.如申請專利範圍第1 是ΜΙΜΟ系統。 項所述之賴裝置，射該多重賴麵祕可以 3. 相 器，該些移 4‘如申請專利範圍第3項所述之測試裝 制移相器。 置，其中該些移相器可以是手動控

5.如申清專利範圍第i項所述之測試裝置，更包含一吸收器 配置於該電波隔離吸收室内，以阻擒點對點視線。 該吸收器係 6.如申請專利範圍第【項魏之測試裝置，更 ^ ===於該些衰減器和該控制單元’其中該衰減器』器= 置，其中該衰減H驅動器可以是一 7.如申請專利範圍第6項所述之測試裝 衰減器交換器驅動器。 17 1337819 8.如申請專利範圍第 衰減器。 1項所述之測試蚊置， 99年11月26日修正替換頁 其中該些衰減器可以是可程控 其中該待測裝置可以是基地台 其中該參考裝置和該測試裝置 9.如申Μ補範㈣1項所述之測試裝置 或橋接器。 10.如申請專利範圍第1項所述之測試裝置 可以是標準基地台或橋接器。 一種多重路經模擬系統之測試裝置，包含：

二配置於—電波隔離吸收室内，其中該多重天線係包含連接於 娜、之複數個第—天線，以及連接於—參考裝置之複數個第二天線； ^數個农減器’係連接於一測試裝置和複數個第三天線；以及 =制單元’係連接於雜測裝置、該參考裝置、制試裝置以及該些衰 其帽控制單元係分於控綱些第三天線之衰減量以及該待測 裝置、該參考裝置以及該測試裝置之操作模式。 12·如申明專利範圍第丨i項所述之測試裝置，其找多重路徑模擬系統可 以是ΜΙΜΟ系統。

13. 如申請專利範圍第u項所述之測試裝置，更包含複數個移相器，該些 移相器係連接於相對應之該些第三天線和該些衰減器。 14. 如申請專利範圍第η項所述之測試裝置，其中該些移相器可以是手動控 制移相器。 15.如申請專利範圍第U項所述之測試裝置，更包含一吸收器，該吸收器係 配置於該電波隔離吸收室内以阻擋點對點視線。 1337819 辦件11月26曰修正替換頁 器驅動器可以是衰 專：Γ6項所述之測試裝置，其中該衰減 18. —種多重路徑模擬系統之測試方法，包含. 一天線之測試裝置和一連接於複數個第二天線之參 $置為.ΜΙΜΟ系統，其中該些第—天線和該 電波隔離吸收室； 八咏你配置於 設定複數個衰減器和複數個移相器為參考 考裝置之接收信號強度指示(RSSI);以及 ㈣礼式裝置㈣參 器、該些移相器、該些第—天線和該些第二天線之間距、夾 角==差異，輝得剌試裝置和齡考裝置之最高下_ 一吞吐a: 〇 φ 請專利範圍第18項所述之測試方法，更包含配置—吸收器於該電 波隔離吸收室内，以阻擋點對點視線。 20.如申請專利範圍第18項所述之測試方法，更包含： 設定該參考裝置為SISO系統； 決定該測試裝置和該參考裝置之最高下鏈和/或上鍵之第二吞吐量’以及 減少該些衰減器之衰減，使得該聰0系統和該肥〇系統間之該第一 呑吐量與該第二吞吐量相等。 21.如申請專利範圍第18項所述之測試方法，更包含： 19 T337819 H...r ..、 . 99年11月26日修正替換頁 » - ' 設定一待測裝置為該ΜΙΜΟ系統；， 6又疋該些衰減器和該些移相器為參考設定，以取得該測試裝置和該待測 裝置之接收信號強度指示(RSSI);以及 調整該些衰減器、該些移相器、該些第—天線和該些第二天線之間距、 夾角和極化轉’崎得·m裝置和鱗職置之最訂鏈和/或上鍵之 第三吞吐量。 22.如申請專利範圍第21項所述之測試方法，更包含： 設定該待測裝置為SISO系統；

決定該測試裝置和該制裝置之最高τ鏈和/或上鏈之第四吞吐量；以及 減少該些衰減ϋ之衰減量，使得該ΜΙΜ0系統和該SIS0系統間之該第 三吞吐量與該第四吞吐量相等。

20 1337819 ——.......... 一… .. (. 99年11月26日修正替換頁

...'ν' ’ - ": 七、指定代表圖I - (一） 本案指定代表圖為：第（2 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 20 :控制單元 21 :衰減器驅動器 22 :測試裝置 23 :衰減器 24 :移相器 25 :測試天線 26 :吸收器 27 :電波隔離吸收室 28 :待測天線 29 :參考天線 30 :待測裝置 31 :參考裝置 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：

無 4