TWI538422B

TWI538422B - 用於測試射頻多輸入多輸出資料封包收發器同時強制較少資料串流之系統及方法

Info

Publication number: TWI538422B
Application number: TW103116804A
Authority: TW
Inventors: 克里斯敦沃夫奧萊傑
Original assignee: 萊特波因特公司
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2016-06-11
Also published as: TW201444306A

Description

用於測試射頻多輸入多輸出資料封包收發器同時強制較少資料串流之系統及方法

本發明係關於測試射頻(RF)無線封包資料信號收發器，且具體而言，係關於測試具有多個輸入及多個輸出之此類裝置。

許多現今的電子裝置使用無線技術作為連接及通訊這兩種目的。因為無線裝置發送並接收電磁能，且因為二或多個無線裝置可能由於信號頻率及功率頻譜密度而對彼此產生運作干擾，此等裝置及其無線技術必須遵循各種無線技術標準規格。

在設計這類裝置時，工程師必須特別小心確保這類裝置將符合或超越基於其各自包含之無線技術規定標準的規格。再者，當這些裝置稍後欲大量製造時，就必須接受測試以確保製造瑕疵不會造成運作不當，包括其遵循基於所包含之無線技術標準的規格。

為了在製造及組裝裝置後測試這些裝置，現行無線裝置測試系統(「測試器」)採用用於分析自各裝置接收之信號之子系統。此類子系統通常包含用於提供待傳輸至裝置之來源信號之至少一向量信號產生器(VSG) 及用於分析裝置所產生之信號之一向量信號分析器(VSA)。VSG產生之測試信號及VSA執行之信號分析通常係可程式設計，使得各可用於測試各種裝置，以確認運用不同頻率範圍、頻寬及信號調變特性之裝置是否遵循各種無線技術標準。

最近無線射頻(RF)封包資料信號收發器之設計及操作開發為使用運用多個天線實施之多個輸入及多個輸出。換言之，稱為多輸入多輸出(MIMO)裝置之此類裝置使用多個天線來無線傳輸及接收其信號。據此，測試此類裝置時，必須使裝置行使其MIMO功能才能進行測試。例如，此包含操作受測試裝置(DUT)，使得其所有傳輸器及接收器分別是傳輸及接收操作，以經由其各自天線連接分別傳輸及接收其各自封包資料串流。N×N(N個輸入及N個輸出)DUT之此類完整測試包含經由無線信號路徑(例如，天線埠)之各一者傳輸及接收資料封包，並且減少傳輸及接收之封包資料串流數目以模擬真實操作，其中一或多個天線載送之封包資料串流展現空值(大衰減)並且藉此防止其成功接收及傳輸至對應裝置。達成此目的之習用測試技術包含中斷、解除連接或以其他方式停用無線信號之一者之傳輸及/或接收。但是，此一完全減少傳輸及接收之封包資料串流數目強制DUT及與其通訊之裝置或系統重新建置其相互無線通訊鏈路。每次將某封包資料串流數目轉變至另一數目時，必須重複此類通訊鏈路重新建置。例如，對於3×3 DUT，從操作三串流(使用兩個傳輸器及三個或三個以上接收器)通訊鏈路(三個天線載送三個接收信號及三個傳輸信號)轉變至兩串流通訊鏈路(仍使用所有三個傳輸器及三個接收器時，傳輸及接收兩個串流)，並且接著轉變至單串流通訊鏈路(其中三個傳輸器及三個接收器僅使用單一串流)，在建置初始通訊鏈路後，隨著DUT從接收及傳輸三個封包資料串流轉變至兩個封包資料串流並且接著轉變至單封包資料串流，需要兩次執行重新建置通訊鏈路。

與測試序列期間執行之其他任務相比，DUT與通訊合作裝置(例如，包含一或多個VSG及VSA之測試系統，通常稱為「測試器」，或N×N MIMO參考裝置，諸如先前經測試且驗證之類似設計之收發器)之間之RF信號通訊鏈路之此類重設通常會耗費大量時間。其他整體測試序列之許多此類其他部分不易受到其持續時間縮短之影響。據此，希望具有一種在測試MIMO DUT時減少傳輸及接收封包資料串流而不需要重設或重新建置通訊鏈路之技術。

根據目前主張專利權的本發明，提供系統及方法，用於測試操作中之多輸入多輸出無線射頻(RF)封包資料信號收發器，使得使用各種封包資料串流組合或排列來傳達其信號，而不需要在封包資料串流組合或排列之間轉變後終止或重新建置通訊鏈路。

根據本發明所主張之權利範圍的實施例，一種測試一射頻(RF)多輸入多輸出(MIMO)封包資料信號收發器受測試裝置(DUT)之方法，其包含：建置介於一測試收發器與一DUT之間之一MIMO通訊鏈路，用以透過由該DUT針對該測試收發器提供的複數個N個DUT封包資料信號及由該測試收發器針對該DUT提供的複數個測試封包資料信號進行通訊，其中N為一整數；以及進一步包含維持該MIMO通訊鏈路，同時使該複數個N個DUT封包資料信號之一或多者之至少一部分毀損以提供含有該複數個N 個資料串流的部分毀損之複數個N個DUT封包資料信號，用該測試收發器接收含有該複數個N個資料串流的該部分毀損之複數個N個DUT封包資料信號，並且回應於此，用該測試收發器無法及時提供該複數個測試封包資料信號之一相對應部分，以及繼該用該測試收發器無法及時提供該複數個測試封包資料信號之該相對應部分後，用該測試收發器接收含有複數個N-M個資料串流的該部分毀損之複數個N個DUT封包資料信號，其中M為一整數且0<N-M<N。

根據本發明所主張之權利範圍的另一實施例，一種測試一射頻(RF)多輸入多輸出(MIMO)封包資料信號收發器受測試裝置(DUT)之方法，其包含：建置介於一測試收發器與一DUT之間之一MIMO通訊鏈路，用以透過由該DUT針對該測試收發器提供的複數個N個DUT封包資料信號及由該測試收發器針對該DUT提供的複數個測試封包資料信號進行通訊，其中N為一整數，該複數個N個DUT封包資料信號之各者包含一或多個DUT資料封包，且該複數個測試封包資料信號之各者包含一或多個測試資料封包；以及進一步包含維持該MIMO通訊鏈路，同時使該一或多個DUT資料封包之至少一者毀損以提供含有至少一個毀損之DUT資料封包且含有該複數個N個資料串流之該複數個N個DUT封包資料信號，用該測試收發器接收含有至少一個毀損之DUT資料封包且含有該複數個N個資料串流之該複數個N個DUT封包資料信號，並且回應於此，用該測試收發器無法及時提供該複數個測試封包資料信號之一或多個相對應部分，以及繼該用該測試收發器無法及時提供該複數個測試封包資料信號之該一或多個相對應部分後，用該測試收發器接收含有至少一個毀損之DUT資料封包且含有複數個N-M個資料串流之該複數個N個DUT封包資料信號，其中M為一整數且0<N-M<N。

10‧‧‧測試環境

20‧‧‧多輸入多輸出(MIMO)受測試裝置(DUT)

21‧‧‧信號路徑(纜線；信號路徑之部分)

21w‧‧‧無線信號路徑

22a、22b、22c‧‧‧天線埠

22aa、22ba、22ca‧‧‧天線

23‧‧‧確認資料封包

25‧‧‧確認封包

30‧‧‧參考MIMO裝置

31‧‧‧信號路徑(纜線)

31a‧‧‧信號埠

33‧‧‧資料封包

35b‧‧‧資料封包

35c‧‧‧回應資料封包

36a‧‧‧資料封包之初始時間間隔

36aa‧‧‧資料封包之第一部分或時間間隔

36ab‧‧‧封包資料串流之初始部分

36b‧‧‧資料封包之後部時間間隔

36ba‧‧‧資料封包之後面部分

36bb‧‧‧封包資料串流之後面部分

40‧‧‧測試器

41‧‧‧命令、控制及資料信號介面

42a、42b、42c‧‧‧信號分離器或劃分器

43a、43b、43c‧‧‧封包資料信號串流

50‧‧‧信號毀損電路

51‧‧‧信號路徑(纜線)

52a、52b、52c‧‧‧信號毀損電路

52r‧‧‧信號衰減器電路

54‧‧‧控制電路

55a、55b、55c‧‧‧控制信號

圖1繪示根據一或多個例示性實施例之用於測試MIMO DUT之測試環境。

圖2繪示根據一或多個例示性實施例之自測試MIMO DUT所得之信號時序圖。

圖3為如圖1之測試環境所施加及如圖2中所表示之信號毀損之時序圖。

圖4繪示用於圖1之測試環境之信號毀損電路之例示性實施例。

圖5繪示用於圖1之測試環境之一部分之替代實施例。

下列詳細說明係參照附圖之目前主張專利權的本發明之例示性實施例。此份說明意欲例示本發明之範疇，而並非限制性說明。以足使本領域具通常知識者得以實施本發明之細節來敘述這種實施例，且應了解到可以一些變異來實施其他實施例，而不背離本發明之精神及範圍。

在整份說明書中，在缺少對上下文的相反明確指示下，將了解到所述的個別電路元件在數量上可為單一個或複數個。例如，「電路」及「電路系統」等語可包含單一元件或複數個元件，其可為主動及/或被動，且連接或以其他方式接合在一起(如一或多個積體電路晶片)，以提供所述功能。另外，「信號」一詞可指一或更多電流、一或更多電壓或資料信號。在圖式中，類似或相關元件將會有類似或相關字母、數字或字母數字標誌符號。此外，雖已在使用離散電子電路(較佳以一或更多個積體線路晶片的形式)的實施情境中討論本發明，但取決於待處理的信號頻率或資料速率，可使用一或更多個適當編程之處理器來實現這種電路的任何部分之功能。此外，於以圖式繪示各種實施例之功能方塊圖時，功能方塊未必表示硬體電路系統間之分隔。

在下文更詳細論述，提供系統及方法，用於在N×N MIMO DUT經MIMO鏈接至N×N MIMO參考裝置(或替代地，經MIMO鏈接至經組態以操作為N×N MIMO封包資料信號收發器之測試器)的測試環境中，強制較少傳輸及接收封包資料串流。一旦已建置N×N通訊鏈路，MIMO DUT將使用所有N個傳輸器及天線埠來傳輸資料(作為剖析成含有N個資料串流之N個同時並行封包組之封包)至MIMO參考裝置。根據熟知原理，由MIMO參考裝置成功接收所有N個並行封包組之N個資料串流將使MIMO參考裝置可重新建構資料。(為了下文論述用途，將論述3×3系統及測試序列，即，其中N=3。但是，熟知此項技術者應易於明白，N可為其他整數值)。

為了回復至(使MIMO DUT使用較少封包資料串流)之操作，將需要使鏈路中斷、變更組態及建置新鏈路，使得系統僅支援兩個封包資料串流。據此，若3×3操作變更成兩串流操作，資料將剖析成待由三個DUT傳輸器(或替代地，兩個傳輸器，雖然優點較小)傳輸之兩個資料串流。此使MIMO參考裝置能夠重新建構自DUT傳輸器接收之資料。但是，由於系統實際上為3×3系統(為此實例之用途)，所以應使用所有三個傳輸器藉由根據熟知技術使用空間映射來傳輸兩個封包資料串流。

如下文更詳細論述，根據例示性實施例，啟用MIMO DUT以從N×3回復至N×2操作組態，而不需要中斷且接著重新建置新通訊鏈路，同時仍維持使用所有DUT傳輸器。根據例示性實施例，在由MIMO參考裝置接收之前，選擇性使DUT傳輸器之一者所傳輸之封包資料串流之一者毀損(下文更詳細論述)。此毀損將造成無法成功接收封包資料串流，並且因此視為失敗，此係因為無法成功接收封包資料串流之一者，所以MIMO參考裝置將無法重新建構資料。結果，MIMO參考裝置將無法藉由傳輸確認資料封包來作出回應。

其後，DUT再次經由所有DUT傳輸器發送封包資料串流，並且再次封包資料串流之一者有毀損。據此，MIMO參考裝置將再次無法重新建構資料，並且因此未用確認資料封包來作出回應。此刻，根據由適用信號傳輸標準實施之標準協定，DUT將回復至減少數目之資料串流，例如，回復至N×2操作組態，並且現在經由其N個DUT傳輸器發送剖析成較少(例如，兩個而非三個封包資料串流)封包資料串流。MIMO參考裝置現在甚至當第三路徑毀損時仍可接收由較少DUT傳輸器發送之無毀損資料之封包資料串流兩者，並且據此用確認資料封包來作出回應。因此，DUT已有效地自N×3回復至N×2操作，而不需要中斷及重新確證或重新建置通訊鏈路，並且仍使用所有N個DUT傳輸器來進行所有操作。

如下文更詳細論述，根據例示性實施例，提供系統及方法，用於使用相容MIMO參考裝置及一組中介受控制信號毀損電路(一個中介受控制信號毀損電路用於各DUT無線信號路徑，例如，一個中介受控制信號毀損電路用於各DUT天線埠)來測試MIMO DUT。藉由經由控制器(控制器繼而控制信號毀損電路之設定)傳達，測試器可造成從MIMO DUT運送至MIMO參考裝置之一或多個資料封包變成有毀損，設定條件，如上文所述，其中DUT將回復至較少封包資料串流。(信號毀損實際上可為任何形式，只要在測試DUT時，造成毀損之資料封包無法符合信號通訊標準或協定，同時確保可接收其他並行傳輸封包。實例包含信號功率衰減及部分封包衰減)。

測試器取樣由MIMO DUT傳輸之資料封包，如信號毀損之前其接收之資料封包。據此，測試器可偵測及處理無毀損資料封包，同時MIMO參考裝置將接收毀損及無毀損資料封包兩者。使用所選擇之資料封包毀損(其中資料封包之後面部分有毀損(部分封包衰減)，而非使整個信號衰減)，處理程序更穩定，此係因為此將最小化仍然接收衰減信號的可能性，接收衰減信號的可能性係歸因於傳入信號之衰減而使MIMO參考裝置在嘗試接收衰減信號時增加其接收信號增益，因而衰減信號會透過MIMO參考裝置對應接收通道而洩漏。

重要事項為，系統監視傳輸封包之持續時間，以判定DUT 20使用之串流數目。例如，DUT 20可直接從三個串流切換至一個串流，此亦會導致產生確認封包。但是，此會導致DUT 20產生較長之封包(因為來自三個串流之資料現在被包含在一個串流中)。熟知此項技術者可確定強制正確串流數目之不同策略。

進一步優點包含，藉由使測試器能夠測試所有可能的封包資料串流，且不需要中斷或重新建置MIMO通訊鏈路，而縮減測試時間，並且確認DUT 20可與該環境協商，其中三個傳輸封包中僅兩個封包可被成功接收。另外，若提供受測試之無線信號協定用於在資料封包無法引起回應應答資料封包時減小或減速資料速率，則可自動測試基礎信號標準或協定所指定之更多(例如，所有)可能封包資料速率。

請參閱圖1，提供根據例示性實施例之測試環境10，用於測試MIMO DUT 20(下文論述為3×3 MIMO DUT，然而可類似地測試其他N×N或N×M組態)。測試器40監測及偵測封包資料信號串流時，與參考MIMO裝置30通訊。(熟知此項技術者應易於明白，作為替代，參考MIMO裝置30可被包含作為測試器40之部件，或被實施為經組態以操作為相容MIMO裝置之另一測試器)。亦包含信號毀損電路50，信號毀損電路50包含信號毀損電路52a、52b、52c，信號毀損電路根據控制電路54(例如，場可程式化閘陣列)提供之控制信號55a、55b、55c而選擇性使DUT 20傳輸之封包資料串流有毀損(例如，使各自封包資料串流之資料封包之後面部分衰減)。控制電路54繼而經由命令、控制及資料信號介面41來與測試器40通訊。

MIMO DUT 20及參考MIMO裝置30經由信號毀損電路50、信號分離器或劃分器42a、42b、42c及信號路徑21、51、31傳達其各自封包資料串流及應答資料封包。信號路徑21、51、31通常為RF纜線形式之傳導信號路徑，其中纜線21連接MIMO DUT 20，且信號分離器42a、42b、42c連接至MIMO DUT 20之天線埠22a、22b、22c。

根據熟知原理及技術，在測試期間，信號分離器或劃分器42a、42b、42c(其各項實施方案已為此項技術所熟知)分離或劃分(就信號量值或功率而論)MIMO DUT 20傳輸之封包資料信號串流。在測試期間由測試器40接收及監測這些劃分之封包資料信號串流43a、43b、43c，用於判定MIMO DUT 20是否根據規定之信號標準或協定傳輸封包資料信號。或者，如果使用參考MIMO裝置30以監視資料封包吞吐量僅為所欲或必要的話，可以省略測試器40。

如此處針對此實例所描繪，MIMO DUT 20為3×3 DUT。初始，DUT 20經組態用於全MIMO(即，3×3)操作。據此，由DUT傳輸器(圖中未繪示，但已知在DUT 20內)傳輸三個封包資料串流，以供由參考MIMO裝置30經由其各自信號分離器42a、42b、42c、信號毀損電路52a、52b、52c及信號路徑21、51、31予以接收，以及由測試器40予以接收。在未應用任何毀損情況中，將封包資料串流完整無缺地自DUT 20載送至參考裝置30。但是，傳輸資料封包時，若之後由參考裝置30接收資料封包時變成充分毀損(例如，衰減)，則參考裝置30無法成功接收含有此類選擇性毀損資料封包之一或多個封包資料信號串流。此將使參考裝置39無法自無毀損資料封包重新建構資料，並且結果，未回對應確認或應答資料封包(或並行確認封包)作出回應。

應注意，因為初始未衰減封包，即，在資料封包載送開始期間，MIMO參考裝置30內之相對應接收器電路將維持信號增益，在其餘資料封包期間，信號增益將維持實質上恆定，藉由限制歸因於接收器電路之增益控制電路會在封包資料信號串流開始衰減時自動增加信號增益所引起之信號增益而造成接收毀損資料封包的可能性。

請參閱圖2，可更佳瞭解諸如上文所述之用於減少MIMO信號串流而不需要中斷或以其他方式改變初始MIMO通訊鏈路條件之系統及方法。參考MIMO裝置30自其三信號傳輸器子系統(圖中未繪示，但已知在參考MIMO裝置30內)傳輸一組資料封包33(例如，「ping」(偵測)封包，然而亦可使用其他類型封包)。經由信號路徑21、51、31、信號分離器42a、42b、42c及信號毀損電路52a、52b、52c將此類封包33載送至DUT 20，其中由控制電路54將信號毀損電路設定為尚未引入任何停用信號毀損。DUT 20作出回應而自其各自傳輸器子系統傳輸一或多個確認資料封包23。運用現在於DUT 20與參考裝置30之間建置之通訊鏈路，DUT 20繼續處理含有三個各自資料串流之回應資料封包35a(其封包持續時間類似於初始封包33之持續時間)：S₁、S₂及S₃；S₁’、S₂’及S₃’；以及S₁”、S2”及S₃”。通常，參考裝置30會接收三個封包資料串流並且能夠重新建構資料。但是，在參考裝置30接收這些資料串流前，封包串流之一者(例如，到達參考裝置30之第一或最頂端信號埠31a之封包)有毀損(例如，衰減)，如圖所示。如上文所述，在資料封包之第一部分或時間間隔36aa期間，資料封包維持無毀損。但是，在後面部分36ba期間，藉由相對應信號毀損電路52a施加毀損。結果，參考裝置30無法重新建構資料，據此未藉由傳輸確認封包來回應DUT 20。

DUT 20可作出回應而繼續重新傳輸相同資料封包35b(由於未成功接收先前封包)，但現有具有減小之資料速率，儘管仍然使用三個封包資料串流。但是，如同前文所述，第一封包資料串流在初始部分36ab後的後部分36bb期間毀損，在初始部分期間未施加缺使得接收器電路維持初始標稱信號增益。結果，再次，參考裝置30無法重新建構資料且未用確認封包來作出回應。據此，如圖所示，DUT 20此時繼續傳輸另一組回應資料封包35c。但是，DUT 20現在已回復至兩串流操作組態且使用決定的資料速率(其可等於、高於或低於先前三串流操作)，而且現在資料被剖析成兩個信號串流以用於繼續經由所有三個DUT傳輸路徑予以傳輸：S₁及S₂；S₁’及S₂’；S₁”及S₂”。

結果，儘管資料封包之一者有毀損(即，含有第一信號串流S₁及S₂之資料封包)，但是現在參考裝置30接收含有兩個經剖析串流(S₁’及S₂’以及S₁”及S₂”)之兩個封包，現在這足以使參考裝置30能夠重新建構資料。據此，參考裝置30藉由發送確認封包25而作出回應。

請參閱圖3，如上文所述，在資料封包之初始時間間隔36a為有毀損期間，停用施加或引發毀損(或至少顯著減小)。其後，在後部時間間隔36b期間，啟用毀損(或至少顯著增加)。

請參閱圖4，作為例示性實施例，信號毀損電路52可實施為信號衰減器電路52r(其各種形式已為此項技術所熟知)，以致使封包資料串流具有足以成功接收之充分功率位準。

請參閱圖5，根據另一例示性實施例，DUT 20及信號分離器42a、42b、42c之間的信號路徑之部分21可實施為無線信號路徑21w，其中連接至DUT 20之天線22aa、22ba、22ca與連接至信號分離器42a、42b、42c之天線22ab,22bb,22cb通訊，以載送封包資料串流。用於DUT 20之此類無纜線介面具有以更實際可行方式操作DUT 20並且避免需要實體上連接及解除連接DUT 20之測試纜線DUT 20之優點。

對熟悉本項領域者而言，在不背離本發明的範圍及精神，可顯而易見地在本發明的結構和操作方法中構思出各種其他修改及替換雖已經連同特定較佳實施例敘述本發明，應了解到主張權利範圍的本發明不應不當限制於這種特定實施例。吾人意欲以下列的專利申請範圍界定本發明的範圍，並藉此涵蓋屬於這些專利申請範圍內的結構與方法及其等效置換。