TWI658705B - 多天線雜訊功率的測量方法和裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於測量多天線系統各天線雜訊功率的裝置和方法，所述裝置包括一遮罩盒；一網路分析儀，包括多個測試模組，控制模組及顯示模組。所述網路分析儀用於獲取當與所述多天線系統連接時的各系統誤差，各埠的雜訊功率及測量S參數，並根據第一公式獲得實際S參數值，及根據第二公式獲得各天線的雜訊功率。本發明實施方式的多天線雜訊功率測量方法和裝置利用網路分析儀的多埠特性，將參考平面設置於遮罩盒內，在網路分析儀中導入測試方法可以獲得精確的天線耦合雜訊功率，並且多埠同時、同步對各天線進行測量。

Description

多天線雜訊功率的測量方法和裝置
本發明涉及雜訊功率測量領域，尤其涉及一種多天線雜訊功率的測量方法和裝置。
目前，隨著無線通訊技術的不斷發展，人們對無線通訊的要求越來越高，利用多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，簡稱MIMO)技術能夠顯著提升通道容量，通過同時在發射端和接收端使用多個天線，能夠大大提升頻譜利用率，提升傳輸效率。因為MIMO技術使用多個天線，在測量天線雜訊功率時，現有技術中常常使用頻譜分析儀(Spectrum Analyzer，簡稱SA)進行測量，然而，SA在測量多天線系統時受限於SA的單埠特性而只能分次測量各天線，並且採用SA測量各天線雜訊功率要增加放大器、開關等週邊電路，不僅增加的測試的複雜度，還引入了新的雜訊，會對最終結果產生極大的干擾。因此，為了獲得更加簡單更加便捷得獲得更加精確的天線雜訊功率，急需提供一種新的多天線雜訊功率測量方式。
有鑑於此，有必要提供一種多天線雜訊功率測量的方法及裝置，以獲得獲得精確的天線雜訊功率，減少成本，減少測試複雜度。
本發明提供一種測量雜訊功率的方法，用於測量MIMO天線系統各天線的雜訊功率，該方法包括步驟：設置參數，根據天線特性設置網路分析儀的頻率，中頻頻寬，功率，第一信號源發送第一信號到待測MIMO天線系統，參考接收機測量所述第一信號的幅值及相位資訊，第二信號源發送第二信號與所述第一信號在待測天線系統的反射信號經 反射接收機處理產生第三信號，所述反射接收機測量所述第三信號的幅值及相位資訊，所述第一信號及第三信號經過控制模組的計算後得到各系統誤差、各埠的雜訊功率及測量S參數；控制模組根據第一公式獲得獲得實際S參數值；以及所述控制模組根據第二公式獲得所述反射接收機接收到的雜訊率。
優選地，所述MIMO天線系統各天線在測試時，放置於遮罩盒中，所述遮罩盒包括多個埠，所述MIMO天線系統各天線分別通過所述埠與所述網路分析儀電連接。
優選地，在測量時對所述各埠進行校準，校準參考平面設置於所述各埠處。
優選地，所述第一公式為SiiM=EDi+ERTi(SiiA/(1-ESi*SiiA))，其中，SiiM代表所述測量S參數，EDi、ERTi及ESi代表所述各系統誤差，SiiA代表所述實際S參數值。
優選地，所述第二公式為PniA=|SiiA|*PnRi，其中，PnRi代表所述各埠的雜訊功率，PniA代表所述反射接收機接受到的雜訊功率。
優選地，所述網路分析儀在參數設置完成後會對各接收機進行校準。
優選地，所述雜訊功率PniA及相關測量參數在顯示模組顯示。
本發明還提供一種用於測量MIMO天線系統各天線雜訊功率的裝置，所述裝置包括：遮罩盒，用於放置所述MIMO天線系統，還用於遮罩外界電磁波對所述裝置的干擾；及網路分析儀，電連接於所述遮罩盒，包括多個測試模組，控制模組及顯示模組；其中，所述網路分析儀用於獲取當與所述MIMO天線系統連接時的各系統誤差，各埠的雜訊功率及測量S參數，並根據第一公式獲得實際S參數值，及根據第二公式獲得各天線的雜訊功率。
優選地，所述第一公式為SiiM=EDi+ERTi(SiiA/(1-ESi*SiiA))，其中，SiiM代表所述測量S參數，EDi、ERTi及ESi代表所述各系統誤差，SiiA代表所述實際S參數值。
優選地，所述第二公式為PniA=|SiiA|*PnRi，其中，PnRi代表所述各埠的雜訊功率，PniA代表所述各天線的雜訊功率。
優選地，所述各埠為所述遮罩盒連接所述網路分析儀的埠。
優選地，所述測試模組還包括：第一信號源，用於發送第一信號到所述MIMO天線系統；參考接收機，用於接收所述第一信號並測量其幅值及相位；第二信號源，用於發送第二信號；以及反射接收機，用於將所述第一信號在所述埠的反射信號與所述第二信號進行處理，從而得到第三信號。
優選地，所述顯示模組為LED顯示幕。
優選地，所述控制模組包括模數轉換器及DSP控制晶片。
本發明實施方式中的MIMO天線系統雜訊功率測量方法和裝置，利用網路分析儀的多埠特性，將參考平面設置於遮罩盒內，在網路分析儀中導入測試方法可以獲得精確的天線耦合雜訊功率，並且多埠同時、同步對各天線進行測量，具有結構簡單，效率高，成本低的優點，適宜用於各種MIMO多天線系統中。
10‧‧‧雜訊功率測量裝置
110‧‧‧網路分析儀
120‧‧‧遮罩盒
111‧‧‧測試模組
112‧‧‧控制模組
113‧‧‧顯示模組
121‧‧‧待測設備
A‧‧‧第一埠
B‧‧‧第二埠
C‧‧‧第三埠
1110‧‧‧第一信號源
1111‧‧‧參考接收機
1112‧‧‧第二信號源
1113‧‧‧反射接收機
圖1為本發明雜訊功率測量裝置的一實施方式的模組示意圖。
圖2為圖1中雜訊功率測量裝置中測試模組的一實施方式的示意圖。
圖3為圖2中測試模組系統誤差圖。
圖4為本發明雜訊功率測量方法的一實施方法的流程圖。
下面通過附圖和實施例，對本發明作進一步的詳細描述。
請參閱圖1，圖1為本發明雜訊功率測量裝置10一實施方式的模組示意圖。
在本實施方式中，雜訊功率測量裝置10由兩部分組成，他們分別使網路分析儀110及遮罩盒120，網路分析儀110電連接於遮罩盒120。遮罩盒120中放置待測設備121，待測設備121可以是包含MIMO天線系統的設備，比如LTE，WIFI系統等，在此處待測設備121即是待測MIMO天線系統。待測設備121各天線分別電連接於遮罩盒120各埠，在本實施方式中，遮罩盒120具有三個埠，分別第一埠A，第二埠B以及第三埠C，本實施方式使用三埠進行說明，在其他實施方式中，當然可以擁有其他數目的埠，埠數目的多少可與網路分析儀埠數目的多寡相對應。待測設備121通過各埠與網路分析儀110電連接，接收並返回來自網路分析儀110的信號。網路分析儀110包括多個測試模組111，控制模組112以及顯示模組113，控制模組112包括數模轉換器，及控制晶片，控制晶片可為數位訊號處理器(Digital Signal Processor，簡稱DSP)，數模轉換器及DSP，二者在圖中未示出。顯示模組113可為發光二極體(Light Emitting Diode，簡稱LED)顯示幕。在本實施方式中，測試模組111及控制模組112的數目都與遮罩盒埠數目對應，當然，這並非要限制本發明，本發明以模組化的方式對網路分析儀110進行說明，在其他實施方式中，各模組可以相互組合，改變及增加。
請參閱圖2，圖2為圖1中測試模組111的示意圖。
如圖2所示，測試模組111包括第一信號源1110，參考接收機1111，第二信號源1112及反射接收機1113。第一信號源1110電連接於參考接收機1111，第一信號源1110發送第一信號到遮罩盒120對待測設備121進行激勵，參考接收機1111接收來自第一信號源1110的第一信號，測量第一信號的幅值及相位，將所測量的資訊送入控制模組112以備後用。第一信號從測試模組111發送到遮罩盒120後產生反射信號，反射接收機1113接收來自遮罩盒120的反射信號，與第二信號源1112發出的第二信號進行混頻，濾波後產生中頻信號第三信號， 反射接收機1113將第三信號的幅值及相位等資訊傳入控制模組112。
請參閱圖3，圖3為測量系統誤差圖。
如圖3所示，當第一信號源1110產生射頻信號，也即第一信號後，在系統中傳輸信號時會產生方向性誤差ED，源匹配誤差ES及反射跟蹤誤差ERT，控制模組112根據參考接收機1111及反射接收機1113傳入的信號可以計算出待測設備121的反射S參數測量值S11M，如圖3可知，待測設備121的反射S參數實際值S11A與測量值是不同的，實際值S11A是測量值S11M消除系統誤差後資料。方向性誤差ED，源匹配誤差ES及反射跟蹤誤差ERT產生於信號傳輸路徑上，在本實施方式中，參考平面設置於遮罩盒120之各埠處，故以上系統誤差包括網路分析儀110的設備誤差、網路分析儀110與遮罩盒120之間連接線的線損，以及各埠不匹配造成的誤差，以上述各系統誤差可對測量值S11M進行校準，從而獲得真實值。
請一併參閱圖1-3，當控制模組112接收到第一信號及第三信號的相關資訊後，控制模組112根據上述資訊可以得知各埠的雜訊功率PnRi，以下以第一埠A為例進行說明。控制模組112得到第一埠A的雜訊功率PnR1，以及第一埠A的測量參數S11M，根據公式：SiiM=EDi+ERTi(SiiA/(1-ESi*SiiA)) (1)
控制模組112可以消除圖3所示的各系統誤差以得到實際參數S11A。因為雜訊本身是沒有相位的，所以控制模組112在得到了實際S參數S11A以及第一埠A的雜訊功率PnR1兩個參數，根據公式：PniA=|SiiA|*PnRi (2)
控制模組112可以得到連接於第一埠A的待測設備121之反射雜訊功率Pn1A，控制模組112得到雜訊功率Pn1A後，將資訊傳入顯示模組113進行顯示以供使用者查看。
請參閱圖4，圖4為本發明多天線系統雜訊功率測量方法一實施方式的流程圖。
如圖4所示，多天線系統雜訊功率測量方法包括以下步驟：
步驟S100，S101：當待測設備121正常連接至網路分析儀110後，系統初始化，使用者在網路分析儀110根據天線的特性設置頻率，中頻頻寬，功率等參數，以2.4G Wi-Fi天線為例，中心頻率為2437MHz，中頻頻帶設為1kHz。各參數設置完成後，第一信號源1110發送第一信號到待測設備121，例如網路分析儀110發送第一信號頻率為2437MHz，參考接收機1111測量所述第一信號的幅值及相位資訊，並將上述資訊傳送至控制模組112。第一信號由網路分析儀110傳遞到待測設備121埠時反射回來，第二信號源1112發送第二信號與所述第一信號在待測設備121的反射信號經反射接收機1113處理產生第三信號，所述反射接收機1113測量所述第三信號的幅值及相位資訊，並將上述資訊傳遞至控制模組112，所述第一信號及第三信號經過控制模組112的計算後得到方向性誤差ED，源匹配誤差ES及反射跟蹤誤差ERT、各埠的雜訊功率PnRi及測量S參數SiiM。
步驟S102：判斷方向性誤差ED，源匹配誤差ES及反射跟蹤誤差ERT等系統誤差是否被儲存，若各系統誤差未被存儲則執行S103，返回S100，S101，否則，執行S104。
步驟S104：網路分析儀110得到：測量S參數SiiM。
步驟S105：根據公式SiiM=EDi+ERTi(SiiA/(1-ESi*SiiA))獲得實際S參數值SiiA。
步驟S106：網路分析儀110得到各埠的雜訊功率PnRi。
步驟S107：根據公式根據公式PniA=|SiiA|*PnRi，獲得反射接收機接收到的雜訊功率PniA。
步驟S108：網路分析儀110等到天線的雜訊功率PniA後，將各資料發送至顯示模組113顯示以供使用者查看。
步驟S109：判斷是否需要掃頻，以顯示即時資料，若需 要則返回S104，若不需要則工作結束。
上述天線雜訊測量方法步驟利用網路分析儀110工作，上述天線雜訊測量步驟可以製成軟體導入網路分析儀110，以作為網路分析儀110測量多天線雜訊功率的一個功能，該功能包括以下步驟：
第一步：將網路分析儀110的電連接至遮罩盒120的各埠，將網路分析儀110未利用的埠連接到寬頻負載端。
第二步：網路分析儀110對遮罩盒120內空載時的各埠進行校準。
第三步：將待測設備121置入遮罩盒120中，將待測設備121的各天線分別連接到遮罩盒120的各埠以與網路分析儀110電連接。
第四步：使用上述多天線雜訊功率測試方法對待測設備121各天線同時、同步測量。
本發明實施方式的多天線雜訊功率測量方法和裝置利用網路分析儀的多埠特性，將參考平面設置於遮罩盒內，在網路分析儀中導入測試方法可以獲得精確的天線耦合雜訊功率，並且多埠同時、同步對各天線進行測量，具有結構簡單，效率高，成本低的優點，又因為網路分析儀有較大的射頻頻寬，故，本發明能廣泛的應用於不同頻段之多天線產品，如常用的ISM 2.4GHz與UNII頻段甚至衛星通訊之K頻段、Ka頻段等。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

Claims (10)

  1. 一種測量雜訊功率的方法，用於測量MIMO天線系統各天線的雜訊功率，其中，該方法包括步驟：設置參數，根據天線特性設置網路分析儀的頻率，中頻頻寬，功率，第一信號源發送第一信號到待測MIMO天線系統，參考接收機測量所述第一信號的幅值及相位資訊，第二信號源發送第二信號與所述第一信號在待測天線系統的反射信號經反射接收機處理產生第三信號，所述反射接收機測量所述第三信號的幅值及相位資訊，所述第一信號及第三信號經過控制模組的計算後得到各系統誤差、各埠的雜訊功率及測量S參數；其中，系統誤差包括網路分析儀的設備誤差、網路分析儀與遮罩盒之間連接線的線損，以及各埠不匹配造成的誤差；控制模組根據第一公式獲得獲得實際S參數值；以及所述控制模組根據第二公式獲得所述MIMO天線系統各天線的雜訊功率，其中所述第一公式為SiiM=EDi+ERTi(SiiA/(1-ESi*SiiA))，其中，SiiM代表所述測量S參數，EDi、ERTi及ERTi代表所述各系統誤差，SiiA代表所述實際S參數值；所述第二公式為PniA=|SiiA|*PnRi，其中，PnRi代表所述各埠的雜訊功率，PniA代表所述各天線的雜訊功率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之測量雜訊功率的方法，其中，所述MIMO天線系統各天線在測試時，放置於遮罩盒中，所述遮罩盒包括多個埠，所述MIMO天線系統各天線分別通過所述埠與所述網路分析儀電連接。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之測量雜訊功率的方法，其中，在測量時對所述各埠進行校準，校準參考平面設置於所述各埠處。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之測量雜訊功率的方法，其中，所述網路分析儀在參數設置完成後會對各接收機進行校準。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之測量雜訊功率的方法，其中，所述MIMO天線系統各天線的雜訊功率及相關測量參數在顯示模組顯示。
  6. 一種用於測量MIMO天線系統各天線雜訊功率的裝置，其中，所述裝置包括：遮罩盒，用於放置所述MIMO天線系統，還用於遮罩外界電磁波對所述裝置的干擾；及網路分析儀，電連接於所述遮罩盒，包括多個測試模組，控制模組及顯示模組；其中，所述網路分析儀用於獲取當與所述MIMO天線系統連接時的各系統誤差，各埠的雜訊功率及測量S參數，並根據第一公式獲得實際S參數值，及根據第二公式獲得各天線的雜訊功率；其中，系統誤差包括網路分析儀的設備誤差、網路分析儀與遮罩盒之間連接線的線損，以及各埠不匹配造成的誤差；其中，所述第一公式為SiiM=EDi+ERTi(SiiA/(1-ESi*SiiA))，其中，SiiM代表所述測量S參數，EDi、ERTi及ERTi代表所述各系統誤差，SiiA代表所述實際S參數值；所述第二公式為PniA=|SiiA|*PnRi，其中，PnRi代表所述各埠的雜訊功率，PniA代表所述各天線的雜訊功率。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之用於測量MIMO天線系統各天線雜訊功率的裝置，其中，所述各埠為所述遮罩盒連接所述網路分析儀的埠。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之用於測量MIMO天線系統各天線雜訊功率的裝置，其中，所述測試模組還包括：第一信號源，用於發送第一信號到所述MIMO天線系統；參考接收機，用於接收所述第一信號並測量其幅值及相位；第二信號源，用於發送第二信號；以及反射接收機，用於將所述第一信號在所述埠的反射信號與所述第二信號進行處理，從而得到第三信號。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之用於測量MIMO天線系統各天線雜訊功率的裝置，其中，所述顯示模組為LED顯示幕。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之用於測量MIMO天線系統各天線雜訊功率的裝置，其中，所述控制模組包括模數轉換器及DSP控制晶片。
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