WO2023022632A1 - Устройство для эмуляции антенны, поддерживающей калибровку каналов - Google Patents

Устройство для эмуляции антенны, поддерживающей калибровку каналов Download PDF

Info

Publication number
WO2023022632A1
WO2023022632A1 PCT/RU2022/050256 RU2022050256W WO2023022632A1 WO 2023022632 A1 WO2023022632 A1 WO 2023022632A1 RU 2022050256 W RU2022050256 W RU 2022050256W WO 2023022632 A1 WO2023022632 A1 WO 2023022632A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
calibration
main
signals
antenna
amplitude
Prior art date
Application number
PCT/RU2022/050256
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Роман Олегович МАСЛЕННИКОВ
Алексей Юрьевич ТРУШАНИН
Сергей Александрович ТИХОНОВ
Ярослав Петрович ГАГИЕВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Радио Гигабит" (Ооо "Радио Гигабит")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Радио Гигабит" (Ооо "Радио Гигабит") filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Радио Гигабит" (Ооо "Радио Гигабит")
Publication of WO2023022632A1 publication Critical patent/WO2023022632A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06G—ANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/48—Analogue computers for specific processes, systems or devices, e.g. simulators
    • G06G7/62—Analogue computers for specific processes, systems or devices, e.g. simulators for electric systems or apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture

Definitions

  • the present invention relates to the field of measurement and test equipment, which is designed to emulate the operation of multi-element antenna systems.
  • the invention relates to devices for testing algorithms for calibrating the parameters of transceiver channels to various antenna elements of a multi-element antenna system.
  • Modern radio communication systems often use multiple antennas to form a steerable narrow beam pattern or to spatially multiplex multiple signals carrying parallel information streams.
  • LTE Long Term Evolution
  • NR New Radio
  • each channel under consideration includes a corresponding transmit or receive channel of the RF module, a cable connecting the interfaces of the RF module and the antenna, and a feed line to the antenna element inside the antenna.
  • the purpose of calibration is to measure phase differences, group delays and amplitude ratios between channels and their subsequent compensation in the BS digital module, or to take into account when determining the amplitude and phase coefficients in the beamforming matrix of a multi-element antenna.
  • Differences in amplitudes, phases and group delays between the transmit channels of the antenna elements are determined by analyzing the signal received from the calibration channel, applying a test signal to the antenna elements in series, or using a set of test signals for different antenna elements, which can be one way or another distinguished by the calibration algorithm.
  • Calibration of the receiving channels of antenna elements is carried out in a similar way.
  • the test signal is transmitted through a single calibration transmitting channel, branches out with the same amplitudes, phases and delays, and is added to the received signals directly after the antenna elements.
  • the added test signal passes through various receiving channels of the antenna elements and enters the receiver. Differences in amplitudes, phases and group delays between the receive channels of the antenna elements are determined by analyzing the received test signals.
  • the calibration algorithm described above is often an integral part of the aircraft and, therefore, requires a special test methodology and appropriate test equipment capable of emulating signal propagation between the output interfaces of the aircraft transmitter (input interfaces of the antenna elements of the aircraft antenna) and the input interfaces of the subscriber unit (AU) receiver (output interfaces of the antenna elements of the AU antenna).
  • the emulated effects include beamforming a multi-element aircraft antenna, propagation of a signal emitted by an aircraft antenna through a radio channel, and beamforming an AU antenna to receive a signal that has passed through a radio channel.
  • System and method for emulating a multiple input, multiple output transmission channel discloses a device for emulating a distribution channel, which is a matrix signal processor with N inputs and M outputs. Each of the N outputs can be divided into M parallel channels, each of which can be attenuated and phase rotated, after which the signals can be combined into groups of N to form M emulator outputs.
  • N inputs of the described emulator can be connected to N output interfaces of the BS transmitter intended for connection of N BS antenna elements.
  • the M outputs of the emulator can be connected to the M input interfaces of the receivers of one or more AUs.
  • the amplitude and phase coefficients in the channels of the emulator must be set so that, being connected to the BS and AU interfaces, the emulator accurately reproduces the generated radiation patterns and other parameters of the physical signal propagation.
  • these coefficients should take into account possible phase uncertainties in the input or output RF modules of the emulator, as well as in the cables used to connect the emulator to the BS and AU.
  • the antenna system may not be defined, or a large number of different antenna systems may need to be supported.
  • the claimed invention is a device designed for connection to transceiver equipment and emulating the operation of a multi-element antenna with a channel calibration function.
  • the device is used to test, verify and measure the accuracy of the calibration algorithms built into the transceiver equipment.
  • the technical result of the claimed invention is expressed in the possibility of using simpler methods for testing channel calibration algorithms for antenna elements of a multi-element antenna, compared to traditional approaches based on antenna pattern or near-field measurements.
  • the use of the claimed invention also makes it possible to automate the process of testing transceiver equipment, which is required to support a large number of antenna systems.
  • the specified technical result is achieved through the use in the device for emulating an antenna that supports the calibration of the channels of the main connectors, which are the inputs of the device and the calibration connector, which is the output of the device, the main connectors, which are the outputs of the device and the calibration connector, which is the input of the device, at least two change units amplitude, applying an additional phase rotation and applying an additional group delay to the main signals, a block for summing at least two main signals after changing the amplitude, an additional phase rotation and an additional group delay, a block for measuring the amplitude ratio, phase difference and mutual group delays between two or more main signals after changing the amplitude, additional phase rotation and additional group delay, a block for generating at least two main signals emulating the received signals at the antenna, at least two blocks adding a calibration signal received from the input connector and at least two amplitude change blocks, applying additional phase rotation and applying additional group delay to the two main signals after adding the calibration signal to them.
  • the claimed device can perform two independent, but related functions: emulation of the antenna operation in the calibration mode of the transmitting channels and emulation of the operation of the antenna in the calibration mode of the receiving channels.
  • the device includes: (a) at least two main connectors, which are inputs of the device, emulating the main input connectors of the antenna system and intended for connection to the main output interfaces of the transceiver of the communication system; (b) at least two blocks of changing the amplitude, applying an additional phase rotation and applying an additional group delay to the main signals received from at least two main connectors that are inputs to the device; (c) a summation block of at least two main signals after amplitude change, additional phase rotation and additional group delay to generate an output calibration signal; (d) a block for measuring the ratio of amplitudes, phase difference and mutual group delays between two or more main signals after amplitude change, additional phase rotation and additional group delay; (e) calibration connector, which is the output of the device, emulating the output calibration connector of the antenna system, designed to connect to the input calibration interface of the transceiver of the communication system, and used to transmit the output calibration signal.
  • the device includes: (a) a calibration connector, which is the input of the device, emulating the input calibration connector of the antenna system and intended for connection to the output calibration interface of the communication system transceiver; (b) a block for generating at least two main signals emulating received signals on an antenna supporting channel calibration; (c) at least two blocks for adding the calibration signal received from the input calibration connector to each of the at least two generated main signals; (d) At least two blocks of changing the amplitude, applying an additional phase rotation and applying an additional group delay to at least two main signals after adding a calibration signal to them in order to form at least two main signals at the output connectors; (e) at least two main connectors, which are outputs of the device, emulating the main output connectors of the antenna system and used to connect to the main input interfaces of the communication system transceiver.
  • the input and output main connectors in the first and second devices are respectively connected to the bidirectional interfaces of the transceiver of the communication system using circulators.
  • the output and input calibration connectors in the first and second device are connected to the bidirectional calibration interface of the communication transceiver using a circulator.
  • Specific device implementations include an interface for specifying the amplitude change factor, the amount of additional phase rotation, or the amount of additional group delay for two or more signals in the first and second devices, respectively.
  • Specific implementations of the first device for emulating the calibration of the transmit channels include an interface for outputting measured ratios of amplitudes, phase differences, and mutual group delays between two or more signals.
  • Specific implementations of the second device for emulating the calibration of the receiving channels include an interface for setting the parameters of the generated signals.
  • Specific implementations of the first device for emulating the calibration of the transmitting channels differ in that the ratios of amplitudes, phase differences and mutual group delays between two or more signals are measured as a function of frequency.
  • Fig. 1 - a device for emulating the operation of a multi-element antenna in the calibration mode of the transmitting channels.
  • Fig. 2 - a device for emulating the operation of a multi-element antenna in the calibration mode of the receiving channels.
  • 105 - calibration connector which is the output of the device; 106 - summation block of at least two main signals;
  • the device (100) contains two or more input interfaces, the number of which corresponds to the number of independent antenna elements in the emulated multi-element antenna system.
  • the specific implementation of the device contains two main connectors, which are the inputs of the device (101) and (102). These connectors emulate the input interfaces of a two-element antenna system and are designed to connect to the corresponding output interfaces of a transceiver.
  • Blocks (103) and (104) have a similar design and, in the general case, differ in the values of the measurements introduced into the signal. Amplitude changes, phase rotation and the application of additional delay emulate the possible presence of imbalances in the supply lines of the antenna system connected to different antenna elements. In addition, the changes made to the signal by blocks (103) and (104) can emulate differences in cable lines between the transceiver and the antenna system, transmitting signals from various antenna elements that may be present in real communication systems, but not in the test setup.
  • the signals at the output of blocks (103) and (104) thus emulate the signals emitted from the antenna elements of the antenna system.
  • These signals are assigned to subsequent summation and formation of a calibration signal in the summation unit of at least two main signals (106), which corresponds to the operation of the calibration channel in real antenna systems with a channel calibration function.
  • the calibration signal from the output of the summation unit of at least two main signals (106) is fed to the calibration connector, which is the output of the device (105), which emulates the calibration interface of the antenna system. It is assumed that the calibration connector, which is the output of the device (105), is connected to the calibration channel interface of the transceiver.
  • a block for measuring the ratio of amplitudes, phase difference and mutual group delays between two or more main signals (107) which receives signals from the outputs of blocks (103) and (104), which emulate signals on antenna elements of the antenna system.
  • the transceiver is configured to transmit the same data stream to all antenna elements with the optional use of beam-forming amplitude-phase vectors.
  • the block for measuring the ratio of amplitudes, phase difference and mutual group delays between two or more main signals (107) measures the mutual ratio of the amplitudes of two input signals, their phase difference and the mutual group delay of one input signal relative to the other.
  • the device (200) contains a calibration connector, which is the input of the device (205), emulating the calibration interface of the antenna system. It is assumed that the calibration connector, which is the input of the device (205), is connected to the calibration channel interface of the transceiver.
  • the device (200) also contains a signal generation unit that emulates the received signals on the antenna elements (208), the number of which corresponds to the number of independent antenna elements in the emulated multi-element antenna system.
  • the specific implementation of the device involves the generation of two signals.
  • the generated signals emulate the received signals on the antenna elements of the antenna system.
  • the generated signals are fed to the input of the blocks for adding a calibration signal to the generated signals (206) and (207), which mix the calibration signal received from the calibration connector, which is the input of the device (205), to them.
  • the operation of the units for adding the calibration signal to the generated signals (206) and (207) thus corresponds to the operation of the calibration channel in real antenna systems with a channel calibration function.
  • the signals from the outputs of the blocks for adding a calibration signal to the generated signals (206) and (207) are fed to the input of the blocks for changing the amplitude, applying an additional phase rotation and applying an additional group delay (203) and (204), respectively.
  • the blocks for changing the amplitude, applying an additional phase rotation and applying an additional group delay (203) and (204) have a similar design and, in the general case, differ in the values of the measurements introduced into the signal. Amplitude changes, phase rotation and the application of additional delay emulate the possible presence of imbalances in the supply lines of the antenna system connected to different antenna elements.
  • the changes made to the signal by the amplitude change, additional phase rotation, and additional group delay applications (203) and (204) may emulate the differences in cable lines between the transceiver and the antenna system transmitting signals from different antenna elements that may be present. in real communication systems, but absent in the test setup.
  • the signals from the outputs of the blocks for changing the amplitude, applying an additional phase rotation and applying an additional group delay (203) and (204) are fed to the main connectors, which are the outputs of the device (201) and (202), emulating the output interfaces of a two-element antenna system and intended for connection to corresponding input interfaces of the transceiver.
  • Testing and measuring the accuracy of the algorithm for calibrating the receiving channels is assumed by analyzing the differences in the amplitudes and phases of the frequency-dependent channel estimates obtained by the transceiver when receiving the given signals generated by the generation unit, emulating the received signals on the antenna elements (208).
  • the main connectors that are inputs of the device (101) and (102) and the main connectors that are outputs of the device (201) and (202) are connected to bidirectional transceiver interfaces designed to connect an antenna system through a set of two or more circulators.
  • the calibration connector that is the output of the device (105) and the calibration connector that is the input of the device (205) are connected to the bidirectional calibration interface of the transceiver using a circulator.
  • devices (100) and (200) include an interface for specifying the amplitude change factor, the amount of additional phase rotation, or the amount of additional group delay in blocks (103), (104), (203) and (204).
  • Specific implementations of the device (100) include an interface for outputting amplitude ratios, phase differences, and mutual group delays between two or more signals measured by block (107).
  • Specific implementations of the device (200) include an interface for setting the parameters generated by the block (208) signals.
  • blocks (103), (104), (106), (107), (203), (204), (206), (207) and (208) are made using digital signal processing algorithms in the corresponding digital module, and the main connectors, which are the inputs of the device (101), (102), the calibration connector, which is the input of the device (205), include the analog-to-digital conversion stage and the calibration connector, which is the output of the device (105), the main connectors, which are the outputs of the device (201), (202) include the stage of digital-to-analog conversion.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области измерительного и тестового оборудования, которое предназначено для эмуляции работы многоэлементных антенных систем. Устройство для эмуляции антенны содержит поддерживающую калибровку каналов основных разъемов, блоки изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки к основным сигналам, блока суммирования основных сигналов после изменения амплитуды, блока измерения отношения амплитуд, разности фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более основными сигналами после изменения амплитуды, блока генерации основных сигналов, эмулирующих принимаемые сигналы на антенне, блоки добавления калибровочного сигнала, калибровочный разъем, что позволяет автоматизировать процесс тестирования приемопередающего оборудования, от которого требуется поддержка большого числа вариантов антенных систем.

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭМУЛЯЦИИ АНТЕННЫ, ПОДДЕРЖИВАЮЩЕЙ КАЛИБРОВКУ КАНАЛОВ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к области измерительного и тестового оборудования, которое предназначено для эмуляции работы многоэлементных антенных систем. В частности, изобретение относится к устройствам тестирования алгоритмов калибровки параметров приемопередающих каналов к различным антенным элементам многоэлементной антенной системы.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Современные системы радиосвязи часто используют многоэлементные антенны для формирования управляемого узкого луча диаграммы направленности или для пространственного мультиплексирования нескольких сигналов, несущих параллельные потоки информации. В частности, в системах мобильной связи четвертого поколения Long Term Evolution (LTE) и пятого поколения New Radio (NR) широко распространено использование антенн с 4 и более элементами на базовых станциях (БС) сети радиодоступа.
При использовании многоэлементных антенн в системах мобильной связи также часто требуется осуществлять калибровку амплитудных, фазовых соотношений и групповых задержек, между каналами, соответствующими различным антенным элементам БС при инициализации или в процессе работы приемопередающего устройства. Каждый рассматриваемый канал включает соответствующий передающий или приемный канал радиочастотного модуля, кабель, соединяющий интерфейсы радиочастотного модуля и антенны, и подводящую линию к антенному элементу внутри антенны. Целью калибровки является измерение разностей фаз, групповых задержек и соотношений амплитуд между каналами и их последующая компенсация в цифровом модуле БС, либо учет при определении амплитудных и фазовых коэффициентов в матрице формирования диаграммы направленности многоэлементной антенны.
Патент Великобритании 2,342,505, опубл. 12.04.2000, «Antenna array calibration», патентная заявка ЕПВ 1 ,178,562, опубл. 06.02.2002, «Antenna array calibration» и патент США 6,747,595, опубл. 08.06.2004, «Array antenna calibration apparatus and array antenna calibration method» раскрывают способы выполнения калибровки антенны и приемопередающих каналов, а также соответствующие калибровочные устройства. Основной отличительной особенностью данных способов является использование тестового сигнала или тестовых сигналов, добавляемых передатчиком в передающие каналы антенных элементов. После прохождения через каналы антенных элементов тестовые сигналы отводятся непосредственно от излучающих элементов антенны и синфазно, с равными амплитудами и задержками объединяются в единственный калибровочный приемный канал, который возвращается в передатчик. Различия в амплитудах, фазах и групповых задержках между передающими каналами антенных элементов определяются посредством анализа сигнала, принятого с калибровочного канала, при последовательной подаче тестового сигнала на антенные элементы, либо при использовании набора тестовых сигналов для различных антенных элементов, которые могут быть тем или иным образом различены алгоритмом калибровки.
Калибровка приемных каналов антенных элементов производится аналогично. Тестовый сигнал передается через единственный калибровочный передающий канал, разветвляется с сохранением амплитуд, фаз и задержек и добавляются к принимаемым сигналам непосредственно после антенных элементов. Добавленный тестовый сигнал проходит через различные приемные каналы антенных элементов и попадает в приемник. Различия в амплитудах, фазах и групповых задержках между приемными каналами антенных элементов определяются посредством анализа принятых тестовых сигналов.
В патенте США 9,246,607, опубл. 26.01.2016, «Automatic phase calibration» раскрывается способ автоматической калибровки фазовых соотношений между копиями сигналов, соответствующих различным путям распространения сигнала в тестовом оборудовании, что, в частности, применимо и к параллельным каналам обработки сигнала в эмуляторе канала. Калибровка выполняется посредством анализа амплитуды объединенного сигнала на выходе эмулятора. В частности, если при манипуляции фазовыми коэффициентами удается найти максимум выходной амплитуды, то текущий набор коэффициентов должен рассматриваться, как соответствующий синфазному сложению сигналов.
Описанный выше алгоритм калибровки часто является неотъемлемой частью ВС и, поэтому, требует специальной методики тестирования и соответствующего тестового оборудования, способном эмулировать распространение сигнала между выходными интерфейсами передатчика ВС (входными интерфейсами антенных элементов антенны ВС) и входными интерфейсами приемника абонентского устройства (АУ) (выходными интерфейсами антенных элементов антенны АУ). Эмулируемые эффекты включают формирование диаграммы направленности многоэлементной антенны ВС, распространение сигнала, излученного антенной ВС, через радиоканал и формирование диаграммы направленности антенны АУ для приема сигнала, прошедшего через радиоканал. В патенте США 7,154,959, опубл. 26.12.2006, «System and method for emulating a multiple input, multiple output transmission channel» раскрывается устройство для эмуляции канала распространения, представляющее собой матричный обработчик сигналов с N входами и М выходами. Каждый из N выходных сигналов может быть разделен на М параллельных каналов, к каждому из которых могут применяться амплитудное затухание и фазовый поворот, после чего сигналы могут быть объединены в группы по N для формирования М выходных сигналов эмулятора. N входов описанного эмулятора могут быть соединены с N выходными интерфейсами передатчика БС, предназначенными для подключения N антенных элементов БС. М выходов эмулятора могут быть соединены с М входными интерфейсами приемников одного или нескольких АУ.
В патентной заявке США 2008,0114,580, опубл. 15.05.2008, «MIMO channel simulator», выбранной за прототип заявленного изобретения, раскрывается аналогичное устройство.
Амплитудные и фазовые коэффициенты в каналах эмулятора должны быть заданы так, чтобы, будучи подключенным к интерфейсам БС и АУ, эмулятор точно воспроизводил формируемые диаграммы направленности и другие параметры физического распространения сигнала. В частности, данные коэффициенты должны учитывать возможные фазовые неопределенности во входных или выходных радиочастотных модулях эмулятора, а также в кабелях, используемых для подключения эмулятора к БС и АУ.
На этапе разработки и тестирования оборудования и программного обеспечения БС антенная система может быть не определена или может требоваться поддержка большого числа различных антенных систем. Кроме этого, даже при наличии антенной системы в лаборатории необходимо верифицировать корректность учета оцененных различий в амплитудах, фазах и групповых задержках, что, как правило, требует трудоемких измерений в безэховой камере или специального оборудования для проведения измерений в ближнем поле антенны.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявленным изобретением является устройство, предназначенное для подключения к приемопередающему оборудованию и эмулирующее работу многоэлементной антенны с функцией калибровки каналов. Устройство служит для тестирования, верификации и измерения точности работы алгоритмов калибровки, встроенных в приемопередающее оборудование.
Технический результат заявленного изобретения выражается в возможности использования более простых способов тестирования алгоритмов калибровки каналов к антенным элементам многоэлементной антенны, по сравнению с традиционными подходами, основанными на измерениях диаграмм направленности или ближнего поля антенны. Использование заявленного изобретения также позволяет автоматизировать процесс тестирования приемопередающего оборудования, от которого требуется поддержка большого числа вариантов антенных систем.
Указанный технический результат достигается за счет использования в устройстве для эмуляции антенны, поддерживающей калибровку каналов основных разъемов, являющихся входами устройства и калибровочного разъема, являющегося выходом устройства, основных разъемов, являющихся выходами устройства и калибровочного разъема, являющегося входом устройства, по меньшей мере двух блоков изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки к основным сигналам, блока суммирования по меньшей мере двух основных сигналов после изменения амплитуды, дополнительного поворота фазы и дополнительной групповой задержки, блока измерения отношения амплитуд, разности фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более основными сигналами после изменения амплитуды, дополнительного поворота фазы и дополнительной групповой задержки, блока генерации по меньшей мере двух основных сигналов, эмулирующих принимаемые сигналы на антенне, по меньшей мере двух блоков добавления калибровочного сигнала, принятого с входного разъема и по меньшей мере двух блоков изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки к двум основным сигналам после добавления к ним калибровочного сигнала.
Заявленное устройство может выполнять две независимые, но связанные по назначению функции: эмуляция работы антенны в режиме калибровки передающих каналов и эмуляция работы антенны в режиме калибровки приемных каналов.
Для эмуляции работы многоэлементной антенны в режиме калибровки передающих каналов, устройство включает: (а) по меньшей мере два основных разъема, являющихся входами устройства, эмулирующие основные входные разъемы антенной системы и предназначенные для подключения к основным выходным интерфейсам приемопередатчика системы связи; (б) по меньшей мере два блока изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки к основным сигналам, принятым с, по меньшей мере, двух основных разъемов, являющихся входами устройства; (в) блок суммирования по меньшей мере двух основных сигналов после изменения амплитуды, дополнительного поворота фазы и дополнительной групповой задержки для формирования выходного калибровочного сигнала; (г) блок измерения отношения амплитуд, разности фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более основными сигналами после изменения амплитуды, дополнительного поворота фазы и дополнительной групповой задержки; (д) калибровочный разъем, являющийся выходом устройства, эмулирующий выходной калибровочный разъем антенной системы, предназначенный для подключения к входному калибровочному интерфейсу приемопередатчика системы связи, и используемый для передачи выходного калибровочного сигнала.
Для эмуляции работы многоэлементной антенны в режиме калибровки приемных каналов, устройство включает: (а) калибровочный разъем, являющийся входом устройства, эмулирующий входной калибровочный разъем антенной системы и предназначенный для подключения к выходному калибровочному интерфейсу приемопередатчика системы связи; (б) блок генерации по меньшей мере двух основных сигналов, эмулирующих принимаемые сигналы на антенне, поддерживающей калибровку каналов; (в) по меньшей мере два блока добавления калибровочного сигнала, принятого с входного калибровочного разъема, к каждому из по меньшей мере двух сгенерированных основных сигналов; (г) По меньшей мере два блока изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки к по меньшей мере двум основным сигналам после добавления к ним калибровочного сигнала с целью формирования по меньшей мере двух основных сигналов на выходных разъемах; (д) по меньшей мере два основных разъема, являющихся выходами устройства, эмулирующие основные выходные разъемы антенной системы и используемые для подключения к основным входным интерфейсам приемопередатчика системы связи.
В конкретной реализации устройств входные и выходные основные разъемы в первом и втором устройстве соответственно подключены к двунаправленным интерфейсам приемопередатчика системы связи при помощи циркуляторов.
В конкретной реализации устройств выходной и входной калибровочные разъемы в первом и втором устройстве соответственно подключены к двунаправленному калибровочному интерфейсу приемопередатчика системы связи при помощи циркулятора.
Конкретные реализации устройств включают интерфейс для задания коэффициента изменения амплитуды, величины дополнительного поворота фазы или величины дополнительной групповой задержки для двух и более сигналов по в первом и втором устройстве соответственно.
Конкретные реализации первого устройства для эмуляции калибровки передающих каналов включают интерфейс для вывода измеренных отношений амплитуд, разностей фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более сигналами.
Конкретные реализации второго устройства для эмуляции калибровки приемных каналов включают интерфейс для задания параметров генерируемых сигналов. Конкретные реализации первого устройства для эмуляции калибровки передающих каналов отличаются тем, что отношения амплитуд, разности фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более сигналами измеряются в виде функции частоты.
В конкретных реализациях устройств по меньшей мере два блока изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки к основным сигналам, блок суммирования по меньшей мере двух основных сигналов после изменения амплитуды, дополнительного поворота фазы и дополнительной групповой задержки, блок измерения отношения амплитуд, разности фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более основными сигналами после изменения амплитуды, дополнительного поворота фазы и дополнительной групповой задержки, блок генерации по меньшей мере двух основных сигналов, эмулирующих принимаемые сигналы на антенне, по меньшей мере два блока добавления калибровочного сигнала, принятого с входного разъема и по меньшей мере два блока изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки к двум основным сигналам после добавления к ним калибровочного сигнала реализованы с помощью алгоритмов цифровой обработки сигнала в соответствующем цифровом модуле, а основные разъемы, являющиеся входами устройства и калибровочный разъем, являющийся выходом устройства, дополнительно содержат блок аналого-цифрового преобразования и основные разъемы, являющиеся выходами устройства и калибровочный разъем, являющийся входом устройства дополнительно содержат блок цифро-аналогового преобразования.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из ниже следующего описания реализации заявленного технического решения и чертежей, на которых показано:
Фиг. 1 - устройство для эмуляции работы многоэлементной антенны в режиме калибровки передающих каналов.
Фиг. 2 - устройство для эмуляции работы многоэлементной антенны в режиме калибровки приемных каналов.
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:
100 - устройство для эмуляции антенны в режиме калибровки передающих каналов;
101 , 102 - основные разъемы, являющиеся входами устройства;
103, 104 - блоки изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки;
105 - калибровочный разъем, являющийся выходом устройства; 106 - блок суммирования по меньшей мере двух основных сигналов;
107 - блок измерения отношения амплитуд, разности фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более основными сигналами;
200 - устройство для эмуляции антенны в режиме калибровки приемных каналов;
201 , 202 - основные разъемы, являющиеся выходами устройства;
203, 204 - блоки изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки;
205 - калибровочный разъем, являющийся входом устройства;
206, 207 - блоки добавления калибровочного сигнала к сгенерированным сигналам;
208 - блок генерации сигналов, эмулирующих принимаемые сигналы на антенных элементах.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приводится описание устройства (100), предназначенного для эмуляции работы многоэлементной антенны в режиме калибровки передающих каналов.
Устройство (100) содержит два или более входных интерфейса, количество которых соответствует количеству независимых антенных элементов в эмулируемой многоэлементной антенной системе. Конкретная реализация устройства содержит два основных разъема, являющихся входами устройства (101) и (102). Данные разъемы эмулируют входные интерфейсы двухэлементной антенной системы и предназначены для подключения к соответствующим выходным интерфейсам приемопередающего устройства.
Сигналы, полученные с основных разъемов, являющихся входами устройства (101) и (102), подаются на блоки изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки (103) и (104). Блоки (103) и (104) имеют аналогичное устройство и, в общем случае, отличаются величинами вносимых измерений в сигнал. Изменения амплитуды, поворот фазы и применение дополнительной задержки эмулируют возможное наличие дисбалансов в подводящих линиях антенной системы, подключенных к различным антенным элементам. Кроме этого, изменения, внесенные в сигнал блоками (103) и (104), могут эмулировать различия в кабельных линиях между приемопередатчиком и антенной системой, передающих сигналы различных антенных элементов, которые могут присутствовать в реальных системах связи, но отсутствовать в тестовой установке.
Сигналы на выходе блоков (103) и (104), тем самым, эмулируют сигналы, излучаемые с антенных элементов антенной системы. Данные сигналы отводятся для последующего суммирования и формирования калибровочного сигнала в блоке суммирования по меньшей мере двух основных сигналов (106), что соответствует работе калибровочного канала в реальных антенных системах с функцией калибровки каналов. Калибровочный сигнал с выхода блока суммирования по меньшей мере двух основных сигналов (106) подается на калибровочный разъем, являющийся выходом устройства (105), эмулирующий калибровочный интерфейс антенной системы. Предполагается, что калибровочный разъем, являющийся выходом устройства (105) подключен к интерфейсу калибровочного канала приемопередатчика.
Для тестирования работы и измерения результирующей точности алгоритма калибровки каналов используется блок измерения отношения амплитуд, разности фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более основными сигналами (107), принимающий сигналы с выходов блоков (103) и (104), которые эмулируют сигналы на антенных элементах антенной системы. Для измерения точности калибровки предполагается, что приемопередатчик сконфигурирован в режиме передачи одинакового потока данных на все антенные элементы с опциональным применением диаграммообразующих амплитудно-фазовых векторов. Блок измерения отношения амплитуд, разности фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более основными сигналами (107) выполняет измерение взаимного отношения амплитуд двух входных сигналов, разности их фаз и взаимной групповой задержки одного входного сигнала относительно другого. Предполагается проведение всех измерений в частотной области с тем, чтобы можно было получить кривые отношения амплитуд, разностей фаз и разностей задержек как функций частоты. Последнее необходимо для тестирования и измерения точности алгоритмов, выполняющих частотно-зависимую калибровку каналов внутри полосы полезного сигнала. Для определения точности калибровки измеренные отношения амплитуд и разности фаз могут быть сравнены с заданными диаграммообразующим вектором приемопередатчика.
Ниже приводится описание устройства (200), предназначенного для эмуляции работы многоэлементной антенны в режиме калибровки приемных каналов.
Устройство (200) содержит калибровочный разъем, являющийся входом устройства (205), эмулирующий калибровочный интерфейс антенной системы. Предполагается, что калибровочный разъем, являющийся входом устройства (205) подключен к интерфейсу калибровочного канала приемопередатчика.
Устройство (200) также содержит блок генерации сигналов, эмулирующих принимаемые сигналы на антенных элементах (208), количество которых соответствует количеству независимых антенных элементов в эмулируемой многоэлементной антенной системе. Конкретная реализация устройства предполагает генерацию двух сигналов. Генерируемые сигналы эмулируют принимаемые сигналы на антенных элементах антенной системы.
Сгенерированные сигналы подаются на вход блоков добавления калибровочного сигнала к сгенерированным сигналам (206) и (207), которые подмешивают к ним калибровочный сигнал, полученный с калибровочного разъема, являющегося входом устройства (205). Работа блоков добавления калибровочного сигнала к сгенерированным сигналам (206) и (207), таким образом, соответствует работе калибровочного канала в реальных антенных системах с функцией калибровки каналов.
Сигналы с выходов блоков добавления калибровочного сигнала к сгенерированным сигналам (206) и (207) подаются на вход блоков изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки (203) и (204) соответственно. Блоки изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки (203) и (204) имеют аналогичное устройство и, в общем случае, отличаются величинами вносимых измерений в сигнал. Изменения амплитуды, поворот фазы и применение дополнительной задержки эмулируют возможное наличие дисбалансов в подводящих линиях антенной системы, подключенных к различным антенным элементам. Кроме этого, изменения, внесенные в сигнал блоками изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки (203) и (204), могут эмулировать различия в кабельных линиях между приемопередатчиком и антенной системой, передающих сигналы различных антенных элементов, которые могут присутствовать в реальных системах связи, но отсутствовать в тестовой установке.
Сигналы с выходов блоков изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки (203) и (204) подаются на основные разъемы, являющиеся выходами устройства (201) и (202), эмулирующие выходные интерфейсы двухэлементной антенной системы и предназначенные для подключения к соответствующим входным интерфейсам приемопередающего устройства.
Тестирование и измерение точности работы алгоритма калибровки приемных каналов предполагается посредством анализа различий в амплитудах и фазах частотнозависимых оценок канала, полученных приемопередающим устройством при приеме заданных генерируемых блоком генерации сигналов, эмулирующих принимаемые сигналы на антенных элементах (208).
В конкретных реализациях, требующих одновременного тестирования или измерения точности работы алгоритмов калибровки передающих каналов и приемных каналов, основные разъемы, являющиеся входами устройства (101) и (102) и основные разъемы, являющиеся выходами устройства (201) и (202) подключены к двунаправленным интерфейсам приемопередатчика, предназначенным для подключения антенной системы, через набор из двух или более циркуляторов.
Аналогично, в конкретных реализациях калибровочный разъем, являющийся выходом устройства (105) и калибровочный разъем, являющийся входом устройства (205) подключены к двунаправленному калибровочному интерфейсу приемопередатчика при помощи циркулятора.
Конкретные реализации устройств (100) и (200) включают интерфейс для задания коэффициента изменения амплитуды, величины дополнительного поворота фазы или величины дополнительной групповой задержки в блоках (103), (104), (203) и (204).
Конкретные реализации устройства (100) включают интерфейс для вывода измеренных блоком (107) отношений амплитуд, разностей фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более сигналами.
Конкретные реализации устройства (200) включают интерфейс для задания параметров генерируемых блоком (208) сигналов.
Для конкретных реализаций устройств (100) и (200) блоки (103), (104), (106), (107), (203), (204), (206), (207) и (208) выполнены с использованием алгоритмов цифровой обработки сигнала в соответствующем цифровом модуле, а основные разъемы, являющиеся входами устройства (101), (102), калибровочный разъем, являющийся входом устройства (205) включают стадию аналого-цифрового преобразования и калибровочный разъем, являющийся выходом устройства (105), основные разъемы, являющиеся выходами устройства (201), (202) включают стадию цифро-аналогового преобразования.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для эмуляции антенны, поддерживающей калибровку каналов отличающееся тем, что содержит: а. по меньшей мере два основных разъема, являющихся входами устройства, эмулирующие основные входные разъемы антенной системы и предназначенные для подключения к основным выходным интерфейсам приемопередатчика системы связи; б. по меньшей мере два блока изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки к основным сигналам, принятым с, по меньшей мере, двух основных разъемов, являющихся входами устройства; в. блок суммирования по меньшей мере двух основных сигналов после изменения амплитуды, дополнительного поворота фазы и дополнительной групповой задержки для формирования выходного калибровочного сигнала; г. блок измерения отношения амплитуд, разности фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более основными сигналами после изменения амплитуды, дополнительного поворота фазы и дополнительной групповой задержки; д. калибровочный разъем, являющийся выходом устройства, эмулирующий выходной калибровочный разъем антенной системы, предназначенный для подключения к входному калибровочному интерфейсу приемопередатчика системы связи, и используемый для передачи выходного калибровочного сигнала.
2. Устройство для эмуляции антенны, поддерживающей калибровку каналов отличающееся тем, что содержит: а. калибровочный разъем, являющийся входом устройства, эмулирующий входной калибровочный разъем антенной системы и предназначенный для подключения к выходному калибровочному интерфейсу приемопередатчика системы связи; б. блок генерации по меньшей мере двух основных сигналов, эмулирующих принимаемые сигналы на антенне, поддерживающей калибровку каналов; в. по меньшей мере два блока добавления калибровочного сигнала, принятого с входного калибровочного разъема, к каждому из по меньшей мере двух сгенерированных основных сигналов; г. По меньшей мере два блока изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки к по меньшей мере двум основным сигналам после добавления к ним калибровочного сигнала с целью формирования по меньшей мере двух основных сигналов на выходных разъемах; д. По меньшей мере два основных разъема, являющихся выходами устройства, эмулирующие основные выходные разъемы антенной системы и используемые для подключения к основным входным интерфейсам приемопередатчика системы связи.
3. Устройства по п.1 и п.2, отличающиеся тем, что входные и выходные основные разъемы соответственно подключены к двунаправленным основным интерфейсам приемопередатчика системы связи при помощи циркуляторов.
4. Устройства по п.1 и п.2, отличающиеся тем, что выходной и входной калибровочные разъемы соответственно подключены к двунаправленному калибровочному интерфейсу приемопередатчика системы связи при помощи циркулятора.
5. Устройства по п.1 или п.2, отличающиеся тем, что дополнительно содержат интерфейс для задания коэффициента изменения амплитуды, величины дополнительного поворота фазы или величины дополнительной групповой задержки для двух и более сигналов.
6. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что дополнительно содержит интерфейс для вывода измеренных отношений амплитуд, разностей фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более сигналами.
7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дополнительно содержит интерфейс для задания параметров генерируемых сигналов.
8. Устройство по п.1 , отличающиеся тем, что отношения амплитуд, разности фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более сигналами измеряются в виде функции частоты.
9. Устройства по п.1 или п.2, отличающиеся тем, что по меньшей мере два блока изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки к основным сигналам, блок суммирования по меньшей мере двух основных сигналов после изменения амплитуды, дополнительного поворота фазы и дополнительной групповой задержки, блок измерения отношения амплитуд, разности фаз и взаимных групповых задержек между двумя и более основными сигналами после изменения амплитуды, дополнительного поворота фазы и дополнительной групповой задержки, блок генерации по меньшей мере двух основных сигналов, эмулирующих принимаемые сигналы на антенне, по меньшей мере два блока добавления калибровочного сигнала, принятого с входного разъема и по меньшей мере два блока изменения амплитуды, применения дополнительного поворота фазы и применения дополнительной групповой задержки к двум основным сигналам после добавления к ним калибровочного сигнала реализованы с помощью алгоритмов цифровой обработки сигнала в соответствующем цифровом модуле, а основные разъемы, являющиеся входами устройства и калибровочный разъем, являющийся выходом устройства, дополнительно содержат блок аналого-цифрового преобразования и основные разъемы, являющиеся выходами устройства и калибровочный разъем, являющийся входом устройства дополнительно содержат блок цифро-аналогового преобразования.
PCT/RU2022/050256 2021-08-19 2022-08-19 Устройство для эмуляции антенны, поддерживающей калибровку каналов WO2023022632A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021124622A RU2768914C1 (ru) 2021-08-19 2021-08-19 Устройство для эмуляции антенны, поддерживающей калибровку каналов
RU2021124622 2021-08-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023022632A1 true WO2023022632A1 (ru) 2023-02-23

Family

ID=80820230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2022/050256 WO2023022632A1 (ru) 2021-08-19 2022-08-19 Устройство для эмуляции антенны, поддерживающей калибровку каналов

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2768914C1 (ru)
WO (1) WO2023022632A1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2318010A (en) * 1996-10-07 1998-04-08 Secr Defence Reflecting transponder for calibrating phased-array radar
RU2290659C2 (ru) * 2001-11-14 2006-12-27 Рэйтеон Компани Эмулятор поля в дальней зоне для калибровки антенны
EP1768284A1 (en) * 2005-09-22 2007-03-28 Telefonica, S.A. MIMO channel emulator
US20080114580A1 (en) * 2006-11-09 2008-05-15 Agilent Technologies, Inc. Mimo channel simulator
JP2011176873A (ja) * 2011-04-25 2011-09-08 Koden Electronics Co Ltd Ｍｉｍｏフェージングシミュレータ
RU2683023C1 (ru) * 2018-05-21 2019-03-26 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Имитатор радиоканала
US10778291B1 (en) * 2019-03-19 2020-09-15 Intelligent Fusion Technology, Inc. MIMO bolt-on device, MIMO channel emulator, and MIMO channel emulation method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2318010A (en) * 1996-10-07 1998-04-08 Secr Defence Reflecting transponder for calibrating phased-array radar
RU2290659C2 (ru) * 2001-11-14 2006-12-27 Рэйтеон Компани Эмулятор поля в дальней зоне для калибровки антенны
EP1768284A1 (en) * 2005-09-22 2007-03-28 Telefonica, S.A. MIMO channel emulator
US20080114580A1 (en) * 2006-11-09 2008-05-15 Agilent Technologies, Inc. Mimo channel simulator
JP2011176873A (ja) * 2011-04-25 2011-09-08 Koden Electronics Co Ltd Ｍｉｍｏフェージングシミュレータ
RU2683023C1 (ru) * 2018-05-21 2019-03-26 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Имитатор радиоканала
US10778291B1 (en) * 2019-03-19 2020-09-15 Intelligent Fusion Technology, Inc. MIMO bolt-on device, MIMO channel emulator, and MIMO channel emulation method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2768914C1 (ru) 2022-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109889239B (zh) 一种用于mimo ota测试的双暗室结构及测试方法
US10033473B1 (en) Systems and methods for performing multiple input, multiple output (MIMO) over-the-air testing
US10684318B1 (en) System and method for testing analog beamforming device
CN101915909B (zh) 一种对系统接收通道的幅度及相位进行校准的实现方法
JP5947978B2 (ja) アクティブアンテナシステム無線周波数インデックスの試験方法及び装置
CN101299858B (zh) 信号处理装置、方法和采用该装置的智能天线测试系统
US10935583B2 (en) Measurement system and method for performing test measurements
CN108988963B (zh) 一种测试方法、发射设备和测试设备及测试系统
CN107026695A (zh) 测试校准包括数字接口的多入多出天线阵列的系统和方法
US9967041B1 (en) Multi-antenna noise power measuring method and apparatus
JP2014512725A (ja) オーバー・ザ・エア試験
CN114024641B (zh) 基于实测数据的太赫兹mimo信道建模方法和系统
KR20140037184A (ko) Ota 시험
EP3890199A1 (en) Method and system for testing wireless performance of wireless terminal
CN106301605A (zh) 用于多信道射频通信设备的测试和/或校准的系统和方法
CN111766455B (zh) 基于口径电流法的相控阵天线方向图预测方法及系统
TW201608842A (zh) 用於測試多輸入多輸出射頻資料封包信號收發器之隱式波束成形效能之方法
CN112187385B (zh) 一种近场信道仿真测量系统和方法
US20150111507A1 (en) Millimeter wave conductive setup
US20180375550A1 (en) Simultaneous communication through multiple beams of a wireless node
CN112014651A (zh) 一种变频多通道相控阵天线的测试方法及其测试系统
CN109839543B (zh) 一种天线的幅相一致性测试系统及测试方法
RU2768914C1 (ru) Устройство для эмуляции антенны, поддерживающей калибровку каналов
CN112615681B (zh) 发射通道的幅度校准方法、装置和网络设备
CN112994768B (zh) 一种基于矩阵求逆的短距离并行无线传输系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22858842

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE