TWI647460B - 無線通信裝置空中傳輸量測系統 - Google Patents

Abstract

一種無線通信裝置空中傳輸量測系統，包括電波暗室、待測裝置、至少一第一測試天線以及複數個第二測試天線。待測裝置具有至少一待測天線，設置於電波暗室內。第一測試天線設置於電波暗室內且距離待測裝置第一遠場距離，第一測試天線所發出的電磁波信號用以代表無線信號源提供給所述待測裝置的視線電磁波信號。複數個第二測試天線設置於電波暗室內且距離待測裝置第二遠場距離，第二遠場距離小於第一遠場距離，複數個第二測試天線所發出的電磁波用以代表無線信號源提供給待測裝置的多重路徑電磁波信號。如此，在電波暗室內的量測可以更接近實際應用情境。

Description

無線通信裝置空中傳輸量測系統

本發明有關於一種無線通信技術，且特別是一種無線通信裝置空中傳輸量測系統。

無線通信裝置必要具有天線並利用電磁波進行信息傳遞，在各種實際應用場景所得到的傳輸效能會因為電磁波傳遞特性而有明顯不同，但基於天線性能限制與產品開發成本，並無法對於各種無線通信裝置逐一在實際應用場景中實測，在電波暗室中進行空中傳輸(Over The Air，OTA)測試是較低成本的性能測試方式。

傳統上在電波暗室中進行的天線測試都是以自由空間(free space)作為參考環境，以呈現輻射場型、隔離度、增益等等參數。並且，在電波暗室中對於無線通信裝置的傳輸性能測試，也是僅適用於無反射的理想視線傳輸(Line of Sight，LOS)情況，並不符合真實應用環境的多重路徑(multi-path)效應。產品的實際使用性能相較於產品的實驗室測試經常是會有差異的，若需要得到更有接近真實應用條件的性能測試結果則需要在真實場域的空間進行測試，但由於成本過高，產業界仍需求更低成本且更高效益的測試方式。

本發明實施例提供一種無線通信裝置空中傳輸量測系統，此空中傳輸量測系統包括電波暗室、待測裝置、至少一第一測試天線以及複數個第二測試天線。待測裝置具有至少一待測天線，設置於電波暗室內。所述至少一第一測試天線設置於電波暗室內且距離待測裝置第一遠場距離，所述至少一第一測試天線與待測裝置的至少一待測天線彼此直接傳遞電磁波信號，所述至少一第一測試天線所發出的電磁波信號用以代表一個無線信號源提供給所述待測裝置的視線電磁波信號。複數個第二測試天線設置於電波暗室內且距離待測裝置第二遠場距離，所述第二遠場距離小於第一遠場距離，所述複數個第二測試天線與待測裝置的至少一待測天線彼此直接傳遞電磁波信號，所述複數個第二測試天線所發出的電磁波用以代表無線信號源提供給待測裝置的多重路徑電磁波信號。

綜上所述，有別於傳統的量測系統，本發明實施例提供的無線通信裝置空中傳輸量測系統不僅可以量測無線通信裝置其天線的遠場輻射場型，也能夠以硬體環境模擬無線通信裝置對於外部無線信號源(或無線傳輸對象)在實際應用情境的兩種信號，分別是利用第一測試天線代表視線傳輸的天線量測，與利用第二測試天線代表經過環境反射的多重路徑信號量測。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅是用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

1‧‧‧電波暗室

2‧‧‧待測裝置

21‧‧‧待測天線

31‧‧‧第一測試天線

32‧‧‧第二測試天線

4a‧‧‧多重輸入多重輸出網路分析儀

4b‧‧‧向量網路分析儀

4c‧‧‧多重輸入多重輸出基地台

5‧‧‧切換控制器

6‧‧‧轉台控制器

7‧‧‧電腦

8‧‧‧通道模擬器

9‧‧‧轉台

圖1是本發明實施例提供的無線通信裝置空中傳輸量測系統的架構圖。

圖2是本發明實施例提供的電波暗室的配置示意圖。

本發明實施例的無線通信裝置空中傳輸量測系統用以量測待測裝置的無線傳輸性能，待測裝置例如是筆記型電腦、膝上型電腦、平板電腦、一體電腦、智慧電視、小型基站、無線路由器或智慧型手機。請參照圖1與圖2，圖1是本發明實施例提供的無線通信裝置空中傳輸量測系統的架構圖，圖2是本發明實施例提供的電波暗室的配置示意圖。此無線通信裝置空中傳輸量測系統包括電波暗室1、待測裝置2、至少一個第一測試天線31以及複數個第二測試天線32。待測裝置2(一般可稱為DUT)具有至少一個待測天線21，設置於電波暗室1內，例如設置於電波暗室1內的一個轉台9。所述至少一個第一測試天線31設置於電波暗室1內且距離待測裝置2第一遠場距離d1，所述第一測試天線31與待測裝置2的待測天線31彼此直接傳遞電磁波信號，所述第一測試天線31所發出的電磁波信號用以代表一個無線信號源提供給所述待測裝置2的視線電磁波信號(Line of Sight signal，LOS signal)，以下簡稱為LOS信號。待測天線21的數量可以是複數個，且第一測試天線31的數量也可以是複數個。再者，複數個第二測試天線32設置於電波暗室1內且距離待測裝置2第二遠場距離d2，所述第二遠場距離d2小於第一遠場距離d1，所述複數個第二測試天線32與待測裝置2 的待測天線21彼此直接傳遞電磁波信號，所述複數個第二測試天線32所發出的電磁波用以代表無線信號源提供給待測裝置2的多重路徑電磁波信號(multi-path signal)，以下簡稱為MUT信號。

請繼續參考圖1，在信號與資料處理方面，此空中傳輸量測系統更包括多重輸入多重輸出(Multi-input Multi-output，MIMO)網路分析儀4a、向量網路分析儀4b、切換控制器5、轉台控制器6與電腦7。電腦7連接多重輸入多重輸出網路分析儀4a、向量網路分析儀4b與切換控制器5，控制多重輸入多重輸出網路分析儀4a、向量網路分析儀4b、切換控制器5與轉台控制器6，用以控制量測流程與擷取量測資料。轉台9連接轉台控制器6，轉台控制器6用以控制轉台9，讓擺設在轉台9上的待測裝置2可原地旋轉。多重輸入多重輸出網路分析儀4a其具有軟體定義無線電(Software-Defined Radio，SDR)以及人工智慧演算法輔助天線量測與參數分析，而向量網路分析儀4b可以是一般市售的向量網路分析儀。多重輸入多重輸出網路分析儀4a連接第一測試天線31、第二測試天線32與待測裝置2的待測天線21，其中多重輸入多重輸出網路分析儀4a可以通過通道模擬器8連接第二測試天線32，或者是不需要通道模擬器8而直接連接第二測試天線32。通道模擬器8具有對信號做相位調整、時間延遲與信號衰減等功能，通道模擬器8也可連接並受控於電腦7。向量網路分析儀4b連接第一測試天線31與待測天線21。切換控制器5連接於第一測試天線31與多重輸入多重輸出網路分析儀4a之間，且連接於第一測試天線31與向量網路分析儀4b之間，並受控於電腦7以控制第一測試天線31的切換狀況。電腦7依據其使用者介面(圖未示)的輸入指示以控制多重輸入 多重輸出網路分析儀4a的無線發射信號的相位、時間延遲與信號強度。多重輸入多重輸出網路分析儀4a的無線發射信號區分為LOS信號與MUT信號，而分別提供至第一測試天線31與第二測試天線32。再者，切換控制器5也可連接一個市售的多重輸入多重輸出基地台4c(或是無線網路存取器，Access Point)，以實際產品的收發機取代多重輸入多重輸出網路分析儀4a。

再同時參照圖1與圖2，第一測試天線31與第二測試天線32都設置為可活動的。每一個第二測試天線32相對於待測裝置2的方位為可調整的，且每一個第二測試天線32與待測裝置2的距離也為可調整的，例如第二測試天線32的位置與遠離待測裝置2的距離依據事先決定的通道模型而調整，所使用的通道模型的種類也是可以變更的，本發明並不做限制。第二測試天線32的數目例如為三個以上，這些第二測試天線32圍繞待測裝置2的四周。當工作在遠場量測情況，電波暗室1須符合遠場條件，上述的第一遠場距離與第二遠場距離皆須符合遠場條件，也就是第一遠場距離d1與第二遠場距離d2皆大於或等於2D²/λ，其中D是待測天線最大的尺寸(或天線直徑)，λ是電磁波的波長。因應第五代行動通信(5G)技術的產品與物聯網(IoT)裝置的量測需求，可分為三種量測方式：(a)被動測試：利用向量網路分析儀4b負責第一測試天線31與待測天線21之間的無線信號收發，完成傳統的天線參數量測，包括：總輻射功率(Total Radiated Power，TRP)、總全向性靈敏度(Total Isotropic Sensitivity，TIS)、等效全向輻射功率(Effective Isotropic Radiated Power，EIRP)及輻射場型(Radiation Pattern)等參數。(b)一般性主動測試：利用第一測試天線31與待測裝置2的待測 天線21做通信，多重輸入多重輸出網路分析儀4a收發非信令(non-signaling)無線信號以進行吞吐量(throughput)測試，也可切換改為利用多重輸入多重輸出基地台4c取代多重輸入多重輸出網路分析儀4a的工作，直接以既有產品進行測試，此時待測裝置2則視為終端裝置。(c)複合式主動測試：包括接收模式(Rx)與傳送模式(Tx)，且以非信令無線信號以進行吞吐量測試。接收模式(Rx)是同時使用第一測試天線31與第二測試天線32做信號發射端而對待測天線21(接收端)做無線信號傳輸。傳送模式(Tx)是讓待測天線21作為信號發射端而同時對第一測試天線31(接收端)與第二測試天線32(接收端)做無線信號傳輸。不論是接收模式(Rx)或傳送模式(Tx)，第一測試天線31與第二測試天線32有各自所代表的信號種類。以接收模式(Rx)為例，第一測試天線31是代表遠端基地台信號不經過反射的直線傳遞的LOS信號，第二測試天線32是代表來自遠端基地台訊號傳遞至待測裝置2周遭附近並經過至少一次(或多次)反射後的信號，為MUT信號。將測試天線所代表的信號源區分為兩種的原因是，對比於無線通訊產品實際在應用環境的使用情況，遠端的基地台可以直接傳送訊號至待測裝置2，但這是建立在兩者之間無屏障或阻礙物的條件下，並且除非是待測裝置2非常靠近於遠端基地台的情況，絕大多數情況下遠端基地台朝著待測裝置2方向發送信號時會有一部分信號(扣除了直線傳遞的信號都是屬於這類)必須經過至少一次反射才會達到待測裝置2，由此可知來自遠端基地台的信號是區分為LOS信號與MUT信訊號，且LOS信號僅佔遠端基地台所發出的全部信號強度的一部分，MUT信號也是僅佔遠端基地台所發出的全部信號強度的一部分，LOS信號與 MUT信號的總和可能是遠端基地台所發出全部信號的總和，或者是少於遠端基地台所發出全部信號的總和(有些信號無法到達待測裝置2)。依據待測裝置2與遠端基地台兩者的距離遠近，以及兩者之間的障礙物環境，以至於待測裝置2周遭能夠造成信號反射的環境，LOS信號與MUT信號實際上達到待測裝置2的位置讓而讓待測裝置2所接收到的信號強度、時間延遲與相位會有明顯不同。在一種示範性情況下，當通道模型要代表待測裝置2與遠端基地台之間無障礙物時，LOS信號不是零，並且依據所要模擬的環境反射情況，第一測試天線31所發出的LOS信號與第二測試天線32所發出的MUT信號這兩者的信號強度比例是可調整的，當MUT信號的強度增加則代表環境反射程度增加。在另一種示範性情況下，當通道模型要代表待測裝置2與遠端基地台之間有障礙物時，LOS信號可以是零，則只有MUT信號。這種以第一測試天線代表LOS信號，以第二測試天線代表MUT信號的方式是以硬體在(量測暗室的)空間中重建通道模型，能夠取代傳統上以軟體演算法方式模擬的通道模擬器裝置。

綜上所述，有別於傳統的量測系統，本發明實施例提供的無線通信裝置空中傳輸量測系統不僅可以量測無線通信裝置其天線的遠場輻射場型，也能夠以硬體環境模擬無線通信裝置對於外部無線信號源(或無線傳輸對象)在實際應用情境的兩種信號，分別是利用第一測試天線代表視線傳輸的天線量測，與利用第二測試天線代表經過環境反射的多重路徑信號量測。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

Claims (8)

1. 一種無線通信裝置空中傳輸量測系統，包括：一電波暗室；一待測裝置，具有複數個待測天線，設置於該電波暗室內；至少一第一測試天線，設置於該電波暗室內且距離該待測裝置一第一遠場距離，該至少一第一測試天線與該待測裝置的該些待測天線彼此直接傳遞電磁波信號，該至少一第一測試天線所發出的電磁波信號用以代表一無線信號源提供給該待測裝置的一視線電磁波信號，其中該視線電磁波信號不是零；複數個第二測試天線，設置於該電波暗室內且距離該待測裝置一第二遠場距離，該第二遠場距離小於該第一遠場距離，該些第二測試天線與該待測裝置的該些待測天線彼此直接傳遞電磁波信號，該些第二測試天線所發出的電磁波用以代表該無線信號源提供給該待測裝置的一多重路徑電磁波信號，其中該些第二測試天線的數目為三個以上，該些第二測試天線圍繞該待測裝置的四周；一多重輸入多重輸出網路分析儀，連接該至少一第一測試天線、該些第二測試天線與該待測裝置的該些待測天線，該多重輸入多重輸出網路分析儀具有一軟體定義無線電；一向量網路分析儀，連接該至少一第一測試天線與該待測裝置的該些待測天線；一切換控制器，連接於該至少一第一測試天線與該多重輸入多重輸出網路分析儀之間，且連接於該至少一第一測試天線與該向量網路分析儀之間，用以控制該至少一第一測試天線的切換狀況；以及 一電腦，連接該多重輸入多重輸出網路分析儀、該向量網路分析儀與該切換控制器，控制該多重輸入多重輸出網路分析儀、該向量網路分析儀與該切換控制器，用以擷取量測資料，其中該電腦依據一使用者介面的一輸入指示以控制該多重輸入多重輸出網路分析儀的無線發射信號的相位、時間延遲與信號強度，該無線發射信號區分為該視線電磁波信號與該多重路徑電磁波信號，用以分別提供至該至少一第一測試天線與該些第二測試天線。
2. 根據請求項第1項所述之無線通信裝置空中傳輸量測系統，更包括一通道模擬器，該多重輸入多重輸出網路分析儀通過該通道模擬器連接該些第二測試天線。
3. 根據請求項第1項所述之無線通信裝置空中傳輸量測系統，更包括一轉台與一轉台控制器，該待測裝置設置於該電波暗室內的該轉台，該轉台連接該轉台控制器，該轉台控制器連接該電腦。
4. 根據請求項第1項所述之無線通信裝置空中傳輸量測系統，其中該向量網路分析儀用以量測總輻射功率、總全向性靈敏度、等效全向輻射功率及輻射場型。
5. 根據請求項第1項所述之無線通信裝置空中傳輸量測系統，其中該多重輸入多重輸出網路分析儀收發非信令無線信號以進行吞吐量測試。
6. 根據請求項第1項所述之無線通信裝置空中傳輸量測系統，其中每一個該第二測試天線相對於該待測裝置的位置為可調整的，且每一個該第二測試天線與該待測裝置的距離為可調整的。
7. 根據請求項第1項所述之無線通信裝置空中傳輸量測系統，其中該些第二測試天線的位置與遠離該待測裝置的距離依據一通道 模型而調整。
8. 根據請求項第1項所述之無線通信裝置空中傳輸量測系統，其中該待測裝置是筆記型電腦、膝上型電腦、平板電腦、一體電腦、智慧電視、小型基站、無線路由器或智慧型手機。