TWM508852U - 無線通訊吞吐量測試裝置 - Google Patents

Description

無線通訊吞吐量測試裝置

本創作係關於一種通訊測試裝置，尤指一種無線通訊吞吐量測試裝置。

近年來，無線網路盛行，各種無線通訊產品大量地出現，各個標榜具有更快速、更穩定、更有效率的通訊品質，然而，影響無線通訊品質的因子相當繁多，無法透過理論精細推導，因此，各廠商出貨的產品通常都必須經一道過吞吐量測試，以證明其產品的通訊品質。

一般無線通訊吞吐量測試系統至少包含一無反射室(或稱射頻暗室，radio frequency anechoic enclosure)、至少一天線及複數主機，該天線亦設置於該無反射室中，該複數主機則設置於無反射室外並與該天線連接，且分別執行數據產生、訊號收發、通道模擬等功能。測量一待測物(DUT)之吞吐量時，係將該待測物置於該無反射室中，設定該複數主機，以產生訊號，經過通道模擬後由該天線發射至該待測物，再由訊號收發之主機統計待測物之吞吐量，匯出測量結果。

上述無線通訊吞吐量測試系統有以下缺陷：

1. 使用不便，操作便利性不佳：使用者更改通道模擬環境時，必須變更衰減器、重設數據產生器，甚至天線數量等，使用者往往必須更 換硬體、分別操作各個主機，造成使用者在變更通道模擬環境時必須進行耗時費工的設定過程，操作便利性低。

2. 佔據空間：為避免背牆輻射，無反射室內所設置的天線多係採用指向型天線，因此待測物接收到訊號的強度容易受到距離影響，為維持測量精準度，通常必須維持待側物與天線相距至少3至數十公尺的距離，因此無反射室的尺寸通常約為一個實驗室的大小(5m*5m*4m以上)，相當不利於中小型公司配設。

3. 消耗能源：高增益指向型天線功率高，用電量高，十分消耗能源。

4. 其他電磁干擾問題：測試的規劃中，為避免測量系統運作時產生的電磁波影響測量精準度，天線以外的其他主機皆須設置於無反射室外，仍會受外在環境或主機之間的電磁波影響，使得訊號饋入天線之前已受干擾，仍影響測量精準度。

有鑒於現有無線通訊吞吐量測試系統有操作便利性低、佔據空間、消耗能源及受電磁干擾影響等種種缺陷，本新型係提出一種無線通訊吞吐量測試裝置，解決上述缺陷。

為達上述目的，係令該無線通訊吞吐量測試裝置包含有：一箱體，其具有一無反射室、一測試系統容置室及一組電磁隔離室；一低增益指向型天線組，係設置於該箱體的該無反射室中；一主控單元，係設置於該箱體的該測試系統容置室內，且包含有一主控制器及一可程式化控制器，該可程式化控制器具有一通道模擬模組，且該可程式化控制器與該低增益指向型天線組電連接； 一組數據產生單元，係設置於該箱體的該組電磁隔離室內，並與該主控單元的可程式化控制器電連接。

本新型無線通訊吞吐量測試裝置所具有之效果如下：

1. 一體式設計，簡化架構：本新型無線通訊吞吐量測試裝置的架構中，係由該可程式化控制器進行收發數據、通道模擬並切換天線、控制數據產生單元，減少主機數量，除可簡化系統架構、縮小體積外，亦可讓使用者可透過主控制器對可程式化控制器進行參數設定，由該可程式化控制器對數據產生單元、天線及通道模擬參數進行調整，使操作方式程式化，提升操作便利性。

2. 節省空間：低增益指向型天線組縮短了待測物與天線組之間的距離，使得無反射室的空間得以大幅降低，達到測量系統小型化之目的。

3. 減少能源耗損：低增益指向型天線組亦減少了功率消耗，節省電力。

4. 減少電磁干擾：低增益指向型天線組、主控單元、數據產生單元三者隔離，並由箱體屏蔽外部環境的電磁波，可避免個儀器之間的電磁波干擾及避免外界電磁波干擾，提升饋入天線訊號的乾淨度。

10‧‧‧箱體

102‧‧‧電腦桌

104‧‧‧輪組

12‧‧‧無反射室

14‧‧‧測試系統容置室

16‧‧‧電磁隔離室

162‧‧‧第一電磁隔離室

164‧‧‧第二電磁隔離室

20‧‧‧低增益指向型天線組

21‧‧‧低增益指向型天線

212‧‧‧底座

214‧‧‧對數周期天線

2142‧‧‧正訊號區

2144‧‧‧負訊號區

216‧‧‧外罩

218‧‧‧訊號線

32‧‧‧主控制器

34‧‧‧可程式化控制器

342‧‧‧通道模擬模組

344、345‧‧‧切換模組

42‧‧‧2.4G通訊數據產生器

44‧‧‧5G通訊數據產生器

50‧‧‧旋轉台

60‧‧‧待測物

第1圖：為本新型無線通訊吞吐量測試裝置平面示意圖。

第2圖：為本新型無線通訊吞吐量測試裝置系統方塊圖。

第3圖：為第2圖中可程式化控制器電路方塊示意圖。

第4圖：為第1圖中低增益指向型天線組之立體示意圖。

第5圖：為第4圖一平面示意圖。

第6圖：為圖1中無反射室內部平面示意圖。

以下進一步配合圖示詳細說明本新型創作內容。

請參閱第1圖及第2圖，本新型無線通訊吞吐量測試裝置包含有：一箱體10，其具有一無反射室12、一測試系統容置室14及一組電磁隔離室16，於本實施例中，該組電磁隔離室16包含一第一隔離室162及一第二隔離室164，且該箱體10進一步設有一電腦桌102，以供設置螢幕及鍵盤，箱體10底部進一步設有複數輪組104，使該箱體10可移動；一低增益指向型天線組20，係設置於該箱體10的該無反射室12中，於本實施例中，低增益指向型天線組20可較佳地為窄波束低增益超寬頻天線；一主控單元30，係設置於該箱體10的該測試系統容置室14內，且包含有一主控制器32及一可程式化控制器34，該可程式化控制器34具有一通道模擬模組342，且該可程式化控制器34與該低增益指向型天線組20電連接；一組數據產生單元40，係設置於該箱體10的該組電磁隔離室16內，並與該主控單元30的可程式化控制器34電連接，於本實施例中，該組數據產生單元40包含一2.4G通訊數據產生器42及一5G通訊數據產生器44，且該2.4G通訊數據產生器42設置於該第一隔離室162中，該5G通訊數據產生器44設置於該第二隔離室164中。

上述無線通訊吞吐量測試裝置可進一步包含一旋轉台50以盛載待測物60，該旋轉台50係設置於該箱體10的無反射室12內，並與該可程式化控制器34電連接，由該可程式化控制器34控制該旋轉台50旋轉，使待測 物60旋轉至不同的測試角度進行測試。

進行操作時，由使用者透過鍵盤等輸入工具操作該主控制器32，由主控制器32對該可程式化控制器34執行吞吐量測量，首先，該可程式化控制器34控制該2.4G通訊數據產生器42及該5G通訊數據產生器44依據各種通訊規格產生數據，並將該數據輸入可程式化控制器34的通道模擬模組342進行訊號衰減，2.4G通訊數據產生器42及5G通訊數據產生器44依據的通訊規格及協定可由使用者操作主控制器32，並透過可程式化控制器34進行設定，衰減的各項參數亦可由主控制器32對該可程式化控制器34進行設定，而衰減後的數據則輸入至該低增益指向型天線組20，由該低增益指向型天線組20發射無線訊號予待測物60，並由該可程式化控制器34檢測該待測物60所接收的無線訊號，最後由該主控制器32進行統計，進而測得該待測物60的無線訊號吞吐量。

上述操作過程中，使用者操作該可程式化控制器34便得以控制各單元運作，使整體操作程控化，提升操作便利性。

請參閱下表，為現有IEEE 802.11協定規格

上表可見，無線通訊協定已主要由SISO演進至MIMO，單天線演進為多 天線，而通訊頻帶又主要分成2.4G、5G及兩者皆相容等，因此，為符合不同協定的通訊產品，進行吞吐量測試時，必須更改收發天線的數量及2.4G、2.5G數據產生器的選用，請再進一步配合參閱第3圖，本新型創作為達到收發天線及數據產生器程控化之效果，係進一步於該可程式化控制器34中設置複數切換模組344、345，該通道模擬模組342(圖中以四通道為例，但不以此為限)透過該複數切換模組344、345分別連接至該2.4G通訊數據產生器42、該5G通訊數據產生器44及該低增益指向型天線組20(配合四通道，需採用四個低增益指向型天線21)，如此，即可由可程式化控制器34切換2.4G通訊數據產生器42及/或該5G通訊數據產生器44產生的數據輸入通道模擬模組342，並切換經過通道模擬模組342衰減的訊號輸入1至4組低增益指向型天線，以分別符合IEEE 802.11 a/b/g/n/ac的測試精神。使用者可透過程式控制選擇通訊數據規格及天線數量，操作便捷。

上述可程式化控制器34可透過如RS-232等控制埠與該主控制器32連接，由主控制器32控制可程式化控制器34的切換模組344、345及設定通道模擬模組342的各項參數。

以下進一步說明本新型創作無線通訊吞吐量測試裝置的天線設計。

為縮小無反射室的空間尺寸並維持測量精準度，本新型創作無線通訊吞吐量測試裝置進一步設計低增益指向型天線，取代傳統高增益的號角天線，其較佳之實施方式，可以窄波束低增益超寬頻天線實現。請進一步配合參閱第4圖及第5圖，為提供窄波束低增益超寬頻之特性，於本實施例中，該低增益指向型天線21包含一底座212、一對數周期天線214、一 外罩216及一訊號線218，該對數周期天線214係設置於該底座212上，該外罩216係設置於該底座212，以將該對數周期天線214設置於外罩216內，該訊號線係連接該對數周期天線214，於本實施例中，該底座212為一金屬片，該對數周期天線214包含一正訊號區2142及一負訊號區2144，該正、負訊號區2142、2144與該訊號線218電連接，調整該金屬片的尺寸及材質，可達到調整整體低增益指向型天線21的波束寬之效果，調整該對數周期天線214，則可達到調整該低增益指向型天線21增益及頻寬之效果，而依據本新型創作揭示之結構為基礎，得以調整出匹配箱體尺寸的窄波束低增益超寬頻天線。至於天線的配置，請進一步配合參閱第6圖，本實施例中係以4個低增益指向型天線陣列配設於該無反射室12的內壁面，並朝向旋轉台50及待測物60。天線配設時，需考慮天線場型間互相干擾及無反射室12的尺寸，上述低增益指向型天線可使設置待測物60之區域形成至少20cm*20cm的靜區(Quiet Zone)，並使上述箱體10的無反射室12長寬高尺寸小於2m*2m*2m，經實際實驗後，本實施例可將箱體10的長寬高之尺寸縮小為127cm*108cm*108cm，並維持20cm*20cm的靜區，使得整個箱體的長寬高尺寸可縮小至127cm*108cm*195cm，有效減小整機體積，並兼顧測量精準度。

本新型無線通訊吞吐量測試裝置的架構中，將測量參數之調整與設定接整合於該可程式化控制器中，減少主機數量，並讓使用者可透過主控制器對整機進行調整及設定，操作方式程式化，提升操作便利性。而採用新設計的低增益指向型天線組，縮短了待測物與天線組之間的距離，使得無反射室的空間得以大幅降低，達到測量系統小型化之目的，同時亦減少了功率消耗，節省電力。再者，本新型創作在硬體的空間配置上， 將低增益指向型天線組、主控單元、數據產生單元三者隔離，並由箱體屏蔽外部環境的電磁波，可避免個儀器之間的電磁波干擾及避免外界電磁波干擾，提升饋入天線訊號的乾淨度。

10‧‧‧箱體

102‧‧‧電腦桌

104‧‧‧輪組

12‧‧‧無反射室

14‧‧‧測試系統容置室

16‧‧‧電磁隔離室

162‧‧‧第一電磁隔離室

164‧‧‧第二電磁隔離室

20‧‧‧低增益指向型天線組

32‧‧‧主控制器

34‧‧‧可程式化控制器

42‧‧‧2.4G通訊數據產生器

44‧‧‧5G通訊數據產生器

50‧‧‧旋轉台

60‧‧‧待測物

Claims (10)

1. 一種無線通訊吞吐量測試裝置，係包含有：一箱體，其具有一無反射室、一測試系統容置室及一組電磁隔離室；一低增益指向型天線組，係設置於該箱體的該無反射室中；一主控單元，係設置於該箱體的該測試系統容置室內，且包含有一主控制器及一可程式化控制器，該可程式化控制器具有一通道模擬模組，且該可程式化控制器與該低增益指向型天線組電連接；一組數據產生單元，係設置於該箱體的該組電磁隔離室內，並與該主控單元的可程式化控制器電連接。
2. 如請求項1所述之無線通訊吞吐量測試裝置，其進一步包含有一旋轉台，該旋轉台係設置於該箱體的無反射室中，並與該可程式化控制器電連接。
3. 如請求項1所述之無線通訊吞吐量測試裝置，該組電磁隔離室包含一第一隔離室及一第二隔離室，該組數據產生單元包含一2.4G通訊數據產生器及一5G通訊數據產生器，且該2.4G通訊數據產生器設置於該第一隔離室中，該5G通訊數據產生器設置於該第二隔離室中。
4. 如請求項1所述之無線通訊吞吐量測試裝置，該無反射室的長寬高尺寸小於2公尺*2公尺*2公尺。
5. 如請求項1所述之無線通訊吞吐量測試裝置，該箱體進一步設置有一電腦桌，且該箱體底部設置有複數輪組。
6. 如請求項3所述之無線通訊吞吐量測試裝置，該可程式化控制器中設置有複數切換模組，且該通道模擬模組與透過該複數切換模組分別電連接至對應的該2.4G通訊數據產生器、該5G通訊數據產生器及該低增益指向型天線組。
7. 如請求項1所述之無線通訊吞吐量測試裝置，該低增益指向型天線組為窄 波束低增益超寬頻天線。
8. 如請求項1所述之無線通訊吞吐量測試裝置，該低增益指向型天線組包含複數個低增益指向型天線，各低增益指向型天線包含：一底座；一對數周期天線，係設置於底座上；一外罩，係設置於該底座上，以將該對數周期天線設置於該外罩內；一訊號線，係與該對數周期天線電連接。
9. 如請求項8所述之無線通訊吞吐量測試裝置，該底座為一金屬片。
10. 如請求項8所述之無線通訊吞吐量測試裝置，該對數周期天線包含一正訊號區及一負訊號區，且該正訊號區及負訊號區係與該訊號線電連接。