用于测试多输入多输出射频数据包信号收发器的隐式波束成形性能的方法与流程

本发明涉及测试射频(RF)数据包信号收发器受测装置(DUT)，并且具体地涉及测试多输入多输出(MIMO)DUT的隐式波束成形(implicit beamforming)性能。

许多现今的电子装置使用无线技术用于连接性和通信两种目的。因为无线装置传输以及接收电磁能量，并且因为两个或更多个无线装置可能因其信号频率和功率频谱密度而干扰彼此的运作，这些装置及其无线技术必须遵循各种无线技术标准规格。

在设计此类无线装置时，工程师附加注意要确保此类装置会符合或优于根据其所包括的无线技术所规定标准的每一项规格。此外，当这些装置之后进入量产时，其会经过测试以确保制造缺陷不会导致不适当的运作，此测试也包括是否遵循所包括的基于无线技术标准的规格。

为了在制造和装配之后测试这些装置，目前无线装置测试系统采用子系统来分析从每个装置接收的信号。此类子系统一般包括用于提供待传输至受测装置的来源信号的诸如向量信号产生器(VSG)的至少RF数据包信号传输器、以及用于接收并分析DUT所产生的信号的诸如向量信号分析器(VSA)的RF数据包信号接收器。VSG对于测试信号的产生以及VSA所执行的信号分析通常是可编程的，以便允许将各自都用于测试各种装置是否遵循具有不同频率范围、带宽以及信号调变特性的各种无线技术标准。

已采用多输入多输出(MIMO)技术(多输入(或接收)信号路径和多输出(或传输)信号路径)用于符合信号标准的使用，信号标准包括如IEEE 802.11n和IEEE 802.11ac的标准，以及蜂窝式电话信号标准，包括LTE和LTE Advanced。使用MIMO技术的装置依赖波束成形以最大化所接收信号的量值并最小化信号错误。在使用MIMO技术的测试装置中，必须判定所应用的波束成形方法(例如显式或隐式)是否依照适用的信号标准执行。

通过使用多天线来发送包并调整MIMO数据包信号之间的相位差(或“差量(delta)”)以及也许也调整量值(magnitude)差，波束成形技术可增加MIMO装置的传输(TX)信号范围，使得到达基站(或基准)天线的信号能受益于多路径相长信号干扰的功率增强。(在正交分频多任务(OFDM)信号的情况中，这些调整可以各子载波为基础而进行。)以相似的方式，接收系统MIMO数据包信号可使用多个天线以增加接收信号敏感度。

显式波束成形涉及装置与基站(或在测试环境中操作时则为测试器，且常被称为“基准”)间的信息交换，以交换关于装置与基站正在其中进行通信的无线信号路径或信道的信息。此类信息用于判定待施加于传出(outgoing)的传输(TX)信号的一个或多个相位差，以便因为多路径信号效应(例如相长及相消信号干扰)而优化在接收此类TX信号的每个天线处的功率。

隐式波束成形不涉及关于信号信道的信息交换。前提为该通道具有互易性(或对称性)，使得该信道的特性对正在通信中的两个系统(例如手持装置与基站)是一样的。因此，装置试图基于其从基准接收的信号衍生出信道模型，该装置从该信道模型计算出信号导引矩阵(signal steering matrix)并施加信号相位差至其传出的TX信号，以便因为多路径信号效应而优化该基准的接收天线处的功率。所应用(例如作为相位偏移)的相位差基于假设，即，在发出TX信号的TX电路系统与接收RX信号的RX电路系统之间，以及在其分别来往于各别天线的连接之间，装置内的MIMO信号所行经的各别TX信号和接收(RX)信号路径的有效相位长度为相等的。

理想中，信号路径的相位长度在一个或多个TX与RX集成电路I/O终端之间以及任何附加的内部TX与RX子系统之间、以及在天线连接、或端口、及I/O接脚之间会全都是一样的，使得对应的相互相位差会为零。然而，通常更有可能的是信号路径之间的这些相位差将不是零，并且可能为显著的(例如相较于零度或弧度更接近180度或π弧度)。因此，为使波束成形为有效的，这些固有相位差需以校准来补偿。例如，如果两个路径之间的相位差为15度，必须使用该相位差来计算欲以装置应用的实际相位差，以经由天线赋予合适的波束成形。

隐式波束成形比显式波束成形更有利，因为其较不耗时也较不复杂。然而，少了轻易校准装置信号路径相位差的能力，波束成形的性能将无法达到最佳。因此，意欲拥有一种用于校准使用隐式波束成形的装置、测试该装置以确保其隐式波束成形是否适当地执行、以及验证装置所提供的校准值实际上是否准确的方法。

技术实现要素：

根据所主张的本发明，一种方法经提供用于测试多输入多输出(MIMO)射频(RF)数据包信号收发器受测装置(DUT)的隐式波束成形的性能。形成用于波束成形的循序数据包信号传输的数据包信号是以选择性地变化的相位差而产生的，并经由内部RF信号路径传递至外部传输终端。合并这些经传输的数据包信号会产生经合并的数据包信号，在该经合并的数据包信号中会出现峰值功率，在峰值功率出现期间，在用于波束成形的此类循序DUT数据包信号传输之间会经诱发出特定相位差。此相位差对应于DUT的内部RF信号路径之间的RF信号相位长度的差异，并且因此指出在用于波束成形的此类循序DUT数据包信号传输之间允许最佳隐式波束成形性能所需的相移量。

根据所主张的本发明的一个实施方案，一种用于测试多输入多输出(MIMO)射频(RF)数据包信号收发器受测装置(DUT)的隐式波束成形性能的方法包括：

自该DUT接收多个循序DUT数据包信号传输，该多个循序DUT数据包信号传输至少包括第一和第二同时期序列DUT数据包信号传输，该第一和第二同时期序列分别具有第一和第二相互对应部分，该第一和第二相互对应部分具有各别相异的标称信号相位差；以及

至少合并该第一和第二同时期序列DUT数据包信号传输以提供经合并的循序DUT数据包信号传输。

根据所主张的本发明的另一个实施方案，一种用于测试多输入多输出(MIMO)射频(RF)数据包信号收发器受测装置(DUT)的隐式波束成形性能的方法包括：

通过该DUT生成多个循序DUT数据包信号传输，该多个循序DUT数据包信号传输至少包括第一和第二同时期序列DUT数据包信号传输；

控制该第一和第二同时期序列DUT数据包信号传输中的至少一者的标称信号相位，使得该第一和第二同时期序列DUT数据包信号传输分别包括第一和第二相互对应部分，该第一和第二相互对应部分具有各别相异的标称信号相位差；以及

经由该DUT内的第一和第二RF信号路径，至少传递第一和第二同时期序列DUT数据包信号传输的第一和第二相互对应部分，以经由第一和第二外部DUT终端分别提供第一和第二DUT传输信号。

附图说明

图1是根据所主张的本发明的示例性实施方案，描绘用于测试MIMO RF数据包信号收发器的隐式波束成形性能的测试环境。

图2是根据所主张的本发明的示例性实施方案，描绘用于测试隐式波束成形的方法的流程图。

图3是根据所主张的本发明的示例性实施方案，描绘在测试隐式波束成形性能时的基准及DUT数据包信号流。

图4是根据所主张的本发明的进一步示例性实施方案，描绘在测试隐式波束成形性能时的基准和DUT数据包信号流。

图5是根据所主张的本发明的示例性实施方案，描绘用于测试隐式波束成形性能的具有变化数据符号内容的单一数据包的传输。

图6是根据所主张的本发明的示例性实施方案，描绘隐式波束成形性能可用于改善其性能的DUT中的示例性信号路径。

图7描绘与多路径信号效应相关联的相长和相消信号干扰的简化示例。

图8是根据所主张的本发明的示例性实施方案，描绘经波束成形信号在所应用相位偏移的范围内的功率和增益的变化。

具体实施方式

下列详细说明是参照附图的所主张本发明的示例性实施方案。这些说明意欲为说明性的而非限制本发明的范围。此类实施方案以足够细节被说明使得所属技术领域中的普通技术人员得以实施本发明，并且应理解，在不脱离本发明的实质或范围的情况下，可以某些改变来实施其他实施方案。

在本公开各处，如无相反于本文的明确指示，可理解所描述的个别电路元件在数目上可为单数或复数。例如，术语“电路”和“电路系统”可包括单个或多个部件，可为有源的和/或无源的，并且经连接或以其他方式耦接在一起(例如，作为一个或多个集成电路芯片)以提供所述的功能。另外，术语“信号”可指一个或多个电流、一个或多个电压、或数据信号。在说明书附图中，类似的或相关的元件会有类似的或相关的字母、数字或字母数字混合标志符。此外，虽然已经讨论使用离散电子电路系统(优选地以一个或多个集成电路芯片的形式)的情况下实施本发明，惟取决于欲处理的信号频率或数据率，可另外地使用一个或多个经适当编程的处理器实施此类电路系统的任一部分的功能。此外，就图标描述不同实施方案的功能框图的方面而言，此类功能框不一定表示硬件电路系统之间的分割。

如下文所更详细论述的，根据所主张的本发明的示例性实施方案，DUT从基准(例如以上论述的测试器)所接收的基准数据包是用于建立由DUT所传输的两个MIMO数据包信号之间的初始相位差。此初始相位差被应用(例如通过附加对应的相移至此类信号中的一者)，并且MIMO信号导引矩阵经计算以用于传输数据包。所得的具有此经附加相位差的经波束成形传输数据包信号由基准所接收，该基准测量和记录所得的经接收信号的功率，包括由于使用MIMO信号而来的多路径效应。DUT持续传输进一步的数据包信号，并应用(例如根据预定序列增量或减量)进一步的相位差。该基准接收这些具有此系列相位差的数据包，并且测量和记录由于多路径效应的所接收信号功率。这持续至该经应用相位差到达预定的上限值(例如360度或对于零至2π弧度的总相位差范围来说为2π弧度)为止。所得的经测量和记录的功率测量可用于识别产生最高所接收信号功率的相位差。产生此最高经测量的所接收信号功率的对应相位差将相关于(例如相等于)DUT的最佳相位校准值。

此种识别峰值功率电平以接着进一步识别其对应相位差的技术，在线性域中测量功率(例如瓦特)时较可能为优选的。替代地，在对数域中测量功率(例如分贝)时，两个最小功率电平可经识别以接着进一步识别其对应相位差，其中位于其间中点处的相位差是对应于相关于(例如相等于)DUT的最佳相位校准值的相位偏移。

对DUT中的各个信号路径或信道判定这些最佳相位校准值，再接着使用这些最佳相位校准值作为信号路径中的各别静态基底相位偏移。之后，在DUT正常操作期间，任何用于执行波束成形的进一步的信号相位调整均在这些静态基底相位偏移之外(或另外)再行应用。

因此，DUT产生具有横越预定范围(例如0至2π弧度)的相互相位差，以使所产生的所接收数据包信号的功率电平具有与此类相位差相关的变动量值且具有峰值功率量值。在所意图横越的相位差信号的所接收信号功率未产生差异的那些情况中，可得出DUT所执行的隐式波束成形不良的结论。替代地，在DUT信号路径间的相互相位差为已知或已指定的那些情况中，此类经测量的信号功率(具体为经测量的峰值信号功率)可用于确认此已知或已指定的相位差是精确或不精确。进一步言，在最佳相位校准值已经判定、并已用于在信号路径内建立对应的静态基底相位偏移之后，该DUT的波束成形性能可经测试，以确认在测试环境中不需要附加的相位偏移来达到最佳性能。

下列论述是在2×2MIMO DUT的情况下。然而，如所属技术领域中的普通技术人员将易于了解的是，下列测试方法和技术可被应用于N×N MIMO装置。例如，以3×3MIMO装置来说，信号路径1和2可一起视为一个2×2MIMO装置，接着将信号路径2和3一起视为另一个2×2MIMO装置。更广泛而言，以N×N MIMO装置来说，N-1对的信号路径可一起视为各别的2×2MIMO装置，以测试并测量该N×N MIMO装置所有组合的隐式波束成形的性能。

参照图1，根据示例性实施方案，测试环境10包括(其间有其他未显示的装置和子系统)DUT 12、基准(例如以上论述的测试器)14、以及信号路由器16(诸如信号分离器和信号合并器，如所属技术领域中所熟知)。信号分离器/合并器16合并来自DUT 12经由多信号路径17a,17b所传递的DUT信号13，使其成为经由单一信号路径17c传递的单一信号用于基准14接收。在另一方向中，由基准14所提供的信号15经分离以提供多个信号用于经由多信号路径17a,17b传递至DUT12。在测试环境10中的这些信号路径17a,17b,17c一般是传导信号路径(例如同轴RF缆线和连接器)，如所属技术领域中所熟知。

在DUT 12中，两个信号路径(或“链(chain)”)18a和18b包括DUT 12中的各种电子装置、子系统和传导信号路径，用于产生(例如生成、放大、频率转换、滤频等等)并传递由DUT 12所提供的RF信号用于基准14接收。(如上所提，N×N DUT将具有N个信号路径18a、18b、……、18n。)如下方所更详细论述，并且还如所属技术领域中的普通技术人员将易于了解的是，这些信号路径18a,18b所具有的信号路径相位长度，是由在各种集成电路(IC)中以及在各种输入/输出(I/O)电极与外部信号连接器17aa,17ab间的电路装置和信号导体所决定的，此类外部信号连接器17aa,17ab用于在DUT 12正常操作期间在测试环境10外部往返于天线(未显示)而传递信号。

如上所述，这些信号路径相位长度的差异可导致这两个信号路径18a,18b间的非零相位差。通过应用波束成形，DUT 12所发射的信号间的相位差可经应用，以确保最佳相长多路径信号干扰在基准14的接收天线处出现。

应了解，功率合并器16的使用几乎确保了可实际上忽略可归因于测试器14内TX和RX信号路径的信号相位差，因为传入(至测试器)的信号在经由信号路径17c进入测试器14前已经被合并。

参照图2，如上所述的经应用相移(或相位差)通过基准14发送出基准数据包22所起始。DUT 12测量所接收的通道特性24(例如通过测量经由两个信号路径18a,18b所接收到的两个信号间的相位差)。从初始附加的相位差(例如为0度/弧度)26开始，此相位差经确认28以视其是否小于2π弧度。如果为是，DUT 12则基于固有相位偏移θ计算出信号导引矩阵32(其包括两个信号路径18a,18b的经接收信号路径部分的效应)，例如，如下：

R＝H1*T1+H2*T2

(其中R＝在基准天线处所接收的信号，TN＝经由DUT输出N所传输的信号，并且HN＝相对应于DUT输出N和基准天线间的信号路径的信号导引矩阵系数)

使用此导引矩阵，DUT 12接着传输经应用有波束成形的数据包34。基准14接收此数据包36，并且测量并记录传入(或所接收)信号的功率。经应用相位差θ接着被增量或减量38，之后，经应用相位差θ再次经确认28以视其是否超过该上限(例如2π弧度)。如果已超过此最大值，作业即经停止30。相反的情况下，作业继续32,34,36,38，包括重新计算信号导引矩阵32以反映经修正的(例如经增量或经减量的)所应用相位偏移θ。

在2×2DUT的情况中，如上所述针对RF信号路径18a,18b(图1)的单一对附加且改变相位偏移θ。在N×N DUT的情况中，优选地针对多个RF信号路径18a、18b、…、18n(全部均启用MIMO操作)的各别对附加且改变多个相位偏移θ1、θ2、θ3、…，且可针对RF信号路径的各种组合进行。例如，在3×3DUT的情况中，可针对三个RF信号路径的各别对(18a和18b)、(18a和18c)、(18b和18c)附加且改变相位偏移θ1、θ2、θ3。此外，可以循环比对(round robin)方式逐包地附加且改变相位偏移θ1、θ2、θ3，例如，如下：

包1：TXa＝a,TXb＝b,TXc＝c

包2：TXa＝a,TXb＝b+θ2,TXc＝c

包3：TXa＝a,TXb＝b,TXc＝c+θ3

包4：TXa＝a,TXb＝b+θ2,TXc＝c+θ3

依此类推，其中TXm＝m是表示DUT传输信号m是经附加零相位偏移而经由RF信号路径m所传递的，而TXm＝m+θm是表示DUT传输信号m是经附加θm相位偏移而经由RF信号路径m所传递的。

参照图3，根据示例性实施方案，基准14传输一系列基准数据包15a、15b、…、15m、15n。响应于这些基准数据包15中的每一者，DUT12传输响应性(例如应答ACK)数据包13a、13b、...、13m、13n。这些相继数据包13中的每一者具有用于在经由天线连接17aa,17ab传输的两个信号之间的相异的预定经增量(或经减量)相位差(例如360度或2π弧度的一小部分)。

参照图4，根据替代的示例性实施方案，此用于测试的隐式波束成形操作可由单一基准数据包15a起始。响应于此数据包15a，DUT传输相继的经预编程的数据包13a、13b、13c、...、13n，此类数据包13a、13b、13c、...、13n具有应用在被传输的两个数据包信号之间的相继地经增量(或经减量)相位差。

参照图5，根据替代的示例性实施方案，个别数据包13a可包括具有多个区段(segment)111且其后有多个符号113的混合模式数据包结构。如上所述，各别符号113a、113b、…、113n可包括相继地经增量(或经减量)的经附加信号相位。

参照图6，如上所论述，可通过其赋予各种信号相移的信号路径18(图1)包括多个元件或部件，该元件或部件中的每个可影响相移。例如，在各信号路径18中，电路组件50包括一个或多个集成电路52，如所示，集成电路52具有由传导信号路径58,60所互连的TX电路系统54(例如基频和RF转换/放大器电路系统，该电路系统中的任一个或全部可包括可变信号增益和/或相位55)、RX电路系统56(例如基频和RF信号转换/放大器电路系统，该电路系统中的任一个或全部可包括可变信号增益和/或相位57)、以及一个或多个I/O电路系统62(例如一个或多个信号电极)。信号路由电路或装置(例如开关、合并器、分离器、双工器(diplexor)、以及隔离电路)也可被纳入作为TX电路系统54、RX电路系统56、或I/O电路系统62中的一者或多者的一部分。进一步信号连接64提供于一个或多个I/O终端62和天线终端66之间，天线70在DUT 12的正常操作期间在测试环境10外部连接至天线终端66。如所属领域技术人员将易于理解的是，对信号(该信号经由TX信号路径54,58,62提供且通过RX信号路径62,60,56接收)所赋予的累加相移将会随装置的不同而改变。因此，根据以上论述判定一个或多个合适的经控制相位偏移55,57可在任何给定的信号路径18中提供相移，使得在DUT 12内相关的TX和RX信号路径间可维持最小(理想上为零)相位差。

参照图7，针对单一频率的固定相位信号的相长和相消多路径信号效应的简单示例如所示发生。例如，在信号以零信号相位差抵达的情况中，诸如信号A与B，所得信号C在接收点处(例如接收天线)具有最大信号量值。相反地，如果这些信号以相反信号相位抵达，诸如信号A与D，则发生相消信号干扰，因此产生经缩减的信号量值E。

参照图8，当功率(垂直轴)描绘于对数标度上时，经波束成形信号在0至360度(0至2π弧度)的所应用相位偏移(水平轴)范围内的示例性功率与增益变化可预期如所示。如果功率变化描绘于线性标度上，则其会呈现为正弦波的形式。

本发明的结构和操作方法的各种其他修改和替代例在不背离本发明的实质和范围的情况下，对所属领域技术人员而言是显而易见的。尽管已通过特定优选实施方案说明本发明，应理解所主张的本发明不应过度地受限于这些特定实施方案。我们意欲以下列权利要求书限定本发明的范围且意欲从而涵盖这些权利要求书的范围内的结构与方法以及其均等者。