用于测试射频(RF)数据包信号收发器的正常隐式波束成形操作的方法与流程

本发明涉及测试射频(rf)数据包信号收发器，并且具体地讲，涉及测试这种设备的正常隐式波束成形操作。

当今许多电子设备都将无线信号技术用于连接和通信目的两者。由于无线设备发射和接收电磁能，并且由于两个或更多个无线设备由于其信号频率和功率谱密度具有干扰彼此的操作的可能，因此这些设备及其无线信号技术必须遵循各种无线信号技术标准规范。

在设计此类无线设备时，工程师需要格外小心以确保此类设备将符合或超过每一个基于它们包括的无线信号技术规定的标准的规范。此外，当这些设备随后被大量制造时，要对其进行测试以确保制造缺陷将不会导致不正确的操作，包括它们对基于所包括的无线信号技术标准的规范的遵守性。

对于在这些设备制造和组装后对其进行测试而言，当前的无线设备测试系统通常采用用于向每个待测设备(dut)提供测试信号并分析从每个dut接收到的信号的测试子系统。一些子系统(通常称为“测试器”)包括用于提供要传输到dut的源信号或测试信号的一个或多个矢量信号发生器(vsg)，以及用于分析由dut所产生的信号的一个或多个矢量信号分析器(vsa)。由vsg进行的测试信号产生和由vsa执行的信号分析一般是可编程的(例如，通过使用内部可编程控制器或外部可编程控制器，诸如个人计算机)，以便允许每一者用于测试多种设备，使之符合具有不同频率范围、带宽和信号调制特性的多种无线信号技术标准。

测试无线设备通常涉及测试其接收子系统和发射子系统。测试器通常会例如使用不同的频率、功率电平和/或调制技术将测试数据包信号的规定序列发送给dut，来确定dut接收子系统是否正在正常地工作。类似地，dut会以多种频率、功率电平和/或调制技术发送测试数据包信号，以确定dut发射子系统是否正在正常地工作。

符合ieee802.11n标准以及一些其他无线标准的当前wi-fi设备可采用波束成形作为一种通过将来自该设备的更多信号能量聚焦于接入点来改善范围和性能的方式。当制造此类设备时，会测试波束成形能力。一种技术包括使用导电信号路径(例如，在设备rf端口与测试器rf端口之间传送rf信号的电缆)来模拟将使正常操作的设备通过以下方式作出响应的信道条件：改变其输出以使从其rf端口发出的信号进行波束成形。可由一个或多个测试器信号分析子系统检测和测量该响应。然而，使用导电信号路径来测试设备会妨碍包括其天线子系统作为一个或多个测试的一部分。因此，这种导电波束成形测试将验证部分组装的设备的正确操作，但不会验证完全组装的设备(即，具有其天线)继续正常操作。

为了使用真实世界条件来测试完全组装的设备，实际上将在设备的天线与测试系统的一个或多个天线之间发射辐射信号。然而，为提供与其他信号的隔离而在屏蔽罩内这样操作，会将该设备置于富含多路径的环境中。

因此，希望提供以这样的方式控制多路径效应的系统和方法，该方式将允许以明显更高程度的可重复性和准确性在富含多路径的环境中测试完全组装的设备(包括其天线)的波束成形性能。

技术实现要素：

根据当前受权利要求书保护的本发明，一种用于测试射频(rf)数据包信号收发器待测设备(dut)的隐式波束成形操作的方法，包括以不同信号指向性图案向dut发射多向(例如，传统)rf测试信号与至少两个单向(例如，波束成形)rf测试信号的组合，以及监测响应于每个信号而从dut接收到的信号的信号强度。可通过经由多个天线元件的单独阵列将多个相位控制rf信号发射到多路径rf信号环境诸如电磁屏蔽罩内的dut来控制信号指向性图案。

根据当前受权利要求书保护的本发明的一个实施方案，用于测试射频(rf)数据包信号收发器待测设备(dut)的隐式波束成形操作的方法包括：

在多路径rf信号环境内经由多个天线发射多个相位控制rf信号以供设置在多路径rf信号环境内的dut位置处的dut接收，包括发射所述多个相位控制rf信号中的一者或多者作为多向rf测试信号，

经由所述多个天线的第一部分发射所述多个相位控制rf信号的第一部分作为第一基本上单向的rf测试信号，其中纵向信号轴线处于基本上朝向dut位置的第一正方向，以及

经由所述多个天线的第二部分发射所述多个相位控制rf信号的第二部分作为第二基本上单向的rf测试信号，其中纵向信号轴线处于基本上朝向dut位置的第二正方向；以及

经由多路径rf信号环境和所述多个天线接收由dut发射的多个rf数据包信号，包括

接收多向rfdut信号，

经由所述多个天线的第一部分和第二部分接收所述多个rf数据包信号的第一部分作为第一基本上单向的rfdut信号，其中纵向信号轴线处于基本上朝向所述多个天线的第一部分的第一反方向，以及

经由所述多个天线的第一部分和第二部分接收所述多个rf数据包信号的第二部分作为第二基本上单向的rfdut信号，其中纵向信号轴线处于基本上朝向所述多个天线的第二部分的第二反方向。

根据当前受权利要求书保护的本发明的另一个实施方案，用于测试射频(rf)数据包信号收发器待测设备(dut)的隐式波束成形操作的方法包括：

使用设置在多路径rf信号环境内的dut位置处的dut，从多个天线接收多个相位控制rf信号，包括

接收所述多个相位控制rf信号中的一者或多者作为多向rf测试信号，

从所述多个天线的第一部分接收所述多个相位控制rf信号的第一部分作为第一基本上单向的rf测试信号，其中纵向信号轴线处于基本上朝向dut位置的第一正方向，以及

从所述多个天线的第二部分接收所述多个相位控制rf信号的第二部分作为第二基本上单向的rf测试信号，其中纵向信号轴线处于基本上朝向dut位置的第二正方向；以及

使用dut经由多路径rf信号环境发射多个rf数据包信号，包括

发射多向rfdut信号，

发射所述多个rf数据包信号的第一部分作为第一基本上单向的rfdut信号，其中纵向信号轴线处于基本上朝向所述多个天线的第一部分的第一反方向，以及

发射所述多个rf数据包信号的第二部分作为第二基本上单向的rfdut信号，其中纵向信号轴线处于基本上朝向所述多个天线的第二部分的第二反方向。

附图说明

图1描绘了所接收到的传统(例如，非波束成形)和波束成形(bf)wifi信号的相对强度。

图2描绘了wifi信号环境，其中接入点和无线设备被定位成使得来自该设备的沿方向a和b传播的tx信号分别产生如接入点所接收到的更高和更低的信号强度。

图3a至图3b描绘了在波束成形偏好方向a和b时如接入点所接收到的来自该设备的传统和波束成形tx信号的相对强度(如图2所示的那样相互定位)。

图4描绘了根据当前受权利要求书保护的本发明的用于测试隐式波束成形操作的示例性测试环境。

具体实施方式

以下具体实施方式是结合附图的当前受权利要求书保护的本发明的示例性实施方案。相对于本发明的范围，此类描述旨在进行示例而非加以限制。已对此类实施方案加以详尽的描述，使得本领域的普通技术人员可以实施该主题发明，并且应当理解，在不脱离本主题发明的实质或范围的前提下，可以实施具有一些变化的其他实施方案。

在本公开全文中，在没有明确指示与上下文相反的情况下，应当理解，所述单独的电路元件可以是单数或复数。例如，术语“电路”可以包括单个部件或多个部件，所述部件为有源和/或无源，并且连接或换句话讲耦合到一起(如成为一个或多个集成电路芯片)，以提供所述功能。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。在图中，相似或相关的元件将具有相似或相关的字母、数字或数字字母混合的指示。此外，虽然在具体实施的上下文中已讨论了本发明使用分立的电子电路(优选地为一个或多个集成电路芯片形式)，但作为另一种选择，根据待处理的信号频率或数据速率，此类电路的任何部分的功能可使用一个或多个适当编程的处理器进行具体实施。此外，就示出各种实施方案的功能区块的示意图的图示来说，所述功能区块未必表示硬件电路之间的分区。

诸如蜂窝电话、智能电话、平板电脑等的无线设备利用基于标准的技术(例如，ieee802.11a/b/g/n/ac、3gpplte和蓝牙)。成为这些技术的基础的标准被设计成提供可靠的无线连接和/或通信。该标准规定了物理和更高级别规范，所述规范通常设计为节能的，并且最大限度地减少使用相同或其他技术的设备之间的干扰，所述设备邻近或共享无线频谱。

由这些标准规定的测试旨在确保此类设备被设计成符合标准规定的规范，并且制造的设备继续符合规定的规范。大多数设备是收发器，包含至少一个或多个接收器和发射器。因此，测试旨在确认接收器和发射器是否均符合。dut的一个或多个接收器的测试(rx测试)通常涉及将测试包发送到一个或多个接收器的测试系统(测试器)以及确定一个或多个dut接收器如何响应那些测试包的一些方式。通过以下方式对dut的发射器进行测试(tx测试)：让这些发射器向测试系统发送包，然后测试系统评估dut所发送的信号的物理特性。

如下文更详细讨论，根据当前受权利要求书保护的本发明的示例性实施方案，提供了通过在富含多路径的环境中使用辐射信号来测试无线设备(dut)的方法。隐式波束成形用于进行tx测试，例如使用屏蔽罩内的多个天线阵列，通过发射供dut接收的单独相位控制信号并且从dut接收波束成形信号来降低多路径效应。因此，可将dut的波束成形性能与其在波束成形之前的信号进行比较，以确认相对于未进行波束成形的传统信号而言在期望的或波束成形的方向上信号强度的预期增大，以及在不期望的或非波束成形的方向上信号强度的减小。然后可通过以下方式进行最终验证：让dut从以前非期望的方向接收信号，并且对此作出响应，对该方向执行波束成形。当dut发射新波束成形信号时，这种响应信号此时将表现出与传统信号相比信号强度的增大。

如上所述，无线设备技术已发展到包括波束成形作为一种改善从设备传送到接入点(诸如基站)的信号的信噪水平的方式。从接入点接收信号的设备可确定存在于该设备与接入点之间的信号路径或“信道”的一些方位，并且可对其多个发射器和天线所发射的信号进行一些改变以便在期望的方向上(例如，更直接朝向接入点)增大信号强度。另外，偏好一个方向的波束成形信号一般会在其他方向上减弱信号强度。因此，与之前未施加波束成形的相同发射器功率的信号的信号强度相比，能够采用波束成形的正常操作的设备将在偏好的或波束成形的方向上产生信号强度增大的信号，同时还在其他方向上产生减小的信号强度。

参见图1，如果先在施加波束成形之前测量信号强度(例如，通常具有全向信号强度的传统信号)，再在施加波束成形时沿着期望的方向测量信号强度，则所测量的信号强度将增大。如此处所描绘，dut可发射信号，该信号的一部分为非波束成形的(例如，传统)，然后该信号的另一部分是波束成形的。

参见图2，用于测试无线设备的隐式波束成形操作的方法利用了ieee802.11n标准的一部分，该部分定义了发射信号波束成形的两种实现类型(隐式和显式)、更特别是隐式波束成形。众所周知，该标准定义了信号路径或信道的“探测”过程，通过该过程可确定信道状态信息(csi)。探测包也可用于此目的。隐式反馈发射波束成形基于发射器与接收器之间的信道为互易的，即，在上行链路和下行链路方向上具有基本上相同的信号传播特性。(隐式波束成形的进一步讨论可见于美国专利申请14/461,573，该专利申请的公开内容以引用方式并入本文。)然而，根据当前受权利要求书保护的本发明，这种互易性并不重要，因为测试更关注的是信号强度的定性水平，而非定量水平。发射信号的源发射训练请求信号(trq)(其是根据ieee802.11标准的标准包)，并且作为响应，侦听探测包。在接收到探测包时，该源估计接收信号路径或信道的csi，并且计算导引矩阵(例如，用于对设备的多个天线所发射的信号的相位进行加权的值)以用于将后续信号发射沿发射方向导引到目标设备。

在典型操作环境10中，接入点(ap)12和dut14是具有多个天线13(例如，至少两个天线13a,13b)、15(例如，至少两个天线15a,15b)的mimo(多输入多输出)设备，这些天线彼此根据熟知的原理和技术经由数据包信号进行通信。在dut14不进行波束成形的情况下，其辐射信号(例如，传统信号)将具有全向辐射图案17，从而为从其信号发射的有效中心20径向向外延伸的所有位置提供基本上相等的信号强度。然而，在施加波束成形的情况下，信号强度将以明显更具指向性的方式集中。例如，在沿着方向a施加波束成形的情况下，dut14所发射的信号能量将产生具有如图所示纵向轴线21aa的有效辐射图案21a。类似地，在沿着另一方向b施加波束成形的情况下，dut14所发射的信号能量将产生具有纵向轴线21ba的有效辐射图案21b，该纵向轴线具有沿着方向b的指向性。

如本领域的普通技术人员容易理解，这些有效辐射图案21a,21b(其实际上是基本上单向的，其“方向”由其纵向轴线限定)是信号环境内的多个信号的接收区域内发生相长信号干扰的结果。例如，通过从其多个天线15a,15b发射类似rf信号，在适当控制所发射的rf信号之间的相互相位差的情况下，在其到达ap12的每个天线13a,13b时这些信号之间的所产生的相互干扰将为相长或相消的，从而使有效接收信号强度(例如，接收信号功率)分别大于或小于不存在发射信号相位控制的情况下的接收信号强度。(该示例涉及在dut14和ap12处使用两个天线，但根据如此处所述的原理，可在dut14和ap12处使用更大数量的天线以及不同数量的天线。)

因此，在如图所示那样设置ap12和dut14的情况下，当dut14以沿着方向a施加波束成形的方式发射时，ap12所接收到的信号的信号强度将强于在全向传统信号的接收期间接收到的信号。相反，在沿着方向b施加波束成形的情况下，接入点所接收到的信号的信号强度将小于在全向传统信号的接收期间接收到的信号。

参见图3a至图3b，所接收到的信号强度的这些差异可如图所示的那样表示。例如，参见图3a，如上所讨论，在沿着方向a施加波束成形的情况下，接入点12所接收到的信号的强度大于在全向传统信号的接收期间接收到的信号。参见图3b，当沿着方向b(例如，在与朝向接入点12的方向a基本上不同的方向上)施加波束成形时，接入点12所接收到的信号的强度将低于全向传统信号的强度。

参见图4，用于根据当前受权利要求书保护的本发明的测试的测试环境40包括屏蔽罩42，该屏蔽罩限定含有dut46和天线阵列48的内部区域44。屏蔽罩42的结构限定内部区域44和外部区域，并且根据熟知的原理和技术配置为将内部区域44与来源于外部区域的电磁辐射基本上隔离。

天线阵列48包括至少两个子阵列48a,48b，每个子阵列包括多个天线元件49a,49b，每个天线元件将被提供相应相位控制rf信号(下文更详细讨论)以产生辐射信号的相应组47a,47b，每组包括多个辐射信号45a,45b，至少一些辐射信号具有相互不同的信号相位以抵消或以其他方式补偿屏蔽罩42的内部44的反射信号特性所引起的多路径效应。

屏蔽罩42以外的测试设备可包括一个或多个测试器50a,50b和控制器60。测试器之一50a(或单个测试器50的一部分)包括信号源(例如，vsg)52a、信号分析子系统(例如，vsa)54a、信号路由电路56a以及信号复制与相位控制电路58a。另一个测试器50b(或单个测试器50的另一部分)类似地包括信号源52b、信号分析子系统54b、信号路由电路56b以及信号复制与相位控制电路58b。

信号路由电路56a,56b(例如，实现为rf信号耦合/分离电路或开关电路)控制源信号53a,53b经由共用的信号路径57a,57b向信号复制与相位控制电路58a,58b的路由。路由电路56a,56b还经由共用的信号路径57a,57b接收传入的rf信号，并且将这些传入的信号55a,55b传送到信号分析子系统54a,54b。信号复制与相位控制电路58a,58b将源信号53a,53b复制成多个复制信号，每个复制信号具有相应信号相位，该信号相位受到控制以便向天线子阵列48a,48b的相应一者提供多个单独相位控制rf信号的组59a,59b。通过由控制器60提供的控制信号组61中的一个或多个相应控制信号来控制测试器子系统52,54,56,58的每一者。(在屏蔽罩中测试无线设备的进一步讨论可见于美国专利8,811,461和8,917,761以及美国专利申请13/839,162、13/839,583和13/912,423，它们的公开内容以引用方式并入本文。)

在操作期间，第一信号源52a将提供公共源信号53a，该公共源信号被复制而产生多个复制源信号59a，每个复制源信号受到单独相位控制并且由第一天线子阵列48a的天线元件49a中的相应一者发射。通过适当选择馈送给天线元件49a的信号的相位调节，能够以一定方式补偿屏蔽罩42内的多路径效应和相消干扰，使得产生待发射到dut46(例如，在期望的a和非期望的b方向上，诸如图2中所描绘)的信号组47a。类似地，可使用第二信号源52b和第二公共源信号53b来产生驱动第二天线子阵列48b的天线元件49b的相位控制信号59b，从而实现这种信号复制与相位控制。因此，信号47a,47b(其实际上具有沿着指向性明显不同的纵向轴线的信号图案)可产生供dut沿着优选方向和非优选方向接收的信号，从而使所接收到的信号强度分别高于和低于以传统(全向)信号接收到的信号强度。在接收到这些信号后，dut46通过调节其信号发射特性来作出响应以提供响应波束成形tx信号。

例如，dut46可从发射传统trq信号开始，第一测试器50a以含探测包的传统信号对此作出响应。dut46使用探测包来估计(dut46与第一天线子阵列48a之间的有效信号路径的)csi，然后将其发射回测试器50a以用于控制相位控制信号的第一组59a的单独相位，从而产生供dut46接收的具有有效指向性(例如，沿着方向a，如图2中所描绘)的信号组47a。csi用于产生相位控制信号45a的这种用途在dut46接收期间会产生相长信号干扰，从而产生更高的接收信号强度。作为响应，dut46最初可沿着相同指向性轴线发射传统信号、之后是波束成形信号，这些信号具有类似的相长信号干扰(由于通常在反方向上基本上类似的信号路径特性)并且具有如图3a中所描绘的相对信号强度，这些相对信号强度经由第一天线子阵列48a接收并由第一信号分析子系统54a测量。与此同时，由于dut所执行的波束成形偏好于dut46与第一天线子阵列48a之间的有效信号路径，因此来自dut46的该响应信号将具有如图3b中所描绘的相对信号强度，这些相对信号强度经由第二天线子阵列48b接收并由第二信号分析子系统54b测量。为了进一步确认dut46的正常波束成形操作，可通过在dut46与第二测试器50b之间交换含trq和探测包的传统信号来重复该过程，其中偏好方向此时为dut46与第二天线子阵列48b之间的第二有效信号路径且具有如图3a中所描绘的相对接收信号强度，而非偏好方向为dut46与第一天线子阵列48a之间的第一有效信号路径且具有如图3a中所描绘的相对接收信号强度。因此，就dut46的部分而言的正常波束成形操作的验证可对完全组装的dut进行确认，包括其多个天线和天线连接的正常操作的验证。

在不脱离本发明的范围和实质的前提下，本发明的结构和操作方法的各种其他修改形式和替代形式对本领域的技术人员将是显而易见的。虽然本发明结合具体的优选实施方案加以描述，但应当理解，受权利要求书保护的本发明不应不当地限于此类具体实施方案。其意图是，以下权利要求限定本发明的范围，并且由此应当涵盖这些权利要求范围内的结构和方法及其等同物。