用于确定布置在交通工具中或上的至少一个无线电系统的性能参数的设备和方法与流程

用于确定布置在交通工具中或上的至少一个无线电系统的性能参数的设备和方法
1.本发明涉及一种用于确定布置在交通工具中或交通工具上的至少一个无线电系统的性能参数的设备和方法。
2.现代交通工具、尤其机动车具有大量基于不同的通信方法并且使用不同的频率的无线电系统。在此，通信方法涵盖不同的应用领域、例如移动无线电服务(2g、3g、4g、5g
……
)、wlan、蓝牙、nfc、广播系统(dvb-t/t2.atsc 3.0)、导航系统(gps、galileo等)、无线电(am、fm、dab等)和安全系统(ecall、c-v2x。802.11p等)。在交通工具中使用这些无线电系统时必须确保，无线电系统的性能参数和电磁兼容性符合法律要求。在此示例性地提到了欧盟的red 2014/53/eu指令。根据不同的通信方法工作的无线电系统根据分别相关的标准进行测试和检测。鉴于当今的交通工具的复杂性和多样化的装备可能性，性能参数和电磁兼容性的有效的测量技术的保证是一项重大挑战。性能参数和电磁兼容性尤其通常在部件级别上被确定，而不是针对机动车中的安装状态被确定。
3.从文献ep 3 182 619 a1已知一种用于在布置在机动车上或中的试验件(dut)的机动车应用中测量无线电通信功率(ota)的设备。该设备包括在其中限定了内部体积的腔室、例如emi腔室或半回声腔室。此外，设置了用于支撑交通工具的可转动的平台，该平台与至少一个腔室天线一起包围内部体积。此外还设有通信系统测试仪器，用于测量试验件和腔室天线之间的传输。腔室天线是包括天线元件的水平线性阵列的阵列天线，其中，腔室天线优选在交通工具所在的近场中提供平面波。该阵列还可以包括沿竖向堆叠的多个水平线性阵列。阵列天线此外还可以包括反射器，其中，反射器在水平方向上是笔直的，并且在竖向上以抛物线/弧线的形式布置，其中，水平线性阵列布置在反射器的焦线上。
4.本发明所要解决的技术问题在于，改进一种用于确定布置在交通工具中或交通工具上的至少一个无线电系统的性能参数的设备和方法。
5.所述技术问题根据本发明通过具有权利要求1的技术特征的设备和具有权利要求6的技术特征的方法解决。本发明的有利的设计方案由从属权利要求获得。
6.尤其提供一种用于确定布置在交通工具中或交通工具上的至少一个无线电系统的性能参数的设备，所述设备包括用于容纳和转动交通工具的可转动的平台、模拟天线、与模拟天线连接的基站模拟器、至少一个测试天线以及与至少一个测试天线和/或模拟天线相连的至少一个测试装置，用于根据交通工具的转动角度确定至少一个无线电系统的性能参数，其中，所述模拟天线包括至少三个天线，这些天线相对于可转动的平台的转动轴线以相同的角度间隔在整个角度范围内围绕可转动的平台布置。
7.此外，提供一种用于确定布置在交通工具中或交通工具上的至少一个无线电系统的性能参数的方法，其中，通过基站模拟器和模拟天线来模拟基站，其中，所述模拟天线包括至少三个天线，并且其中，通过所述至少三个天线在多个角度位置上发射和接收电磁辐射，这些角度位置相对于可转动的平台的转动轴线以相同的角度间隔在整个角度范围内围绕可转动的平台布置，其中，所述交通工具布置在可转动的平台上并且转动，并且其中，借助与至少一个测试天线和/或模拟天线相连的至少一个测试装置，根据交通工具的转动角
度确定至少一个无线电系统的至少一个性能参数。
8.所述设备和方法能够实现，根据可转动的平台的转动角度或在该可转动的平台上转动的交通工具的转动角度来确定至少一个无线电系统的性能参数。为此，通过基站模拟器模拟至少一个基站。基站模拟器与交通工具的待测试的至少一个无线电系统进行通信，并且为此根据由至少一个待测试的无线电系统使用的通信方法来模拟常规的通信。基站模拟器与模拟天线连接。根据本发明，模拟天线包括至少三个天线，它们相对于可转动的平台的转动轴线以相同的角度间隔在整个角度范围内围绕可转动的平台布置。由此，可以避免例如由交通工具的车身部分造成的遮蔽，并且可以在任何转动角度中保持被测试的无线电系统和基站模拟器之间的通信。由至少一个测试装置、根据可转动的平台或在可转动的平台上转动的交通工具的转动角度确定至少一个性能参数。在此，测试装置与测试天线连接，该测试天线布置在可转动的平台上的已知位置上，并且检测由无线电系统朝该位置的方向辐射的电磁功率。备选或附加地，至少一个测试装置也可以与模拟天线连接。所述设备尤其能够实现，同时确定多个性能参数。尤其可以检测针对无线电系统确定的性能参数是否符合法律和/或其他规范。
9.所述设备和方法的优点是，由于模拟天线的至少三个天线均匀分布在整个角度范围内，因此基站模拟器与交通工具的至少一个无线电系统之间的通信可以在任何时间被保持或模拟，即使当交通工具任意转动时，因为通信总是可以沿所有方向进行。
10.另外的优点是，可以在唯一的测量运行中以有效的方式确定多个性能参数。这节省了时间和成本。
11.无线电系统尤其是根据特定的通信方法或特定的通信协议或标准运行工作的无线电系统。例如，无线电系统根据以下方法中的一个运行工作：分别根据不同的方法/标准(2g、3g、4g、5g
……
)的移动无线电、wlan、蓝牙、nfc、分别根据不同的方法/标准(dvb-t/t2.atsc 3.0)的广播系统、分别根据不同的程序/标准(gps、galileo等)的导航系统、分别根据不同的程序/标准(am、fm、dab等)的无线电，和分别根据不同的程序/标准(ecall、c-v2x、802.11p等)的安全系统。
12.所述交通工具尤其是机动车。然而原则上，交通工具也可以是具有至少一个无线电系统的其他的陆地交通工具或船舶、飞机或具有至少一个无线电系统的轨道车辆。
13.尤其可以规定，设备的一部分、尤其是基站模拟器和/或至少一个测试装置在逻辑上和/或物理上被组合。此外还可以规定，一个或一些性能参数由一个测试装置确定，而另一个或另外的性能参数相反由另外的测试装置确定。
14.在所覆盖的频率范围内确定至少一部分性能参数，所覆盖的频率范围尤其包括从几mhz到几ghz的频率范围、尤其从1至18ghz的频率范围。
15.根据分别需要的频率范围选择模拟天线和测试天线。在此也可以规定，使用天线阵列。
16.尤其由控制装置控制所述设备和方法的流程。控制装置可以构造为硬件和软件的组合，例如构造为在微控制器或微处理器上执行的程序代码。
17.所述方法尤其在设计为消声室的测试室内实施。所述设备因此至少部分布置在测试室中或包括该测试室。
18.在一个实施方式中规定，至少一个测试装置构造用于确定无线电系统的以下性能
参数中的至少一个：功率谱密度(英语：power spectrum density)、rf输出功率(英语：rf output power)、灵敏度(英语：sensitivity)、杂散发射(英语：spurious emission)、辐射发射(英语：radiated emission)和/或互调。功率谱密度是电磁信号在无穷小的频带或波长范围内的与频率相关的功率。基于功率谱密度尤其可以检测，信号是否仅位于预设的频率范围内。rf输出功率(也被称为发射功率)是机动车中的无线电系统的功率。基于rf输出功率尤其可以检测是否没有超过最大功率。灵敏度是无线电系统可以检测到电磁信号的下限。杂散发射是指在无线电系统中、在与设置的频率不对应的频率中产生的不期望的信号。基于特定的杂散发射尤其可以检测，无线电系统是否仅在预设的频率中发射。在此，杂散发射尤其涉及无线电系统的天线。原则上，辐射发射与杂散发射相同，但也考虑了由无线电系统的其他部件辐射的电磁辐射。互调是指在若干频率中的信号，所述信号通过两个或更多个在不同频率中的信号产生，当这些信号由非线性的系统处理时。尤其规定，这些性能参数中的多个或甚至所有被确定。
19.在一个实施方式中规定，所述设备包括与至少一个测试装置相连的至少一个干扰天线，其中，所述至少一个测试装置还构造用于在使用至少一个干扰天线的情况下检测至少一个无线电系统的电磁兼容性。由此，在同一测量运行的范围内，附加地也可以检测至少一个无线电系统的电磁兼容性。因此，可以节省时间和成本。在此，电磁兼容性的检测尤其包括检测至少一个无线电系统是否在通信中被另一无线电系统阻断(英语：blocking)，反之亦然。此外，检测尤其还包括，关于辐射的电磁辐射和使用频率，至少一个无线电系统和另一无线电系统是否可以共存(英语：coexistence)。简而言之，检测无线电系统是否可以与另外的无线电系统同时运行，而对于这些无线电系统不会导致功能限制。例如，检测交通工具中的用于移动无线电的无线电系统(例如4g)是否可以与用于wlan的无线电系统同时并且没有限制地运行等。
20.在一个实施方式中规定，所述至少一个测试装置还构造用于检测至少一个无线电系统的天线分集的运行。由此，在同一测量运行的范围内，也可以附加地检测至少一个无线电系统的天线分集。因此可以节省时间和成本。在通信技术中的现代应用中，在发射器侧和接收器侧越来越多地使用多个天线来运行无线电系统。利用获得的天线分集，尤其是在移动应用中可以减少破坏性的干扰。因此，检测无线电系统的这种天线分集的运行。为此，检测是否可以在预设条件下随时与机动车的被测试的无线电系统进行通信。基站模拟器和被测试的无线电系统之间的通信尤其在任何时候都不能中断，尤其是在交通工具在平台上转动时不能中断。
21.在一个实施方式中规定，所述基站模拟器和至少一个测试装置还构造用于确定布置在交通工具中或交通工具上的至少一个另外的无线电系统的性能参数，和/或检测至少一个另外的无线电系统的天线分集的运行和/或至少一个另外的无线电系统的电磁兼容性。尤其可以规定，在交通工具中存在多个这样的无线电系统(例如根据4g和wlan的移动无线电)时，首先单独地，然后复合地，即在同时的运行中借助设备和方法测试这些无线电系统。由此，在交通工具中存在的所有无线电系统可以在同一测量运行的范围内单独且复合地或共同作用地进行测试。因此，可以以节省时间和节省成本的方式实施性能参数的确定和检测。
22.所述方法的设计方案的特征从设备的设计方案的描述中得到。在此，所述方法的
优点分别与所述设备的设计方案中的优点相同。
23.以下根据优选的实施例参考附图详细阐述本发明。在附图中：
24.图1示出用于确定布置在交通工具中或交通工具上的至少一个无线电系统的性能参数的设备的实施方式的示意图；
25.图2示出用于说明在实施所述方法之前执行的校准的示意图；
26.图3示出所述方法的实施方式的流程示意图。
27.图1示出一种用于确定布置在交通工具50中或交通工具上的至少一个无线电系统51的性能参数20的设备1的实施方式的示意图。所述设备1包括用于容纳和转动交通工具50的可转动的平台2、模拟天线3、基站模拟器4、测试天线5和测试装置6。测试天线5通过放大器15和用于选择测量范围的开关16与测试装置6连接。此外，所述设备1包括控制装置7，其以如下方式控制或调节方法的流程，即针对可转动的平台2、基站模拟器4和测试装置6提供控制信号。此外，所述设备1包括信号放大器9、衰减器10和组合器11(也被称为转接器)。
28.在该实施方式中，模拟天线3包括三个天线8，这些天线8通过无衰减的转接器17与组合器11连接。然而可以规定，模拟天线3包括多于三个的天线8。三个天线8相对于可转动的平台2的转动轴线以相同的角度间隔，在整个角度范围内围绕可转动的平台2布置，并且例如可以构造为喇叭天线。在三个天线8的情况下，彼此之间的角度间隔分别为120
°
。
29.基站模拟器4例如是来自于rohde&schwarz公司的r&s cmw500类型。测试装置6例如包括rohde&schwarz公司的r&s fsw26。在所示的实施例中，测试装置6的功能的一部分由r&s cmw500承担。
30.该方法尤其在(未示出的)测试室中实施，该测试室例如设计为消声室(英语：anechoic chamber)。设备1因此至少部分地布置在测试室中或包括该测试室。
31.为了确定性能参数20，在基站模拟器4和交通工具50的待测试的无线电系统51之间建立并且维持无线通信连接。随后，交通工具50通过可转动的平台2进入角度位置中。针对该角度位置确定性能参数20。
32.通过测试装置6例如确定以下性能参数20：功率谱密度(英语：power spectrum density)、rf输出功率(英语：rf output power)、灵敏度(英语：sensitivity)、杂散发射(英语：spurious emission)、辐射发射(英语：radiated emission)和/或互调。在此，由r&s cmw500确定功率谱密度、rf输出功率和灵敏度。由r&s fsw26确定杂散发射、辐射发射和互调。
33.随后，将交通工具50转动到另外的角度位置，并且针对该后续的角度位置确定性能参数20。这针对适当数量的角度位置进行重复，从而使得交通工具50最终在可转动的平台2上实施完整的转动。因此，根据角度位置提供性能参数20。特定的性能参数20例如由控制装置7输出。
34.此外可以规定，控制装置7将性能参数20与预设的值进行比较，并且据此检测是否达到或保持预设的值。
35.可以规定，所述设备1还具有干扰天线12。干扰天线12通过放大器装置14与测试装置6和另外的测试装置13连接。另外的测试装置13例如是来自于rohde&schwarz公司的r&s smw200类型。另外的测试装置13构造用于附加地检测交通工具50中的无线电系统51的电磁兼容性。在此，与确定性能参数20分开地、也就是说，尤其在确定性能参数20之后检测电磁
兼容性。在检测过程中，尤其检测无线电系统51被另一无线电系统阻断和共存。在检测之后，控制装置7例如输出兼容性检测信号21。
36.可以规定，所述测试装置6还构造用于检测无线电系统51的天线分集的运行。为此，检测基站模拟器6和无线电系统51之间的通信是否无限制地保持针对所有转动角度。在检测之后，控制装置7例如输出天线分集检测信号22。
37.尤其规定，基站模拟器4和测试装置6或另外的测试装置1此外构造用于确定布置在交通工具50中或交通工具上的至少一个另外的无线电系统52的性能参数20，和/或检测至少一个另外的无线电系统52的天线分集的运行和/或至少一个另外的无线电系统52的电磁兼容性。以该方式测试安装在交通工具50中的所有无线电系统51、52。
38.可以规定，所述控制装置7在实施该方法之后为所有无线电系统51、52建立并且输出报告23。所述报告23尤其基于法律规范和必要时其他的规范判断或评估特定的性能参数20、天线分集和电磁兼容性。
39.在确定性能参数之前，对所述设备1进行校准。图2示出在实施该方法之前说明校准的示意图。尤其在测试室40中进行校准。为了校准，借助网络分析仪30确定相应的传输路径的s参数。s
21
在此表示从交通工具50的无线电系统51经由测试天线5的传输路径。s
31
表示从交通工具50的无线电系统51经由模拟天线3的传输路径。s
41
表示通过干扰天线12在无线电系统51之间的传输路径。
40.然后，根据以下等式计算与频率相关的s
x1
参数：
41.s
21
(f)＝g
tx
(f)+g
rx
(f)-c
tx
(f)-c
rx
(f)+g
amp-pl(f)
42.其中，g_tx表示发射天线的与频率相关的增益，g_rx表示接收天线的与频率相关的增益，c_tx表示通向发射天线的电缆的与频率相关的衰减，c_rx表示通向接收天线的电缆的与频率相关的衰减，g_amp表示可能使用的放大器的增益，并且pl表示路径损耗(英语：path loss)。
43.然后，在确定功率参数时考虑到特定的s
x1
参数，方式是，所述s
x1
参数用于校准基站模拟器和至少一个测试装置。
44.图3示出所述方法的实施方式的流程示意图。在方法步骤100中，对设备或测量结构进行校准。
45.在方法步骤101中，建立确定测试流程的测试方案。所述测试方案尤其包括安装在交通工具中并且必须进行测试的无线电系统的列表(例如移动无线电、wlan、蓝牙、gps、无线电广播
……
)。测试方案还定义了应该测试的无线电系统的顺序。例如基于当前的交通工具装备、借助控制装置建立测试方案。例如可以由服务器从数据库查询当前的交通工具装备，针对多个交通工具，相应的交通工具装备存储在该数据库中。
46.在方法步骤102中，各个无线电系统分别被单独测试。这通过确定性能参数并且检测天线分集和电磁兼容性来完成。
47.在方法步骤103中，由安装在交通工具中的所有无线电系统形成的总系统相应地被测试和检测。
48.在方法步骤104中，根据预设的值评估各个无线电系统的性能参数以及天线分集和电磁兼容性。
49.基于评估结果，在方法步骤105中建立并提供报告，并且例如以数据表的形式输出
报告。
50.附图标记列表
51.1设备
52.2可转动的平台
53.3模拟天线
54.4基站模拟器
55.5测试天线
56.6测试装置
57.7控制装置
58.8天线
59.9信号放大器
60.10衰减器
61.11组合器
62.12干扰天线
63.13另外的测试装置
64.14放大器装置
65.15放大器
66.16开关
67.17无衰减的转接器
68.20性能参数
69.21兼容性检测信号
70.22天线分集检测信号
71.23报告
72.30网络分析仪
73.40测试室
74.50交通工具
75.51无线电系统
76.52另外的无线电系统
77.s
x1
s参数
78.100-105方法步骤