一種雙通道靜態(tài)基帶信道模擬裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙通道靜態(tài)基帶信道模擬裝 置，還涉及一種雙通道靜態(tài)基帶信道模擬方法，針對(duì)多種通信場(chǎng)景時(shí)的基帶信道模擬。
【背景技術(shù)】
[0002] 信道模擬器可以在實(shí)驗(yàn)室中模擬實(shí)際通信場(chǎng)景對(duì)無(wú)線信號(hào)傳播的影響，廣泛應(yīng)用 于通信設(shè)備的研發(fā)與測(cè)試。
[0003] 隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)無(wú)線通信的可靠性和實(shí)時(shí)性要求越來(lái)越高。由 于無(wú)線通信設(shè)備之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生多普勒頻移，同時(shí)無(wú)線信號(hào)傳輸過(guò)程中受周圍傳播環(huán) 境的反射、散射等影響產(chǎn)生多徑效應(yīng)，從而造成信號(hào)包絡(luò)隨機(jī)起伏，即產(chǎn)生多徑衰落，一般 服從瑞利、萊斯分布；此外，由于周圍障礙物的遮擋使得接收信號(hào)平均功率隨機(jī)起伏變化， 即產(chǎn)生陰影衰落，一般服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。
[0004] 信道模擬器可以用于評(píng)估通信設(shè)備的有效性、可靠性等，為通信設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì) 提供可靠地科學(xué)依據(jù)，同時(shí)，還可以降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期。
[0005] 由于無(wú)線傳播信號(hào)受周圍障礙物反射、散射等的影響，經(jīng)過(guò)多條路徑到達(dá)接收端， 因此一般采用延遲抽頭模型建立信道模型，表示為
[0006；
[0007] 其中，L表示路徑數(shù)目，:⑷分別表示收發(fā)基帶信號(hào)表示第1條路經(jīng)基帶 信道沖擊響應(yīng)，包括路徑損耗、多徑衰落和陰影衰落；以O(shè)表示等效的基帶信道噪聲。
[0008] 信道衰落模擬產(chǎn)生方法主要有濾波器發(fā)和諧波疊加法。其中，濾波器法實(shí)現(xiàn)精度 受濾波器階數(shù)影響，設(shè)計(jì)算法復(fù)雜，僅適用于軟件仿真；諧波疊加法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于軟硬件 實(shí)現(xiàn)，該模型可表示為
[0009]
[0010] 其中，N表示散射支路數(shù)，心表示多普勒頻率Θ n，A分別表示各散射路徑入射角和 相位，N時(shí)，u (t)服從高斯分布。
[0011] 在現(xiàn)有儀器設(shè)備中，伊萊比特公司的Propsim C8,它可以支持幾何模型（SCM)、SCM 擴(kuò)展模型（SCME)等3GPP推薦的信道模型，可滿足大部分場(chǎng)景下移動(dòng)通信信道的模擬測(cè)試 需求；AER0FLEX公司的寬帶通道模擬器CS8007,可仿真多普勒頻率和多普勒加速度，能夠 模擬通帶幅度、相位畸變及各種衰落；思博倫公司的SR5500可針對(duì)具有多樣性波束形成和 MHTO的先進(jìn)接收機(jī)，準(zhǔn)確的仿真復(fù)雜的寬帶無(wú)線信道特征，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的MMO信道測(cè) 試。
[0012] 然而大多數(shù)設(shè)備是將射頻或中頻信號(hào)下變頻到基帶，再在基帶信號(hào)上模擬信道衰 落，該方法在下變頻過(guò)程中容易產(chǎn)生信號(hào)失真。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于軟件無(wú)線電技術(shù)的雙通道靜態(tài) 基帶信道模擬裝置及方法，對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行信道模擬，可以實(shí)現(xiàn)多種信道模型，滿足多種信 道衰落類型及多普勒頻譜要求，具有操作簡(jiǎn)單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0014] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0015] -種雙通道靜態(tài)基帶信道模擬裝置，各通道均包括PC機(jī)中的參數(shù)配置計(jì)算單元、 DSP中的參數(shù)定點(diǎn)化及傳遞單元、信號(hào)輸入輸出單元、FPGA中的信道模擬單元、信號(hào)調(diào)理單 元；
[0016] 所述參數(shù)配置計(jì)算單元通過(guò)數(shù)據(jù)總線與DSP相連，用戶利用PC機(jī)選擇信道模型， 配置信道參數(shù)，參數(shù)配置計(jì)算單元根據(jù)用戶配置參數(shù)計(jì)算信道參數(shù)；
[0017] 所述參數(shù)定點(diǎn)化及傳遞單元的輸入端與參數(shù)配置計(jì)算單元相連，輸出端通過(guò)數(shù)據(jù) 總線與FPGA相連，把信道參數(shù)定點(diǎn)化并傳遞給信道模擬單元；
[0018] 所述信號(hào)輸入輸出單元與信道模擬單元相連，信號(hào)輸入單元將模擬基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換 為數(shù)字基帶信號(hào)，信號(hào)輸出單元將數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬基帶信號(hào)；
[0019] 所述信道模擬單元的輸入端分別與參數(shù)定點(diǎn)化及傳遞單元以及信號(hào)輸入單元相 連，輸出端與信號(hào)輸出單元相連，產(chǎn)生信道時(shí)延、損耗、衰落以及噪聲；
[0020] 所述信號(hào)調(diào)理單元的輸入端與信號(hào)輸出單元相連，用于消除信號(hào)鏡像分量，并利 用FPGA接收到的信道參數(shù)控制輸出信號(hào)衰減。
[0021] 可選地，所述信道參數(shù)包括：路徑數(shù)目、各徑時(shí)延、損耗、移動(dòng)速度、多普勒頻率、信 噪比、頻譜形狀、衰落類型。
[0022] 可選地，所述衰落類型包括：
[0023] 純多普勒：
[0024]
(1)
[0025] 其中，fd表示多普勒頻率；
[0026] 瑞利分布：
[0027]
. (2)
[0028] 其中，U1U)，Utj(t)為統(tǒng)計(jì)不相關(guān)的高斯隨機(jī)變量；
[0029] 某：.
[0030] _ . (3)
[0031] 其中，表示視距路徑分量，Α，θ p，％分別表示視距路徑的幅 度、入射角和相位；
[0032] 對(duì)數(shù)正態(tài)分布：
[0033]
(4)
[0034] 其中，σ，μ分別表示衰落方差和平均功率。
[0035] 可選地，根據(jù)所述衰落類型，復(fù)基帶信道衰落包絡(luò)表示為： LlN 丄U0U4y丄4Z A yJ^ rVJ ?/υ }J^
[0036] (5)
[0037] _
[0038] 可選地，信道多普勒功率譜形狀包括：
[0039] 經(jīng)典 6dB : 乂
[0049] 其中，
IEEE 802. 1 6信道模型標(biāo)準(zhǔn)中令a。= 1，a 2 =-I. 72, a4= 0· 785 ;
[0050] Jakes 經(jīng)典：
[0051]
(11)
[0052]高斯：
[0053]
(12)。
[0054] 基于上述模擬裝置，本發(fā)明還提供了一種雙通道靜態(tài)基帶信道模擬方法，用戶選 擇信道模型并配置信道參數(shù)，然后利用DSP計(jì)算信道參數(shù)并將參數(shù)定點(diǎn)化，然后通過(guò)數(shù)據(jù) 接口傳遞到FPGA中，F(xiàn)PGA中對(duì)AD采集的雙通道數(shù)字基帶信號(hào)分別進(jìn)行信號(hào)處理，最后通 過(guò)DA輸出模擬信號(hào)，并對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理。
[0055] 可選地，F(xiàn)PGA中對(duì)AD采集的雙通道數(shù)字基帶信號(hào)分別進(jìn)行信號(hào)處理的步驟，包括 多徑時(shí)延、損耗、衰落以及疊加噪聲，最后通過(guò)DA輸出模擬信號(hào)，并對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào) 理，包括消除信號(hào)鏡像分量以及信號(hào)衰減。
[0056] 可選地，在FPGA中對(duì)AD采集到的雙通道數(shù)字基帶信號(hào)分別疊加多徑衰落、陰影衰 落以及高斯噪聲，其中，多徑衰落類型包含常數(shù)、純多普勒、瑞利、萊斯，陰影衰落服從對(duì)數(shù) 正態(tài)分布。
[0057] 可選地，所述信道參數(shù)的計(jì)算步驟包括：
[0058] 7)根據(jù)用戶選擇信道模型確定衰落路徑數(shù)目；
[0059] 8)設(shè)置各徑時(shí)延、損耗、移動(dòng)速度參數(shù)；
[0060] 9)根據(jù)用戶選擇各徑衰落類型以及公式（5)確定加權(quán)因子α，β，，衰落方差及均 值 σ，μ，
[0061]
(5)
[0062] 具體步驟如下：
[0063] (a)判斷是否存在陰影衰落，若存在，則設(shè)置衰落方差及均值σ，μ，若不存在，則 衰落方差及均值為〇 ;
[0064] (b)判斷用戶選擇多徑衰落類型，若選擇純多普勒，則衰落因子α = 1，β = 0 ;若 選擇瑞利分布，α = 〇，β = 1 ;若選擇萊斯分布，需滿足萊斯因子k = α 2/ β 2;
[0065] 10)根據(jù)用戶設(shè)置移動(dòng)速度及公式（13)計(jì)算多普勒頻率，
[0066]
(13)
[0067] 其中，f。，V，c分別表示通信頻率、移動(dòng)速度和光速；
[0068] 11)根據(jù)用戶選擇各徑頻譜形狀，計(jì)算各散射支路入射角，
[0069]
(14)
[0070] 其中，S(f)表示多普勒頻譜，fn= f dcos θ n，表示各徑多普勒頻率，θ n為各散射支 路入射