CN101350680B - 多通道流星余迹信道模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道流星余迹信道模拟器，它涉及通信领域中流星余迹突发通信信道的传输环境模拟设备。它由数控衰减器、功率分配/合成器、信道模拟单元、电源等部件组成。它能串联于流星余迹通信设备中，模拟实际流星余迹信道的特征，即随机突发出现、信号强度呈指数衰减，能对整个流星余迹通信系统的各项技术指标进行模拟测试。本发明还具有集成化程度高、电路简单、体积小、使用方便、性能稳定可靠等优点。特别适用于在实验室状态下的流星余迹通信系统网络的系统联试、设备传输门限测试、网络协议能力测试等场合作流星余迹信道模拟器装置。

Description

多通道流星余迹信道模拟器

技术领域

本发明涉及通信领域中的一种多通道流星余迹信道模拟器，特别适用于在实验室状态下的流星余迹通信系统网络的系统联试、设备传输门限测试、网络协议能力测试等场合作流星余迹信道模拟器装置。

背景技术

流星余迹突发通信是利用流星高速进入大气层燃烧而形成的电离余迹对VHF无线电波的反射或散射实现超视距通信的一种无线电通信方式。流星余迹根据其电子线密度分为欠密余迹和过密余迹，这两类余迹对电磁波的反射特点也各不相同，欠密余迹反射信号迅速达到峰值，然后呈指数衰减；过密余迹则持续时间较长，幅度下降过程存在衰落现象；接收信号不能用一般的噪声源和无线信道模拟器来模拟重复。在流星余迹通信设备的研制和测试过程中，手动可调衰减器可以粗略模拟单路信号幅度的衰减量，但是不能精确控制衰减速率和模式；当进行组网调试时，采用单一分合路器也难以实现信道随机突发出现的功能。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种具有多通道、多衰减模式的多通道流星余迹信道模拟器。本发明既可模拟流星余迹传输单信道类型和模拟流星余迹传输多信道类型，也可模拟流星余迹通信的“足迹”现象和多路传输方向上随机出现的信道。本发明还具有集成化程度高、电路简单、体积小、使用方便、性能稳定可靠等特点。

本发明的目的是这样实现的：

它包括第一至第四前端匹配衰减单元1-1至1-4、第一至第十六数控衰减器4-1至4-16、第一至第二两路输出功率分配/合成器2-1至2-2、第一至第二八路输出功率分配/合成器3-1至3-2、第一至第十六后端匹配衰减单元5-1至5-16、控制单元6、接口单元7、信道模拟单元8、电源9；所述的第一和第三前端匹配衰减单元1-1、1-3各输入端口1脚分别与输入信号端口A、端口C相连，各输出端口2脚分别与第一和第二两路输出功率分配/合成器2-1、2-2的各输入端口1脚相连；第二和第四前端匹配衰减单元1-2、1-4各输出端口1脚分别与输出信号端口B、端口D相连，各输入端口2脚分别与第一和第二两路输出功率分配/合成器2-1、2-2各输出端口2脚相连；第一和第二两路功率分配/合成器2-1、2-2各出入端口3脚分别与第一和第二八路输出功率分配/合成器3-1、3-2各入出端口1脚相连；第一八路输出功率分配/合成器3-1出入端口2至9脚分别与第一至第八数控衰减器4-1至4-8各入出端口1脚相连，第二八路输出功率分配/合成器3-2出入端口2至9脚分别与第九至第十六数控衰减器4-9至4-16各入出端口1脚相连；第一至第十六数控衰减器4-1至4-16各出入端口3脚分别与第一至第十六后端匹配衰减单元5-1至5-16各入出端口1脚相连；第一至第十六后端匹配衰减单元5-1至5-16各出端口2分别与输出信号E1至E16端口相连；控制单元6输出端口1脚串接接口单元7后与信道模拟单元8输入端口1脚连接，信道模拟单元8各输出端口2至17脚分别与第一至第十六数控衰减器4-1至4-16各输入端口2脚相连；

所述的第一至第四前端匹配衰减单元1-1至1-4完成前端射频输入输出信号的匹配，第一和第二两路输出功率分配/合成器2-1、2-2将第一至第四前端匹配衰减单元1-1至1-4输入输出端口信号进行隔离，第一和第二两路输出功率分配/合成器2-1、2-2将第一和第三前端匹配衰减单元1-1、1-3输入信号进行隔离后输出至第一和第二八路输出功率分配/合成器3-1、3-2，并将来自第一和第二八路输出功率分配/合成器3-1、3-2输入信号进行隔离后输出至第二和第四前端匹配衰减单元1-2、1-4；第一和第二八路输出功率分配/合成器3-1、3-2将来自第一和第二两路输出功率分配/合成器2-1、2-2的输入信号一分为八路输出至第一至第十六数控衰减器4-1至4-16；第一至第十六数控衰减器4-1至4-16将第一和第二八路输出功率分配/合成器3-1、3-2输入输出信号进行衰减；第一至第十六后端匹配衰减单元5-1至5-16将第一至第十六数控衰减器4-1至4-16输入输出的信号进行驻波匹配及衰减射频信号；控制单元6输出的控制命令信号通过接口单元7传输至信道模拟单元8，信道模拟单元8根据控制单元6输入的控制命令信号设置每一个信道的信道衰减类型，输出至数控衰减器4进行衰减量实时控制；电源9出端+V电压端与各部件相应电源端并接，提供各个部件直流工作电压。

本发明信道模拟单元8包括开始时刻产生器10、信道持续时间产生器11、信道中断时间产生器12、信道强度产生器13、信道参数配置器14、定时器15、矩形信道产生器16、常数类型信道产生器17、指数类型信道产生器18、瑞利信道产生器19、混合器20、类型比例分配器21、计算机指令译码器22、通道选择器23；所述的开始时刻产生器10、信道持续时间产生器11、信道中断时间产生器12、信道强度产生器13各输出端1脚分别与信道参数配置器14各输入端1至4脚连接，信道参数配置器14输出端6脚分别与矩形信道产生器16、常数类型信道产生器17、指数类型信道产生器18、瑞利信道产生器19各输入端1脚并接；定时器15输出端1脚一路分别与矩形信道产生器16、常数类型信道产生器17、指数类型信道产生器18、瑞利信道产生器19各输入端2脚并接，另一路与信道参数配置器14输入端5脚连接；矩形信道产生器16、常数类型信道产生器17各输出端3脚分别与通道选择器23输入端1、2脚连接；指数类型信道产生器18、瑞利信道产生器19各输出端3脚分别与混合器20输入端1、2脚连接；混合器20输出端4脚与通道选择器23输入端3脚连接，输入端3脚与类型比例分配器21输出端1脚连接；计算机指令译码器22输出端2脚与类型比例分配器21输入端2脚连接，输入端1脚与接口单元7输出端2脚连接，输出端3脚与通道选择器23输入端4脚连接；通道选择器23各输出端11至26脚分别与数控衰减器4-1至4-16各输入端2脚连接；开始时刻产生器10、信道持续时间产生器11、信道中断时间产生器12、信道强度产生器13、信道参数配置器14、定时器15、矩形信道产生器16、常数类型信道产生器17、指数类型信道产生器18、瑞利信道产生器19、混合器20、类型比例分配器21、计算机指令译码器22、通道选择器23各模块输入端9脚与电源9出端+V电压端连接，各输入端10脚与接地端连接，电源提供各个模块的工作电压，地端将各个模块接地端；

所述的开始时刻产生器10随机抽取一个时刻，作为模拟流星余迹突发的开始时刻；信道持续时间产生器11产生一个时间段，模拟流星余迹突发所持续时间，信道中断时间产生器12产生随机的信道中止时间，信道强度产生器13为不同的信道类型产生信号强度初始值，定时器15产生时间脉冲控制信号；信道参数配置器14根据开始时刻产生器10、信道持续时间产生器11、信道中断时间产生器12、信道强度产生器13输入的时间参数，在定时器15的时间脉冲控制下，产生不同的配置初始值信道类型信号；矩形信道产生器16根据信道参数配置器14输入的占空比信号，在定时器15的时间脉冲控制下，随机产生均值具有一定占空比的矩形信道，模拟时间受控信道；常数信道产生器17根据信道参数配置器14所输入的衰减值信号，在定时器15的时间脉冲控制下，产生常数量值的衰减，模拟产生常数信道；指数类型信道产生器18根据信道参数配置器14输入的信道类型信号，在定时器巧的时间脉冲控制下，模拟产生指数衰减类型的流星余迹信道；瑞利信道产生器19根据信道参数配置器14输入的瑞利分布随机数信号，在定时器巧的时间脉冲控制下，产生一定时间间隔的服从瑞利分布的随机衰减信号，模拟产生瑞利衰落信道；指数类型信道产生器18、瑞利信道产生器19所产生的信道衰减值信号输入至混合器20，混合器20根据类型比例分配器21输入的类型比例分配，输出信道类型至通道选择器23；计算机指令译码器22将接口单元7输入的控制命令信号，把控制命令信号翻译成每一路信道的衰减类型，输入至类型比例分配器21进行类型比例分配；选择器23根据矩形信道产生器16、常数信道产生器17、混合器20输入的信道类型指示信号及计算机指令译码器22信道类型选择信号选择信道衰减模式输出。

本发明相比背景技术具有如下优点：

1.本发明采用的两路输出功率分配/合成器2和八路输出功率分配/合成器3串接方式，可以同时产生16路流星余迹通信信道，以便于模拟流星余迹通信系统的全双工通信方式和半双工通信方式。

2.本发明采用的信道模拟单元8由数字信号处理器实现，可以模拟信道的固定衰减、指数衰减、瑞利衰减、矩形衰减等不同模式，模式之间切换可以通过控制单元6实施控制，且信道随机出现的时间、等待时间、持续时间等各个参量亦可以通过控制单元6实施控制。极大缩短流星余迹通信系统的联试和测试工作，提高研发效率。

3.本发明电路部件采用大规模现场可编程器件制作，因此可通过配置不同的程序实现对工作参数的修改，使设备的结构大大简化，成本显著降低。

4.本发明集成化程度高，因此体积小，重量轻，性能稳定可靠，维修方便，实用性强。

附图说明

图1是本发明电原理方框图。

图2是本发明信道模拟单元8实施例的电原理图。

具体实施方式

参照图1至图2，本发明由第一至第四前端匹配衰减单元1-1至1-4、第一至第十六数控衰减器4-1至4-16、第一至第二两路输出功率分配/合成器2-1至2-2、第一至第二八路输出功率分配/合成器3-1至3-2、第一至第十六后端匹配衰减单元5-1至5-16、控制单元6、接口单元7、信道模拟单元8、电源9等部件组成。图1是本发明的电原理方框图，实施例按图1连接线路。其中第一至第四前端匹配衰减单元1-1至1-4的作用是完成前端射频输入输出信号的匹配作用。第一和第二两路输出功率分配/合成器2-1、2-2的作用是使前端输入输出端口信号具有一定的隔离度，并且使来自第一和第二八路功率分配/合成器3-1、3-2的输入信号等分。第一和第二八路输出功率分配/合成器3-1、3-2的作用是使来自两路功率分配/合成器的输入信号一分为八，以达到模拟多路信道的能力。第一至第十六后端匹配衰减单元5-1至5-16的作用是提高数控衰减器输出的驻波，提高端射频端口的匹配作用，并适当衰减射频信号，使输出信号范围具有合适的范围。接口单元7的作用是完成控制单元6和信道模拟单元8之间的数据传输。控制单元6的作用是发送控制命令，实时控制信道模拟单元8的系统参数，为每一个信道设置不同的信道衰减类型。实施例所有部件均采用美国Alterna公司生产Cyclone系列FPGA芯片制作。

本发明信道模拟单元8的作用是根据控制单元6的参数设置，为每一个信道实时生成不同的信道衰减数值，来设置数控衰减器的衰减量，它由开始时刻产生器10、信道持续时间产生器11、信道中断时间产生器12、信道强度产生器13、信道参数配置器14、定时器15、矩形信道产生器16、常数类型信道产生器17、指数类型信道产生器18、瑞利信道产生器19、混合器20、类型比例分配器21、计算机指令译码器22、通道选择器23组成，图2是本发明信道模拟单元8的实施例电原理图，实施例按其连接线路。开始时刻产生器10随机产生，信道持续时间产生器11产生每一个突发所持续的时间，信道中断时间产生器12产生随机的信道中止时间，信道强度产生器13则为不同的信道类型产生信号强度初始值。由这几个随机生成的信道参数值经过采样送到信道参数配置器14中，信道参数配置器14根据定时器巧的时间脉冲控制下，为不同的信道类型产生器配置初始值。矩形信道产生器16根据信道参数配置器所设定的占空比，随机产生均值具有一定占空比的矩形信道，用于模拟时间严格受控信道，可以检验物理链路层的传输效率；常数信道产生器17根据信道参数配置器所设定的衰减值，对该信道进行常数量值的衰减，可以用于检测接收机灵敏度；指数类型信道产生器18用于模拟欠密类流星余迹信道，它接收信道配置器的初始参数，随机产生一个信道初始值，初始值符合均值为设定值，方差为10的高斯随机分布，然后在定时器15的定时脉冲控制下产生符合指数类型衰减的信道类型；瑞利信道产生器19接收信道配置器的初始参数，在定时器输出的定时脉冲控制下，以一定时间间隔产生瑞利分布的随机数，该随机数转换为实际信道的衰减值形成瑞利衰落。指数类型信道产生器18和瑞利信道产生器19所产生的信道衰减值由混合器20选择输出，其输出类型比例符合类型比例分配器21的设定值。计算机指令译码器22把信道参数翻译成每一路信道所实施的衰减类型，用于选择信道模拟单元所模拟的信道衰减的最终输出。通道选择器23最终选择四种信道模式之一进行输出，用于控制作用于所选信道的衰减形式。实施例信道模拟单元8采用美国Altera公司生产Cyclone系列FPGA芯片制作。

本发明电源9提供各部件的直流工作电压，实施例采用市售通用集成稳压直流电源块制作，其输出+V电压为+5V，供电电流为1A。

本发明简要工作原理如下：

多通道流星余迹信道模拟器首先由控制单元6通过接口单元7对信道模拟单元8发送信道配置指令。指令配置包括每个信道的平均电平、衰减类型、平均持续时间和平均等待时间。计算机指令译码器22把信道参数翻译成每一路信道所实施的衰减类型，用于选择信道模拟单元所模拟的信道衰减的最终输出至通道选择器23。

信道的产生是突发、随机的，该特点由开始时刻产生器10随机产生，信道持续时间产生器11产生每一个突发所持续的时间，信道中断时间产生器12产生随机的信道中止时间，信道强度产生器13则为不同的信道类型产生信号强度初始值。由这几个随机生成的信道参数值经过采样送到信道参数配置器14中，信道参数配置器14根据定时器巧的时间脉冲控制下，为不同的信道类型产生器配置初始值。矩形信道产生器16根据信道参数配置器所设定的占空比，随机产生均值具有一定占空比的矩形信道，用于模拟时间严格受控信道，可以检验物理链路层的传输效率；常数类型信道产生器12根据信道参数配置器所设定的衰减值，对该信道进行常数量值的衰减，可以用于检测接收机灵敏度；指数类型信道产生器18用于模拟欠密类流星余迹信道，它接收信道参数配置器14的初始参数，随机产生一个信道初始值，初始值符合均值为设定值，方差为10的高斯随机分布，然后在定时器巧的定时脉冲控制下产生符合指数类型衰减的信道类型；瑞利信道产生器19接收信道参数配置器14的初始参数，在定时器巧输出的定时脉冲控制下，以一定时间间隔产生瑞利分布的随机数，该随机数转换为实际信道的衰减值形成瑞利衰落。指数类型信道产生器18和瑞利信道产生器19所产生的信道衰减值由混合器选择输出，其输出类型比例符合类型比例分配器21的设定值。通道选择器23最终选择四种信道模式之一进行输出，用于控制作用于所选信道的衰减形式。

输入射频信号通过输入A、C端进入信道模拟器，经过多路分合路器后进入数控衰减器，每一路数控衰减器由信道模拟单元控制衰减量，经过数控衰减器后，射频信号形成符合指定衰减类型的实时衰减信号后，经过匹配电路输出。

本发明安装结构如下：

把图1至图2中所有电路器件安装在一块长、宽为200×250mm的印制板上，然后把印制板安装在一个长、宽、高为320×285×128mm的机箱内，机箱的前面板上安装前端信号输入端口A、C和输出端口B、D的插座，机箱的后面板上安装输出信号E1至E16端口插座、电源插座及接地插座，组装成本发明。

Claims (2)

1.一种多通道流星余迹信道模拟器，它包括第一至第四前端匹配衰减单元(1-1至1-4)、第一至第十六数控衰减器(4-1至4-16)、第一至第二两路输出功率分配/合成器(2-1至2-2)、第一至第二八路输出功率分配/合成器(3-1至3-2)、第一至第十六后端匹配衰减单元(5-1至5-16)、控制单元(6)、接口单元(7)、电源(9)，其特征在于：还包括信道模拟单元(8)；所述的第一和第三前端匹配衰减单元(1-1、1-3)各输入端口1脚分别与输入信号端口A、端口C相连，各输出端口2脚分别与第一和第二两路输出功率分配/合成器(2-1、2-2)的各输入端口1脚相连；第二和第四前端匹配衰减单元(1-2、1-4)各输出端口1脚分别与输出信号端口B、端口D相连，各输入端口2脚分别与第一和第二两路输出功率分配/合成器(2-1、2-2)各输出端口2脚相连；第一和第二两路功率分配/合成器(2-1、2-2)各出入端口3脚分别与第一和第二八路输出功率分配/合成器(3-1、3-2)各入出端口1脚相连；第一八路输出功率分配/合成器(3-1)出入端口2至9脚分别与第一至第八数控衰减器(4-1至4-8)各入出端口1脚相连，第二八路输出功率分配/合成器(3-2)出入端口2至9脚分别与第九至第十六数控衰减器(4-9至4-16)各入出端口1脚相连；第一至第十六数控衰减器(4-1至4-16)各出入端口3脚分别与第一至第十六后端匹配衰减单元(5-1至5-16)各入出端口1脚相连；第一至第十六后端匹配衰减单元(5-1至5-16)各出端口2分别与输出信号E1至E16端口相连；控制单元(6)输出端口1脚串接接口单元(7)后与信道模拟单元(8)输入端口1脚连接，信道模拟单元(8)各输出端口2至17脚分别与第一至第十六数控衰减器(4-1至4-16)各输入端口2脚相连；电源(9)出端+V电压端与各部件相应电源端并接，提供各个部件直流工作电压；

所述的第一至第四前端匹配衰减单元(1-1至1-4)完成前端射频输入输出信号的匹配，第一和第二两路输出功率分配/合成器(2-1、2-2)将第一和第三前端匹配衰减单元(1-1、1-3)输入信号进行隔离后输出至第一和第二八路输出功率分配/合成器(3-1、3-2)，并将来自第一和第二八路输出功率分配/合成器(3-1、3-2)输入信号进行隔离后输出至第二和第四前端匹配衰减单元(1-2、1-4)；第一和第二八路输出功率分配/合成器(3-1、3-2)将来自第一和第二两路输出功率分配/合成器(2-1、2-2)的输入信号一分为八路输出至第一至第十六数控衰减器(4-1至4-16)；第一至第十六数控衰减器(4-1至4-16)将第一和第二八路输出功率分配/合成器(3-1、3-2)输入输出信号进行衰减；第一至第十六后端匹配衰减单元(5-1至5-16)将第一至第十六数控衰减器(4-1至4-16)输入输出的信号进行驻波匹配及衰减射频信号；控制单元(6)输出的控制命令信号通过接口单元(7)传输至信道模拟单元(8)，信道模拟单元(8)根据控制单元(6)输入的控制命令信号设置每一个信道的信道衰减类型，输出至数控衰减器(4)进行衰减量实时控制。

2.根据权利要求1所述的多通道流星余迹信道模拟器，其特征在于：信道模拟单元(8)包括开始时刻产生器(10)、信道持续时间产生器(11)、信道中断时间产生器(12)、信道强度产生器(13)、信道参数配置器(14)、定时器(15)、矩形信道产生器(16)、常数类型信道产生器(17)、指数类型信道产生器(18)、瑞利信道产生器(19)、混合器(20)、类型比例分配器(21)、计算机指令译码器(22)、通道选择器(23)；所述的开始时刻产生器(10)、信道持续时间产生器(11)、信道中断时间产生器(12)、信道强度产生器(13)各输出端1脚分别与信道参数配置器(14)各输入端1至4脚连接，信道参数配置器(14)输出端6脚分别与矩形信道产生器(16)、常数类型信道产生器(17)、指数类型信道产生器(18)、瑞利信道产生器(19)各输入端1脚并接；定时器(15)输出端1脚一路分别与矩形信道产生器(16)、常数类型信道产生器(17)、指数类型信道产生器(18)、瑞利信道产生器(19)各输入端2脚并接、另一路与信道参数配置器(14)输入端5脚连接；矩形信道产生器(16)、常数类型信道产生器(17)各输出端3脚分别与通道选择器(23)输入端1、2脚连接；指数类型信道产生器(18)、瑞利信道产生器(19)各输出端3脚分别与混合器(20)输入端1、2脚连接；混合器(20)输出端4脚与通道选择器(23)输入端3脚连接，输入端3脚与类型比例分配器(21)输出端1脚连接；计算机指令译码器(22)输出端2脚与类型比例分配器(21)输入端2脚连接，输入端1脚与接口单元(7)输出端2脚连接，输出端3脚与通道选择器(23)输入端4脚连接；通道选择器(23)各输出端11至26脚分别与第一至第十六数控衰减器(4-1至4-16)各输入端2脚连接；开始时刻产生器(10)、信道持续时间产生器(11)、信道中断时间产生器(12)、信道强度产生器(13)、信道参数配置器(14)、定时器(15)、矩形信道产生器(16)、常数类型信道产生器(17)、指数类型信道产生器(18)、瑞利信道产生器(19)、混合器(20)、类型比例分配器(21)、计算机指令译码器(22)、通道选择器(23)各模块输入端9脚与电源(9)出端+V电压端连接，各输入端10脚与接地端连接，电源提供各个模块的工作电压，地端将各个模块接地端；

所述的开始时刻产生器(10)随机抽取一个时刻，作为模拟流星余迹突发的开始时刻；信道持续时间产生器(11)产生一个时间段，模拟流星余迹突发所持续时间；信道中断时间产生器(12)产生随机的信道中止时间；信道强度产生器(13)为不同的信道类型产生信号强度初始值；定时器(15)产生时间脉冲控制信号；信道参数配置器(14)根据开始时刻产生器(10)、信道持续时间产生器(11)、信道中断时间产生器(12)、信道强度产生器(13)输入的时间参数，在定时器(15)的时间脉冲控制下，产生不同的配置初始值信道类型信号；矩形信道产生器(16)根据信道参数配置器(14)输入的占空比信号，在定时器(15)的时间脉冲控制下，随机产生均值具有一定占空比的矩形信道，模拟时间受控信道；常数信道产生器(17)根据信道参数配置器(14)所输入的衰减值信号，在定时器(15)的时间脉冲控制下，产生常数量值的衰减，模拟产生常数信道；指数类型信道产生器(18)根据信道参数配置器(14)输入的信道类型信号，在定时器(15)的时间脉冲控制下，模拟产生指数类流星余迹信道；瑞利信道产生器(19)根据信道参数配置器(14)输入的瑞利分布随机数信号，在定时器(15)的时间脉冲控制下，产生一定时间间隔的服从瑞利分布的随机衰减信号，模拟产生瑞利衰落信道；指数类型信道产生器(18)、瑞利信道产生器(19)所产生的信道衰减值信号输入至混合器(20)，混合器(20)根据类型比例分配器(21)输入的类型比例分配，输出信道类型至通道选择器(23)；计算机指令译码器(22)将接口单元(7)输入的控制命令信号，把控制命令信号翻译成每一路信道的衰减类型，输入至类型比例分配器(21)进行类型比例分配；选择器23根据矩形信道产生器(16)、常数信道产生器(17)、混合器(20)输入的信道类型指示信号及计算机指令译码器(22)信道类型选择信号选择信道衰减模式输出。

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