CN101588584B - 具有信道切换控制的中频等效低轨卫星移动信道模拟器 - Google Patents

Abstract

具有信道切换控制的中频等效低轨卫星移动信道模拟器。它涉及卫星通信领域，它解决了现在没有能够最大程度接近真实信道条件的低轨卫星移动通信信道模拟器的问题，它由上行链路信道模拟器和下行链路信道模拟器组成。上行链路信道模拟器的上行链路信道切换控制部分的三个输入端为用户终端信号输入端，上行链路信道切换控制部分的六个信号输出端分别连接六个上行链路信道衰落特性模拟部分的信号输入端，六个上行链路信道衰落特性模拟部分的信号输出端为卫星波束输出端；上行链路仿真控制代理部分的仿真信号输出端同时连接上行链路信道切换控制部分的输入端和六个上行链路信道衰落特性模拟部分的输入端；下行链路信道模拟器的为上行链路信道模拟器逆过程。

Description

具有信道切换控制的中频等效低轨卫星移动信道模拟器

技术领域

本发明属于卫星通信领域，具体涉及具有信道切换控制的中频等效低轨卫星移动信道模拟方法。

背景技术

在低轨卫星移动通信系统规划设计以及收发信机的研制时，需要对卫星移动信道特性进行分析和模拟，这往往需要接近真实信道情况的试验条件。若采用软件仿真的方式对信道特性进行模拟，软件由于计算量大，很难实现实时性，而且缺少物理接口，不利于采用实际设备进行测试。若租用卫星链路做这样的试验，代价则很昂贵的。因此，需要一种能够最大程度接近真实信道条件的低轨卫星移动通信信道模拟器，除了可以对信号叠加相应的信道传输特性，如衰落、延时、多普勒频移等，还应具备信道切换矩阵，用以模拟卫星移动通信中星载信道切换功能，以帮助卫星移动通信系统规划设计和收发信机研制。

发明内容

本发明为了解决现在没有一种能够最大程度接近真实信道条件的低轨卫星移动通信信道模拟器的问题，而提出了一种具有信道切换控制的中频等效低轨卫星移动信道模拟器。

具有信道切换控制的中频等效低轨卫星移动信道模拟器由上行链路信道模拟器和下行链路信道模拟器组成。

所述的上行链路信道模拟器包括上行链路信道切换控制部分、上行链路仿真控制代理部分和六个上行链路信道衰落特性模拟部分；上行链路信道切换控制部分的三个输入端为用户终端信号输入端，上行链路信道切换控制部分的六个信号输出端分别连接六个上行链路信道衰落特性模拟部分的信号输入端，六个上行链路信道衰落特性模拟部分的信号输出端为卫星波束输出端；上行链路仿真控制代理部分的仿真信号输出端同时连接上行链路信道切换控制部分的输入端和六个上行链路信道衰落特性模拟部分的输入端；上行链路信道切换控制部分包括三入六出信道切换矩阵和上行链路FPGA控制模块；三入六出信道切换矩阵包括三个微波分路器、六个三选一选择器和控制IO口；每一个微波分路器的六个输出端分别与六个三选一选择器的一个输入端连接，六个三选一选择器的输出端为三入六出信道切换矩阵的六个输出端，即为上行链路信道切换控制部分的六个信号输出端；控制IO口有六组三选一选择器的控制端，所述的每一组三选一选择器的控制端有三个端口，控制IO口的六组三选一选择器的控制端分别与六个三选一选择器的受控端连接，控制IO口的接受端连接上行链路FPGA控制模块的控制端，上行链路FPGA控制模块的受控端为上行链路信道切换控制部分的受控端；

所述的下行链路信道模拟器包括下行链路信道切换控制部分、下行链路仿真控制代理部分和六个下行链路信道衰落特性模拟部分；六个下行链路信道衰落特性模拟部分的信号输入端为卫星波束输入端；六个下行链路信道衰落特性模拟部分信号的输出端分别连接下行链路信道切换控制部分的六个信号输入端，下行链路信道切换控制部分的三个输出端为用户终端信号输出端；下行链路仿真控制代理部分的仿真信号输出端同时连接下行链路信道切换控制部分的输入端和六个下行链路信道衰落特性模拟部分的输入端；下行链路信道切换控制部分包括六入三出信道切换矩阵和下行链路FPGA控制模块；六入三出信道切换矩阵包括六个分路器、模拟开关组和三个组合器；所述的模拟开关组包括六组三项开关组，每个分路器的三个输出端分别与每组三项开关组的三个输入端连接，每组三项开关组的三个输出端分别与每个组合器的一个输入端连接，三个组合器的输出端为六入三出信道切换矩阵的输出端；下行链路FPGA控制模块的控制端连接六入三出信道切换矩阵的模拟开关组的受控端，下行链路FPGA控制模块的受控端为下行链路信道切换控制部分的受控端。

本发明低轨卫星信道模拟器可以根据仿真场景要求配置信道切换矩阵和模拟通道，实时加载仿真场景参数给模拟通道，而且信道模拟模块能够按照动态变化的实际星地相对位置关系模拟各径的传播时延、多普勒频移、衰落和信噪比等变量。

附图说明

图1是具有信道切换控制的中频等效低轨卫星移动信道模拟器的上行链路信道模拟器构示意图；图2是具有信道切换控制的中频等效低轨卫星移动信道模拟器的下行链路信道模拟器结构示意图；图3是上行链路信道切换控制部分11的结构示意图；图4是下行链路信道切换控制部分21的结构示意图；图5是上行链路信道衰落特性模拟部分13和下行链路信道衰落特性模拟部分23的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式中的具有信道切换控制的中频等效低轨卫星移动信道模拟器的上行链路信道模拟器包括上行链路信道切换控制部分11、上行链路仿真控制代理部分12和六个上行链路信道衰落特性模拟部分13；

上行链路信道切换控制部分11的三个输入端为用户终端信号输入端，上行链路信道切换控制部分11的六个信号输出端分别连接六个上行链路信道衰落特性模拟部分13的信号输入端，六个上行链路信道衰落特性模拟部分13的信号输出端为卫星波束输出端；上行链路仿真控制代理部分12的仿真信号输出端同时连接上行链路信道切换控制部分11的输入端和六个上行链路信道衰落特性模拟部分13的输入端。

上行链路信道切换控制部分11，用于模拟在低轨卫星移动通信系统中的多用户终端与多信道之间的切换。

上行链路信道衰落特性模拟部分13，用于模拟多普勒频移、传输时延、衰落特性和噪声特性；六个上行链路信道衰落特性模拟部分13中的每一部分之间是相互独立的信道衰落特性模拟部分。

上行链路仿真控制代理部分12，用于控制上行链路信道切换控制部分11的用户终端与多信道之间的切换，还用于控制上行链路信道衰落特性模拟部分13的信道特性的模拟，是整个信道模拟器的中枢部分。上行链路仿真控制代理部分12是通过计算机达到提供人机交互功能；根据仿真场景配置信道切换矩阵和模拟通道功能；实时加载仿真场景和参数给模拟通道功能；控制仿真进程功能和运行状态报告功能。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于上行链路信道切换控制部分11包括三入六出信道切换矩阵111和上行链路FPGA控制模块112；

三入六出信道切换矩阵111包括三个微波分路器31、六个三选一选择器32和控制IO口33；每一个微波分路器31的六个输出端分别与六个三选一选择器32的一个输入端连接，六个三选一选择器32的输出端为三入六出信道切换矩阵111的六个输出端，即为上行链路信道切换控制部分11的六个信号输出端；控制IO口33有六组三选一选择器的控制端，所述的每一组三选一选择器的控制端有三个端口，控制IO口33的六组三选一选择器的控制端分别与六个三选一选择器32的受控端连接，控制IO口33的接受端连接上行链路FPGA控制模块112的控制端，上行链路FPGA控制模块112的受控端为上行链路信道切换控制部分11的受控端。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

通过三入六出信道切换矩阵仿真低轨卫星移动通信系统中固定、低速和高速移动三类终端与最多六条通信路径的星载信道切换功能。

具体实施方式三：结合图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于上行链路信道衰落特性模拟部分13包括模/数转换模块51、数字信号处理模块52和数/模转换模块53；

上行链路信道衰落特性模拟部分13的信号输入端为模/数转换模块51的输入端，上行链路信道衰落特性模拟部分13的信号输出端为数/模转换模块53的输出端；

数字信号处理模块52包括希尔伯特滤波器521、快速记忆体522、频移参数模块523、同步动态随机存取存储器524、通用异步收发传送模块525、时延参数模块526、衰落参数模块527、噪声功率控制参数模块528、只读存储器529、第一加法器、第二加法器和第一乘法器至第三乘法器；

模/数转换模块51的输出端同时连接第一乘法器的第一信号输入端和希尔伯特滤波器521的信号输入端，希尔伯特滤波器521的输出端连接第二乘法器的第一信号输入端，第一乘法器的输出端和第二乘法器的输出端分别连接第一加法器的两个输入端，第一加法器的输出端连接同步动态随机存取存储器524的第一信号输入端，同步动态随机存取存储器524的输出端连接第三乘法器的第一输入端，第三乘法器的输出端连接第二加法器的第一输入端；

上行链路仿真控制代理部分12的仿真信号输出端连接通用异步收发传送模块525的输入端，通用异步收发传送模块525的频移参数信号输出端连接频移参数模块523的信号输入端，通用异步收发传送模块525的时延参数信号输出端连接时延参数模块526的信号输入端，通用异步收发传送模块525的衰落参数信号输出端连接衰落参数模块527的信号输入端，通用异步收发传送模块525的噪声功率控制参数信号输出端连接噪声功率控制参数模块528的信号输入端；

频移参数模块523的输出端连接快速记忆体522的输入端，快速记忆体522的两个输出端分别连接第一乘法器的余弦信号输入端和第二乘法器的正弦信号输入端，时延参数模块526的输出端连接同步动态随机存取存储器524的第二信号输入端，衰落参数模块527的输出端连接第三乘法器的第二输入端，噪声功率控制参数模块528的输出端连接只读存储器529的输入端，只读存储器529的输出端连接第二加法器的第二输入端；第二加法器的输出端连接数/模转换模块53的输入端。

其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

希尔伯特滤波器521、快速记忆体522和频移参数模块523，用于模拟多普勒频移。其中快速记忆体522分别提供给第一乘法器余弦信号和提供给第二乘法器正弦信号。

同步动态随机存取存储器524和时延参数模块526，用于模拟传输延时。

衰落参数模块527，用于模拟衰落特性。

噪声功率控制参数模块528和只读存储器529，用于模拟噪声特性。

通用异步收发传送模块525，用于接受和发送上行链路仿真控制代理部分12的计算机数据。

具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式中的具有信道切换控制的中频等效低轨卫星移动信道模拟器的下行链路信道模拟器包括下行链路信道切换控制部分21、下行链路仿真控制代理部分22和六个下行链路信道衰落特性模拟部分23；

六个下行链路信道衰落特性模拟部分23的信号输入端为卫星波束输入端；六个下行链路信道衰落特性模拟部分23信号的输出端分别连接下行链路信道切换控制部分21的六个信号输入端，下行链路信道切换控制部分21的三个输出端为用户终端信号输出端；下行链路仿真控制代理部分22的仿真信号输出端同时连接下行链路信道切换控制部分21的输入端和六个下行链路信道衰落特性模拟部分23的输入端。

下行链路信道切换控制部分21，用于模拟在低轨卫星移动通信系统中的多用户终端与多信道之间的切换。

下行链路信道衰落特性模拟部分23用于模拟传输时延、多普勒频移、衰落特性以及噪声特性；六个下行链路信道衰落特性模拟部分23中的每一部分之间是相互独立的信道衰落特性模拟部分。

下行链路仿真控制代理部分22，用于控制下行链路信道切换控制部分21的用户终端与多信道之间的切换，还用于控制下行链路信道衰落特性模拟部分23的信道特性的模拟，是整个信道模拟器的中枢部分。下行链路仿真控制代理部分22是通过计算机达到提供人机交互功能；根据仿真场景配置信道切换矩阵和模拟通道功能；实时加载仿真场景和参数给模拟通道功能；控制仿真进程功能；运行状态报告功能。

具体实施方式五：结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四不同点在于下行链路信道切换控制部分21包括六入三出信道切换矩阵211和下行链路FPGA控制模块212；六入三出信道切换矩阵211包括六个分路器41、模拟开关组42和三个组合器43；所述的模拟开关组42包括六组三项开关组，每个分路器41的三个输出端分别与每组三项开关组的三个输入端连接，每组三项开关组的三个输出端分别与每个组合器43的一个输入端连接，三个组合器43的输出端为六入三出信道切换矩阵211的输出端；下行链路FPGA控制模块212的控制端连接六入三出信道切换矩阵211的模拟开关组42的受控端，下行链路FPGA控制模块212的受控端为下行链路信道切换控制部分21的受控端；其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四不同点在于下行链路信道衰落特性模拟部分23与上行链路信道衰落特性模拟部分13的组成和链接方式相同，其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。

本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

Claims (2)

1.具有信道切换控制的中频等效低轨卫星移动信道模拟器，其特征在于它由上行链路信道模拟器和下行链路信道模拟器组成；

所述的上行链路信道模拟器包括上行链路信道切换控制部分(11)、上行链路仿真控制代理部分(12)和六个上行链路信道衰落特性模拟部分(13)；上行链路信道切换控制部分(11)的三个输入端为用户终端信号输入端，上行链路信道切换控制部分(11)的六个信号输出端分别连接六个上行链路信道衰落特性模拟部分(13)的信号输入端，六个上行链路信道衰落特性模拟部分(13)的信号输出端为卫星波束输出端；上行链路仿真控制代理部分(12)的仿真信号输出端同时连接上行链路信道切换控制部分(11)的输入端和六个上行链路信道衰落特性模拟部分(13)的输入端；上行链路信道切换控制部分(11)包括三入六出信道切换矩阵(111)和上行链路FPGA控制模块(112)；三入六出信道切换矩阵(111)包括三个微波分路器(31)、六个三选一选择器(32)和控制IO口(33)；每一个微波分路器(31)的六个输出端分别与六个三选一选择器(32)的一个输入端连接，六个三选一选择器(32)的输出端为三入六出信道切换矩阵(111)的六个输出端，即为上行链路信道切换控制部分(11)的六个信号输出端；控制IO口(33)有六组三选一选择器的控制端，所述的每一组三选一选择器的控制端有三个端口，控制IO口(33)的六组三选一选择器的控制端分别与六个三选一选择器(32)的受控端连接，控制IO口(33)的接收端连接上行链路FPGA控制模块(112)的控制端，上行链路FPGA控制模块(112)的受控端为上行链路信道切换控制部分(11)的受控端；

所述的下行链路信道模拟器包括下行链路信道切换控制部分(21)、下行链路仿真控制代理部分(22)和六个下行链路信道衰落特性模拟部分(23)；六个下行链路信道衰落特性模拟部分(23)的信号输入端为卫星波束输入端；六个下行链路信道衰落特性模拟部分(23)信号的输出端分别连接下行链路信道切换控制部分(21)的六个信号输入端，下行链路信道切换控制部分(21)的三个输出端为用户终端信号输出端；下行链路仿真控制代理部分(22)的仿真信号输出端同时连接下行链路信道切换控制部分(21)的输入端和六个下行链路信道衰落特性模拟部分(23)的输入端；下行链路信道切换控制部分(21)包括六入三出信道切换矩阵(211)和下行链路FPGA控制模块(212)；六入三出信道切换矩阵(211) 包括六个分路器(41)、模拟开关组(42)和三个组合器(43)；所述的模拟开关组(42)包括六组三项开关组，每个分路器(41)的三个输出端分别与每组三项开关组的三个输入端连接，每组三项开关组的三个输出端分别与每个组合器(43)的一个输入端连接，三个组合器(43)的输出端为六入三出信道切换矩阵(211)的输出端；下行链路FPGA控制模块(212)的控制端连接六入三出信道切换矩阵(211)的模拟开关组(42)的受控端，下行链路FPGA控制模块(212)的受控端为下行链路信道切换控制部分(21)的受控端。

2.根据权利要求1所述的具有信道切换控制的中频等效低轨卫星移动信道模拟器，其特征在于上行链路信道衰落特性模拟部分(13)包括模/数转换模块(51)、数字信号处理模块(52)和数/模转换模块(53)；

上行链路信道衰落特性模拟部分(13)的信号输入端为模/数转换模块(51)的输入端，上行链路信道衰落特性模拟部分(13)的信号输出端为数/模转换模块(53)的输出端；

数字信号处理模块(52)包括希尔伯特滤波器(521)、快速记忆体(522)、频移参数模块(523)、同步动态随机存取存储器(524)、通用异步收发传送模块(525)、时延参数模块(526)、衰落参数模块(527)、噪声功率控制参数模块(528)、只读存储器(529)、第一加法器、第二加法器和第一乘法器至第三乘法器；

模/数转换模块(51)的输出端同时连接第一乘法器的第一信号输入端和希尔伯特滤波器(521)的信号输入端，希尔伯特滤波器(521)的输出端连接第二乘法器的第一信号输入端，第一乘法器的输出端和第二乘法器的输出端分别连接第一加法器的两个输入端，第一加法器的输出端连接同步动态随机存取存储器(524)的第一信号输入端，同步动态随机存取存储器(524)的输出端连接第三乘法器的第一输入端，第三乘法器的输出端连接第二加法器的第一输入端；

上行链路仿真控制代理部分(12)的仿真信号输出端连接通用异步收发传送模块(525)的输入端，通用异步收发传送模块(525)的频移参数信号输出端连接频移参数模块(523)的信号输入端，通用异步收发传送模块(525)的时延参数信号输出端连接时延参数模块(526)的信号输入端，通用异步收发传送模块(525)的衰落参数信号输出端连接衰落参数模块(527)的信号输入端，通用异步收发传送模块(525)的噪声功率控制参数信号输出端连接噪声功率控制参数模块 (528)的信号输入端；

频移参数模块(523)的输出端连接快速记忆体(522)的输入端，快速记忆体(522)的两个输出端分别连接第一乘法器的余弦信号输入端和第二乘法器的正弦信号输入端，时延参数模块(526)的输出端连接同步动态随机存取存储器(524)的第二信号输入端，衰落参数模块(527)的输出端连接第三乘法器的第二输入端，噪声功率控制参数模块(528)的输出端连接只读存储器(529)的输入端，只读存储器(529)的输出端连接第二加法器的第二输入端；第二加法器的输出端连接数/模转换模块(53)的输入端。 

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