CN102457336A - 信道模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信道模拟装置及方法，其中，上述信道模拟装置包括：网络抽象与信道构成模块，用于获取无线网络拓扑结构，根据无线网络拓扑结构设计并排列网络信道数据，用排列后的网络信道数据生成信道数据包，响应数据与信道处理模块的请求下发该信道数据包；数据与信道处理模块，用于向网络抽象与信道构成模块发送获取信道数据包的请求，将获取到的基带信号与信道数据包包含的信道数据进行计算处理并输出。通过本发明的技术方案，可以方便的实现大规模的无线网络信道模拟。

Description

信道模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种信道模拟装置及方法。

背景技术

无线信道的电磁波传播特性和传播环境相关(地理特征、建筑物、电磁干扰、采用频段等)，通常认为无线信道具有大尺度衰落和小尺度衰落两种特征：(1)大尺度衰落刻画了移动台经过较大距离移动而引起的平均接收信号功率的衰减或路径损耗，有两个影响因素：路径损耗和阴影衰落。路径损耗是指电波在空间上的传播损耗；阴影衰落是指电波在传播过程中遇到高大障碍物的阻隔会产生电磁场的阴影区域，移动台穿过阴影区时，会引发信号场强中值的变化。(2)一般情况下，基站和移动台之间不存在直射信号，接收到的信号通常为发射信号经过若干次绕射、散射、反射、透射、折射后的叠加信号，这种信号经过不同传播路径达到接收端的现象称为多径传播。多径传播造成信号波形的展宽，产生频率选择性衰落；多普勒效应影响着信道的时变特性，因移动速度产生的多普勒频偏造成信号频谱在一定的范围内扩散，产生时间选择性衰落。这种小尺度衰落会造成信号几十dB的功率衰落。同时，无线网络信道还受到各种电磁干扰的影响和组网中同频干扰的影响。

无线网络信道的这种复杂性和时变性给无线网络规划和系统参数配置增加了难度，使得系统测试无法覆盖实际应用中的各种复杂场景。无线通讯设备(例如，基站、终端)在实验室研发阶段完成各项性能指标测试之后，需要在实际无线信道环境中进行网络测试，为了验证无线通讯设备的稳定性和成熟度，一般需要开辟较大规模的商用局，以验证网络规划和系统参数设置的合理性，充分暴露产品在实际应用中的缺陷。这种验证和测试方式开发周期较长，且投入较大，不利于对无线产品的商用能力进行快速的验证。

现有技术对无线信道的模拟分为软仿真和硬仿真两种。其中软仿真基于业界经典的信道模型，通过数学建模的方式对无线信道进行模拟近似，其缺陷在于这些信道模型仅仅是对经典应用场景的建模，无法真实的再现信道的多样性和复杂性；硬仿真基于无线信道模拟器，无线信道模拟器可以根据信道模型产生信道参数，也可以下载实际信道的采集数据，这种方式对点对点的无线信道模拟有较好的仿真效果，但是对无线网络信道的仿真能力较差，一般要采用多个无线信道模拟器级联来完成，由于信道模拟器体积较大，加之信号之间的同步问题，即使级联也只能实现小范围的网络模拟。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种信道模拟装置及方法，以至少解决上述问题之一。

根据本发明的一个方面，提供了一种信道模拟装置，包括：网络抽象与信道构成模块，用于获取无线网络拓扑结构，根据该无线网络拓扑结构设计并排列网络信道数据，用排列后的网络信道数据生成信道数据包，响应数据与信道处理模块的请求下发该信道数据包；数据与信道处理模块，用于向网络抽象与信道构成模块发送获取信道数据包的请求，将获取到的基带信号与信道数据包包含的信道数据进行计算处理并输出。

根据本发明的另一个方面，提供了一种信道模拟方法，包括：获取无线网络拓扑结构；根据无线网络拓扑结构设计并排列网络信道数据；用排列好的网络信道数据生成信道数据包；将获取到的基带信号与信道数据包包含的信道数据进行计算处理并输出。

通过本发明，采用对实际信道环境的数据采集，分析处理，信道数据脚本的构造，在实验室重构反映了实际外场无线网络的真实特性模拟信道，解决了相关技术中对无线网络信道的仿真困难的问题，进而达到了可以方便的实现大规模的无线网络信道模拟的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的信道模拟装置的结构示意图；

图2是根据本发明优选实施例的信道模拟装置的结构示意图；

图3是根据本发明优选实施例的增加包头和解压缩信息的信道数据包格式；

图4是根据本发明实例的“3个小区，2个用户终端”的无线网络结构示意图；

图5是根据本发明实例的下行4发2收MIMO信道示意图；

图6是根据本发明实施例的信道模拟方法的流程图；

图7是根据本发明优选实施例的信道模拟方法的流程图；

图8是根据本发明优选实施例的小尺度衰落信道模拟仿真的流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1是根据本发明实施例的信道模拟装置的结构示意图。如图1所示，根据本发明实施例的信道模拟装置包括：

网络抽象与信道构成模块12，用于获取无线网络拓扑结构，根据无线网络拓扑结构设计并排列网络信道数据，将排列后的网络信道数据生成信道数据包，响应数据与信道处理模块的请求下发该信道数据包。

数据与信道处理模块14，用于向网络抽象与信道构成模块发送获取信道数据包的请求，将获取到的基带信号与信道数据包包含的信道数据进行计算处理并输出。

通过上述装置，对实际信道环境的数据采集，分析处理，信道数据的构造，即可方便的实现大规模的无线网络信道模拟。上述信道模拟装置可以根据需求灵活的输入/输出射频或基带数据。其中射频信号从射频端子接入，射频信号经过下变频处理到数字基带信号，在基带实现网络信道模拟，然后再经过上变频到射频从射频端子接出或者直接从基带端子接出；基带信号则直接进入网络信道模拟，输出信号从基带端子接出或者经过上变频从射频端子接出。

优选地，如图2所示，网络抽象与信道构成模块12可以进一步包括：

无线网络拓扑结构抽象单元122，用于将无线网络环境和信号流向抽象为具有采样时间信息、输入/输出端口指示信息、和延迟信息的信道参数表，并在该信道参数表中预留信道数据域。

信道采集数据分析单元124，用于分析外场采集的信道数据，确定信道参数，提取信道参数中具有空间相关特性的抽头组成抽头延迟线结构，设计具有该空间相关特性的抽头延迟线结构的网络信道采样数据并按照信道参数表对网络信道采样数据进行排列。

信道数据组织管理单元126，用于按照上述网络信道数据的包格式大小将排列好的网络信道采样数据依次写入信道参数表中对应输入/输出端口的信道数据域，组成信道数据包。

信道数据下载单元128，用于响应数据与信道处理模块14的请求下发上述信道数据包。

网络抽象与信道构成模块12与数据与信道处理模块14相连，包括但不限于上述4个单元，其中，

无线网络拓扑结构抽象单元122会将实际的无线网络环境和信号流向抽象为一个可以编程实现的具有输入/输出端口指示信息的信道参数表，并在信道参数表中预留信道数据域及信道参数域。上述的输入/输出端口指示信息有多种表示方式。例如按照基站的编号顺序对所有物理天线端口进行统一编号0～M-1，M表示所有基站的物理天线个数；同时对所有用户终端的天线统一编号0～N-1，N表示所有用户的物理天线个数，如表1所示，通过基站和用户天线对的编号就可以唯一的标识信号流向。

表1

信道采集数据分析单元124则会分析外场采集的信道数据，确定相关的信道参数，将外场实际信道设计为具有空间相关特性的抽头延迟线结构，并将设计好的信道采样数据按照抽象出来的信道参数表对网络信道数据进行排列，与信道参数表一起存储。

信道数据组织管理单元126接着按照上述网络信道数据的包格式大小将排列好的网络信道采样数据依次写入信道参数表中对应输入/输出端口的信道数据域，组成如表2所示信道数据包。进一步地，信道数据包可以进行压缩处理，以减少冗余信息。上述信道数据包压缩是指将没有参与网络信道模拟的输入/输出端口从表2中剔除，进一步对相同输出端口，或者相同输入端口的端口信息和时延信息进行压缩。更进一步地，如表3、图3所示，可以给压缩后的信道数据包添加包头信息和解压缩信息，包括：信道数据的起始采样时间，数据包长度，某路输出对应的输入端口个数或某路输入对应的输出端口个数等。

表2

表3

信道数据下载单元128会根据预设的信道数据下载起始时间，由数据与信道处理模块14中的信道数据请求单元142发起信道数据下载请求，握手成功后，根据所请求的信道数据包个数通过千兆网口(或其他更高速的传输媒介)将信道数据下载到数据与信道处理模块14中。

优选地，信道采集数据分析单元124通过分析外场采集的信道数据确定的相关的信道参数可以包括以下至少之一：多径信道的功率延迟分布、角度功率谱分布、信道空间相关性、大尺度衰落特征。

在具体实施过程中，在满足要求的前提下，可以灵活的选用上述参数中的一个或多个参数作为分析的对象。

优选地，如图2所示，数据与信道处理模块14可以进一步包括：

信道数据请求单元142，用于向网络抽象与信道构成模块12发送获取信道数据包的请求。

基带信号处理单元144，用于将获取到的基带信号与上述信道数据包包含的信道数据进行卷积运算、信号合成及干扰模拟。

噪声叠加单元146，用于对基带信号处理单元144处理后的信号进行噪声叠加并输出。

上述数据与信道处理模块14包括但不限于上述3个单元，其中，

信道数据请求单元142会根据预设的信道数据下载起始时间，发起第一次信道数据下载请求，请求信息包括下载数据包的个数(或者一次下载的数据包大小)和每次下载的数据包的起始采样时间。值得注意的是，当未被使用的信道数据包少于一定门限时，就需要重新发起新的信道数据下载请求，如此循环。当采集的信道数据同时可以反映大尺度/小尺度衰落特征时，就直接将采集数据送往基带信号处理单元144。

基带信号处理单元144会将各路基带信号与具有输入/输出端口指示信息和信号流向的信道数据在时域进行卷积运算，信号合成以及干扰模拟。

噪声叠加单元146采用伪随机序列发生器，会根据规定的信噪比产生符合信噪比要求的噪声序列，并与基带处理结果进行叠加，最终将运算结果送往射频/基带端子。

优选地，如图2所示，数据与信道处理模块14还可以包括：

小尺度衰落信道模拟单元148，用于根据信道建模产生小尺度衰落信道，进行链路级点对点的硬仿真或配合大尺度衰落信道数据来实现无线网络信道的硬仿真。

当采集的信道数据仅仅反映大尺度衰落时，则需将采集数据送往小尺度衰落信道模拟单元148进行进一步的处理。小尺度衰落信道模拟单元148可以根据信道建模来在线产生小尺度衰落信道，进行链路级点对点的硬仿真，验证关键算法的可实现性；同时可以配合下载的大尺度衰落信道数据来实现无线网络信道的硬仿真，由于大尺度衰落信道比小尺度衰落信道的采样速率小的多，因此只下载大尺度信道数据可以降低系统对数据下载速率的要求。

优选地，如图2所示，小尺度衰落信道模拟单元148可以进一步包括：

信道参数配置子单元1482，用于配置以下之一的信道参数：链路参数、网络参数，其中，链路参数和所述网络参数均包括：功率延迟信息，空间相关性矩阵，信道类型，载频，以及终端移动速度，网络参数还包括：无线网络拓扑结构信息。

信道数据产生子单元1484，用于根据不同的信道参数产生不同特性的小尺度衰落信道，与信道数据相乘并输出至基带信号处理单元144。

小尺度衰落信道模拟单元148包括但不限于上述2个子单元，其中，

信道参数配置子单元1482，在进行点对点的链路级仿真时，需要配置所产生信道的功率延迟信息，空间相关性矩阵，信道类型，载频，终端移动速度等配置参数；在进行无线网络信道仿真时，除了上述参数外，还需获取无线网络拓扑结构信息，以使在线产生的小尺度衰落信道和采集的无线网络环境中的大尺度衰落信道对应起来。

相应地，信道数据产生子单元1484，在进行点对点的链路级仿真时，会直接根据配置参数产生相应的小尺度衰落信道；在进行无线网络信道仿真时，则会在无线拓扑结构信息中提取无线网络中各站址的信道参数要求，根据各站址的不同参数产生不同特性的小尺度衰落信道，与下载所得的大尺度衰落信道相乘后得到具有大尺度/小尺度衰落特征的信道数据送往基带信道处理144模块。

图4是根据本发明实例的“3个小区，2个用户终端”的无线网络结构示意图。下面结合图4，详细说明本发明提出的信道模拟装置如何实现链路级仿真模拟(以MIMO信道为例)和无线网络级仿真模拟(以基站干扰为例)，以及信道数据包组成过程。

实例一：无线网络抽象信道参数表的产生及信道数据包压缩。

以图4所示的网络为例：3个基站均有4个发射天线，2个用户终端均有2个接收天线，对所有基站的发射天线统一编号：基站0的发射天线编号为0，1，2，3；基站1的发射天线编号为4，5，6，7；基站2的发射天线编号为8，9，10，11。对所有用户终端的接收天线统一编号：用户终端0的接收天线编号为0，1；用户终端1的接收天线编号为2，3。因此表1所示的信道参数表中输出端口数M＝4，输入端口数N＝12。

通过对外场信道数据的分析，假设得到如下信息：每个基站所属范围内的时域信道有L个多径时延，将多径时延(以秒为单位)转换为数据采样频率Fs所对应的采样点数，记为D_ij，i表示基站编号，i＝0～Num-1，Num是基站个数，j表示多经编号，j＝0～L-1；信道采样周期为T，信道数据包中每个输入/输出端口所构成链路对应的信道数据域的长度记为Len，则该数据包的信道持续时间为Len×T。

实现“3个小区，2个UE”接收分集干扰场景模拟：每个基站均采用1个天线发送数据，基站0采用天线0发送数据，基站1采用天线4发送数据，基站2采用天线8发送数据，每个UE均采用2个天线接收数据；且假设各基站的延迟信息都一样，多径为L＝3。由于实际参与网络拓扑运算的输入端口m＝3，输出端口n＝4，且基站之间的时延信息一致，因此可以进行数据包压缩。压缩后的信道数据包如图3所示，在本实施例中，压缩数据包的参数依次分别为：

采样时间：t_Len×T×s，其中s表示信道采样数据的分段编号，Len×T×s表示当前信道数据包中容纳的信道采样数据的起始时刻；

信道文件长度：指从“多径个数”参数开始直到数据包结束所有数据的字节数；

多径个数：3；数据采样频率Fs对应3径的延迟样点数为D0，D1，D2；

输出端口数：4；

输出端口标识：0；在该输出端口下有3个输入，分别是0，4，8输入端口，每个输入端口下有3个径的信道数据域，依次填写该输出/输入构成通道(即通道00，通道04，通道08)的多径信道数据；

输出端口标识：1；在该输出端口下有3个输入，分别是0，4，8输入端口，每个输入端口下有3个径的信道数据域，依次填写该输出/输入构成通道(即通道10，通道14，通道18)的多径信道数据；

输出端口标识：2；在该输出端口下有3个输入，分别是0，4，8输入端口，每个输入端口下有3个径的信道数据域，依次填写该输出/输入构成通道(即通道20，通道24，通道28)的多径信道数据；

输出端口标识：3；在该输出端口下有3个输入，分别是0，4，8输入端口，每个输入端口下有3个径的信道数据域，依次填写该输出/输入构成通道(即通道30，通道34，通道38)的多径信道数据。

为了描述清晰，上述信道数据包并没有对输入端口进行压缩。如果要进一步压缩冗余信息，则可以对相同的输入端口信息也进行压缩处理。

实例二：小尺度衰落在线产生方法和MIMO信道小尺度衰落仿真。

小尺度在线产生主要用于快速验证物理层的关键算法在小尺度衰落信道作用下的性能，特别是目前第四代移动通讯系统采用的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称为OFDM)和多天线(Multiple Input Multiple Output，简称为MIMO)结合的一些新技术。

以图4中的基站0为例：基站0采用4个发射天线发送数据，用户终端0采用2个接收天线接收数据，基站0和用户终端0之间构成了如图5所示的下行4发2收的MIMO信道。

小尺度信道的模拟采用业界经典的信道模型及成熟的建模方法(本实例采用正弦叠加法)。产生小尺度信道的配置参数模块需要配置如下参数：

衰落类型：瑞利(Rayleigh)或莱斯(Ricean)衰落；

载波频率：f_cGHz；

用户终端平均移动速度：vKm/h，该参数与载波频率决定着小尺度信道的时变特性；

多径延时：配置每条径的延迟样点数；

多径功率：配置每条径的功率分布，多经延迟功率分布决定着小尺度信道的频率选择性；

发射接收天线数：比如MIMO信道的通道对个数；

相关系数：与天线间距，极化，和空间信道的角度分布有关；

此外，还可以直接配置典型信道模型，如ITU，EPA，SCM等，这些模型有固定的时延功率分布及参数配置。

参数配置完成后，根据预先设置的信道模拟起始时间实时产生所有输入/输出端口下，每一个可分离路径具有相关性的小尺度衰落信道，所产生小尺度衰落信道

(表示第r个接收端口与第t个发射端口构成通道的第l个子径的小尺度衰落数据)放在循环队列缓冲区内。

根据输入/输出端口的固定拓扑关系(约定h_rt为第r个接收端口与第t个发射端口构成的通道)，实现各路数据与其小尺度信道的卷积运算，以及接收天线上的信号合并处理。基带信号处理单元144从数据缓冲区读取基带数据，并从对应的信道数据缓冲区读取衰落信道，用户终端0的接收天线收到的数据是4路基带输入(s₀，s₁，s₂，s₃)与各自通道的卷积结果之和，即

$R_0=h_{00}\⊗s_0+h_{01}\⊗s_1+h_{02}\⊗s_2+h_{03}\⊗s_3,$

$R_1=h_{10}\⊗s_0+h_{11}\⊗s_1+h_{12}\⊗s_2+h_{13}\⊗s_3,$ 其中表示卷积运算。

卷积运算用多径延迟线描述为

基带处理结果再叠加固定信噪比下的噪声，输出信号从基带端子接出或者经过上变频从射频端子接出。

数据和信道衰落的循环缓冲区尽可能的大，保证信道处理在时间上是连续的，避免数据或信道衰落被循环覆盖的现象。

实例三：通过同时反映大尺度和小尺度衰落特征的采集信道进行无线网络干扰模拟仿真。

同样以图4所示的网络结构为例：假设每个基站与每个用户终端之间均为4发2收的MIMO信道环境，用户终端0在基站0的边缘，用户终端1在基站1的边缘，则对于用户终端0和用户终端1而言，其不仅接收到各自所属基站的下行信号，也同时接收到来自于相邻小区的下行干扰信号。

对实际网络信道进行数据采集，然后进行网络抽象，在本实施例中，图4所示的所有输入/输出端口均参与了网络拓扑模拟，且各基站到用户终端的时延信息也不一样。

根据预先设置的信道数据下载起始时间，发起信道数据下载请求将信道下载到基带信号处理单元144内部的循环缓冲区内，信道数据请求控制单元142将信道数据包根据拓扑结构进行分解，将信道数据分解到各个输入/输出端口对应的存储单元。基带信号处理单元144从数据缓冲区读取基带数据，并从对应端口的信道数据存储单元读取衰落信道，进行卷积运算和数据合成后从对应的输出端口发送数据。因此，对于用户终端0和用户终端1的任意接收天线而言，其接收数据等于3个基站的所有12路输入数据与其各自的衰落信道卷积结果的累加值，再叠加接收侧模拟固定信噪比的噪声序列，输出信号从基带端子接出或者经过上变频从射频端子接出。

当基带信号处理单元144内循环缓冲区的信道数据包少于一定门限时，则继续发起信道数据请求，请求信道数据包的个数根据空闲缓冲区的大小决定。当所有信道采集数据均被下载后，说明此次信道数据的模拟已经结束，此时从信道采集数据的起始时刻开始循环下载。

此外，实际外场的信道采集数据已经完整的表征了干扰信道和数据信道的特征，因此在干扰模拟的信道数据表中，不需要标注目标数据和干扰数据，只需要将相同输出端口下做完信道卷积处理后的数据进行累加即可。同样，数据和信道衰落的循环缓冲区尽可能的大，保证信道处理在时间上是连续的，避免数据或信道衰落被循环覆盖的现象。

图6是根据本发明实施例的信道模拟方法的流程图。如图6所示，根据本发明实施例的信道模拟方法的流程包括：

步骤S602，获取无线网络拓扑结构。

步骤S604，根据无线网络拓扑结构设计并排列网络信道数据。

步骤S606，用排列好的网络信道数据生成信道数据包。

步骤S608，将获取到的基带信号与信道数据包包含的信道数据进行计算处理并输出。

通过上述方法，对实际信道环境的数据采集，分析处理，信道数据的构造，可以方便的实现大规模的无线网络信道模拟；通过对信道数据的控制，可以灵活的实现单天线，MIMO信道以及复杂网络环境下的各种干扰模拟测试，最佳的匹配外场实际的信道环境，在实验室构建虚拟无线网络环境测试、评估系统产品的性能，起到规模实验局的测试功能。

优选地，如图7所示，步骤S906中，生成所述信道数据包可以进一步包括：

步骤S704，网络拓扑抽象，即将无线网络环境和信号流向抽象为具有采样时间信息、输入/输出端口指示信息、和延迟信息的信道参数表，并在所述信道参数表中预留信道数据域。

步骤S706，采集数据分析，即分析外场采集的信道数据，确定信道参数，提取信道参数中具有空间相关特性的抽头组成抽头延迟线结构，设计具有上述空间相关特性的抽头延迟线结构的网络信道采样数据并按照信道参数表对其进行排列。

步骤S708，信道数据组包，即按照信道数据的包格式大小将排列好的网络信道采样数据依次写入信道参数表中对应输入/输出端口的信道数据域，组成信道数据包。

在具体实施过程中，在步骤S704前还应该包括步骤S702，网络信道采集，采集实际无线网络中各个基站与用户终端(或信道采集设备)的信道衰落数据，用户终端的运动路线要尽可能的覆盖整个无线网络环境，且采集时间要足够长。进一步地，信道采集设备可以只对实际信道的大尺度衰落特征进行数据采集，也可以采集同时反映大尺度和小尺度衰落特征的信道数据(同时反映信道快变和慢变的衰落信道)。

步骤S704中，需要将无线网络环境和信号流向抽象为一个可以编程实现的具有采样时间信息、输入/输出端口指示信息、延迟信息的信道参数表，并在信道参数表中预留信道数据域。

步骤S706中，要对采集后的数据进行分析处理。如果采集数据仅仅反映大尺度衰落特征，则对数据进行平滑处理消除干扰噪声的影响；如果采集数据反映小尺度衰落特征，则分离信道多径分量，提取功率延迟信息，将外场实际信道设计为具有空间相关特性的抽头延迟线结构；最后将分析结果按照信道参数表的输入/输出端口的顺序进行排序存储。

步骤S708对无线网络的信道采集数据进行组包，组成具有端口信息的压缩信道数据包。进一步地，如果信道采集数据仅仅反映大尺度衰落信道特征，则根据相同的网络信道参数表所示的输入/输出端口，小尺度衰落信道模拟单元148将上述信道采集数据与小尺度衰落信道模拟单元148产生的模拟小尺度衰落信道进行相乘运算，构成同时具有大尺度/小尺度衰落特征的模拟网络信道，并将相乘后的信道数据按照端口顺序依次写入信道参数表中对应输入/输出端口的信道数据域，组包后送往基带信号处理单元144，如图2所示的B处；如果所述信道采集数据可以体现小尺度信道衰落特征，则将采集数据通过信道数据请求单元142直接送往基带信号处理单元144，如图2所示的C处。更进一步地，每一个输入/输出端口所对应的信道数据域是可变长度的。假设每个输入/输入端口的信道数据采样长度为L个样点，分M次将所有数据下载完，则每次下载的信道数据样点个数(即信道数据域长度)为N＝L/M。

在具体实施过程中，信道数据组包完成后，可以直接调用也可以通过请求下发的过程调用。即根据预设的信道数据下载起始时间，发起信道数据下载请求，请求信息包括下载数据包的个数(或者一次下载的数据包大小)和每次下载的数据包的起始采样时间。握手完成后，根据所请求的信道数据包个数通过千兆网口(或其他更高速的传输媒介)将信道数据下载到数据与信道处理模块14的存储器中，当未被使用的信道数据包少于一定门限时，重新发起新的信道数据下载请求。进一步地，信道数据下载可以动态分段下载，也可以一次性下载所有信道数据，这取决于信道数据量与数据与信道处理模块14的存储器大小。若存储器可以存储所有的信道采样数据，则一次性将数据下载到存储器循环调用，否则采用动态分段下载。更进一步地，如果采集的信道数据同时反映大尺度/小尺度衰落特征，由于小尺度衰落信道采样率很高，相同时间内的信道样点多，因此采用动态下载方式；如果采集的信道数据仅仅反映大尺度衰落特征，此时大尺度衰落信道的采样率较低，相同时间内的信道样点较少，可以一次性下载完所有信道数据。

步骤S710，在获取到信道数据包后，分解并解析信道数据包，获取输入/输出端口信息和该输入/输出端口对应的信道数据。从输入端口对应的地址取输入基带数据进行信道处理，处理结果写入输出端口对应的地址。进一步地，若一个输出端口对应多个输入端口，则将每个输入端口分别进行信道处理，再将各路结果累加成一路输出，处理结果写入输出端口对应的地址。若一个输入对应多个输出端口，则将该路输入基带信号送往各输出端口与该输入端口组成的输入/输出链路分别进行信道处理，待所有输出端口处理结束后，该输入基带数据才可以释放。这两种情况常见于MIMO环境或干扰模拟环境。

最后，在步骤S712中，根据设置信噪比给基带处理数据叠加噪声，输出信号从基带端子接出或者经过上变频从射频端子接出。

优选地，在将输入的基带信号与信道数据包包含的信道数据进行计算处理之前，还可以包括：

步骤S714，小尺度衰落信道模拟，选择小尺度衰落信道的仿真信道模型和衰落类型，配置信道参数；根据该信道参数产生具有相应特性的小尺度衰落信道，然后与所述信道数据相乘并输出。

如果信道采集数据仅仅反映大尺度衰落信道特征，则需要根据相同的网络信道参数表所示的输入/输出端口，小尺度衰落信道模拟单元148将上述信道采集数据与小尺度衰落信道模拟单元148产生的模拟小尺度衰落信道进行相乘运算，构成同时具有大尺度/小尺度衰落特征的模拟网络信道，并将相乘后的信道数据按照端口顺序依次写入信道参数表中对应输入/输出端口的信道数据域，组包后送往基带信号处理单元144。

在具体实施过程中，通过本发明实际上也可以实现点对点小尺度衰落信道的硬仿真模拟，即根据信道建模来在线产生小尺度衰落信道，进行链路级点对点的硬仿真，验证关键算法的可实现性。如图8所示，小尺度衰落信道的硬仿真模拟的实现步骤包括：

步骤S802，选择仿真信道模型和衰落类型，配置信道参数。

上述信道模型为通讯行业内公认的信道建模模型，如EVA，EPA，ETU信道模型，SCM信道模型，SCME信道模型等，每种信道模型有固定的信道参数。配置信道参数时可以人为的改变这些参数配置，比如多经时延功率分布，相关性等。

步骤S804，根据配置参数实时产生所有输入/输出端口下，每一个可分离路径具有相关性的小尺度衰落信道，所产生小尺度衰落信道放在循环队列缓冲区内，如图1所示的A处。

上述小尺度衰落信道产生方法可以使用业界成熟经典算法，比如正弦叠加法。

进一步地，步骤S804中，由于进行点对点的硬仿真，输入和输出的端口映射关系固定，此时不需要给信道数据增加端口指示信息。

步骤S806，进行基带数据与时域信道的卷积运算，并进行输出端口的信号合成。

步骤S808，根据设置信噪比给基带处理数据叠加噪声，输出信号从基带端子接出或者经过上变频从射频端子接出。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：可以同时支持链路级仿真和网络级仿真；可以通过对实际网络环境的信道数据采集可以在实验室构建虚拟无线网络测试环境；可以很方便的实现各种MIMO环境以及多站址，多用户下的干扰环境模拟；通过无线网络拓扑结构抽象的动态改变可以模拟网络规模的变化，实现小区的动态增加和删减，有助于选择实际网络环境中的基站位置，确定相同覆盖范围内的最佳基站个数。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种信道模拟装置，其特征在于，包括：

网络抽象与信道构成模块，用于获取无线网络拓扑结构，根据所述无线网络拓扑结构设计并排列网络信道数据，用所述排列后的网络信道数据生成信道数据包，响应数据与信道处理模块的请求下发所述信道数据包；

所述数据与信道处理模块，用于向所述网络抽象与信道构成模块发送获取所述信道数据包的请求，将获取到的基带信号与所述信道数据包包含的信道数据进行计算处理并输出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述网络抽象与信道构成模块包括：

无线网络拓扑结构抽象单元，用于将无线网络环境和信号流向抽象为具有采样时间信息、输入/输出端口指示信息、和延迟信息的信道参数表，并在所述信道参数表中预留信道数据域；

信道采集数据分析单元，用于分析外场采集的信道数据，确定信道参数，提取所述信道参数中具有空间相关特性的抽头组成抽头延迟线结构，设计具有所述空间相关特性的抽头延迟线结构的网络信道采样数据并按照所述信道参数表对所述网络信道采样数据进行排列；

信道数据组织管理单元，用于按照所述网络信道数据的包格式大小将排列好的网络信道采样数据依次写入信道参数表中对应输入/输出端口的信道数据域，组成所述信道数据包；

信道数据下载单元，用于响应所述数据与信道处理模块的请求下发所述信道数据包。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述信道参数包括以下至少之一：多径信道的功率延迟分布、角度功率谱分布、信道空间相关性、大尺度衰落特征。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述数据与信道处理模块包括：

信道数据请求单元，用于向所述网络抽象与信道构成模块发送获取所述信道数据包的请求；

基带信号处理单元，用于将获取到的基带信号与所述信道数据包包含的信道数据进行卷积运算、信号合成及干扰模拟；

噪声叠加单元，用于对所述基带信号处理单元处理后的信号进行噪声叠加并输出。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述数据与信道处理模块还包括：

小尺度衰落信道模拟单元，用于根据信道建模产生小尺度衰落信道，进行链路级点对点的硬仿真或配合大尺度衰落信道数据来实现无线网络信道的硬仿真。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述小尺度衰落信道模拟单元包括：

信道参数配置子单元，用于配置以下之一的信道参数：链路参数、网络参数，其中，所述链路参数和所述网络参数均包括：功率延迟信息，空间相关性矩阵，信道类型，载频，以及终端移动速度，所述网络参数还包括：无线网络拓扑结构信息；

信道数据产生子单元，用于根据不同的信道参数产生不同特性的小尺度衰落信道，与所述大尺度信道数据相乘并输出至所述基带信号处理单元。

7.一种信道模拟方法，其特征在于，包括：

获取无线网络拓扑结构；

根据所述无线网络拓扑结构设计并排列网络信道数据；

用排列好的所述网络信道数据生成信道数据包；

将获取到的基带信号与所述信道数据包包含的信道数据进行计算处理并输出。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，生成所述信道数据包包括：

将无线网络环境和信号流向抽象为具有采样时间信息、输入/输出端口指示信息、和延迟信息的信道参数表，并在所述信道参数表中预留信道数据域；

分析外场采集的信道数据，确定信道参数，提取所述信道参数中具有空间相关特性的抽头组成抽头延迟线结构，设计具有所述空间相关特性的抽头延迟线结构的网络信道采样数据并按照所述信道参数表对其进行排列；

按照信道数据的包格式大小将排列好的网络信道采样数据依次写入信道参数表中对应输入/输出端口的信道数据域，组成所述信道数据包。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述信道参数包括以下至少之一：多径信道的功率延迟分布、角度功率谱分布、信道空间相关性、大尺度衰落特征。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在将输入的基带信号与所述信道数据包包含的信道数据进行计算处理之前，还包括：

选择小尺度衰落信道的仿真信道模型和衰落类型，配置信道参数；

根据所述信道参数产生具有相应特性的小尺度衰落信道，然后与所述信道数据相乘并输出。

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