CN103179604B

CN103179604B - 一种网络信道仿真装置和方法

Info

Publication number: CN103179604B
Application number: CN201110430525.5A
Authority: CN
Inventors: 陆海涛; 杨小刚; 谭欢喜
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2017-10-27
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: CN103179604A

Abstract

本发明公开了一种网络信道仿真装置和方法，所述装置包括大尺度衰落乘法器、小尺度衰落乘法器、多径时延缓存区以及多径合成加法器，其中：大尺度衰落乘法器用于对输入的基带数据进行大尺度衰落运算，对大尺度衰落运算后的基带数据进行复制后分别输入x个不同径的小尺度衰落乘法器；小尺度衰落乘法器用于对输入的基带数据进行小尺度衰落运算，输入对应的多径时延缓冲区；多径时延缓存区用于将输入的小尺度衰落运算后的基带数据按给定的时延系数进行延时缓存后输入该多径合成加法器；多径合成加法器用于将输入的所有基带数据合并后输出。本发明能够在实验室模拟无线环境基带信道干扰。

Description

一种网络信道仿真装置和方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种网络信道仿真装置和方法。

背景技术

无线信道是一种时变信道，无线信号通过这种信道时，所表现出的衰落有：1是随信号传输距离变化而产生的传输损耗和弥散；2是由于传输环境中的地形、建筑物及其他障碍物对电磁信号的阻挡所引起的阴影衰落；3是无线信号在传输路径上受到周围障碍物的反射、绕射和散射，使得其到达接收机是从多个路径传来的多个信号的叠加，导致信号在接收端的幅度、相位和到达时间的随机变化而引起的多径衰落；4是接收终端在信号传输方向的移动而产生的多普勒频移，使得接收信号在频域的扩展，产生附加的调频噪声，出现接收信号失真。

在研究无线信道时，通常将无线信道分为大尺度衰落和小尺度衰落两种传输模型。大尺度衰落模型用于描述发射机和接收机间的长距离上的信号强度变化，包括传输损耗、弥散和阴影衰落；小尺度衰落模型用于描述短距离和短时间内的信号强度的快速变化，包括多径衰落和多普勒频移。

无线通信设备制造商在生产无线通信设备时，需要在真实环境下进行广泛测试，才能保证设备的稳定可靠。但真实环境的测试需要搭建大量的基站设备和大范围的跑车路测，测试成本高且效率低。而且无线信道环境千变万化，出现一个异常现象往往很难复现，即使长时间重复路测，也难以找到极端无线场景对设备进行压力测试。

如何实现在实验室模拟无线环境基带信道干扰是亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种网络信道仿真装置和方法，能够在实验室模拟无线环境基带信道干扰。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种网络信道仿真装置，包括大尺度衰落乘法器、x个不同径的小尺度衰落乘法器、x个多径时延缓存区，以及多径合成加法器，其中：

大尺度衰落乘法器，用于对输入的基带数据进行大尺度衰落运算，包括：将该输入的基带数据乘以该基带数据对应的大尺度衰落系数，对大尺度衰落运算后的基带数据进行复制后分别输入x个不同径的小尺度衰落乘法器；

小尺度衰落乘法器，用于对输入的基带数据进行小尺度衰落运算，包括：将该输入的基带数据乘以该基带数据对应的小尺度衰落系数，输入对应的多径时延缓冲区；

多径时延缓存区，用于将输入的小尺度衰落运算后的基带数据按给定的时延系数进行延时缓存后输入该多径合成加法器；

多径合成加法器，用于将输入的所有基带数据合并后输出。

进一步地，以下参数中的一种或几种由外部处理器实时更新：所述大尺度衰落系数、小尺度衰落系数、时延系数。

进一步地，所述大尺度衰落系数由外场采集。

进一步地，所述小尺度衰落系数和/或时延系数根据标准信道模型产生。

进一步地，所述装置采用逻辑运算电路实现。

进一步地，所述逻辑运算电路包括：现场可编程门阵列(FPGA)。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种网络信道仿真方法，包括：

大尺度衰落乘法器对输入的基带数据进行大尺度衰落运算，包括：将输入的基带数据乘以该基带数据对应的大尺度衰落系数，对大尺度衰落运算后的基带数据进行复制后分别输入x个不同径的小尺度衰落乘法器；

小尺度衰落乘法器对输入的基带数据进行小尺度衰落运算后，输入对应的多径时延缓冲区，所述小尺度衰落运算包括：将输入的基带数据乘以该基带数据对应的小尺度衰落系数；

多径时延缓存区将输入的小尺度衰落运算后的基带数据按给定的时延系数进行延时缓存后输入多径合成加法器；

多径合成加法器将输入的所有基带数据合并后输出。

进一步地，所述大尺度衰落系数由外场采集，所述小尺度衰落系数和/或时延系数根据标准信道模型产生。

采用本发明的方法和装置，提供室内模拟外场空中信道干扰环境，在实验室实现基站与终端用户的通信质量分析，在趋近真实场景的仿真环境下测试基站设备和终端设备的业务接入及运行的性能及稳定性、可靠性等，尽早暴露基站或终端设备存在的故障，减少外场开通实验局的设备安装及测试终端设备运行的工程费用，大大节省外场实验的成本。

附图说明

图1是本发明实施例1仿真装置的结构示意图；

图2是网络级信道仿真器的应用框图；

图3是本发明应用示例网络级信道仿真器的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。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任意组合。

实施例1

本实施例采用逻辑运算电路模拟无线环境基带信道干扰，如图1所示，该逻辑运算电路包括大尺度衰落乘法器、x个不同径的小尺度衰落乘法器、x个多径时延缓存区，以及多径合成加法器，其中：

多径合成加法器，用于将输入的所有基带数据合并后输出。该多径合成加法器通过对多径数据进行合成相加，得到最终的信道化特征基带数据。

大尺度衰落乘法器用来模拟信道大尺度衰落，大尺度衰落乘法器所使用的大尺度衰落系数可以是预先存储在该逻辑运算电路(如图所示的大尺度衰落系数寄存器)中，也可以由外部模块提供。优选地，可由外部CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)根据模拟的大尺度衰落情况实时更新大尺度衰落系数。

小尺度衰落乘法器用来模拟信道小尺度衰落，同样地，每个小尺度衰落乘法器所使用的小尺度衰落系数可以预先存储在该逻辑运算电路中，或者是由外部模块提供。优选地，可由外部CPU根据模拟的小尺度衰落情况实时更新小尺度衰落系数。不同径小尺度衰落乘法器的小尺度衰落系数可以相同也可以不同。

该多径时延缓存区用来模拟信道的多径时延，通过每个径的时延系数来实现基带数据的延迟处理。每个多径时延缓存区所使用的时延系数可以预先存储在该逻辑运算电路中，或者是由外部模块提供。优选地，可由外部CPU实时更新。

上述大尺度衰落系数由外场采集。小尺度衰落系数和多径时延系数根据标准信道模型产生。

上述逻辑运算电路优选采用FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)实现。

上述装置可同时供多台待测试设备使用，如图2所示，待测试设备包括基站和/或终端。

现有的信道仿真实现方法一般只能做到链路级的信道仿真，而本实施例能实现网络级的信道仿真，这样的FPGA信道仿真器能够实时反映真实外场信道环境。

应用示例1

本示例以18子径为例进行说明，在其他实施例中子径数n∈[3，21]均可，即小尺度衰落乘法器和多径时延缓存区的个数x＝n∈[3，21]。如图3所示，仿真过程包括以下步骤：

步骤301，NodeB的基带数据通过光纤接口连接到图1所示仿真装置的输入链路；

步骤302，大尺度衰落乘法器对基带数据进行大尺度衰落乘法处理，乘以一个大尺度衰落系数，处理结果复制为18份，分别输出到18个径的小尺度衰落乘法器；

步骤303，不同径的小尺度衰落乘法器分别对各自接收到的基带数据进行小尺度衰落乘法处理：乘以一个小尺度衰落系数；

步骤304，对每个径的经过小尺度衰落处理的基带数据进行延时处理；

步骤305，将18个径的延时输出进行相加，得到最终的模拟信道干扰结果，输出到UE终端。

上述具体实施示例中配置为18子径是根据3GPP定义的标准信道模型规定的最少子径数，事实上本发明支持不同信道模型规定的不同子径数的处理，它们的处理方式都是一样的。

应用示例2

下面以另一示例说明仿真及仿真后测试的实现，包括以下步骤：

步骤1，获取信道干扰数据，包括大尺度衰落参数、小尺度衰落参数以及时延系数；

其中，大尺度衰落参数可通过外场采集，小尺度衰落参数和时延系数可以通过外场采集，也可以根据标准信道模型来计算生成；

步骤2，通过CPU等外部处理器控制将上述信道干扰数据分别写入FPGA内部的大尺度衰落系数寄存器、小尺度衰落系数寄存器、多径时延系数寄存器中；

步骤3，将输入端连接NodeB(基站)设备，将输出端连接测试终端设备；

步骤4，基站的基带数据经过该仿真装置，模拟大尺度衰落、小尺度衰落、多径时延，得到信道特征化的基带数据输出到测试终端设备。

步骤5，观察基站和测试终端设备的接入及业务连接情况，分析基站和测试终端设备在仿真场景下的统计数据，以初步确定基站和终端设备是否符合设计要求，或发现故障来及时进行更改。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种网络信道仿真装置，包括大尺度衰落乘法器、x个不同径的小尺度衰落乘法器、x个多径时延缓存区，以及多径合成加法器，其中：

小尺度衰落乘法器，用于对输入的基带数据进行小尺度衰落运算，包括：将该输入的基带数据乘以该基带数据对应的小尺度衰落系数，输入对应的多径时延缓存区；

多径合成加法器，用于将输入的所有基带数据合并后输出。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

以下参数中的一种或几种由外部处理器实时更新：所述大尺度衰落系数、小尺度衰落系数、时延系数。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：

所述大尺度衰落系数由外场采集。

4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：

所述小尺度衰落系数和/或时延系数根据标准信道模型产生。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述装置采用逻辑运算电路实现。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：

所述逻辑运算电路包括：现场可编程门阵列(FPGA)。

7.一种网络信道仿真方法，包括：

小尺度衰落乘法器对输入的基带数据进行小尺度衰落运算后，输入对应的多径时延缓存区，所述小尺度衰落运算包括：将输入的基带数据乘以该基带数据对应的小尺度衰落系数；

多径合成加法器将输入的所有基带数据合并后输出。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于：

所述大尺度衰落系数由外场采集，所述小尺度衰落系数和/或时延系数根据标准信道模型产生。