CN105007136A - Td-lte系统无线信道响应测量方法及装置 - Google Patents

Td-lte系统无线信道响应测量方法及装置 Download PDF

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CN105007136A
CN105007136A CN201410165593.7A CN201410165593A CN105007136A CN 105007136 A CN105007136 A CN 105007136A CN 201410165593 A CN201410165593 A CN 201410165593A CN 105007136 A CN105007136 A CN 105007136A
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谈振辉
张金宝
章嘉懿
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/26Systems using multi-frequency codes

Abstract

本发明提供了一种TD-LTE系统无线信道响应测量方法及装置,适用于对高铁TD-LTE系统无线信道响应进行测量,测量时,根据TD-LTE系统的正交频分复用信号的符号带宽和符号周期确定测量子载波频点和测量采样时刻;在确定的测量子载波频点上根据确定的测量采样时刻生成在时域和频域能取得最优化分辨率的线性调频脉冲测量信号;将线性调频脉冲测量信号处理后输入TD-LTE系统的无线信道;在相应的子载波频点上接收经TD-LTE系统输出的线性调频脉冲测量信号并得到接收的线性调频脉冲测量信号的自相关值;根据该自相关值得到正交频分复用信号载波中心频点的频偏和时延,然后在基于得到的频偏和时延进行无线信道响应合成处理得到无线信道冲击响应强度值。在时域和频域上可同时得到较为准确的测量结果。

Description

TD-LTE系统无线信道响应测量方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及通信领域,具体涉及一种ID-LTE系统无线信道响应测量方法及装置。
背景技术
[0002] 随着世界范围内_速铁路的飞速发展,_铁系统本身以及_铁乘客对_铁宽带无 线通信提出的更高的需求。针对这一趋势,建立高铁1D-LTE系统无线信道模型,特别是其 快衰落模型,在高铁宽带无线通信系统的研究、分析、设计与优化中具有非常重要的意义与 价值。而且,所使用信道模型的准确与否直接影响高铁宽带无线通信的性能。为了保证高 铁宽带无线信道模型的准确和有效,需要对高铁1D-LTE系统无线通信信号实际经历的无 线信道特征与参数进行准确的测量。
[0003] 高铁TD-LTE系统使用正交频分复用(0FDM)信号作为信息的载体,对频率偏移很 敏感;同时,0FDM信号传输需要经历复杂的多径环境,对时间延迟也比较敏感;因此,信道 测量需要兼顾时域和频域的分辨率。然而,在无线信道测量领域,主要存在和使用的是时域 和频域两种测量方法。其中,时域测量方法利用接收信号与激励脉冲信号模板之间的相关 性,提取无线信道的多径延迟特征,主要存在的问题是:为了获取准确的多径信号时间延迟 量,必须使用很窄的激励脉冲信号,一方面给接收信号的测量带来困难,另一方面使得测量 结果在频域的分辨率不足,使根据该测量结果最终得到的无线信道冲击响应强度值在频域 上参考价值有限。而频域测量方法利用接收信号频谱的反变换导出多径延迟特征,降低了 接收信号测量过程中的难度,其主要存在的问题是:对接收信号进行频谱测量时需要扫描 频率,在扫频过程中,信道的快衰落特征有可能发生比较大的变化,使得测量结果在时域上 的分辨率不足,使根据该测量结果最终得到的无线信道冲击响应强度值在时域上参考价值 有限。目前,还没有针对高铁ID-LTE系统同时保证其时域和频域分辨率,从而无法在时域 和频域获取到准确测量结果的问题。
发明内容
[0004] 本发明要解决的主要技术问题是,提供一种ID-LTE系统无线信道响应测量方法 及装置,解决现有对高铁1D-LTE系统无线信道响应进行测量不能同时在时域和频域获取 到准确结果的问题。
[0005] 为解决上述问题,本发明提供一种ID-LTE系统无线信道响应测量方法,所述 ID-LTE系统具有多径无线信道,相对地面的速度大于等于300千米每小时;所述无线信道 响应测量方法包括:
[0006] 根据所述ID-LTE系统的正交频分复用信号的符号带宽和符号周期确定测量子载 波频点和测量采样时刻;
[0007] 在所述测量子载波频点上根据所述测量采样时刻生成线性调频脉冲测量信号;
[0008] 将所述线性调频脉冲测量信号处理后输入所述ID-LTE系统的无线信道;
[0009] 在相应的子载波频点上接收经所述ID-LTE系统输出的线性调频脉冲测量信号并 得到接收的线性调频脉冲测量信号的自相关值;
[0010] 根据所述自相关值得到所述正交频分复用信号载波中心频点的频偏和时延;
[0011] 基于得到的频偏和时延进行无线信道响应合成处理得到无线信道冲击响应强度 值。
[0012] 在本发明的一种实施例中,基于得到的频偏和时延进行无线信道响应合成处理得 到无线信道冲击响应强度值之前,还包括:
[0013] 根据所述载波中心频点的频偏和时延推算所述正交频分复用信号符号带宽内至 少一个其他子载波频点的频偏和时延。
[0014] 在本发明的一种实施例中,根据所述正交频分复用信号的符号带宽和符号周期确 定测量子载波频点和测量采样时刻包括:
[0015] 在所述正交频分复用信号的符号带宽内均匀选择Nf个子载波频点作为测量子载 波频点,所述Nf大于等于1;
[0016] 在所述正交频分复用信号的符号周期内均匀选择Nt个采样时刻作为测量采样时 亥IJ,所述队大于等于1。
[0017] 在本发明的一种实施例中,在所述测量子载波频点上根据所述测量采样时刻生成 线性调频脉冲测量信号包括:
[0018] 在每个测量子载波频点上,在每个测量采样时刻生成一个线性调频脉冲测量信 号;生成的线性调频脉冲测量信号的频域宽和时域宽度分别小于等于所述正交频分复用信 号的子载波带宽和奈奎斯特采样周期。
[0019] 在本发明的一种实施例中,将所述线性调频脉冲测量信号处理后输入所述TD-LTE 系统的无线信道包括:
[0020] 利用NfXNt阶二维扰码C对所述线性调频脉冲测量信号进行调制得到激励信号, 所述NfXNt阶二维扰码C中的元素、n为+1或-1 ;所述m大于等于0,小于等于Nf-1 ;所述 n大于等于0,小于等于Nt-1 ;
[0021] 将得到的激励信号输入所述TD-LTE系统的无线信道。
[0022] 在本发明的一种实施例中,在相应的子载波频点上接收经所述TD-LTE系统输出 的线性调频脉冲测量信号并得到接收的线性调频脉冲测量信号的自相关值包括:
[0023] 设置Nf+2N个信号接收器,所述Nf为选择的子载波频点个数;所述N为对所述正 交频分复用信号的最大频偏值除以所述正交频分复用信号的子载波带宽得到的值进行取 整;
[0024] 利用所述信号接收器在相应的子载波频点上接收经所述ID-LTE系统输出的线性 调频脉冲测量信号并输出接收的线性调频脉冲测量信号的自相关值R。
[0025] 在本发明的一种实施例中,根据所述自相关值得到所述正交频分复用信号载波中 心频点的频偏和时延包括:
[0026] 利用所述NfXNt阶二维扰码C对所述自相关值R进行时域和频域的二维滑动相关 计算,得到所述正交频分复用信号载波中心频点的频偏f和时延t。
[0027] 在本发明的一种实施例中,根据所述载波中心频点的频偏推算所述正交频分复用 信号符号带宽内至少一个其他子载波频点的频偏和时延为:根据所述载波中心频点的频偏 和时延推算所述正交频分复用信号符号带宽内其他所有子载波频点的频偏和时延。
[0028] 在本发明的一种实施例中,根据所述载波中心频点的频偏推算所述正交频分复用 信号符号带宽内其他所有子载波频点的频偏包括:
[0029] 根据所述频偏f,利用多普勒频偏理论计算公式计算得到所述激励信号的到达角 f:
[0030]
Figure CN105007136AD00081
[0031] 所述F。为所述载波中心频点频率,所述f为正交频分复用信号载波中心频点的频 偏,所述v为所述1D-LTE系统当前的速度,所述c为光速;
[0032] 取所述激励信号在各子载波频点上的到达角都为梦,将该到达角识带入多普勒频 偏理论计算公式得到各子载波频点上频偏值:
[0033]
Figure CN105007136AD00082
[0034] 所述Fk为所述各子载波频点的频率,所述fk为各子载波频点的频偏,所述k大于 等于1,小于等于所述正交频分复用信号符号带宽内的子载波频点个数。
[0035] 在本发明的一种实施例中,根据所述载波中心频点的时延推算所述正交频分复用 信号符号带宽内其他所有子载波频点的时延包括:
[0036] 取所述正交频分复用信号符号带宽内各子载波频点的时延都等于t。在本发明的 一种实施例中,基于得到的所有子载波频点的频偏和时延进行无线信道响应合成处理得到 无线信道冲击响应强度值包括:
[0037] 根据多普勒频偏的数据对经典多径信道模型进行无线信道合成处理:
[0038]
Figure CN105007136AD00083
[0039] 所述h(t,t)为无线信道冲击响应强度值,所述p表示时延个数,所述k表示频偏 个数,所述Wpk为第p个时延、第k个频偏的多径信号分量的信号强度值;所述fkl为第kl个 频偏,所述kl大于等于1,小于等于所述K;所述tpl为第pi个时延,所述pi大于等于1, 小于等于所述P;所述S(t_Tp)为时刻t输入的单位脉冲信号在时延^处的响应脉冲, t为当前测量的时刻。
[0040] 为了解决上述问题,本发明还提供了一种ID-LTE系统无线信道响应测量装置,所 述ID-LTE系统具有多径无线信道,相对地面的速度大于等于300千米每小时;所述测量装 置包括测量参数确定模块、测量信号生成模块、测量信号处理模块、测量信号接收模块、第 一计算模块和合成处理模块;
[0041] 所述测量参数确定模块用于根据所述ID-LTE系统的正交频分复用信号的符号带 宽和符号周期确定测量子载波频点和测量采样时刻;
[0042] 所述测量信号生成模块用于在所述测量子载波频点上根据所述测量采样时刻生 成线性调频脉冲测量信号;
[0043] 所述测量信号处理模块用于将所述线性调频脉冲测量信号处理后输入所述 TD-LTE系统的无线信道;
[0044] 所述测量信号接收模块用于在相应的子载波频点上接收经所述ID-LTE系统输出 的线性调频脉冲测量信号并得到接收的线性调频脉冲测量信号的自相关值;
[0045] 所述第一计算模块用于根据所述自相关值得到所述正交频分复用信号载波中心 频点的频偏和时延;
[0046] 所述合成处理模块用于基于得到的频偏和时延进行无线信道响应合成处理得到 无线信道冲击响应强度值。
[0047] 在本发明的一种实施例中,还包括第二计算模块,用于在所述合成处理模炔基于 得到的频偏和时延进行无线信道响应合成处理得到无线信道冲击响应强度值之前,根据所 述第一计算模块得到的载波中心频点的频偏和时延推算所述正交频分复用信号符号带宽 内至少一个其他子载波频点的频偏和时延。
[0048] 在本发明的一种实施例中,所述测量参数确定模块包括频点确定子模块和采样时 刻确定子模块;
[0049] 所述频点确定子模块用于在所述正交频分复用信号的符号带宽内均匀选择Nf个 子载波频点作为测量子载波频点,所述Nf大于等于1 ;
[0050] 所述采样时刻确定子模块用于在所述正交频分复用信号的符号周期内均匀选择 Nt个采样时刻作为测量采样时刻,所述Nt大于等于1。
[0051] 在本发明的一种实施例中,所述测量信号生成模块包括Nf个信号产生器,各信号 产生器用于在对应的测量子载波频点上,在每个测量采样时刻生成一个线性调频脉冲测量 信号,生成的线性调频脉冲测量信号的频域宽和时域宽度分别小于所述正交频分复用信号 的子载波带宽和奈奎斯特采样周期。
[0052] 在本发明的一种实施例中,所述测量信号处理模块包括信号处理子模块和信号注 入子模块;
[0053] 所述信号处理子模块用于利用NfXNt阶二维扰码C对所述线性调频脉冲测量信号 进行调制得到激励信号,所述NfXNt阶二维扰码C中的元素Cniin为+1或-1 ;所述m大于等 于〇,小于等于Nf-1 ;所述n大于等于0,小于等于Nt-1 ;
[0054] 所述信号注入子模块用于将得到的激励信号输入所述ID-LTE系统的无线信道。
[0055] 在本发明的一种实施例中,所述测量信号接收模块包括Nf+2N个信号接收器,所 述信号接收器用于在相应的子载波频点上接收经所述1D-LTE系统输出的线性调频脉冲测 量信号并输出接收的线性调频脉冲测量信号的自相关值R;所述Nf为选择的子载波频点个 数;所述N为对所述正交频分复用信号的最大频偏值除以所述正交频分复用信号的子载波 带宽得到的值进行取整。
[0056] 在本发明的一种实施例中,所述第一计算模块包括二维滑动计算子模块,用于利 用所述NfXNt阶二维扰码C对所述自相关值R进行时域和频域的二维滑动相关计算,得到 所述正交频分复用信号载波中心频点的频偏f和时延t。
[0057] 在本发明的一种实施例中,所述第二计算模块包括频偏计算子模块,用于根据所 述频偏f,利用多普勒频偏理论计算公式计算得到所述激励信号的到达角费:
[0058]
Figure CN105007136AD00101
[0059] 所述F。为所述载波中心频点频率,所述f为正交频分复用信号载波中心频点的频 偏,所述v为所述1D-LTE系统当前的速度,所述c为光速;
[0060] 以及用于取所述激励信号在各子载波频点上的到达角都为,将该到达角炉带入 多普勒频偏理论计算公式得到各子载波频点上频偏值:
[0061]
Figure CN105007136AD00102
[0062] 所述Fk为所述各子载波频点的频率,所述fk为各子载波频点的频偏,所述k大于 等于1,小于等于所述正交频分复用信号符号带宽内的子载波频点个数。
[0063] 在本发明的一种实施例中,所述第二计算模块还包括时延计算子模块,用于取所 述正交频分复用信号符号带宽内各子载波频点的时延都等于T。
[0064] 在本发明的一种实施例中,所述合成处理模块包括无线信道冲击响应强度值获取 子模块,用于根据多普勒频偏的数据对经典多径信道模型进行无线信道合成处理:
[0065]
Figure CN105007136AD00103
[0066] 所述h(t,t)为无线信道冲击响应强度值,所述p表示时延个数,所述k表示频偏 个数,所述Wpk为第p个时延、第k个频偏的多径信号分量的信号强度值;所述fkl为第kl个 频偏,所述kl大于等于1,小于等于所述K;所述tpl为第P1个时延,所述P1大于等于1, 小于等于所述P;所述S(t-Tp)为时刻t输入的单位脉冲信号在时延^处的响应脉冲, t为当前测量的时刻。
[0067] 本发明的有益效果是:
[0068] 本发明提供的TD-LTE系统无线信道响应测量方法及装置,适用于对高铁TD-LTE 系统进行测量,测量时,根据1D-LTE系统的正交频分复用信号的符号带宽和符号周期确定 测量子载波频点和测量采样时刻;在确定的测量子载波频点上根据确定的测量采样时刻生 成线性调频脉冲测量信号;将线性调频脉冲测量信号处理后输入ID-LTE系统的无线信道; 在相应的子载波频点上接收经1D-LTE系统输出的线性调频脉冲测量信号并得到接收的线 性调频脉冲测量信号的自相关值;根据该自相关值得到正交频分复用信号载波中心频点的 频偏和时延,然后在基于得到的频偏和时延进行无线信道响应合成处理得到无线信道冲击 响应强度值。可见,本发明中的测量信号采用的是在时域和频域能取得最优化分辨率的线 性调频脉冲测量信号,因此在时域和频域上可同时得到准确的测量结果,基于该测量结果 得到的无线信道冲击响应强度值在时域和频域上也都更为准确。
[0069] 其次,在本发明中,在进行合成处理得到无线信道冲击响应强度值之前,还可进一 步根据得到的正交频分复用信号载波中心频点的频偏和时延推算出正交频分复用信号符 号带宽内至少一个其他子载波频点的频偏和时延,例如推算出正交频分复用信号符号带宽 内所有其他子载波频点的频偏和时延,然后基于得到的所有子载波频点的频偏和时延进行 合成计算,进而使得到的无线信道冲击响应强度值更为准确。
附图说明
[0070] 图1为本发明实施例一提供的TD-LTE系统无线信道响应测量方法示意图;
[0071] 图2为本发明实施例一提供的对线性调频脉冲测试信号进行二维扰码调制的示 意图;
[0072] 图3为本发明实施例一提供进行二维滑动相关计算的示意图;
[0073] 图4为本发明实施例一提供的TD-LTE系统无线信道响应测量装置的结构示意图
[0074] 图5为本发明实施例一提供的TD-LTE系统无线信道响应测量装置的结构示意图 --〇
具体实施方式
[0075] 以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。
[0076] 实施例一:
[0077] 本实施例提供的TD-LTE系统测量方法,主要针对具有多径无线信道、且相对地面 的速度大于等于300千米每小时的TD-LTE系统,例如高铁TD-LTE系统。本实施例中的测 量过程请参见图1所示,包括:
[0078] 步骤101 :根据待测ID-LTE系统的正交频分复用信号(0FDM信号)的符号带宽和 符号周期确定测量子载波频点和测量采样时刻;
[0079] 步骤102 :在确定的测量子载波频点上根据测量采样时刻生成线性调频脉冲测量 信号;
[0080] 步骤103 :将线性调频脉冲测量信号处理后输入TD-LTE系统的无线信道;
[0081] 步骤104 :在相应的子载波频点上接收经所TD-LTE系统输出的线性调频脉冲测量 信号并得到接收的线性调频脉冲测量信号的自相关值;
[0082] 步骤105 :根据得到的自相关值得到正交频分复用信号载波中心频点的频偏和时 延;
[0083] 步骤106 :基于得到的频偏和时延进行无线信道响应合成处理得到无线信道冲击 响应强度值。
[0084] 在本实施例中,为了进一步提升测量结果的准确性,在上述步骤106之前,步骤 105之后,还可进一步包括:
[0085] 根据步骤105得到的载波中心频点的频偏和时延推算正交频分复用信号符号带 宽内至少一个其他子载波频点的频偏和时延。然后步骤106中则是基于得到的所有频偏和 时延进行合成处理,得到更为精确的无线信道冲击响应强度值。为了更好的理解本发明,下 面对上述各步骤进行详细说明。
[0086] 对于上述步骤101,对于高铁TD-LTE这类系统而言,无线信道对其无线传输的影 响主要来源与收发信机之间高速相对运动引起的多普勒频率偏移在0FDM信号内引起子载 波间符号干扰。因此,需要根据TD-LTE中0FDM信号的符号周期Ts、带宽Bs、奈奎斯特采样 周期Tsa_以及子载波带宽Bsub。设置测量参数,优先保证信道测量在频域的分辨率小于或 等于Bsub。,同时使得信道测量的时域分辨率尽可能小于或等于Tsani^。
[0087] 由于无线信道测量的基本原理是注入激励信号,然后对激励信号进行相干检测, 从而获得无线信道对信号的时间延迟、相位偏移以及频率偏移,所以激励源信号本身的时 域和频域宽度直接决定了无线信道测量的时域和频域分辨率。信号分析理论给出信号的时 域和频域宽度分别为:
[0088]
Figure CN105007136AD00121
[0089] 其中,S(«)表示信号的频谱函数,s(t)表示信号的时域函数,s' (t)表示信号 的时域函数的共轭,〇"和〇t分别表示信号的频域宽度和时域宽度。
[0090] 基于上述分析可知,首先需保证产生的激励信号的频域宽度小于等于Bsub。;在此 基础上,使得激励信号的时域宽度尽可能小。但是,信号的时频测不准原理指出,任意一个 信号,其时域和频域的宽度满足,
[0091]
Figure CN105007136AD00122
[0092] 其中上式中的sYt)表示信号的时域函数的赫尔米特变换,Covt"表示信号时域表 达式和频域表达式的相关系数。
[0093] 理论证明,线性调频脉冲能够使得上述式(2)中等号成立,取得在时域和频域最 优化的分辨率。线性调频脉冲的基本表达式为:
Figure CN105007136AD00123
[0094] (3)
[0095]其中,上式中的a、P是待定系数,w。表示信号载波频率,t表示时间。
[0096] 在上述分析的基础上,测量参数选择过程具体说明如下:
[0097] ①根据式(1)和(3)可得到线性调频脉冲的时域和频域宽度:
Figure CN105007136AD00124
[0098] (4)
[0099] ②令符号奈奎斯特采样周期Tsani^和子载波带宽Bsub。分别等于线性调频脉冲的时 域和频域宽度,可以计算线性调频脉冲的参数a和0的值;当然,理论上也可分别选择小 于符号奈奎斯特采样周期Tsani^的采样周期和子载波带宽Bsub。的带宽分别等于线性调频脉 冲的时域和频域宽度,然后计算得到计算线性调频脉冲的参数a和0的值;
[0100] ③在正交频分复用信号的符号带宽Bs内均匀选择Nf个子载波频点Wl (考虑复杂度 与准确性的折中,优选根据无线信道相干带宽的估测值进行选取)作为测量子载波频点,Nf 大于等于1,i大于等于1,小于等于Nf ;为了提高测量结果的精度,优选Nf的取值大于等于 2,下面以Nf的取值为10进行说明;
[0101] 在正交频分复用信号的符号周期内均匀选择队个采样时刻t,(考虑复杂度与准确 性的折中,建议根据无线信道相干时间的估测值进行选取)作为测量采样时刻,Nt大于等于 l,j大于等于1,小于等于Nt ;为了提高测量结果的精度,优选Nt的取值大于等于2,下面也 以队的取值为10进行说明。
[0102] ④根据TD-LTE系统相对地面的速度等情况以及TD-LTE系统使用的载波f。,估算 出ID-LTE系统的信号最大传输时间延迟t_和频率偏移f_,以供后续步骤使用,具体过 程如下:
[0103] 通常高铁沿线基站间隔2_3km,高铁列车运行在基站覆盖区间内,假设发送信号功 率为1W,直射路径信号接收功率约为1八4 Jr d4) = 1八4 Jr 15004) = 3. 5*10 %。通常,当多 径信号分量功率小于直射路径信号功率的1%后,其余多径信号分量可以忽略。此时多径信 号接收功率为3. 5*10、,对应d4 = 1八4 Jr 3. 5*10 wW),即传输距离为4. 7km。
[0104]最大传输时延(4. 7-1. 5)km/c= 10us。
[0105] 列车运行速度约为300kmph,最大频率偏移约为:
[0106]
Figure CN105007136AD00131
[0107] 上式(5)中的fc为中心频点频率,v为TD-LTE系统相对地面的速度,c为光速。
[0108] 经上述过程确定好了各测量参数后,进入上述步骤102和103,在确定的测量子载 波频点上根据测量采样时刻生成线性调频脉冲测量信号,对生成的线性调频脉冲测量信号 进行处理后注入ID-LTE系统。本实施例中在确定的每个测量子载波频点上,在每个采样时 刻生成一个线性调频脉冲测量信号,根据上述分析过程可知,生成的线性调频脉冲测量信 号的频域宽和时域宽度分别小于等于正交频分复用信号的子载波带宽和奈奎斯特采样周 期。
[0109] 在上述步骤中,队和Nt取的取值都为10,也即存在10个测量子载波频点Wl、w2、…… Wi。和10个采样时刻tKt2、……t1(];在第一个测量侧载波频点上,将对应的为Wl和10个采 样时刻tut2、……h。带入上述式(3)即可得到该频点上的10个线性调频脉冲测量信号;对 应的,在其他测量子载波频点上生成线性调频脉冲测量信号的过程相同。下面结合附图测 试信号的生成过程进行说明。
[0110] 请参见图2所示,本实施例采用的信号产生器为声表面波色散换能器,因为其截 断率边缘很陡峭,具有很好的时域和频域自相关特性,体积很小,潜在成本低。对应的,本实 施例选择Nf个信号产生器,根据上述计算得到的a、0以及确定的^和^在相应的频点 上同时生成、发送线性调频脉冲测量信号x(t-mTc-Tc/2,f-Bc/2),其中,m为线性调频脉冲 的序号(即第m个发送的线性调频脉冲),Tc为线性调频脉冲的脉冲周期,t为当前信号时 亥IJ,f为当前信号频率,Be为线性调频脉冲的带宽。在本实施例中,为了提高测量激励信号 的检测信噪比,本实施例中对生成的测试信号的处理包括对生成的线性调频脉冲测量信号 进行二维扰码调制。请参见下式所示:
[0111]
Figure CN105007136AD00132
[0112] 其中,式(6)中的C表示NfXNt阶二维扰码((^为+1或-1),且具有比较理想的 自相关特性,Am,An分别表示自相关运算过程中,扩频码、n在时域和频域两个维度上的 距离。利用二维扰码C对产生的线性调频脉冲测量信号进行调制具体为:利用扩频码Cniin 调制对应子载波Wl和采样时刻t,上生成的线性调频脉冲测量信号,请参见图2所示。然后 进行功率归一化保证各信号功率的一致性以及求和得到激励信号;将得到的激励信号注入TD-LTE系统的无线信道。
[0113] 在本实施例中,在上述步骤104中,为了在接收端的每一个可能的频点上接收到 线性调频脉冲测量信号并输出其自相关值R,在接收端设置Nf+2N个信号接收器,其中Nf为 选择的子载波频点个数,N为对正交频分复用信号的最大频偏值除以正交频分复用信号的 子载波带宽得到的值进行取整后得到的值,本实施例中的取整可以向上取整,也可以向下 取整,具体取整方式可根据当前的具体应用场景选定。
[0114] 选定好信号接收器后,利用所选定的信号接收器在相应的子载波频点上接收经 ID-LTE系统输出的线性调频脉冲测量信号并输出接收的线性调频脉冲测量信号的自相关 值R。请参见图3所示,针对某一个信号的自相关值计算公式为:
[0115]
Figure CN105007136AD00141
(7)
[0116] 其中上式(7)中的仏和队分别为时域线性脉冲信号个数和频域线性脉冲个数,Tc 和Be分别表示脉冲信号的时间长度和脉冲信号的频域宽度。
[0117] 在得到各线性调频脉冲测量信号的自相关值后,上述步骤105根据得到的自相关 值得到正交频分复用信号载波中心频点的频偏和时延的过程请参见图3所示,其包括:
[0118] 利用上述NfXNt阶二维扰码C对得到的自相关值R进行时域和频域的二维滑动相 关计算(具体的二维滑动相关计算的过程请参见虚线框所示),得到正交频分复用信号载 波中心频点的频偏f和时延t,也即得到ID-LTE系统接收激励信号的实时时延和频偏值, 生成对应的时延和频偏测量记录。在本实施例中,在该记录中还可进一步记录当前实时测 量的时间t以及被测的ID-LTE系统当前的位置信息L0C;当前的位置信息和时间信息可以 准确的反应测试时间以及测试时ID-LTE系统所处的工作环境,更便于后续的统计分析。
[0119] 在本实施例中,理论上得到载波中心频点的频偏f和时延t后,即可得到无线信 道冲击响应强度值。但在本实施例中,为了进一步提升测量精度,在进行合成处理之前,还 包括根据载波中心频点的频偏f和时延T推算正交频分复用信号符号带宽内至少一个其 他子载波频点的频偏和时延;然后基于得到的所有频偏和时延进行合成处理得到更为精确 的无线信道冲击响应强度值。在本实施例中,为了使得到的测量结果尽可能精确,优选根据 载波中心频点的频偏f和时延T推算正交频分复用信号符号带宽内其他所有子载波频点 的频偏和时延。具体如下:
[0120]根据载波中心频点的频偏f•推算正交频分复用信号符号带宽内其他所有子载波 频点的频偏包括:
[0121] 根据载波中心频点的频偏f,利用多普勒频偏理论计算公式计算得到激励信号的 到达角和
[0122]
Figure CN105007136AD00142
P)
[0123] 上式中,F。为载波中心频点频率,f为正交频分复用信号载波中心频点的频偏,v为 所述TD-LTE系统当前的速度,c为光速;
[0124] 然后取激励信号在各子载波频点上的到达角都为於,将该到达角0带入多普勒频 偏理论计算公式得到各子载波频点上频偏值:
[0125]
Figure CN105007136AD00151
[0126] 上式中,Fk为各子载波频点的频率,fk为各子载波频点的频偏,k大于等于1,小于 等于正交频分复用信号符号带宽内的子载波频点个数。
[0127] 另外,根据电磁场理论,正交频分复用信号符号带内各个子载波在无线信道中传 播的时间延迟之差非常小,可以忽略不计,因此本实施例中取正交频分复用信号符号带宽 内各子载波频点的时延都等于t。
[0128] 得到子载波频点的频偏和时延后,上述步骤106进行无线信道响应合成处理得到 无线信道冲击响应强度值的过程如下:
[0129] 根据多普勒频偏的数据对经典多径信道模型进行无线信道合成处理:
[0130]
Figure CN105007136AD00152
()
[0131] 上式中,h(t,t)为无线信道冲击响应强度值,p表示时延个数,k表示频偏个数, Wpk为第P个时延、第k个频偏的多径信号分量的信号强度值;fkl为第kl个频偏,所述kl大 于等于1,小于等于所述K;所述tpl为第pi个时延,所述pi大于等于1,小于等于所述P; 所述S(t_Tp)为时刻t输入的单位脉冲信号在时延^处的响应脉冲,t为当前测量的时 刻。
[0132] 经上述步骤,针对每次测量我们都能得到一个较为精确的h(t,t),然后针对每次 测量得到的h(t,计算其时域和频域的自相关,具体如下:
[0133]
Figure CN105007136AD00153
(11)
[0134] 上式中,R(At,At)为测量得到的无线信道响应的时间-延迟二维自相关函数, At为无线信道响应样本在时间域内的偏移量,△T为无线信道响应样本在延迟域内的偏 移量,Nttial为无线信道响应的样本数量,hJt+At,T+AT)为无线信道响应样本在经过 时间偏移和延迟偏移后的共轭。
[0135] 然后对信道响应的时域和频域自相关做傅里叶变换,即可得到被测ID-LTE无线 信道的统计特征,包括:时间延迟谱、多普勒扩展谱、角度扩展谱、相干时间以及相干带宽等 统计参数。
[0136] 实施例二:
[0137] 本实施例提供了一种ID-LTE系统测量装置,可用于对具有多径无线信道、且相对 地面的速度大于等于300千米每小时的ID-LTE系统进行有效的测量。请参见图4所示,本 实施例提供的1D-LTE系统测量装置包括测量参数确定模块、测量信号生成模块、测量信号 处理模块、测量信号接收模块、第一计算模块和合成处理模块,其中:
[0138] 测量参数确定模块用于根据ID-LTE系统的正交频分复用信号的符号带宽和符号 周期确定测量子载波频点和测量采样时刻;
[0139] 测量信号生成模块用于在测量子载波频点上根据测量采样时刻生成线性调频脉 冲测量信号;
[0140] 测量信号处理模块用于将线性调频脉冲测量信号处理后输入ID-LTE系统的无线 信道;
[0141] 测量信号接收模块用于在相应的子载波频点上接收经ID-LTE系统输出的线性调 频脉冲测量信号并得到接收的线性调频脉冲测量信号的自相关值;
[0142] 第一计算模块用于根据自相关值得到正交频分复用信号载波中心频点的频偏和 时延;
[0143] 合成处理模块用于基于得到的频偏和时延进行无线信道响应合成处理得到无线 信道冲击响应强度值。
[0144] 在本实施例中,为了进一步提升测量结果的准确性,请参见图5所示,TD-LTE系统 测量装置还可进一步包括第二计算模块,用于在合成处理模炔基于得到的频偏和时延进行 无线信道响应合成处理得到无线信道冲击响应强度值之前,根据第一计算模块得到的载波 中心频点的频偏和时延推算所述正交频分复用信号符号带宽内至少一个其他子载波频点 的频偏和时延。
[0145] 为了更好的理解本发明,下面对上述各功能模块的结构进行进一步详细的说明。
[0146] 本实施例中的测量参数确定模块包括频点确定子模块和采样时刻确定子模块;
[0147] 频点确定子模块用于在正交频分复用信号的符号带宽内均匀选择Nf个子载波频 点作为测量子载波频点,所述Nf大于等于1;
[0148] 采样时刻确定子模块用于在所述正交频分复用信号的符号周期内均匀选择Nt个 采样时刻作为测量采样时刻,所述队大于等于1。
[0149] 测量子载波频点和测量采样时刻的具体确定过程在此不再赘述。
[0150] 本实施例中,由于线性调频脉冲能够取得在时域和频域最优化的分辨率。本实施 例采用线性调频脉冲信号作为测试信号输入。其具体产生过程在实施例一种已有明确的说 明,在此不再赘述。本实施例中的测量信号生成模块包括Nf个信号产生器,各信号产生器用 于在对应的测量子载波频点上,在每个测量采样时刻生成一个线性调频脉冲测量信号,生 成的线性调频脉冲测量信号的频域宽和时域宽度分别小于正交频分复用信号的子载波带 宽和奈奎斯特采样周期。本实施例中的信号产生器优选采用声表面波色散换能器来实现。 当然也可采用其他能生成上述线性调频脉冲信号的其他装置实现。
[0151] 本实施例中,测量信号处理模块包括信号处理子模块和信号注入子模块;其中,
[0152] 信号处理子模块用于利用NfXNt阶二维扰码C对线性调频脉冲测量信号进行调制 得到激励信号,NfXNt阶二维扰码C中的元素、n为+1或-1;m大于等于0,小于等于Nf-1; n大于等于0,小于等于Nt-1 ;其具体处理过程请参见实施例一;
[0153] 信号注入子模块用于将得到的激励信号输入ID-LTE系统的无线信道。
[0154] 为了保证在可能的频点上都能接收到线性调频脉冲测试信号,本实施例中的测 量信号接收模块包括Nf+2N个信号接收器,信号接收器用于在相应的子载波频点上接收经 ID-LTE系统输出的线性调频脉冲测量信号并输出接收的线性调频脉冲测量信号的自相关 值R;其中,Nf为选择的子载波频点个数;N为对所述正交频分复用信号的最大频偏值除以 所述正交频分复用信号的子载波带宽得到的值进行取整。本实施例中的信号接收器也优选 采用声表面波色散换能器来实现,其得到各线性调频脉冲测量信号的自相关值R的具体过 程请参见实施例一所示。
[0155] 本实施例中的第一计算模块包括二维滑动计算子模块,用于利用上述NfXNt阶二 维扰码C对图3所示的自相关值R进行时域和频域的二维滑动相关计算,得到正交频分复 用信号载波中心频点的频偏f和时延t。
[0156] 本实施例中的第二计算模块包括频偏计算子模块,用于根据信号载波中心频点的 频偏f,利用多普勒频偏理论计算公式(见实施例一中的式(7))计算得到所述激励信号 的到达角灼以及用于取激励信号在各子载波频点上的到达角都为梦,将该到达角炉带入多 普勒频偏理论计算公式得到各子载波频点上频偏值,具体计算公式请参见实施例一种的式 ⑶。
[0157] 第二计算模块还包括时延计算子模块,用于取正交频分复用信号符号带宽内各子 载波频点的时延都等于T。
[0158] 本实施例中的合成处理模块包括无线信道冲击响应强度值获取子模块,用于根据 多普勒频偏的数据对经典多径信道模型进行无线信道合成处理得到为无线信道冲击响应 强度值h(t,具体计算公式请参见实施例一中的式(9)。
[0159] 通过上述各功能模块的协同工作,针对每次测量都能得到一个较为精确的 h(t,然后利用统计分析模块,针对每次测量得到的h(t,计算其时域和频域的自相 关,然后对信道响应的时域和频域自相关做傅里叶变换,即可得到被测1D-LTE无线信道的 统计特征,包括:时间延迟谱、多普勒扩展谱、角度扩展谱、相干时间以及相干带宽等统计参 数。
[0160] 应当理解的是,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和上 述各功能模块可通过程序来指令相关硬件完成,上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。
[0161] 可见,本发明中的测量信号采用在时域和频域能取得最优化分辨率的线性调频脉 冲测量信号,在时域和频域上可同时得到准确的测量结果,基于该测量结果得到的无线信 道冲击响应强度值在时域和频域上也都更为准确。
[0162] 同时,在本发明中,在进行合成处理得到无线信道冲击响应强度值时,还可进一步 根据得到的正交频分复用信号载波中心频点的频偏和时延推算出正交频分复用信号符号 带宽内所有其他子载波频点的频偏和时延,然后基于得到的所有子载波频点的频偏和时延 进行合成计算,进而使得到的无线信道冲击响应强度值更为准确。
[0163] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,仅仅参照较佳实施例对本发 明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改 或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范 围当中。

Claims (15)

1. 一种TD-LTE系统无线信道响应测量方法,所述TD-LTE系统具有多径无线信道,相对 地面的速度大于等于300千米每小时;其特征在于,所述无线信道响应测量方法包括: 根据所述TD-LTE系统的正交频分复用信号的符号带宽和符号周期确定测量子载波频 点和测量采样时刻; 在所述测量子载波频点上根据所述测量采样时刻生成线性调频脉冲测量信号; 将所述线性调频脉冲测量信号处理后输入所述TD-LTE系统的无线信道; 在相应的子载波频点上接收经所述TD-LTE系统输出的线性调频脉冲测量信号并得到 接收的线性调频脉冲测量信号的自相关值R; 根据所述自相关值R得到所述正交频分复用信号载波中必频点的频偏和时延; 基于得到的频偏和时延进行无线信道响应合成处理得到无线信道冲击响应强度值。
2. 如权利要求1所述的TD-LTE系统无线信道响应测量方法,其特征在于,基于得到的 频偏和时延进行无线信道响应合成处理得到无线信道冲击响应强度值之前,还包括: 根据所述载波中必频点的频偏和时延推算所述正交频分复用信号符号带宽内至少一 个其他子载波频点的频偏和时延。
3. 如权利要求2所述的TD-LTE系统无线信道响应测量方法,其特征在于,根据所述正 交频分复用信号的符号带宽和符号周期确定测量子载波频点和测量采样时刻包括: 在所述正交频分复用信号的符号带宽内均匀选择Nf个子载波频点作为测量子载波频 点,所述Nf大于等于1; 在所述正交频分复用信号的符号周期内均匀选择Nt个采样时刻作为测量采样时刻,所 述Nt大于等于1。
4. 如权利要求3所述的TD-LTE系统无线信道响应测量方法,其特征在于,将所述线性 调频脉冲测量信号处理后输入所述TD-LTE系统的无线信道包括: 利用NfXNt阶二维扰码C对所述线性调频脉冲测量信号进行调制得到激励信号,所述NfXNt阶二维扰码C中的元素Cm,。为+1或-1 ;所述m大于等于0,小于等于Nf-1 ;所述n大 于等于0,小于等于Nt-1 ; 将得到的激励信号输入所述TD-LTE系统的无线信道。
5. 如权利要求4所述的TD-LTE系统无线信道响应测量方法,其特征在于,根据所述自 相关值得到所述正交频分复用信号载波中必频点的频偏和时延包括: 利用所述NfXNt阶二维扰码C对所述自相关值R进行时域和频域的二维滑动相关计 算,得到所述正交频分复用信号载波中必频点的频偏f和时延X。
6. 如权利要求5所述的TD-LTE系统无线信道响应测量方法,其特征在于,根据所述载 波中必频点的频偏推算所述正交频分复用信号符号带宽内至少一个其他子载波频点的频 偏和时延为;根据所述载波中必频点的频偏和时延推算所述正交频分复用信号符号带宽内 其他所有子载波频点的频偏和时延。
7. 如权利要求6所述的TD-LTE系统无线信道响应测量方法,其特征在于,根据所述载 波中必频点的频偏推算所述正交频分复用信号符号带宽内其他所有子载波频点的频偏包 括: 根据所述频偏f,利用多普勒频偏理论计算公式计算得到所述激励信号的到达角批
Figure CN105007136AC00031
所述F。为所述载波中必频点频率,所述f为正交频分复用信号载波中必频点的频偏, 所述V为所述TD-LTE系统当前的速度,所述C为光速; 取所述激励信号在各子载波频点上的到达角都为0,将该到达角口带入多普勒频偏理 论计算公式得到各子载波频点上频偏值:
Figure CN105007136AC00032
所述Fk为所述各子载波频点的频率,所述fk为各子载波频点的频偏,所述k大于等于 1,小于等于所述正交频分复用信号符号带宽内的子载波频点个数;根据所述载波中必频点 的时延推算所述正交频分复用信号符号带宽内其他所有子载波频点的时延包括: 取所述正交频分复用信号符号带宽内各子载波频点的时延都等于X。
8. 如权利要求7所述的TD-LTE系统无线信道响应测量方法,其特征在于,基于得到的 所有子载波频点的频偏和时延进行无线信道响应合成处理得到无线信道冲击响应强度值 包括: 根据多普勒频偏的数据对经典多径信道模型进行无线信道合成处理:
Figure CN105007136AC00033
所述h(t,T)为无线信道冲击响应强度值,所述P表示时延个数,所述k表示频偏个 数,所述Wpk为第P个时延、第k个频偏的多径信号分量的信号强度值;所述fki为第kl个 频偏,所述kl大于等于1,小于等于所述K;所述XP1为第pi个时延,所述pi大于等于1, 小于等于所述P,所述5(t-Tp)为时刻t输入的单位脉冲信号在时延Tp处的响应脉冲,t 为当前测量的时刻。
9. 一种TD-LTE系统无线信道响应测量装置,所述TD-LTE系统具有多径无线信道,相对 地面的速度大于等于300千米每小时;其特征在于,所述无线信道响应测量装置包括测量 参数确定模块、测量信号生成模块、测量信号处理模块、测量信号接收模块、第一计算模块 和合成处理模块; 所述测量参数确定模块用于根据所述TD-LTE系统的正交频分复用信号的符号带宽和 符号周期确定测量子载波频点和测量采样时刻; 所述测量信号生成模块用于在所述测量子载波频点上根据所述测量采样时刻生成线 性调频脉冲测量信号; 所述测量信号处理模块用于将所述线性调频脉冲测量信号处理后输入所述TD-LTE系 统的无线信道; 所述测量信号接收模块用于在相应的子载波频点上接收经所述TD-LTE系统输出的线 性调频脉冲测量信号并得到接收的线性调频脉冲测量信号的自相关值R; 所述第一计算模块用于根据所述自相关值R得到所述正交频分复用信号载波中必频 点的频偏和时延; 所述合成处理模块用于基于得到的频偏和时延进行无线信道响应合成处理得到无线 信道冲击响应强度值。
10. 如权利要求9所述的TD-LTE系统无线信道响应测量装置,其特征在于还包括第二 计算模块,用于在所述合成处理模炔基于得到的频偏和时延进行无线信道响应合成处理得 到无线信道冲击响应强度值之前,根据所述第一计算模块得到的载波中必频点的频偏和时 延推算所述正交频分复用信号符号带宽内至少一个其他子载波频点的频偏和时延。
11. 如权利要求10所述的TD-LTE系统无线信道响应测量装置,其特征在于,所述测量 参数确定模块包括频点确定子模块和采样时刻确定子模块; 所述频点确定子模块用于在所述正交频分复用信号的符号带宽内均匀选择Nf个子载 波频点作为测量子载波频点,所述Nf大于等于1 ; 所述采样时刻确定子模块用于在所述正交频分复用信号的符号周期内均匀选择Nt个 采样时刻作为测量采样时刻,所述Nt大于等于1。
12. 如权利要求11所述的TD-LTE系统无线信道响应测量装置,其特征在于,所述测量 信号处理模块包括信号处理子模块和信号注入子模块; 所述信号处理子模块用于利用NfXNt阶二维扰码C对所述线性调频脉冲测量信号进行 调制得到激励信号,所述NfXNt阶二维扰码C中的元素Cm,。为+1或-1 ;所述m大于等于0, 小于等于Nf-1 ;所述n大于等于0,小于等于Nt-1 ; 所述信号注入子模块用于将得到的激励信号输入所述TD-LTE系统的无线信道。
13. 如权利要求12所述的TD-LTE系统无线信道响应测量装置,其特征在于,所述第一 计算模块包括二维滑动计算子模块,用于利用所述NfXNt阶二维扰码C对所述自相关值R 进行时域和频域的二维滑动相关计算,得到所述正交频分复用信号载波中必频点的频偏f 和时延X。
14. 如权利要求13所述的TD-LTE系统无线信道响应测量装置,其特征在于,所述第二 计算模块包括频偏计算子模块和时延计算子模块;所述频偏计算子模块用于根据所述频偏 f,利用多普勒频偏理论计算公式计算得到所述激励信号的到达角科;
Figure CN105007136AC00041
所述F。为所述载波中必频点频率,所述f为正交频分复用信号载波中必频点的频偏, 所述V为所述TD-LTE系统当前的速度,所述C为光速; W及用于取所述激励信号在各子载波频点上的到达角都为沪,将该到达角^带入多普 勒频偏理论计算公式得到各子载波频点上频偏值:
Figure CN105007136AC00042
所述Fk为所述各子载波频点的频率,所述fk为各子载波频点的频偏,所述k大于等于 1,小于等于所述正交频分复用信号符号带宽内的子载波频点个数。所述时延计算子模块用 于取所述正交频分复用信号符号带宽内各子载波频点的时延都等于X。
15. 如权利要求14所述的TD-LTE系统无线信道响应测量装置,其特征在于,所述合成 处理模块包括无线信道冲击响应强度值获取子模块,用于根据多普勒频偏的数据对经典多 径信道模型进行无线信道合成处理:
Figure CN105007136AC00051
所述h(t,T)为无线信道冲击响应强度值,所述P表示时延个数,所述k表示频偏个 数,所述Wpk为第P个时延、第k个频偏的多径信号分量的信号强度值;所述fki为第kl个 频偏,所述kl大于等于1,小于等于所述K;所述XP1为第pi个时延,所述pi大于等于1, 小于等于所述P;所述5 (t-Tp)为时刻t输入的单位脉冲信号在时延Tp处的响应脉冲, t为当前测量的时刻。
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