CN105024772B - 一种面向微功率无线通信的信道模型仿真方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种面向微功率无线通信的信道模型仿真方法及其系统，所述方法包括：根据微功率无线的基带信号产生微功率无线信号和噪声信号的叠加信号；根据不同环境的数学模型产生的衰落模拟现场从而衰落叠加信号；对叠加信号进行射频信号的采集和分析；将叠加信号与微功率无线通信单元进行通信；根据射频信号的采集和分析结果确定得到不同环境的不同信道模型下的信道传输函数及冲击响应函数；根据叠加信号耦合至微功率无线通信单元进行解调确定不同环境的不同信道模型及参数的修正对微功率无线通信的影响程度。本发明技术方案使微功率无线通信更高效、更可靠地应用于用电信息采集系统。
Description
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，更具体涉及一种面向微功率无线通信的信道模型仿真方法及其仿真系统。
背景技术：
目前用电信息采集系统中常用的本地通信方式主要有电力线载波通信、RS-485通信、微功率无线通信等多种通信技术。
微功率无线通信技术是指使用433MHz、470MHz-510MHz、2.4GHz等频段、发射功率在毫瓦级、数据传输速率在千比特每秒量级，选择GFSK等调制方式的无线通信技术。相对于电力线载波通信，微功率无线通信具有无需布线、通信可靠性高、通信速率快、网络稳定等优点。但是，微功率无线通信技术在实际应用中，也存在在城市密集、城乡结合、乡村旷野等环境下通信差异较大，在电磁屏蔽和噪声干扰等情况下通信效果较差等问题。因此，需要研制用电信息采集微功率无线通信仿真与检测系统，模拟微功率无线通信信道环境，在不同信道环境下对微功率无线通信产品的性能差异进行量化分析，研究多径传输、噪声干扰和路径损耗等对微功率无线通信的影响。
发明内容：
本发明的目的是提供一种面向微功率无线通信的信道模型仿真方法及其仿真系统，使微功率无线通信更高效、更可靠地应用于用电信息采集系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种面向微功率无线通信的信道模型仿真方法，包括以下步骤：
根据微功率无线的基带信号调制产生微功率无线信号；
根据不同环境的数学模型产生的衰落模拟现场从而衰落所述微功率无线信号；
将所述衰落后的微功率无线信号与噪声信号相加产生叠加信号；
对所述叠加信号进行采集和分析；
将所述叠加信号进行解调；
根据所述叠加信号的采集和分析结果确定得到不同环境的不同信道模型下的信道传输函数及冲击响应函数；
根据所述叠加信号进行解调的结果确定不同环境的不同信道模型及参数的修正对微功率无线通信的影响程度。
所述微功率无线的基带信号根据微功率无线基带信号源和标准的通信协议产生。
所述微功率无线信号为470MHz-510MHz频段的已调制的GFSK信号。
所述不同环境包括城市建筑密集环境、城乡结合环境和乡村开阔环境。
所述叠加信号的采集和分析包括所述叠加信号的幅频特性和相频特性分析。
所述解调的结果为所述微功率无线通信单元对于叠加信号的解调结果。
一种面向微功率无线通信的信道模型仿真系统，包括：
信号发生器1，根据微功率无线的基带信号调制产生微功率无线信号；
信道模拟器，根据不同环境的数学模型产生的衰落模拟现场从而衰落所述微功率无线信号；
信号发生器2，将所述微功率无线信号与所述噪声信号相加产生已叠加噪声的微功率无线信号；
频谱分析仪，对所述叠加信号进行信号的采集和分析；
电波室，将所述叠加信号耦合至所述电波室内的微功率无线通信单元进行解调；
控制器，根据所述叠加信号的采集和分析结果确定得到不同环境的不同信道模型下的信道传输函数及冲击响应函数；
根据所述叠加信号耦合至微功率无线通信单元进行解调的结果确定不同环境的不同信道模型及参数的修正对微功率无线通信的影响程度。
所述控制器控制微功率无线基带信号源，并将所述微功率无线基带信号源按照标准的通信协议产生微功率无线的基带信号；所述控制器控制信道模拟器和频谱分析仪并实时监视所述微功率无线通信单元。
所述基带信号通过数据总线输入到信号发生器1上；所述微功率无线信号通过射频线缆输入到信道模拟器；所述衰落的信号通过射频线缆输入信号发生器2。
和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
1、本发明的技术方案使用信号发生器、信道模拟器及频谱分析仪模拟了用电信息采集微功率无线通信信道，可为微功率无线通信设备提供接近于现场应用的测试环境；
2、本发明的技术方案评估微功率无线信号经过不同信道后的幅频特性、相频特性等是否符合预期；
3、本发明的技术方案全面掌握微功率无线通信的特性，最终使其更高效、更可靠地应用于用电信息采集系统；
4、本发明的技术方案将无线信道模拟装置应用于用电信息采集微功率无线通信的现场仿真和评估的环境中，并可对无线信道模拟装置进行自动化控制，大大降低人工操作的复杂度，简化流程，缩短仿真与检测周期，通过各种通信接口实现与仿真系统的无缝衔接，保证了仿真与评估的一致性，以及结果的科学性；
5、本发明的技术方案解决了传统的实验室测试环境下无法模拟现场通信环境的弊端，通过引入微功率无线通信信道模型仿真方法，可在实验室内测试环境下真实模拟现场通信环境，随着电力行业的新业务和新应用的大力发展，都能够在此环境下验证和评估，对新的业务和功能进行前期的支撑研究。
附图说明
图1为本发明实施例的微功率无线通信信道仿真方法图；
图2为本发明实施例的信道衰落模型的接线示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
实施例1：
本例的发明提供一种面向微功率无线通信的信道模型仿真方法及其仿真系统，所述方法通过使用信号发生器产生微功率无线信号和噪声信号，使用信道模拟器模拟城镇、城乡结合、乡村的信道模型，使用频谱分析仪提取并显示叠加信号，进行分析、研究。此方法模拟了用电信息采集微功率无线通信现场信道环境。
此仿真方法如图1所示，包括下述步骤：
一、通过工业计算机控制微功率无线基带信号源，按照标准的通信协议产生微功率无线的基带信号，将基带信号通过数据总线输入到信号发生器1产生470MHz-510MHz频段的已调制的GFSK信号，此过程模拟了微功率无线信号的产生；
二、将微功率无线信号通过射频线缆输入到信道模拟器，通过工业计算机软件的控制，使信道模拟器按照城市建筑密集的数学模型、城乡结合的数学模型和乡村开阔环境的数学模型产生衰落的微功率无线信号，此过程模拟了微功率无线信号在城市建筑密集、城乡结合和乡村开阔信道环境中的多径等传输；
三、信道模拟器输出的衰落的微功率无线信号通过射频线缆输入至信号发生器2即与噪声信号相加，然后一路叠加信号输出到频谱分析仪中进行射频信号采集、分析，此过程是对叠加信号进行实时采集、分析，建立比对的样本，验证、分析微功率无线的信号特征与通信能力；另一路信号输出到多功能电波小室中并由微功率无线通信单元进行解调，此过程模拟了真实的微功率无线信号的通信，此过程是为了评估衰落后的微功率无线的信号与微功率无线通信单元能否进行正常的通信。
五、工业计算机实时控制频谱分析仪，对采集到的无线射频信号和分析结果进行处理，这样工业计算机就可以分析原始的微功率无线信号与衰落的微功率无线信号的幅频特性和相频特性，进而得到城市建筑密集环境、城乡结合环境和乡村开阔环境等不同信道模型下的信道传输函数及冲击响应函数。
六、工业计算机实时监视多功能电波小室的微功率无线通信单元接收到的空中信号，通过软件验证和评估原始的微功率无线信号与衰落的微功率无线信号对通信的影响，，进而得到城市建筑密集环境、城乡结合环境和乡村开阔环境等不同信道模型及相关参数的修正对微功率无线通信的影响程度。
其中，信道衰落模型的接线示意图，如图2所示。
所述城镇模型：该模型主要用于研究和评估建筑物密集的城镇中心地带的微功率无线信道。在此信道环境中，电磁波经过反射、折射、散射等多条路径传播到达接收机，而密集的建筑和其他物体使得无线设备的发射机和接收机之间没有直射路径，那么此信道响应的包络服从瑞利衰落模型的分布。通过该模型的研究与仿真，评估城镇多建筑复杂环境中的通信能力。
所述乡村模型：该模型主要用于研究和评估乡村地带等开阔环境下信号由于路径地形和周围物体的影响造成的信号的路径损耗，此信道响应的包络服从高斯分布。
所述城乡结合模型：该模型主要用于研究和评估建筑物相对密集的城乡结合地带的微功率无线信道。在此信道环境中，电磁波除了经过反射、折射、散射等多条路径传播到达接收机外的情形外，还有从发射机直接到达接收机的直射信号，此信道响应的包络服从莱斯衰落模型的分布。
所述方法基于用电信息采集系统应用场景，特别是城镇建筑密集环境、乡村开阔环境和城乡结合环境的特性，建立对应的信道仿真数学模型，实现在实验室内模拟用电信息采集系统现场通信环境，全面验证和评估微功率无线通信的有效性和鲁棒性的目的，衡量微功率无线通信在不同的应用现场的稳定性和能力。
所述面向微功率无线通信的信道模型仿真系统，包括：
信号发生器1，根据微功率无线的基带信号调制产生微功率无线信号；
信道模拟器，根据不同环境的数学模型产生的衰落模拟现场从而衰落所述微功率无线信号；
信号发生器2，将所述微功率无线信号与所述噪声信号相加产生已叠加噪声的微功率无线信号；
频谱分析仪，对所述叠加信号进行信号的采集和分析；
电波室，将所述叠加信号耦合至所述电波室内的微功率无线通信单元进行解调；
控制器，根据所述叠加信号的采集和分析结果确定得到不同环境的不同信道模型下的信道传输函数及冲击响应函数；
根据所述叠加信号耦合至微功率无线通信单元进行解调的结果确定不同环境的不同信道模型及参数的修正对微功率无线通信的影响程度。
所述控制器控制微功率无线基带信号源，并将所述微功率无线基带信号源按照标准的通信协议产生微功率无线的基带信号；所述控制器控制信道模拟器和频谱分析仪并实时监视所述微功率无线通信单元。
所述基带信号通数据总线输入到信号发生器1上；所述微功率无线信号通过射频线缆输入到信道模拟器；所述衰落的微功率无线信号通过射频线缆输入信号发生器2。
标准测量仪器通过以太网与控制主机连接，控制主机可通过软件设置标准测量仪器的频率、功率、分辨力带宽等参数，频谱分析仪、信号发生器通过时钟线与信道模拟器的10MHz时钟接口进行连接，保证信号的时间同步。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种面向微功率无线通信的信道模型仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：
根据微功率无线的基带信号调制产生微功率无线信号；
根据不同环境的数学模型产生的衰落模拟现场从而衰落所述微功率无线信号；
将衰落后的微功率无线信号与噪声信号相加产生叠加信号；
对所述叠加信号进行采集和分析；
将所述叠加信号进行解调；
根据所述叠加信号的采集和分析结果确定得到不同环境的不同信道模型下的信道传输函数及冲击响应函数；
根据所述叠加信号进行解调的结果确定不同环境的不同信道模型及参数的修正对微功率无线通信的影响程度；
所述微功率无线的基带信号根据微功率无线基带信号源和标准的通信协议产生；
所述微功率无线信号为470MHz-510MHz频段的已调制的GFSK信号；
所述不同环境包括城市建筑密集环境、城乡结合环境和乡村开阔环境；
所述叠加信号的采集和分析包括所述叠加信号的幅频特性和相频特性分析。
2.如权利要求1所述的一种面向微功率无线通信的信道模型仿真方法，其特征在于：所述解调的结果为微功率无线通信单元对于叠加信号的解调结果。
3.一种面向微功率无线通信的信道模型仿真系统，其特征在于：包括：
信号发生器1，根据微功率无线的基带信号调制产生微功率无线信号；
信道模拟器，根据不同环境的数学模型产生的衰落模拟现场从而衰落所述微功率无线信号；
信号发生器2，将所述微功率无线信号与噪声信号相加产生已叠加噪声的微功率无线信号；
频谱分析仪，对叠加信号进行信号的采集和分析；
电波室，将所述叠加信号耦合至所述电波室内的微功率无线通信单元进行解调；
控制器，根据所述叠加信号的采集和分析结果确定得到不同环境的不同信道模型下的信道传输函数及冲击响应函数；
根据所述叠加信号耦合至微功率无线通信单元进行解调的结果确定不同环境的不同信道模型及参数的修正对微功率无线通信的影响程度。
4.如权利要求3所述的一种面向微功率无线通信的信道模型仿真系统，其特征在于：所述控制器控制微功率无线基带信号源，并将所述微功率无线基带信号源按照标准的通信协议产生微功率无线的基带信号；所述控制器控制信道模拟器和频谱分析仪并实时监视所述微功率无线通信单元。
5.如权利要求3所述的一种面向微功率无线通信的信道模型仿真系统，其特征在于：所述基带信号通过数据总线输入到信号发生器1上；所述微功率无线信号通过射频线缆输入到信道模拟器；衰落的信号通过射频线缆输入信号发生器2。
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