CN105227254B - 一种新型多通道流星余迹信道模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型多通道流星余迹信道模拟器，它是通信领域中的流星余迹突发通信信道传输环境模拟设备。它由多路选择开关、功率分配合成单元、分路合路单元、数控衰减器、控制单元、通信接口单元、信道切换接口单元、信道模拟处理单元、存储单元、电源等部件组成，用于串联在流星余迹通信系统各设备中，模拟实际流星余迹信道对信号的影响，从而实现在实验室环境对新研制流星余迹通信设备进行性能指标、链路性能、组网功能等测试检验。本发明还具有集成程度高、体积小、使用方便、性能稳定等特点。

Description

一种新型多通道流星余迹信道模拟器

技术领域

本发明涉及一种流星余迹信道模拟器，尤其是一种可在实验室环境，实现对新研制流星余迹通信设备进行性能指标、链路性能、组网功能等测试检验的新型设备，作为流星余迹通信设备的模拟训练、性能测试等需求的专用平台。属于流星余迹通信测试检验技术领域。

背景技术

流星余迹通信是一种远距离超视距通信手段，流星余迹通信设备研制完成后，在实验室环境无法完成全部性能、功能指标的测试，特别是组网功能，只能通过野外试验来检验，需要找相距上千公里的两个试验点，进行多天连续试验才能完成，消耗大量的人力、物力、财力。

以往的多通道流星余迹信道模拟器，虽实现了一些功能，但仍有所欠缺。如：不具备信道切换功能，不能模拟复杂组网方式下的信道特性，也就不能验证流星余迹通信设备在复杂组网方式下的通信能力。同时也不具备将野外试验采集的信道接收电平数据复现进行实时仿真模拟的功能，流星余迹通信系统具有实时记录信道接收电平的功能，野外试验的实测数据是一种真实流星余迹通信信道的记录，把该数据真实再现于信道模拟器中来检验通信系统的性能具有更典型的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种能实现信道切换功能、能模拟复杂组网方式下流星余迹信道的新型多通道流星余迹信道模拟器。

本发明所采取的技术方案为：

一种新型多通道流星余迹信道模拟器，包括：第一至第五前端匹配衰减单元1-1至1-5、第一至第四功率分配合成单元3-1至3-4、第一至第四分路合路单元4-1至4-4、第一至第十六数控衰减器5-1至5-16、第一至第十六后端匹配衰减单元6-1至6-16、通信接口单元8、存储单元11和电源12；其特征在于：还包括多路选择开关2、控制单元7、信道切换接口单元9和信道模拟处理单元10；

所述的第一前端匹配衰减单元1-1接收外部主站射频输出信号，对该信号进行匹配后发送至多路选择开关2；多路选择开关2接受信道模拟处理单元10的控制进行通道选择，将前端匹配衰减单元1-1送来的匹配后的主站射频输出信号送入第一至第四功率分配合成单元3-1至3-4的其中一个；第一至第四功率分配合成单元3-1至3-4对匹配后的主站射频输出信号进行功率分配和收发隔离后一一对应发送至第一至第四分路合路单元4-1至4-4；第一分路合路单元4-1将功率分配后的主站射频输出信号一分为四发送至第一至第四数控衰减器5-1至5-4，第二分路合路单元4-2将功率分配后的主站射频输出信号一分为四发送至第五至第八数控衰减器5-5至5-8，第三分路合路单元4-3将功率分配后的主站射频输出信号一分为四发送至第九至第十二数控衰减器5-9至5-12，第四分路合路单元4-4将功率分配后的主站射频输出信号一分为四发送至第十三至第十六数控衰减器5-13至5-16；第一至第十六数控衰减器5-1至5-16在信道模拟处理单元10的控制下分别对各自通道的主站射频输出信号进行衰减，衰减后的信号一一对应发送至第一至第十六后端匹配衰减单元6-1至6-16，完成信号匹配后经输入输出端口发送至外部；

从站射频输出信号分别从与其相对应的输入输出端口进入，经对应的第一至第十六后端匹配衰减单元6-1至6-16进行匹配后一一对应发送至第一至第十六数控衰减器5-1至5-16，第一至第十六数控衰减器5-1至5-16在信道模拟处理单元10的控制下对从站射频输出信号进行衰减，将第一至第十六数控衰减器5-1至5-16输出的16路衰减信号按每4路合成一路的方式分别经第一至第四分路合路单元(4-1至4-4)合并为4路衰减信号，并将该4路衰减信号一一对应输出至第一至第四功率分配合成单元3-1至3-4进行收发隔离和功率分配，功率分配后的从站射频输出信号送入对应的第二至第五前端匹配衰减单元1-2至1-5；第二至第五前端匹配衰减单元1-2至1-5对功率分配后的从站射频输出信号进行匹配后发送至外部；

控制单元7将控制信号通过通信接口单元8送入信道模拟处理单元10；信号端口送来的信道切换指令信号经过信道切换接口单元9送入信道模拟处理单元10；信道模拟处理单元10将控制信号进行解析，解析出指令后控制第一至第十六数控衰减器5-1至5-16实时改变其衰减量，信道模拟处理单元10将信道切换指令信号进行解析，解析出信道切换指令后控制多路选择开关2进行切换。

其中，控制单元7包括指令接收单元13、接收电平数据文件解析单元14和指令发送单元15；当工作在参数设置模式时，所述指令接收单元13接收指令的输入，并进行封装，封装后的指令经过指令发送单元15发送至通信接口单元8；当工作在实时再现模式时，指令接收单元13接收指令输入的同时接收接收电平数据文件，并将接收电平数据文件送入接收电平数据文件解析单元14进行处理，处理后的数据送入指令发送单元15，指令发送单元15将指令接收单元13送来的指令与接收电平数据文件解析单元14处理后的数据合并发送至通信接口单元8。

其中，信道模拟处理单元10包括信道切换指令解析单元16、指令解析单元17、模式选择单元18、实时再现模式处理器19、参数设置模式处理器20、矩形信道产生单元21、常数信道产生单元22、指数信道产生单元23、定时器24和多路通道控制器25；所述信道切换指令解析单元16接收信道切换接口单元9送来的信息，解析出信道切换指令后，根据指令要求完成对多路选择开关2的控制；指令解析单元17接收通信接口单元8送来的信息，解析出指令，根据指令首先由模式选择单元18进行模式选择，当工作在参数设置模式时，指令送入参数设置模式处理器20，矩形信道产生单元21、常数信道产生单元22和指数信道产生单元23在参数设置模式处理器20的控制下，根据指令要求分别产生模拟各种信道特性的序列，序列经参数设置模式处理器20送入多路通道控制器25，多路通道控制器25根据指令需求，对16个信道分别进行控制，选择所需序列进行随机化处理后，分别控制第一至第十六数控衰减器5-1至5-16的衰减值实时进行变化以模拟信道特性；当工作在实时再现模式时，实时再现模式处理器19从指令解析单元17送来的数据流中提取出接收电平数据文件转换成的序列，将序列送入多路通道控制器25，多路通道控制器25根据指令要求将序列用于控制特定通道对应的第一至第十六数控衰减器5-1至5-16的其中一个进行实时变化；定时器24为实时再现模式处理器19、参数设置模式处理器20和多路通道控制器25提供所需各种定时信息。

其中，所述的该模拟器能模拟复杂组网方式下的流星余迹信道，一台本发明能模拟一个主站和多个从站组成星状网时的信道；多台本发明可以互联，用于模拟多个主站和多个从站组成网状网的信道。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1、能实现信道切换功能。流星余迹通信系统主站设备具有4个通道，可根据信道的变化实时进行信道切换，本发明弥补了以前的信道模拟器不能测试主站信道切换功能的不足。

2、能利用野外试验保存的接收电平数据文件进行流星余迹信道的实时再现模拟。流星余迹通信系统具有实时记录信道接收电平的功能，野外试验的实测数据是一种真实流星余迹通信信道的记录，把该数据真实再现于信道模拟器中来检验通信系统的性能具有更典型的意义。

3、能模拟复杂组网方式下的流星余迹信道，一台信道模拟器能模拟一个主站和最多16个从站组成星状网时的信道，16个从站分为4组，每组工作频道各不相同，弥补了之前的信道模拟器只有一个频道的不足。本发明同时具有多台互联功能，用于模拟多个主站和多个从站组成网状网的信道。

4、能模拟不同从站处于不同的余迹范围的信道特性。16个从站通道可设置为不同的衰减形式，且具有各自独立的随机性，用以模拟在复杂组网方式下，各从站处于不同的余迹范围的信道特性，更接近实际情况。弥补了以往信道模拟器各通道相关，非独立的缺点。

附图说明

图1是本发明实施例的电原理方框图。

图2是本发明控制单元的电原理方框图。

图3是本发明信道模拟处理单元的电原理方框图。

图4是本发明单机使用实施方式的连接图。

图5是本发明多机互联实施方式的连接图。

具体实施方式

本发明的实施方式分为单机使用和多机互联两种，分别如图4和图5所示。单机使用方式用于模拟一个主站和最多16个从站组成星状网的信道特性。如图4所示，本发明的A、B1至B4信号接口分别与主站的射频发和射频收接口相连，C接口与主站的信道切换控制口相连，D1至D16与从站的射频收发接口相连。

参照图1，本发明包括第一至第五前端匹配衰减单元1-1至1-5、多路选择开关2、第一至第四功率分配合成单元3-1至3-4、第一至第四分路合路单元4-1至4-4、第一至第十六数控衰减器5-1至5-16、第一至第十六后端匹配衰减单元6-1至6-16、控制单元7、通信接口单元8、信道切换接口单元9、信道模拟处理单元10、存储单元11和电源12；

主站的射频输出信号经过前端匹配衰减单元1-1进行匹配和适当衰减后进入多路选择开关2，多路选择开关2接受信道模拟处理单元10的控制进行通道选择，将前端匹配衰减单元1-1送来的信号送入第一至第四功率分配合成单元3-1至3-4的其中一个；经过功率分配合成单元3-1至3-4对信号进行功率分配和收发隔离后，信号进入对应的第一至第四分路合路单元4-1至4-4的其中一个，第一分路合路单元4-1将功率分配后的主站射频输出信号一分为四发送至第一至第四数控衰减器5-1至5-4，第二分路合路单元4-2将功率分配后的主站射频输出信号一分为四发送至第五至第八数控衰减器5-5至5-8，第三分路合路单元4-3将功率分配后的主站射频输出信号一分为四发送至第九至第十二数控衰减器5-9至5-12，第四分路合路单元4-4将功率分配后的主站射频输出信号一分为四发送至第十三至第十六数控衰减器5-13至5-16；第一至第十六数控衰减器5-1至5-16在信道模拟处理单元10的控制下实时改变其衰减量，分别对各自通道的主站射频输出信号进行衰减，衰减后的信号一一对应发送至第一至第十六后端匹配衰减单元6-1至6-16，完成信号匹配和衰减后经输入输出双向端口D1至D16发送至对应的从站。从站为半双工通信方式，当一台从站发出射频信号时，信号从对应的D1至D16的其中一个端口进入，经对应的第一至第十六后端匹配衰减单元6-1至6-16进行匹配后一一对应发送至第一至第十六数控衰减器5-1至5-16，第一至第十六数控衰减器5-1至5-16在信道模拟处理单元10的控制下对从站射频输出信号进行衰减，将第一至第十六数控衰减器5-1至5-16输出的16路衰减信号按每4路合成一路的方式分别经第一至第四分路合路单元(4-1至4-4)合并为4路衰减信号，并将该4路衰减信号一一对应输出至第一至第四功率分配合成单元3-1至3-4进行收发隔离和功率分配，功率分配后的从站射频输出信号送入对应的第二至第五前端匹配衰减单元1-2至1-5；第二至第五前端匹配衰减单元1-2至1-5对功率分配后的从站射频输出信号进行匹配后经B1至B4其中对应一个送入主站的射频收接口。控制单元7将控制信号通过通信接口单元8送入信道模拟处理单元10；同时，信号端口C送来的主站信道切换指令信号经过信道切换接口单元9送入信道模拟处理单元10；信道模拟处理单元10分别与多路选择开关2和数控衰减器5-1至5-16相连，将控制信号和信道切换指令解析后，完成相应的操作。电源12为各模块供电，提供所需电压和电流。

参考图2，控制单元7利用运行在计算机上的软件实现，内包括指令接收单元13、接收电平数据文件解析单元14、指令发送单元15；当用户在计算机上操作软件时，在软件界面内输入各种指令，所述指令接收单元13接收指令的输入，并封装成特定结构。本发明具有两种工作模式，分别是参数设置模式和实时再现模式。用户需要在软件界面进行工作模式选择，当工作在参数设置模式时，用户需要对各通道的参数进行设置并点确定，指令将经过指令发送单元15发送至通信接口单元8，通信接口单元8为网口，计算机的网口与多通道流星余迹信道模拟器设备的网口相连，形成控制信号的收发通道；当工作在实时再现模式时，可以将野外试验采集的信道接收电平数据复现在信道模拟器上进行实时仿真模拟，用户需要在软件界面操作将野外试验保存的接收电平数据文件导入，可批量导入多个文件，软件会根据文件的时间进行排序，指令接收单元13接收指令输入的同时接收接收电平数据文件，并将文件送入接收电平数据文件解析单元14进行处理，处理成特定结构的数据后送入指令发送单元15，指令发送单元15将指令接收单元13送来的指令与接收电平数据文件解析单元14处理后的数据合并发送至通信接口单元8。

参照图3，所述信道模拟处理单元10采用Altera公司生产的Cyclone系类FPGA芯片制作，内包括信道切换指令解析单元16、指令解析单元17、模式选择单元18、实时再现模式处理器19、参数设置模式处理器20、矩形信道产生单元21、常数信道产生单元22、指数信道产生单元23、定时器24、多路通道控制器25；主站设备根据收到各从站信号的强度产生信道切换指令，由信道切换控制口输出，主站的信道切换控制口与信道模拟器的C接口相连，信道切换指令由C接口进入经信道切换接口单元9进入信道切换指令解析单元16，信道切换指令解析单元16解析出信道切换指令后，根据指令要求控制多路选择开关2切换到所需通道上；指令解析单元17接收通信接口单元8送来的信息，解析出指令，根据指令首先由模式选择单元18进行模式选择，当工作在参数设置模式时，指令送入参数设置模式处理器20，矩形信道产生单元21、常数信道产生单元22、指数信道产生单元23在参数设置模式处理器20的控制下，根据指令要求分别产生模拟各种信道特性的序列，序列经参数设置模式处理器20送入多路通道控制器25，多路通道控制器25根据指令需求，对16个信道分别进行控制，选择所需序列进行随机化处理后，分别控制数控衰减器5-1至5-16的衰减值实时进行变化以模拟信道特性；当工作在实时再现模式时，实时再现模式处理器19从指令解析单元17送来的数据流中提取出接收电平数据文件转换成的序列，将序列送入多路通道控制器25，多路通道控制器25根据指令要求将序列用于控制特定通道对应的数控衰减器5-1至5-16的其中一个进行实时变化；定时器24为实时再现模式处理器19、参数设置模式处理器20、多路通道控制器25提供所需各种定时信息。

多机互联方式用于模拟多个主站和多个从站组成网状网的信道特性。如果5所示，为本发明3台互联的情况，连接方式与单机使用方式类似，区别在于，从D1至D16中选出几个作为级联接口使用，图5中三台互联的情况下，需要从每台多通道流星余迹信道模拟器的D1至D16中任选两个分别连至另外两台多通道流星余迹信道模拟器即可，其他数量多台互联与3台互联情况类似。

本发明安装结构如下：

把图1至图3中所有电路器件安装在一个长、宽为240×140mm的印制板上，然后把印制板安装在一个长、宽、高为424×420×88mm的机箱内，机箱前面板上安装前端信号端口A、B1至B4、C的插座及网口插座，机箱的后面板安装信号端口D1至D16的插座、电源插座及接地插座，组装成本发明。

Claims (3)

1.一种新型多通道流星余迹信道模拟器，包括：第一至第五前端匹配衰减单元(1-1至1-5)、第一至第四功率分配合成单元(3-1至3-4)、第一至第四分路合路单元(4-1至4-4)、第一至第十六数控衰减器(5-1至5-16)、第一至第十六后端匹配衰减单元(6-1至6-16)、通信接口单元(8)、存储单元(11)和电源(12)；其特征在于：还包括多路选择开关(2)、控制单元(7)、信道切换接口单元(9)和信道模拟处理单元(10)；

所述的第一前端匹配衰减单元(1-1)接收外部主站射频输出信号，对该信号进行匹配后发送至多路选择开关(2)；多路选择开关(2)接受信道模拟处理单元(10)的控制进行通道选择，将第一前端匹配衰减单元(1-1)送来的匹配后的主站射频输出信号送入第一至第四功率分配合成单元(3-1至3-4)的其中一个；第一至第四功率分配合成单元(3-1至3-4)对匹配后的主站射频输出信号进行功率分配和收发隔离后一一对应发送至第一至第四分路合路单元(4-1至4-4)；第一分路合路单元(4-1)将功率分配后的主站射频输出信号一分为四发送至第一至第四数控衰减器(5-1至5-4)，第二分路合路单元(4-2)将功率分配后的主站射频输出信号一分为四发送至第五至第八数控衰减器(5-5至5-8)，第三分路合路单元(4-3)将功率分配后的主站射频输出信号一分为四发送至第九至第十二数控衰减器(5-9至5-12)，第四分路合路单元(4-4)将功率分配后的主站射频输出信号一分为四发送至第十三至第十六数控衰减器(5-13至5-16)；第一至第十六数控衰减器(5-1至5-16)在信道模拟处理单元(10)的控制下分别对各自通道的主站射频输出信号进行衰减，衰减后的信号一一对应发送至第一至第十六后端匹配衰减单元(6-1至6-16)，完成信号匹配后经输入输出端口发送至外部；

从站射频输出信号分别从与其相对应的输入输出端口进入，经对应的第一至第十六后端匹配衰减单元(6-1至6-16)进行匹配后一一对应发送至第一至第十六数控衰减器(5-1至5-16)，第一至第十六数控衰减器(5-1至5-16)在信道模拟处理单元(10)的控制下对从站射频输出信号进行衰减，将第一至第十六数控衰减器(5-1至5-16)输出的16路衰减信号按每4路合成一路的方式分别经第一至第四分路合路单元(4-1至4-4)合并为4路衰减信号，并将该4路衰减信号一一对应输出至第一至第四功率分配合成单元(3-1至3-4)进行收发隔离和功率分配，功率分配后的从站射频输出信号送入对应的第二至第五前端匹配衰减单元(1-2至1-5)；第二至第五前端匹配衰减单元(1-2至1-5)对功率分配后的从站射频输出信号进行匹配后发送至外部；

控制单元(7)将控制信号通过通信接口单元(8)送入信道模拟处理单元(10)；信号端口送来的信道切换指令信号经过信道切换接口单元(9)送入信道模拟处理单元(10)；信道模拟处理单元(10)将控制信号进行解析，解析出指令后控制第一至第十六数控衰减器(5-1至5-16)实时改变其衰减量，信道模拟处理单元(10)将信道切换指令信号进行解析，解析出信道切换指令后控制多路选择开关(2)进行切换；存储单元(11)与信道模拟处理单元(10)连接；

其中，信道模拟处理单元(10)包括信道切换指令解析单元(16)、指令解析单元(17)、模式选择单元(18)、实时再现模式处理器(19)、参数设置模式处理器(20)、矩形信道产生单元(21)、常数信道产生单元(22)、指数信道产生单元(23)、定时器(24)和多路通道控制器(25)；所述信道切换指令解析单元(16)接收信道切换接口单元(9)送来的信息，解析出信道切换指令后，根据指令要求完成对多路选择开关(2)的控制；指令解析单元(17)接收通信接口单元(8)送来的信息，解析出指令，根据指令首先由模式选择单元(18)进行模式选择，当工作在参数设置模式时，指令送入参数设置模式处理器(20)，矩形信道产生单元(21)、常数信道产生单元(22)和指数信道产生单元(23)在参数设置模式处理器(20)的控制下，根据指令要求分别产生模拟各种信道特性的序列，序列经参数设置模式处理器(20)送入多路通道控制器(25)，多路通道控制器(25)根据指令需求，对16个信道分别进行控制，选择所需序列进行随机化处理后，分别控制第一至第十六数控衰减器(5-1至5-16)的衰减值实时进行变化以模拟信道特性；当工作在实时再现模式时，实时再现模式处理器(19)从指令解析单元(17)送来的数据流中提取出接收电平数据文件转换成的序列，将序列送入多路通道控制器(25)，多路通道控制器(25)根据指令要求将序列用于控制特定通道对应的第一至第十六数控衰减器(5-1至5-16)的其中一个进行实时变化；定时器(24)为实时再现模式处理器(19)、参数设置模式处理器(20)和多路通道控制器(25)提供所需各种定时信息。

2.根据权利要求1所述的一种新型多通道流星余迹信道模拟器，其特征在于：控制单元(7)包括指令接收单元(13)、接收电平数据文件解析单元(14)和指令发送单元(15)；当工作在参数设置模式时，所述指令接收单元(13)接收指令的输入，并进行封装，封装后的指令经过指令发送单元(15)发送至通信接口单元(8)；当工作在实时再现模式时，指令接收单元(13)接收指令输入的同时接收接收电平数据文件，并将接收电平数据文件送入接收电平数据文件解析单元(14)进行处理，处理后的数据送入指令发送单元(15)，指令发送单元(15)将指令接收单元(13)送来的指令与接收电平数据文件解析单元(14)处理后的数据合并发送至通信接口单元(8)。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型多通道流星余迹信道模拟器，其特征在于：该模拟器能模拟复杂组网方式下的流星余迹信道，一台所述模拟器能模拟一个主站和多个从站组成星状网时的信道；多台所述模拟器可以互联，用于模拟多个主站和多个从站组成网状网的信道。