CN109743085B - 一种mimo无线信道仿真仪相位测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信技术领域，涉及一种MIMO无线信道仿真仪相位测量方法。本发明的主要流程为：首先伪随机序列发生器产生长度为N的伪随机(PN)序列P(i),i＝1,…,N。将P(i)进行QPSK调制和成型后，发射射频处理模块，射频处理模块将信号加载到相应频段后，送入无线信道中。无线信道的输出信号进行下变频处理后产生的基带信号经匹配滤波后，与本地序列进行相关检测可获取无线信道系数的相位。本发明的有益效果为，能够准确地测量出MIMO无线信道仿真仪的相位信息。实现简单，相位测量结果准确。基于这些相位信息，可以验证MIMO无线信道仿真仪的信道冲击响应是否符合给定信道模型的参数信息。从而验证MIMO无线信道仿真仪信道建模的正确性以及硬件实现的稳定性和可靠性。

Description

一种MIMO无线信道仿真仪相位测量方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种MIMO无线信道仿真仪相位测量方法。

背景技术

MIMO无线通信最主要的特点是利用无线信道的多径特征，设计合理的算法，可达到最大化利用多天线的空间资源，提供系统的容量。MIMO的许多关键技术和算法设计都与实际的MIMO无线信道环境密切相关。只有当信道传输矩阵H接近满秩时，才能获得最大的自由度，充分发挥多天线的空间优势，获得最大的信道容量。因此建立合理且贴近实际的MIMO无线信道对于MIMO系统技术的分析和评估是至关重要的。

无线信道建模可以通过软件或硬件实现。软件仿真开发成本低，只适用于系统级性能评估。硬件仿真可以提供更加实际的测试，既可用于系统级性能评估，也能用于实际产品的验证。目前市面上的无线信道仿真仪有很多种。如何验证这些仿真仪器的信道模型是否正确，也是各厂家引进仪器时需要慎重考虑的问题。

对无线信道仿真仪器的验证类似于MIMO信道测量。对给定信道模型参数的情况下，验证无线信道仿真仪的径数、各径时延、各径增益、到达角、离开角等参数是否与给定模型参数一致。目前，对于MIMO无线信道仿真仪的测量都是基于系统容量的测量方法，只能间接验证无线信道仿真仪的系统性能，并不能直接反应无线信道仿真仪信道模型的正确性和硬件实现的可靠性。针对MIMO无线信道仿真仪的相位信息，目前并没有直接和有效的方法。只有测量无线信道仿真仪的相位信息，才能直接验证仪器信道建模的正确性、硬件实现的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种MIMO无线信道仿真仪相位测量方法。

为便于理解，首先对本发明所依据的技术原理进行说明

无线信道与有线信道不同，其信道是不固定的，由于传播环境中的遮挡，存在多径时延、角度扩展等造成的信号能量衰减。无线信道仿真仪就是通过硬件实现的方式对多径信道进行建模。无线通信中，用信道冲击响应H(τ,t)表征无线信道模型。3GPP38.901中，非视距场景(NLOS)H(τ,t)的建模如下：

式中N_p表示多径的数量，τ_n表示第n条径对应的时延。δ(t)表示单位冲击响应，其定义如下：

H_n(t)表示第n条径对应的信道系数矩阵。其建模方式可参照38.901协议。对无线信道仿真仪相位的测量，就是对无线信道仿真仪信道建模得到的信道系数的相位测量。

本发明的技术方案是：

一种MIMO无线信道仿真仪相位测量方法，包括以下步骤：

S1、产生长度为N的PN序列P(i),i＝1,…,N，经射频信号发射端处理后发送到无线信道仿真仪；具体包括：将P(i)进行QPSK调制和成型后，发射射频处理模块，射频处理模块将信号加载到相应频段后，送入无线信道中；

S2、对无线信道仿真仪的输出信号进行采样，采样后获得长度为N的信号序列s_d(i),i＝1,…,N；

S3、采用相关检测方法获取相位，具体为：

定义本地序列P_m(i),i＝1,…,N，P_m(i)为P(i)经调制后的序列，调制方式采用与射频信号发射端相同的调制方式；

设定阈值T，将序列s_d(i)与序列P_m(i)进行滑动相关，将相关值超过阈值T的记为相关峰值，令相关峰对应多径，即每个相关峰对应的相位为该条多径的相位。

进一步的，所述步骤S3中，所述的相关检测是信道相位测量的主要算法，相关检测是将下采样后的数据与本地序列进行滑动相关，寻找超过阈值的相关峰值，每个相关峰对应的相位即为该条多径H_n(t)的相位。相关峰值的个数即为多径的条数。

相关的定义如下：

其中，x,y为两个长度均为N的序列，conj(A)表示取A的共轭，|A|表示取A的绝对值；

假设下采样后的信号序列为s_d(i)，i＝1，…，N，N为下采样后序列的长度。本地序列为P_m(i),i＝1,…,L，本地序列为P(i)经QPSK调制后的序列。阈值设为T。将s_d与P_m进行滑动相关。滑动相关的处理流程如图2所示。取当前时刻及其往后N个点作为序列s₁与本地序列P_m进行相关。然后取下一时刻及其往后N个点作为s₂序列与本地序列P_m进行相关。以此类推。当相关值超过阈值T，则该值记为一个相关峰值。由此方法一共找到N_p个相关峰值及其对应的N_p个序列s_ti，i＝1,…,N。这N_p个相关峰对应了N_p条多径。其中每条多径的信道冲击响应的相位为：

其中，imag(A)表示取A的虚部，real(A)表示取A的实部。

本发明的有益效果为，能够准确地测量出MIMO无线信道仿真仪的相位信息。实现简单，相位测量结果准确。基于这些相位信息，可以验证MIMO无线信道仿真仪的信道冲击响应是否符合给定信道模型的参数信息。从而验证MIMO无线信道仿真仪信道建模的正确性以及硬件实现的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明方案相位测量的系统模型示意；

图2为相关计算示意图；

图3为实施例的相位测试系统示意图；

图4为实施例中基站天线阵子和用户天线阵子排列图；

图5为实施例中获得的相关图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：

如图1所示，为本发明的相位测量的系统模型，可以直观的概括出本发明的主要流程为：首先伪随机序列发生器产生长度为N的伪随机(PN)序列P(i),i＝1,…,N。将P(i)进行QPSK调制和成型后，发射射频处理模块，射频处理模块将信号加载到相应频段后，送入无线信道中。无线信道的输出信号进行下变频处理后产生的基带信号经匹配滤波后，与本地序列进行相关检测可获取无线信道系数的相位。其中，本地序列为P(i)经QPSK调制后的信号。

实施例

为了更详细的说明书本发明的实际应用方式和效果，本例将结合实际具体的应用设备来进行说明。如图3所示，本例采用型号为KSW-WNS02的无线信道仿真仪和型号为KSW-CTI01的便携式综合测试仪搭建相位测试系统。KSW-WNS02作为无线信道环境的仿真设备，实现了射频信道互联互通和动态无线信道的仿真。KSW-CTI01是便携式综合测试仪器，集信号源、信号采集、频谱显示等功能于一体的可视化测试仪器。

系统的工作频点为2.6GHz，基站天线阵子和用户天线阵子排列图如图4所示。图中，基站和用户均采用45°交叉极化天线。基站天线数量为32，天线垂直间距d_V为0.5倍波长，水平间距d_H为0.5倍波长。用户天线数量为4，天线垂直间距d_V为0.5倍波长。

根据测试需求的不同，可实现不同无线信道建模的仿真。在本实例中，采用的是3GPP38.901中的无线信道建模。其多径参数如下表1所示：

表1无线信道模型中多径参数

相位测试的流程如下：

1、首先利用matlab生成长度为10000的PN序列。该PN序列的生成多项式为[1011000000001]，截取前面10000点，经QPSK调制后保存在文件中。然后将波形文件导入KSW-CTI01中，KSW-CTI01产生92M符号率的基带信号，经4倍上采样和滚降系数为0.1的根升余弦成型后发射到射频模块。

2、KSW-CTI01的射频处理模块将基带信号加载到2.6GHz频段，然后将发射信号送入KSW-WNS02无线信道仿真仪。

3、KSW-CTI01的信号采集模块将无线信道仿真仪的输出信号进行下变频，然后进行4倍下采。

由于不确定信号的起始时刻，因此采取四路信号保存为4个文件。

将4路文件中的数据导入matlab数据分析模块。将4路数据拼接成1路数据，然后与本地序列做滑动相关，可得到如图5所示的相关图。图中每一个峰值对应一条多径。该峰值的相位对应该径信道冲击响应的相位。

随机初始相位为0°，角度扩展为0°，多普勒频移为0Hz。利用38.901公式对表1所示的信道建模出来的信道冲击响应的理论相位表如下表2。表2中第一行表示多径索引，第一列表示天线阵子索引：

表2信道冲击响应的理论相位

采用本发明方案的相位测量法得到的测量相位表如下表3。表3中第一行表示多径索引，第一列表示天线阵子索引：

表3本发明方案的相位测量法得到的测量相位

从以上两个表格可以看出，本发明方案中的相位测量方法测量出来的相位与理论相位基本一致。

Claims (1)

1.一种MIMO无线信道仿真仪相位测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、产生长度为N的PN序列P(i),i＝1,…,N，经射频信号发射端处理后发送到无线信道仿真仪；

S2、对无线信道仿真仪的输出信号进行采样，采样后获得长度为N的信号序列s_d(i),i＝1,…,N；

S3、采用相关检测方法获取相位，具体为：

定义本地序列P_m(i),i＝1,…,N，P_m(i)为P(i)经调制后的序列，调制方式采用与射频信号发射端相同的调制方式；

设定阈值T，将序列s_d(i)与序列P_m(i)进行滑动相关，将相关值超过阈值T的记为相关峰值，令相关峰对应多径，即每个相关峰对应的相位为该条多径的相位；

相关的定义为：

其中，x,y为两个长度均为N的序列，conj(A)表示取A的共轭，|A|表示取A的绝对值；

滑动相关后获得N_p个相关峰值及其对应的N_p个序列

i＝1,…,N，则每条多径的信道冲击响应的相位为：

其中，imag(A)表示取A的虚部，real(A)表示取A的实部。

Images