CN111130670B - 用于无线信道实验的信号路径信号传输系统、方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信实验教学技术领域，公开了一种用于无线信道实验的信号路径信号传输系统、方法、装置；输入端口通过射频电缆连接到无线通信系统的发射天线端；输出端口连接到无线通信系统的接收天线端，构成一个完整的无线收发通信系统；通过调节每条微带线上的可变电阻，调节每条路径上信号的衰减。本发明使用多条微带线和多个可变电阻，模拟无线信道中的多径现象，改变了无线通信实验教学的模式，帮助学生掌握无线信道中的多径现象及其对无线通信系统性能的影响。本发明使用硬件电路模拟无线信道，更接近实际的无线通信系统。多径模块可以直接与通信通信系统中接收机和发射机直接连接，方便开展无线通信教学实验。

Description

用于无线信道实验的信号路径信号传输系统、方法

技术领域

本发明属于无线通信实验教学技术领域，尤其涉及一种用于无线信道实验的信号路径信号传输系统、方法、装置。

背景技术

目前，最接近的现有技术：无线通信利用电磁波在自由空间中传播的特性实现信息交换，而由自由空间构成的无线信道环境非常复杂，导致无线信号从发送端到达接收端时存在多条信号路径。多条信号路径使传输信号受到符号间干扰，严重影响系统性能，增大了通信系统误码率。在无线通信理论方面，对无线信道建立了大量的模型，有闭式模型，参数化模型，射线跟踪模型，基于几何统计的散射模型和相关矩阵模型等。然而，由于无线信道的电波传播机制是复杂而又多变的，因此无线信道建模复杂度高，实现困难。采用软件模拟无线信道的方法时，由于无线通信采用的频段频率高，无法与软件实现的信道模型进行有效连接，此时其他无线通信模块也只能采用软件模拟的方法，与实际情况差别较大。

综上所述，现有技术存在的问题是：无线信道建模复杂度高，实现困难；无法与软件实现的信道模型进行有效连接，此时其他无线通信模块也只能采用软件模拟的方法，与实际情况差别较大。

解决上述技术问题的难度：既可以与无线通信系统的发射端和接收端直接连接，又能真实反映无线信道的多径特征，而且便于大规模开展实验。

解决上述技术问题的意义：在无线通信的实验中不需要进行长距离的无线传输，就能获得真实的实验数据，并且利于通信实验室大规模开展实验。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于无线信道实验的信号路径信号传输系统、方法、装置。

本发明是这样实现的，一种用于无线信道实验的信号路径信号传输方法，所述用于无线信道实验的信号路径信号传输方法包括：输入端口通过射频电缆连接到无线通信系统的发射天线端；输出端口连接到无线通信系统的接收天线端，构成一个完整的无线收发通信系统；通过调节每条微带线上的可变电阻，调节每条路径上信号的衰减。

进一步，所述用于无线信道实验的信号路径信号传输方法使用多条微带线和多个可变电阻，模拟无线信道中的多径现象。

进一步，所述用于无线信道实验的信号路径信号传输方法的两个SMA头和一根射频电缆在微带线上构成一个开关，通过射频电缆的连接与否控制信号的通断，通过SMA头同时测量多条路径上的信号。

进一步，用于无线信道实验的信号路径信号传输方法微带线上开关的组合，模拟一条独立路径，两条独立路径，三条独立路径和全部四条路径。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述用于无线信道实验的信号路径信号传输方法的用于无线信道实验的信号路径信号传输系统，所述用于无线信道实验的信号路径信号传输系统包括：

信号路径模拟模块，用于采用微波电路多条微带线，每条微带线的长度不同，信号的传输延迟不同，在无线信道实验中模拟无线信道中的一条信号路径；

信号衰减强度调节模块，用于通过调节每个可变电阻的值，改变每条微带线上信号的衰减强度，模拟无线信道中信号路径上的衰减；

信号路径信号测量模块，用于通过射频电缆的连接与否控制信号的通断，并且通过SMA头同时测量多条路径上的信号。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述用于无线信道实验的信号路径信号传输方法的用于无线信道实验的信号路径信号传输装置，所述用于无线信道实验的信号路径信号传输装置包括：

设置有输入端口、输出端口；

输入端口通过微带线同时连接第一电阻的上端和下端；输出端口通过微带线同时连接第六电阻的上端和下端；

第一微带线左端连接第一可变电阻的右端，右端连接第一SMA头；第二微带线左端连接第二可变电阻的右端，右端连接第三SMA头；第三微带线左端连接第三可变电阻的右端，右端连接第五SMA头；第四微带线左端连接第四可变电阻的右端，右端连接第七SMA头；

第一可变电阻、第二可变电阻、第三可变电阻和第四可变电阻位于第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线上；第一可变电阻左端连接第二电阻的上端，右端连接第一微带线的左端；第二可变电阻左端连接第二电阻的下端，右端连接第二微带线的左端；第三可变电阻左端连接第三电阻的上端，右端连接第三微带线的左端；第四可变电阻左端连接第三电阻的下端，右端连接第四微带线的左端；

第一射频线左端连接第一SMA头，右端连接第二SMA头，第二射频线左端连接第三SMA头，右端连接多少第四SMA头，第三射频线左端连接第五SMA头，右端连接第六SMA头第四射频线左端连接第七SMA头，右端连接第八SMA头。

进一步，所述第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线分别是长度不等的微带线，长度不同，信号通过时延迟不同。

进一步，所述第一可变电阻、第二可变电阻、第三可变电阻和第四可变电阻分别是四个独立的可变电阻。

进一步，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻是六个电阻，与微带线匹配，使分支处微带线的阻抗恒定。

进一步，所述第一SMA头、第二SMA头、第一射频线共同构成一个开关；第三SMA头、第四SMA头、第二射频线共同构成一个开关；第五SMA头、第六SMA头、第三射频线共同构成一个开关；第四射频线、第七SMA头、第八SMA头共同构成一个开关。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明包括微带线，可变电阻器，匹配电阻，SMA头和射频电缆。使用多条微带线和多个可变电阻，模拟无线信道中的多径现象，改变了无线通信实验教学的模式，帮助学生掌握无线信道中的多径现象及其对无线通信系统性能的影响。

本发明的每条微带线的长度不同，信号的延迟不同，在无线信道实验中模拟无线信道中的一条信号路径。每条微带线的阻抗与自由空间的阻抗相同，与无线信道中的阻抗一致。可变电阻位于每条微带线上，通过调节每个可变电阻的值，改变每条微带线上信号的衰减强度。两个SMA头和一根射频电缆在微带线上构成一个开关，通过射频电缆的连接与否控制信号的通断，并且可以通过SMA头同时测量多条路径上的信号，不影响其它路径上的信号。微带线上开关的组合，可以模拟一条独立路径，两条独立路径，三条独立路径和全部四条路径。

与现有技术相比，本发明使用硬件电路模拟无线信道，更接近实际的无线通信系统。多径模块可以直接与通信通信系统中接收机和发射机直接连接，方便开展无线通信教学实验。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于无线信道实验的信号路径信号传输装置的结构示意图；

图中：1、输入端口；2、输出端口；3、第一微带线；4、第二微带线；5、第三微带线；6、第四微带线；7、第一可变电阻；8、第二可变电阻；9、第三可变电阻；10、第四可变电阻；11、第一电阻；12、第二电阻；13、第三电阻；14、第四电阻；15、第五电阻；16、第六电阻；17、第一SMA头；18、第二SMA头；19、第三SMA头；20、第四SMA头；21、第五SMA头；22、第六SMA头；23、第七SMA头；24、第八SMA头；25、第一射频线；26、第二射频线；27、第三射频线；28、第四射频线；29、信号路径模拟模块；30、信号衰减强度调节模块；31、信号路径信号测量模块。

图2是本发明实施例提供的用于无线信道实验的信号路径信号传输方法的流程图。

图3是本发明实施例提供的用于无线信道实验的信号路径信号传输系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的每个周期内相位与频率成线性关系示意图。

图5是本发明实施例提供的使用示波器观察两条路径各自的输出信号示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于无线信道实验的信号路径信号传输系统、方法、装置，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的用于无线信道实验的信号路径信号传输装置包括：输入端口1、输出端口2、第一微带线3、第二微带线4、第三微带线5、第四微带线6、第一可变电阻7、第二可变电阻8、第三可变电阻9、第四可变电阻10、第一电阻11、第二电阻12、第三电阻13、第四电阻14、第五电阻15、第六电阻16、第一SMA头17、第二SMA头18、第三SMA头19、第四SMA头20、第五SMA头21、第六SMA头22、第七SMA头23、第八SMA头24、第一射频线25、第二射频线26、第三射频线27、第四射频线28。

输入端口1通过微带线同时连接第一电阻11的上端和下端；输出端口2通过微带线同时连接第六电阻16的上端和下端。

第一微带线3左端连接第一可变电阻7的右端，右端连接第一SMA头17；第二微带线4左端连接第二可变电阻8的右端，右端连接第三SMA头19；第三微带线5左端连接第三可变电阻9的右端，右端连接第五SMA头21；第四微带线6左端连接第四可变电阻10的右端，右端连接第七SMA头23。

第一可变电阻7、第二可变电阻8、第三可变电阻9和第四可变电阻10位于第一微带线3、第二微带线4、第三微带线5和第四微带线6上；第一可变电阻7左端连接第二电阻12的上端，右端连接第一微带线3的左端；第二可变电阻8左端连接第二电阻12的下端，右端连接第二微带线4的左端；第三可变电阻9左端连接第三电阻13的上端，右端连接第三微带线5的左端；第四可变电阻10左端连接第三电阻13的下端，右端连接第四微带线6的左端。

第一射频线25左端连接第一SMA头17，右端连接第二SMA头18，第二射频线26左端连接第三SMA头19，右端连接多少第四SMA头20，第三射频线27左端连接第五SMA头21，右端连接第六SMA头22第四射频线28左端连接第七SMA头23，右端连接第八SMA头24。

如图2所示，本发明实施例提供的用于无线信道实验的信号路径信号传输方法包括以下步骤：

S201：输入端口通过射频电缆连接到无线通信系统的发射天线端；

S202：输出端口连接到无线通信系统的接收天线端，构成一个完整的无线收发通信系统；

S203：通过调节每条微带线上的可变电阻，调节每条路径上信号的衰减。

如图3所示，本发明实施例提供的用于无线信道实验的信号路径信号传输系统包括：

信号路径模拟模块29，用于采用微波电路多条微带线，每条微带线的长度不同，信号的传输延迟不同，在无线信道实验中模拟无线信道中的一条信号路径。

信号衰减强度调节模块30，用于通过调节每个可变电阻的值，改变每条微带线上信号的衰减强度，模拟无线信道中信号路径上的衰减。

信号路径信号测量模块31，用于通过射频电缆的连接与否控制信号的通断，并且通过SMA头同时测量多条路径上的信号。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

如图1所示，输入端口1和输出端口2采用SMA头制作，与发射机和接收机直接连接。输入端口1通过微带线同时连接第一电阻11的上端和下端；输出端口2通过微带线同时连接第六电阻16的上端和下端。

第一微带线3、第二微带线4、第三微带线5和第四微带线6分别是长度不等的微带线，长度不同，信号通过时延迟不同。第一微带线3左端连接第一可变电阻7的右端，右端连接第一SMA头17；第二微带线4左端连接第二可变电阻8的右端，右端连接第三SMA头19；第三微带线5左端连接第三可变电阻9的右端，右端连接第五SMA头21；第四微带线6左端连接第四可变电阻10的右端，右端连接第七SMA头23。

第一可变电阻7、第二可变电阻8、第三可变电阻9和第四可变电阻10分别是四个独立的可变电阻，位于第一微带线3、第二微带线4、第三微带线5和第四微带线6上，独立调节微带线上信号的衰减。第一可变电阻7左端连接第二电阻12的上端，右端连接第一微带线3的左端；第二可变电阻8左端连接第二电阻12的下端，右端连接第二微带线4的左端；第三可变电阻9左端连接第三电阻13的上端，右端连接第三微带线5的左端；第四可变电阻10左端连接第三电阻13的下端，右端连接第四微带线6的左端。

第一电阻11、第二电阻12、第三电阻13、第四电阻14、第五电阻15和第六电阻16是六个电阻，与微带线匹配，使分支处微带线的阻抗恒定。

第一SMA头17、第二SMA头18，第一射频线25是一根短射频线，共同构成一个开关，第一射频线25左端连接第一SMA头17，右端连接第二SMA头18。第二射频线26是一根短射频线，共同构成一个开关，第二射频线26左端连接第三SMA头19，右端连接多少第四SMA头20。第三射频线27是一根短射频线，共同构成一个开关，第三射频线27左端连接第五SMA头21，右端连接第六SMA头22。第四射频线28是一根短射频线，共同构成一个开关，第四射频线28左端连接第七SMA头23，右端连接第八SMA头24。

本发明的实施例不局限于上述方式，还可以采用同轴线等其它方式实现传输线，采用射频开关等控制信号的导通或断开。在无线通信实验中模拟实际的无线信道，既能模拟真实信道中多个信号路径的延迟不同，也模拟能每条路径对信号的衰减不同，同时，每条路径的阻抗特征与自由空间的阻抗特征一致。多径模块的两个端口可以直接连接到无线通信系统的天线端，构成一个完整的无线收发通信系统。

本发明包括微带线，可变电阻器，匹配电阻，SMA头和射频电缆。采用微波电路设计多条微带线，每条微带线的长度不同，信号的传输延迟不同，在无线信道实验中模拟无线信道中的一条信号路径。每条微带线的阻抗与自由空间的阻抗相同，与无线信道中的阻抗一致。每条微带线上都有一个可变电阻，通过调节每个可变电阻的值，改变每条微带线上信号的衰减强度，模拟无线信道中信号路径上的衰减。微带线开关由两个SMA头和一根射频电缆构成，通过射频电缆的连接与否控制信号的通断，并且可以通过SMA头同时测量多条路径上的信号，不影响其它路径上的信号。

下面结合附图对本发明的技术效果作详细的描述。

如图4所示，无线通信实验中的多径模块连接到矢量网络分析仪上，测试其中一条路径的相频特性，可以看出，在850MHz到1150MHz的频率范围内，相位在-180°到+180°的范围内呈现周期性特性。每个周期内，相位与频率成线性关系。

如图5所示，使用信号源产生1GHz的正弦波信号，通过第一条路径和第二条路径，使用示波器观察两条路径各自的输出信号，从结果可以看出不同的路径信号的延迟不同，与无线通信中的多径现象一致。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于无线信道实验的信号路径信号传输方法，其特征在于，所述用于无线信道实验的信号路径信号传输方法包括：输入端口通过射频电缆连接到无线通信系统的发射天线端；输出端口连接到无线通信系统的接收天线端，构成一个完整的无线收发通信系统；通过调节每条微带线上的可变电阻，调节每条路径上信号的衰减；

实施所述用于无线信道实验的信号路径信号传输方法的传输装置，所述传输装置包括：

设置有输入端口、输出端口；

输入端口通过微带线同时连接第一电阻的上端和下端；输出端口通过微带线同时连接第六电阻的上端和下端；

第一微带线左端连接第一可变电阻的右端，右端连接第一SMA头；第二微带线左端连接第二可变电阻的右端，右端连接第三SMA头；第三微带线左端连接第三可变电阻的右端，右端连接第五SMA头；第四微带线左端连接第四可变电阻的右端，右端连接第七SMA头；

第一可变电阻、第二可变电阻、第三可变电阻和第四可变电阻位于第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线上；第一可变电阻左端连接第二电阻的上端，右端连接第一微带线的左端；第二可变电阻左端连接第二电阻的下端，右端连接第二微带线的左端；第三可变电阻左端连接第三电阻的上端，右端连接第三微带线的左端；第四可变电阻左端连接第三电阻的下端，右端连接第四微带线的左端；

第一射频线左端连接第一SMA头，右端连接第二SMA头，第二射频线左端连接第三SMA头，右端连接多少第四SMA头，第三射频线左端连接第五SMA头，右端连接第六SMA头第四射频线左端连接第七SMA头，右端连接第八SMA头。

2.如权利要求1所述的用于无线信道实验的信号路径信号传输方法，其特征在于，所述用于无线信道实验的信号路径信号传输方法使用多条微带线和多个可变电阻，模拟无线信道中的多径现象。

3.如权利要求1所述的用于无线信道实验的信号路径信号传输方法，其特征在于，所述用于无线信道实验的信号路径信号传输方法的两个SMA头和一根射频电缆在微带线上构成一个开关，通过射频电缆的连接与否控制信号的通断，通过SMA头同时测量多条路径上的信号。

4.如权利要求3所述的用于无线信道实验的信号路径信号传输方法，其特征在于，用于无线信道实验的信号路径信号传输方法微带线上开关的组合，模拟一条独立路径，两条独立路径，三条独立路径和全部四条路径。

5.如权利要求1所述的用于无线信道实验的信号路径信号传输方法，其特征在于，所述第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线分别是长度不等的微带线，长度不同，信号通过时延迟不同。

6.如权利要求1所述的用于无线信道实验的信号路径信号传输方法，其特征在于，所述第一可变电阻、第二可变电阻、第三可变电阻和第四可变电阻分别是四个独立的可变电阻。

7.如权利要求1所述的用于无线信道实验的信号路径信号传输方法，其特征在于，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻是六个电阻，与微带线匹配，使分支处微带线的阻抗恒定。

8.如权利要求1所述的用于无线信道实验的信号路径信号传输方法，其特征在于，所述第一SMA头、第二SMA头、第一射频线共同构成一个开关；第三SMA头、第四SMA头、第二射频线共同构成一个开关；第五SMA头、第六SMA头、第三射频线共同构成一个开关；第四射频线、第七SMA头、第八SMA头共同构成一个开关。

9.一种实施权利要求1~8任意一项所述用于无线信道实验的信号路径信号传输方法的用于无线信道实验的信号路径信号传输系统，其特征在于，所述用于无线信道实验的信号路径信号传输系统包括：

信号路径模拟模块，用于采用微波电路多条微带线，每条微带线的长度不同，信号的传输延迟不同，在无线信道实验中模拟无线信道中的一条信号路径；

信号衰减强度调节模块，用于通过调节每个可变电阻的值，改变每条微带线上信号的衰减强度，模拟无线信道中信号路径上的衰减；

信号路径信号测量模块，用于通过射频电缆的连接与否控制信号的通断，并且通过SMA头同时测量多条路径上的信号。