CN111447016B - 针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法，包括以下步骤：进行脱机验证，判断验证结果是否符合预期，如果是，则进行后续操作，否则，判定模型有误，退出步骤；进行联机验证，判断验证结果是否符合预期，如果是，则完成验证工作并退出步骤，否则，进行后续操作；检查除信道模型以外的其余模块是否存在问题，如果是，则修正对应模块，并重新进行联机验证，否则，在排除其他模块出错的情况下添加新的测试项后重新进行验证。采用了本发明的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法，先以幅度分布、相位分布作为判定依据，提高脱机验证、整机验证的处理速度；以整机验证通过为准，提高判断结果的可靠性。本发明添加对其他模块的排查、添加对信道冲击响应的小尺度衰落参数的计算作为复查依据，提高判断结果的可靠性。

Description

针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法
技术领域
本发明涉及通信信号处理领域，尤其涉及MIMO信道模拟器信道模型验证领域，具体是指一种针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法。
背景技术
相较于4G通信，5G提出了更多通道数、更大带宽、更高速率等要求。由于MIMO信道模拟器可对无线信道有良好的模拟，其对缩短5G系统开发周期和提高研发质量有着非常积极的作用。
MIMO信道模拟器基本原理是用由大量实测数据抽象出的数学模型来模拟不同场景下真实信道的衰落情况，其中常见衰落模型有瑞利衰落、莱斯衰落、Nakagami衰落等。该做法具有一定的可靠性和较大的灵活性，为通信设备的性能验证提供了较大的便利。信道衰落模型作为信道模拟器的核心部分，决定了信道模拟器的应用范围和利用价值。因此对信道衰落模型的准确性测试至关重要。在时域上，由于信道的随机性，无法进行确定性的对比验证，而且现有文献中几乎没有关于信道模拟器的模型准确性验证方案。本发明从统计角度出发，提出并实现了利用常见的统计量(如幅度分布、相位分布以及时延功率谱等)来验证信道衰落模型准确性的方法。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足准确性高、实用性高、适用范围较为广泛的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法。
为了实现上述目的，本发明的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法如下：
该针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)进行脱机验证；
(2)判断脱机验证结果是否符合预期，如果是，则继续步骤(3)；否则，判定模型有误，退出步骤；
(3)进行联机验证；
(4)判断联机验证结果是否符合预期，如果是，则退出步骤；否则，继续执行步骤(5)；
(5)排查除信道模型以外的其余模块是否问题，如果是，则修正其余模块后继续步骤(3)；否则，添加测试项，继续步骤(1)。
较佳地，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(1.1)设定信道参数；
(1.2)信道模型生成模块根据输入参数生成足量的信道冲击响应样本；
(1.3)计算信道冲击响应对应的幅度分布和相位分布；
(1.4)比较统计结果与理论值，判定信号模型生成模块产生的信道的正确性；
(1.5)多次执行上述步骤。
较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)利用线缆和衰减器连接信号源与信道模拟器进行整机校准；
(3.2)信号源发送PN序列，信道模拟器将采集数据传输至上位机，上位机根据信道估计操作计算并存储整机固有响应SIR；
(3.3)信号源发送PN序列，信道模拟器采集与信道模型生成模块的信道作用后的数据，并上传至上位机，上位机根据信道估计操作以及整机固有响应SIR计算并存储信道冲击响应CIR；
(3.4)计算信道冲击响应函数对应的幅度分布和相位分布；
(3.5)比较统计结果与理论值，判断信号模型生成模块产生的信道是否正确。较佳地，所述的步骤(3.2)中计算存储整机固有响应SIR，具体为：
根据以下公式计算存储整机固有响应SIR：
Figure BDA0002436686430000021
其中，Smes(n)为上位机接收的数据，PN(n)为PN序列。
较佳地，所述的步骤(3.3)中计算信道冲击响应CIR，具体为：
根据以下公式计算信道冲击响应CIR：
Figure BDA0002436686430000022
其中，Smes(n)为上位机接收的数据，PN(n)为PN序列，SIR(n)为整机固有响应。
较佳地，所述的步骤(3)还包括以下步骤：
(3.2.1)多次重复执行步骤(3.2)。
较佳地，所述的步骤(5)具体包括以下步骤：
(5.1)将标准模型的时延功率表作为输入数据传输至信道模拟器，由信道模拟器输出信道冲激响应；
(5.2)将得到的信道冲击响应平方求和得到时延功率谱；
(5.3)通过时延功率谱得到最大时延和RMS时延，其中，RMS时延指均方根时延；
(5.4)将计算结果与标准模型的时延功率表比较得出测试结果。
较佳地，所述的步骤(5.2)中计算时延功率谱，
具体为：
Figure BDA0002436686430000031
其中，τk表示第k个时延，pk表示该时延下信道冲击响应的功率和。
较佳地，所述的步骤(5.3)中计算RMS时延，
具体为：
Figure BDA0002436686430000032
其中，τk表示第k个时延，pk表示该时延下信道冲击响应的功率和。
采用了本发明的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法，先以幅度分布、相位分布作为判定依据，提高脱机验证、整机验证的处理速度；以整机验证通过为准，提高判断结果的可靠性。本发明添加对其他模块的排查、添加对信道冲击响应的小尺度衰落参数的计算作为复查依据，提高判断结果的可靠性。
附图说明
图1为本发明的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法的流程图。
图2为本发明的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法的脱机验证的流程图。
图3为本发明的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法的整机验证初步判断的流程图。
图4为本发明的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法的添加项为时延功率谱的测试流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法，其中包括以下步骤：
(1)进行脱机验证；
(1.1)设定信道参数；
(1.2)信道模型生成模块根据输入参数生成足量的信道冲击响应样本；
(1.3)计算信道冲击响应对应的幅度分布和相位分布；
(1.4)比较统计结果与理论值，判定信号模型生成模块产生的信道的正确性；
(1.5)多次执行上述步骤。
(2)判断脱机验证结果是否符合预期，如果是，则继续步骤(3)；否则，判定模型有误，退出步骤；
(3)进行联机验证；
(3.1)利用线缆和衰减器连接信号源与信道模拟器进行整机校准；
(3.2)信号源发送PN序列，信道模拟器将采集数据传输至上位机，上位机根据信道估计操作计算并存储整机固有响应SIR；
(3.2.1)多次重复执行步骤(3.2)；
(3.3)信号源发送PN序列，信道模拟器采集与信道模型生成模块的信道作用后的数据，并上传至上位机，上位机根据信道估计操作以及整机固有响应SIR计算并存储信道冲击响应CIR；
(3.4)计算信道冲击响应函数对应的幅度分布和相位分布；
(3.5)比较统计结果与理论值，判断信号模型生成模块产生的信道是否正确。
(4)判断联机验证结果是否符合预期，如果是，则退出步骤；否则，继续执行步骤(5)；
(5)排查除信道模型以外的其余模块是否问题，如果是，则修正其余模块后继续步骤(3)；否则，添加测试项，继续步骤(1)。
(5.1)将标准模型的时延功率表作为输入数据传输至信道模拟器，由信道模拟器输出信道冲激响应；
(5.2)将得到的信道冲击响应平方求和得到时延功率谱；
(5.3)通过时延功率谱得到最大时延和RMS时延，其中，RMS时延指均方根时延；
(5.4)将计算结果与标准模型的时延功率表比较得出测试结果。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3.2)中计算存储整机固有响应SIR，具体为：
根据以下公式计算存储整机固有响应SIR：
Figure BDA0002436686430000051
其中，Smes(n)为上位机接收的数据，PN(n)为PN序列。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3.3)中计算信道冲击响应CIR，具体为：
根据以下公式计算信道冲击响应CIR：
Figure BDA0002436686430000052
其中，Smes(n)为上位机接收的数据，PN(n)为PN序列，SIR(n)为整机固有响应。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(5.2)中计算时延功率谱，具体为：
Figure BDA0002436686430000053
其中，τk表示第k个时延，pk表示该时延下信道冲击响应的功率和。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(5.3)中计算RMS时延，具体为：
Figure BDA0002436686430000054
其中，τk表示第k个时延，pk表示该时延下信道冲击响应的功率和。
本发明的具体实施方式中，本发明涉及通信信号处理领域，尤其涉及MIMO信道模拟器信道模型验证方面。具体是指在相同条件下将信道模拟器信道模型的相关统计量与理论模型的相关统计量进行比较来验证信道模拟器所提供信道模型的准确性，整个流程总体需要经过脱机验证、整机验证两个环节，在确保验证结果可靠性的同时提高了检测速度。
本发明提供一种适用于MIMO信道模拟器的信道衰落模型验证方案，综合考虑了模型验证结果的可靠性和检测速度。
本发明整体验证方案如图1所示。信道衰落模型验证流程分为脱机验证和整机验证两个环节。
第一部分脱机验证只针对在脱机状态下，利用仿真等手段人为设定部分信道参数作为信道模型生成模块的输入，通过模块的自运算给出信道冲击响应。以此输出的信道冲激响应来计算幅值和相位的分布，与相应模型的理论分布比较得出初步结论。
第二部分整机验证，通过添加信道衰落模型中其他的统计量作为补充测试项来验证模型的可靠性，在实际操作过程中需要先利用线缆和衰减器连接信号源与信道模拟器进行校准，削弱相位噪声影响、弥补功率不准等问题。
本发明的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法，其中，包括以下步骤：
步骤1、脱机验证，此处只针对在脱机状态下，利用仿真等手段人为设定部分信道参数作为信道模型生成模块的输入，通过模块的自运算给出信道冲击响应，如图2所示。具体内容如下：
(1.1)设定信道参数
(1.2)信道模型生成模块根据输入参数生成样本量足够多的信道冲击响应结果；
(1.3)计算信道冲击响应结果对应的幅度分布、相位分布；
(1.4)多次执行步骤(1.2)、(1.3)
(1.5)将统计结果与理论值做比较，判定信号模型生成模块产生的信道是否正确。
步骤2、整机联调流程如图3所示，具体操作如下：
(2.1)整机校准，利用线缆和衰减器连接信号源与信道模拟器进行校准，削弱相位噪声影响、弥补功率不准等问题。在实际测量时，为了消除信道模拟器设备本身的时钟延迟带来的干扰，减少由于发送频率偏移而引发的相位噪声等问题，信号源与信道模拟器之间需要连接10M参考线以及Trigger线。
(2.2)信号源发送PN序列，信道模拟器将由ADC采集的数据直接传给上位机模块，由上位机根据信道估计操作得到整机固有响应SIR，并将SIR存储，SIR的计算公式如下：
Figure BDA0002436686430000061
其中Smes(n)为上位机接收到数据的频域表达式，PN(n)为PN序列的频域表达式，[·]*为共轭操作。
(2.3)多次执行步骤(2.2)；
(2.4)保持测试环境不变，信号源发送PN序列，信道模拟器将与信道模型生成模块产生的信道作用后的数据采集后上传到上位机，根据信道估计操作再配合步骤(2.2)测得的SIR，得到信道冲击响应CIR；
Figure BDA0002436686430000062
(2.5)计算信道冲击响应函数对应的幅度分布、相位分布；
(2.6)将统计结果与理论值做比较，判定信号模型生成模块产生的信道是否正确，若不正确则执行步骤3。
步骤3，添加模拟器输出数据的时延功率谱作为补充测试项，具体流程如图4所示：
(3.1)将3GPP标准模型的时延功率表作为输入数据传给信道模拟器，由信道模拟器输出I\Q路信道冲激响应。
(3.2)为计算时延功率谱，将模拟器输出的I\Q路数据平方求和得到输出数据的时延功率谱，计算公式如下所示，τk表示第k个时延，pk表示该时延下信道冲击响应的功率和
Figure BDA0002436686430000071
(3.3)通过得到的时延功率谱，由时延功率谱得到最大时延和RMS时延，RMS时延计算公式如下所示。
Figure BDA0002436686430000072
(3.4)将计算结果与3GPP标准模型提供的时延功率表比较得出结果。
采用了本发明的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法，先以幅度分布、相位分布作为判定依据，提高脱机验证、整机验证的处理速度；以整机验证通过为准，提高判断结果的可靠性。本发明添加对其他模块的排查、添加对信道冲击响应的小尺度衰落参数的计算作为复查依据，提高判断结果的可靠性。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)进行脱机验证；
(2)判断脱机验证结果是否符合预期，如果是，则继续步骤(3)；否则，判定模型有误，退出步骤；
(3)进行联机验证；
(4)判断联机验证结果是否符合预期，如果是，则退出步骤；否则，继续执行步骤(5)；
(5)排查除信道模型以外的其余模块是否问题，如果是，则修正其余模块后继续步骤(3)；否则，添加测试项，继续步骤(1)；
所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)利用线缆和衰减器连接信号源与信道模拟器进行整机校准；
(3.2)信号源发送PN序列，信道模拟器将采集数据传输至上位机，上位机根据信道估计操作计算并存储整机固有响应SIR；
(3.3)信号源发送PN序列，信道模拟器采集与信道模型生成模块的信道作用后的数据，并上传至上位机，上位机根据信道估计操作以及整机固有响应SIR计算并存储信道冲击响应CIR；
(3.4)计算信道冲击响应函数对应的幅度分布和相位分布；
(3.5)比较统计结果与理论值，判断信号模型生成模块产生的信道是否正确；
所述的步骤(3.2)中计算存储整机固有响应SIR，具体为：
根据以下公式计算存储整机固有响应SIR：
Figure FDA0003534010170000011
其中，Smes(n)为上位机接收的数据，PN(n)为PN序列，N为PN序列的长度。
2.根据权利要求1所述的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(1.1)设定信道参数；
(1.2)信道模型生成模块根据输入参数生成足量的信道冲击响应样本；
(1.3)计算信道冲击响应对应的幅度分布和相位分布；
(1.4)比较统计结果与理论值，判定信号模型生成模块产生的信道的正确性；
(1.5)多次执行上述步骤。
3.根据权利要求1所述的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法，其特征在于，所述的步骤(3.3)中计算信道冲击响应CIR，具体为：
根据以下公式计算信道冲击响应CIR：
Figure FDA0003534010170000021
其中，Smes(n)为上位机接收的数据，PN(n)为PN序列，SIR(n)为整机固有响应。
4.根据权利要求1所述的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法，其特征在于，所述的步骤(3)还包括以下步骤：
(3.2.1)多次重复执行步骤(3.2)。
5.根据权利要求1所述的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法，其特征在于，所述的步骤(5)中添加测试项，具体包括以下步骤：
(5.1)将标准模型的时延功率表作为输入数据传输至信道模拟器，由信道模拟器输出信道冲激响应；
(5.2)将得到的信道冲击响应平方求和得到时延功率谱；
(5.3)通过时延功率谱得到最大时延和RMS时延，其中，RMS时延指均方根时延；
(5.4)将计算结果与标准模型的时延功率表比较得出测试结果。
6.根据权利要求5所述的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法，其特征在于，所述的步骤(5.2)中计算时延功率谱，具体为：
Figure FDA0003534010170000022
其中，τk表示第k个时延，pk表示该时延下信道冲击响应的功率和。
7.根据权利要求5所述的针对信道模拟器的信道模型实现正确性验证处理的方法，其特征在于，所述的步骤(5.3)中计算RMS时延，具体为：
根据以下公式计算RMS时延：
Figure FDA0003534010170000023
其中，τk表示第k个时延，pk表示该时延下信道冲击响应的功率和。
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