CN1223129C - 一种多径衰落信号的产生方法及其实现装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多径衰落信号的产生方法，至少包括以下步骤：a)信号产生系统先将给定的原始数据进行成帧和信号调制处理，生成单径数据，然后将所产生的单径数据通过写指针顺序写入指定存储空间中；b)信号产生系统根据给定的信号源处理参数通过读指针从指定存储空间中读出至少一个单径数据，每径数据分别经过信号衰落处理后，形成多径信号，再将该多径信号进行累加合并，生成基带数字多径信号。本发明还同时公开了一种实现上述方法的多径衰落信号产生装置，该方法和装置在保证生成各种所需多径信号的同时，实现更简单、配置更灵活方便、更易于控制、成本更低。

Description

一种多径衰落信号的产生方法及其实现装置

技术领域

本发明涉及数字移动通信系统中的信号产生技术，尤指一种用于扩频码分多址(CDMA)移动通信系统中的、多径衰落信号的产生方法及其实现装置。

背景技术

在无线移动通信系统中，尤其是采用码分多址的无线通信系统中，从基站天线发射的无线信号，由于有建筑物等设施的阻挡和反射，到达移动终端的信号已经不是从基站到移动终端直达的一路信号，而是从不同方向来的多路信号，该多路信号中所传输的原始数据都一样，因此，一般把这种从不同路径来的同一数据源信号称为多径信号。同样，从移动终端天线到基站天线之间传输的也是多径信号。

通常，为了保证信号在实际传输环境中的质量，或是定位当前发生故障的位置，需要提供一种测试系统来模拟信号在空中的传播对当前无线通信系统进行测试，如此，为该测试系统提供能完全模拟信号空中传输特性的多径信号源是必不可少的。如图1所示，该信号源提供所期望的激励信号，在系统进入实际运行环境之前，输入到被测系统中，以验证被测试系统电路的功能和性能能正常工作，并能输出预期的结果。

对于无线信号系统的测试，为了对无线通信系统进行测试和问题定位，提供测试信号源是必要的。该信号源需要模拟信号在空中传播的特性，典型特性包括：多径特性、噪声特性、衰落特性、多普勒频移特性等等，要完整模拟信号在空中传播的特性几乎是不可能，通常只是采用一种模型来近似模拟信号在空中传播的特性。目前，大都直接采用信号源生成仪器作为信号源激励，如此，虽然能得到用户所需的信号源，但对于一个特定的系统，使用信号源生成仪器具有以下的缺陷：

1)在一个特定系统中，需要的信号激励源只有一种类型，而信号源生成仪器从为了适应各种设备测试的需要，一般都有很多种信号源，除了被测试系统所需要的信号源外，其他的信号源基本都是浪费的。

2)信号源生成仪器是独立的设备，因为功能强大和完善，所以比较大且笨重，移动携带都很不方便，无法跟被测试系统有效的捆绑成一个整体，实现随时随地对被测试系统地测试。

3)独立的信号源生成仪器价格都非常昂贵，而在一个特定系统中，其所能使用的功能是有限的，相对而言，性能价格比较低。

4)信号源生成仪器中信号的产生方法已经基本固定，那么，如果被测试系统需要一些特殊信号或者对产生的信号源能进行控制，以方便对被测试系统进行问题定位，该信号源生成仪器将无法满足要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多径衰落信号的产生方法，使其能产生被测系统所需的各种多径信号，且实现简单、方便、灵活。

本发明的另一目的在于提供一种多径衰落信号的产生装置，使其在保证能生成各种被测试系统所需多径信号的同时，实现更简单、配置更灵活方便、更易于控制、成本更低。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种多径衰落信号的产生方法，至少包括以下步骤：

a.信号产生系统将要发送的原始数据进行成帧和信号调制处理，生成单径数据，然后将所产生的单径数据通过写指针顺序写入指定存储空间中；

b.信号产生系统根据当前配置的对信号源进行处理的参数，通过一个或一个以上读指针从指定存储空间中读出至少一个单径数据，对每径数据分别进行信号衰落处理后，形成多径信号，再将该多径信号进行累加合并，生成基带数字多径信号；其中，在任何时刻所有读指针的位置均滞后于写指针的位置。

步骤a所述原始数据是预先存储的固定数据，或是预先存储的数据文件，或是由随机函数产生的数据。所述对信号源进行处理的参数由用户配置文件提供，或由用户动态配置，所述对信号源进行处理的参数至少包括原始数据给定方式、多径数目、多径时间差以及多径随机函数的随机化因子。步骤b所述的信号衰落处理是对从RAM读出的多径数据进行余弦调制处理。

该方法进一步包括：读写指针移到指定存储空间的最后一个地址时，立即返回该指定存储空间的起始地址重新开始读写。

本方案中，将单径数据写入指定存储空间的写指针速率为从指定存储空间中读出数据的读指针速率的整数倍，该整数等于当前多径的数目。读指针每次位移的地址偏移量为多径信号之间的延迟时间。

一种多径衰落信号的产生装置，至少包括：

控制处理单元，用于配置每个单元的工作参数，并协调每个单元同步工作；原始数据源单元，用于产生原始发送数据；存储器，用于存储所有的单径数据；

逻辑处理单元，用于对原始数据进行成帧、信号调制、信号存取、随机化处理以及多径合并，输出基带数字多径信号，该单元进一步包括数据处理单元、随机化处理单元和多径合路器；其中，数据处理单元，用于接收原始数据源单元输出的数据进行成帧和信号调制处理，并将产生的单径数据写入存储器中；随机化处理单元，用于对从存储器中读出的数据进行随机化处理，并将处理得到的多径数据送至多径合路器；多径合路器，用于将不同路径数据进行相加合并，得到基带数字信号；

控制处理单元同时对原始数据源单元、逻辑处理单元中的数据处理单元、随机化处理单元和多径合路器进行控制和参数配置。

其中，所述的控制处理单元为单片机、或为数字信号处理器(DSP)。所述的逻辑处理单元为现场可编程逻辑器件(FPGA)、或为可编程逻辑电路(PLD)。该逻辑处理单元进一步包括：用于存储多径信号合并中间累加值的一个以上寄存器以及清零寄存器的清除模块。所述的存储器为FPGA内部的块RAM。所述的原始数据源单元为只读存储器(ROM)。

由上述方案可以看出，本发明的关键在于：产生所需的单径数据，并将经过处理的单径数据顺序存储于存储器的一个地址空间中，再利用读指针读出多个单径数据分别进行处理后相加合并，从而简单、灵活地得到多径衰落信号。

因此，本发明所提供的多径衰落信号产生方法及其实现装置，具有以下的优点和特点：

1)本发明的多径衰落信号产生装置在产生原始发送数据时，用户可以根据需要设置带编码信息的数据源，也可以采用随机化方式产生的数据源，还可以采用预先设定的数据源文件，选择更灵活。

2)本发明的多径衰落信号产生装置利用控制处理单元来总体协调和控制各部分的操作，可动态配置用户信息，以满足不同被测试系统的需要。

3)本发明的多径衰落信号产生装置采用随机存储器(RAM)保存单径数据，并通过控制RAM的不同读指针地址来产生多径数据，控制方便灵活，且可以大大节省了资源。

4)由于本发明多径信号的产生是通过控制RAM的读指针实现的，因此多径的数目、不同径之间的延迟均可根据需要动态配置、任意设定；而且，增加多径的数目，不需要增加物理资源。

5)本发明中的随机化处理方法，使得输出的多径数据幅度随时间动态变化；而且，多径随机化参数可动态配置，以满足不同情况的测试，更加灵活方便。

6)本发明的多径衰落信号产生装置可独立成为一种激励信号源产生装置，也可以直接作为被测试系统的一部分，应用到各种不同的系统中，随时随地根据需要启动该信号源进行测试和问题定位，应用起来更灵活方便、简单有效。

7)本发明从价格角度来说，只需要很少的器件就可以实现，相比同等功能的仪器，成本大大降低；同时，从性能角度来说，本发明的装置作为激励信号源，测试效果与同类仪器完全相同，可见，总体性能价格比提高了。

总之，本发明的方法可以根据被测系统的需要或用户需求进行灵活的、动态的参数配置，实现方法简单，灵活有效；而且，硬件结构设计简单、易于实现和操作，即可独立使用，又可作为单独的模块配置于其它系统中。

附图说明

图1为现有技术中信号源与测试系统的组成关系示意图；

图2为本发明多径衰落信号产生装置的组成结构示意图；

图3为本发明中RAM存储单径数据的存储结构示意图；

图4为本发明多径衰落信号产生方法的实现流程图；

图5为本发明装置的一实施例结构图；

图6为图5所示装置产生信号源的具体实现流程图；

图7为图5中逻辑处理单元的具体组成结构图；

图8为图5所示装置产生的多个多径信号的时序关系图。

具体实施方式

本发明的多径衰落信号产生装置，如图2所示，至少包括控制处理单元200、原始数据源单元201、数据处理单元202、存储器203、随机化处理单元204和多径合路器205；控制处理单元200与其它所有单元相连，用于控制各单元的操作，该控制处理单元200即为本发明产生装置的中央处理单元(CPU)，其可用传统的单片机或数字信号处理(DSP)芯片来实现。原始数据源单元201、数据处理单元202、存储器203、随机化处理单元204与多径合路器205依次顺序相连，其中的数据处理单元202、随机化处理单元204和多径合路器205可统称为逻辑处理单元，其可采用现场可编程逻辑器件(FPGA)或可编程逻辑电路(PLD)来实现。

其中，控制处理单元200主要用于对各单元的参数进行配置，其根据使用环境的不同和对输出设备的信号要求不同，配置不同的参数；同时，该控制处理单元还用来协调各单元同步的工作，保证时序的对齐。

原始数据源单元201，主要用于产生原始发送数据，产生方式可以采用固定数据方式或随机数据方式，固定数据方式又包括两种情况：直接读取固定数据源或读取给定的数据文件，由控制处理单元根据用户需求来选择，当选择随机数据方式时，可通过控制处理单元控制随机发生函数来产生，该随机发生函数可以是标准的或自定义的。

数据处理单元202，主要是对原始数据源输出的数据按照被测试系统的输入信号帧格式要求进行成帧处理和信号调制处理，比如：对于CDMA系统，典型的处理就是进行扩频调制和信号加扰，之后输出可被CDMA测试系统识别接收的数据，该输出数据直接被送至被测试系统，就等效单径模拟源信号。

存储器203一般采用双口RAM，其目的是为了保证能对RAM中的数据同时进行读写操作，也就是说，可以一边把数据处理单元输出的单径数据不断写入RAM中，一边不断地从RAM中读出各个地址空间中存储的数据。

随机化处理单元204，主要是将从RAM不同地址空间中读出的数据分别按照相位和幅度进行随机化处理，得到不同地址空间输出的随机化处理数据，不同地址的数据对应不同的多径数据；该单元的处理实际等效于对各个不同的径进行衰落模拟过程。

多径合路器205主要用于把不同路径数据进行相加合并，得到基带数字信号，该信号经过数模(D/A)转换器即可转化成包含多径衰落信号的模拟信号。

结合图3可具体说明由单径数据产生多径信号的过程，图3中左边指向RAM地址空间的指针为写指针，右侧从RAM空间输出的指针为读指针。如图3所示，来自数据处理单元的每个单径数据依次写入RAM中，由于RAM的大小有限，当写到RAM的最后一个地址时，RAM的写指针重新从起始地址处写入数据，单径数据输出的速率和写RAM的数据速率保持一样。读指针的个数可以根据需要的多径数目确定，比如：图3中有4个读指针位置，表示产生4个多径信号，不同读指针位置之间的距离表示不同径之间的延迟。在启动时，要保证读指针滞后于写指针，但具体滞后多少没有关系，只要不超过RAM的大小即可，比如：采用图3所示的RAM，写指针从#2000开始，读指针可为从#2001开始向后的任意位置，然后要保证读指针读数据的速率和写指针写数据的速率保持一致，以避免读写指针的重叠。当读指针读到RAM的最后一个地址空间后，下一次读数据也重新从RAM的起始地址空间开始，如此周期性进行。按照以上的方法，就可以用单径数据产生不同延迟的多径数据，多径的数目和不同径之间的延迟都是可以动态控制，非常灵活方便。

基于上述结构和分析，本发明的数字多径衰落信号产生方法，如图4所示至少包括以下的步骤：

1)首先，对给定的原始数据源分别进行成帧和信号调制处理，生成一个单径数据。

2)再将该生成的单径数据通过写指针顺序存入指定存储空间中。

3)然后，按照给定的配置参数，即用户预先或动态配置的多径数目、多径位置等参数，通过读指针从存储空间中分别读出多个单径数据，组成多径信号，并分别对每个多径信号进行随机化，即信号衰落处理。实际上，读每径数据时是先给定读指针的起始地址，然后顺序读取后续的数据，如果读指针指到RAM的结束地址，则返回RAM的起始地址继续读，直到读完一径的数据。比如：要获得4径数据时，图3所示的四个数据指针就是每径数据读指针的起始位置，该四个指针之间的偏移量就是这4径数据之间的延迟，每径数据读指针的起始位置均根据配置参数来确定。

4)最后将经过信号衰落处理的若干个多径衰落信号累加合并，生成基带数字多径衰落信号。

图5为本发明多径衰落信号产生装置的一个具体实施例，在本实施例中，控制处理单元由单片机来实现，逻辑处理单元采用FPGA来实现，双口RAM直接采用FPGA内部的块RAM(Block RAM)，图中的只读存储器(ROM)作为原始数据源单元，这四部分即构成本发明的多径衰落信号产生装置，输出基带数字多径信号。图5中的其余部分是对该数字多径信号的后续处理，比如：D/A用于将数字信号转成模拟信号，模拟低通滤波器(LPF)用来对产生的信号进行滤波处理，射频(RF)模块将经过转换、低通滤波的生成含有多径衰落信号的射频信号。该D/A、模拟LPF和RF均可直接采用已有的成熟芯片。图中的晶振主要用来为整个系统提供原始时钟，也直接采用已有的器件。

以WCDMA系统为例，将本发明的多径衰落信号产生装置用作产生移动终端的发射信号源，来测试基站的系统功能。

在本实施例中，单片机的具体实现过程如图6所示，是这样的：

1)该装置上电后，单片机首先进行初始化，包括：对周围的端口的初始化和对逻辑处理单元中寄存器的初始化；

2)单片机通过用户界面读取用户输入的信息，该信息内容主要是确定信号源所有参数是从用户配置文件中提供，还是通过用户输入提供；

3)如果是通过配置文件提供，就读取参数配置文件；否则，就接收用户通过用户界面输入的各项参数，至少包括：原始数据源的来源、多径数目、多径信号间的时间差、多径随机化因子；

4)单片机获取原始数据源的提供方式，可以通过数据源文件提供，可以通过读取ROM中固定数据源提供，也可以通过用户输入随机函数的多径随机化因子来产生期望的随机数据；

5)单片机用获得的参数配置逻辑处理单元，启动逻辑处理单元产生所需要的信号源。

对于逻辑处理单元(FPGA)而言，其主要用于实现数据处理、随机化处理和多径数据合路。那么具体到WCDMA系统中，数据处理就是对原始数据源来的数据，首先按照WCDMA移动终端发射信号的帧格式进行数据成帧，然后对成帧后的数据进行扩频加扰处理，得到不同的单径数据。其中，逻辑处理单元所用到的原始数据及相关参数均由单片机获取和配置。

经过成帧、扩频加扰处理的单径数据通过写指针依次写入双口RAM中进行存储，再按给定的地址通过读指针从不同的地址空间读出多个数据，形成多径数据，读出的多径数据要进一步做随机化处理。对输出的多径数据进行随机化的方法很多，本实施例采用一种简单的随机化方法，即：用RAM输出的数据进行余弦函数的调制，可得到随时间不同而幅度不同的多径信号。具体地说就是：设定从RAM读出的数据为x，随机化处理后的数据为y，则y＝x·cosπt，其中t是时间。

图7是图5中整个逻辑处理单元的具体实现框图。在该逻辑处理单元中，将模拟产生8个多径信号，多径的位置由图7最下方的A、B、C、D、E、F、G、H来确定，这些参数可以由用户根据需要输入控制值，每个控制值对应一个多径信号的位置地址，如果该控制值为0，说明该径无信号，也就是说，通过该控制值还可控制多径数目。该逻辑处理单元中采用两个工作时钟：1倍钟clock1和8倍钟clock8，这两个时钟分别用于控制读写指针。该逻辑处理单元中，选择哪个多径的数据输出是由多路选择器(MUX)完成的，选通控制模块用于输出选通控制信号给MUX，MUX的功能是这样实现的：当选通控制信号输入指定值后，MUX就将该指定值对应的那路输入多径信号输出，比如：如果输入选通控制信号是3，就将输入到MUX的第三径数据直接输出，即C给出的位置值；同样，如果输入选通控制信号是5，就把输入到MUX的第五径数据直接输出，即E给出的位置值。按照这种原理，即可将不同多径对应的地址空间依次选通输出，作为双口RAM的读地址，进而读取指定的多径数据输出。

在上述逻辑处理单元的处理过程中，读出的每路多径数据都要进行随机化处理，即对得到的每径数据根据相位和幅度进行处理，得到不同地址空间的输出数据；获取8径经过随机化处理的输出数据后，就对这8径数据进行合并相加，完成多径合并功能。图7中所示的两个寄存器主要用于缓存中间数据，当8径数据全部累加完成后，为了避免本次累加的数据对下次累加造成影响，需要对本次累加后的数据进行清零，清除模块用于完成该工作。

其中，来自数据处理模块的单径数据写入双口RAM是按照clock1的速率，从双口RAM中读出数据是按clock8的速率，即用一个8倍的时钟clock8来控制读地址的变化，以使读指针在一个clock1时钟内能将8个径的数据从双口RAM中读出，因为本实施例中读指针只有一个，只能通过控制地址空间的不同来读出不同的多径数据，从而保证读写指针的同步。在实际应用中，读指针也可以有多个，同时读出多个单径数据。在读写过程中，双口RAM的写地址随clock1同步增加；而双口RAM的读地址，也就是每个多径数据的读地址，是在双口RAM写地址的基础上增加一个地址偏移量，该地址偏移量就是多径延迟的时间，该延迟时间可任意灵活设定。举例来说，参见图3所示，第一径数据读指针的起始地址为#2000，第二径数据读指针的起始位置为#2002，那么，第一个多径信号和第二个多径信号之间就有3个单位的延迟；同样，第三径数据读指针的起始位置为#2004，那么，第二个多径信号和第三个多径信号之间就有2个单位的延迟，第一个多径信号和第三个多径信号之间就有5个单位的延迟。其中，该单位与采用的时钟频率相关，本实施例中，5个单位延迟相当于5×clock1的延迟时间。

图7中所有信号的时序关系如图8所示，图8中以网格填充的部分表示8径数据合并时的中间累加值，以竖道填充的部分表示8径数据的累加和，以点填充的部分表示输出的多径数据。图8中的X1～X4对应图7上方的X1～X4，该X1～X4表示四个数据点，分别设置于双口RAM的输入、输出和第二寄存器的输入、输出，图8中X1～X4后的时序表示在该点每个信号的时序关系。在本实施例中的处理延迟时间为2个clock1时钟。

在上述处理过程中，由于多径信号是从同一存储空间读出的，从而保证了多径信号的多径特性；随机化处理使原本处于同一幅度的多径信号的位置发生了变化，从而保证了多径信号的幅度变化特性；在读出多径信号时，径的位置根据用户需求设定，且可以设置为0，从而保证了多径信号位置和多径数目的变化。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (13)

1、一种多径衰落信号的产生方法，其特征在于该方法至少包括以下步骤：

a.信号产生系统将要发送的原始数据进行成帧和信号调制处理，生成单径数据，然后将所产生的单径数据通过写指针顺序写入指定存储空间中；

b.信号产生系统根据当前配置的对信号源进行处理的参数，通过一个或一个以上读指针从指定存储空间中读出至少一个单径数据，对每径数据分别进行信号衰落处理后，形成多径信号，再将该多径信号进行累加合并，生成基带数字多径信号；其中，在任何时刻所有读指针的位置均滞后于写指针的位置。

2、根据权利要求1所述的产生方法，其特征在于：步骤a所述原始数据是预先存储的固定数据，或是预先存储的数据文件，或是由随机函数产生的数据。

3、根据权利要求1所述的产生方法，其特征在于：所述对信号源进行处理的参数由用户配置文件提供，或由用户动态配置；所述对信号源进行处理的参数至少包括原始数据给定方式、多径数目、多径时间差以及多径随机函数的随机化因子。

4、根据权利要求1所述的产生方法，其特征在于：步骤b所述的信号衰落处理是对从RAM读出的多径数据进行余弦调制处理。

5、根据权利要求1所述的产生方法，其特征在于该方法进一步包括：读写指针移到指定存储空间的最后一个地址时，立即返回该指定存储空间的起始地址重新开始读写。

6、根据权利要求1所述的产生方法，其特征在于：将单径数据写入指定存储空间的写指针速率为从指定存储空间中读出数据的读指针速率的整数倍，该整数等于当前多径的数目。

7、根据权利要求1所述的产生方法，其特征在于：读指针每次位移的地址偏移量为多径信号之间的延迟时间。

8、一种多径衰落信号的产生装置，其特征在于至少包括：

控制处理单元，用于配置每个单元的工作参数，并协调每个单元同步工作；

原始数据源单元，用于产生原始发送数据；

存储器，用于存储所有的单径数据；

逻辑处理单元，用于对原始数据进行成帧、信号调制、信号存取、随机化处理以及多径合并，输出基带数字多径信号，该单元进一步包括数据处理单元、随机化处理单元和多径合路器；

其中，数据处理单元，用于接收原始数据源单元输出的数据进行成帧和信号调制处理，并将产生的单径数据写入存储器中；

随机化处理单元，用于对从存储器中读出的数据进行随机化处理，并将处理得到的多径数据送至多径合路器；

多径合路器，用于将不同路径数据进行相加合并，得到基带数字信号；

控制处理单元同时对原始数据源单元，逻辑处理单元中的数据处理单元、随机化处理单元和多径合路器进行控制和参数配置。

9、根据权利要求8所述的产生装置，其特征在于：所述的控制处理单元为单片机、或为数字信号处理器(DSP)。

10、根据权利要求8所述的产生装置，其特征在于：所述的逻辑处理单元为现场可编程逻辑器件(FPGA)、或为可编程逻辑电路(PLD)。

11、根据权利要求8或10所述的产生装置，其特征在于所述的逻辑处理单元进一步包括：用于存储多径信号合并中间累加值的一个以上寄存器以及清零寄存器的清除模块。

12、根据权利要求10所述的产生装置，其特征在于：所述的存储器为FPGA内部的块RAM。

13、根据权利要求8所述的产生装置，其特征在于：所述的原始数据源单元为只读存储器(ROM)。

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