CN1829152A - 一种可扩展信道模拟范围的信道模拟装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可扩展信道模拟范围的信道模拟装置，包括下变频器、模数变换器、数字基带处理器、快衰落信号处理器、慢衰落信号处理器和信号合成器。本发明还提供了一种可扩展信道模拟范围的方法，该方法包括：下变频器将射频信号下变频为中频模拟信号；模数变换器将中频模拟信号变换为数字信号；基带处理器根据信道模型对数字信号进行处理，信号分离器对基带处理器处理的信号分解为慢衰落信号和快衰落信号，并分别通过快衰落信号处理器和慢衰落信号处理器进行处理，然后由信号合成器将各自处理的结果合在一起，形成经过完整信道模拟的射频信号。从而扩大了对衰落信号的处理范围，使信道模拟装置可以支持更大电平动态的信道场景。

Description

一种可扩展信道模拟范围的信道模拟装置和方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术，尤其涉及一种可扩展信道模拟范围的信道模拟装置和方法。

背景技术

在通信系统中，信号的传输信道受到各种不同因素的影响，譬如，信号在无线空间中传输时，由于传输的场景有很大的不同，如受到大气效应和地面效应的影响，导致接收机接收的电平随着时间的变化而不断起伏变化，这种现象称为衰落。衰落的大小与气候条件、站距的长短有关。在实验室测试通信系统时，为了考核系统的性能，在现有技术中，通常需要使用信道模拟装置模拟出可能的信号传播信道，以便在实验室环境下测试到以后运用场景下的衰落，从而评价系统性能。

在本发明中，衰落是主要指信号电平的变化程度。

图1为传统的信道模拟装置的原理示意图。参照图1，下面介绍各单元的功能。所述传统的信道模拟装置包括：

下变频器，用于将输入的射频信号变换为频率较低的中频模拟信号，

以便后续的模数变换器处理；

模数变换器，用于将输入的中频模拟信号变换为数字信号；

数字基带处理器，用于将模数变换器输出的数字信号进行数字信号处理，并根据各种模型完成信道的模拟；

数模变化器，其处理过程与模数变换器的处理过程相反，用于将数字基带处理器处理的信号再转换为模拟中频模拟信号；

上变频器，其处理过程与下变频器的处理过程相反，用于将数模变化器处理的中频模拟信号再变回到高频率的射频信号，即获得与原来输入信号频率相同的经过信道模拟的射频模拟信号。

根据上述信号模拟仪器，下面将描述信号的处理过程。

需要经过信道模拟装置的信号首先经过下变频器下变频为中频模拟信号，之后经过模数变换器把中频模拟信号变成数字信号，在数字基带处理器中进行数字域的信道模拟，然后经过数模变化器把数字信号变换回中频模拟信号，通过上变频器进行上变频，把频率变回到原来的频率上。

在上述信号处理过程中，因为数模变化器可处理的信号电平范围有限。譬如使用14位位宽的数模变化器，假定最小信号量的位数为8位，有6位的余量，可以获得约6×6＝36dB的均值电平变化空间，对于峰均比为6dB的信号，可承受信号功率均值变化范围的大小是30dB，可以处理的输出信号电平范围为30dB，譬如输出信号功率为-30～0dBm。如果用12位宽的数模变化器，则可承受信号功率均值变化范围的大小减小到18dB。高速数模变化器器件最高通常做到14位宽，很难再提高，加之高速数模变化器处理模拟信号的实际等效量化位宽还要低1～2位，输出信号电平变化范围的动态还要下降6～12dB。因此当前技术的信道模拟装置可模拟的信号电平变化范围很小，使得模拟的信道场景动态范围很小。

可模拟的信道场景动态范围小，使用受到诸多限制。譬如，模拟一个终端不断远离基站的无线场景，由于此信道场景的电平动态范围很大，在一些通信系统此种信道场景电平的变化范围可能超过100dB。这时，传统的信道模拟装置就不能对这种场景进行模拟。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺点，提供了一种扩展信道模拟范围的信道模拟装置和方法，从而解决了现有信道模拟装置信道场景电平动态范围小的问题。

本发明提供了一种可扩展信道模拟范围的信道模拟装置，包括数字基带处理器、快衰落信号处理器、慢衰落信号处理器和信号合成器；

所述数字基带处理器分别与快衰落信号处理器和慢衰落信号处理器相连，用于根据信道模型对数字信号进行信道模拟，并将信道模拟的信号分为快衰落信号和慢衰落信号，分别将快衰落信号和慢衰落信号输出到快衰落信号处理器和慢衰落信号处理器；

所述快衰落信号处理器与所述信号合成器相连，用于将数字基带处理器信道模拟处理的快衰落信号变为射频信号，并将射频信号输出到信号合成器；

所述慢衰落信号处理器与所述信号合成器相连，并在数字基带处理器的控制下，对慢衰落信号进行衰减量的控制和同步控制；

所述信号合成器在慢衰落信号处理器的控制下，对射频信号和慢衰落信号的衰减量进行合成。

所述基带数字处理器还包括：

基带处理器，用于根据信道模型对数字信号进行信道模拟；

信号分离器，用于将信道模拟的信号分解为快衰落信号和慢衰落信号。

所述快衰落信号处理器还包括：

数模变换器，用于将快衰落信号再变回到中频模拟信号；

上变频器，用于将数模变化器处理的中频模拟信号再变回到射频信号。

所述信道模拟装置还包括：

下变频器，用于将输入的射频信号变换到频率低的中频模拟信号；

模数变换器，用于将输入的中频模拟信号变换为数字信号。

本发明还提供了一种可扩展信道模拟范围的方法，包括：

A、基带处理器根据信道模型对数字信号进行信道模拟，信号分离器将信道模拟的信号分解为慢衰落信号和快衰落信号；

B、快衰落信号处理器和慢衰落信号处理器分别对快衰落信号和慢衰落信号进行处理；

C、将处理的快衰落信号和慢衰落信号合成一起，形成经过完整信道模拟的射频信号。

所述步骤B中的快衰落信号处理器对快衰落信号进行处理包括：

B1、数模变换器将快衰落信号变换为中频模拟信号；

B2、上变频器将中频模拟信号变换为射频信号。

所述步骤B中的慢衰落信号处理器对慢衰落信号进行处理包括：慢衰落信号处理器将慢衰落信号变为衰减量，并实现慢衰落信号与射频信号的同步。

在执行步骤A之前还包括：

下变频器将射频信号下变频为中频模拟信号；

模数变换器将中频模拟信号变换为数字信号。

在信号分离器中对信号均值电平划分成第一预定值个区间，当信号均值电平没有超越当前区间的电平范围时，慢衰落信号处理器的衰减量控制值不变化；当信号均值电平超越当前区间的电平范围时，慢衰落信号处理器的衰减量控制值发生变化，信号电平切换到相邻的一个电平区间。

所述相邻的电平区间有预定范围的重合。

因此，根据本发明，通过将信道信号分解快衰落信号和慢衰落信号，使快衰落信号在快衰落信号数字基带处理器中处理，慢衰落信号在慢衰落信号处理器中处理，从而在信道模拟过程中扩大了对衰落信号的处理范围，使信道模拟装置可以支持更大电平动态的信道场景。

附图说明

图1示出了现有技术的信道模拟装置的示意图；

图2示出了本发明的信道模拟装置的示意图；

图3示出了本发明的信道模拟流程图；

图4示出了信道信号电平分离方式图；

图5示出了经慢衰落信号处理器的慢衰落信号到信号合成器的信号与经快衰落信号数字基带处理器到信号合成器的信号时间差示意图。

具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图描绘本发明的实施例。

如图2所示，根据本发明，本发明的信道模拟装置包括：

下变频器，用于将输入的射频信号变换到频率低的中频，便于后续的模数变换器处理；

模数变换器，用于将输入的中频模拟信号变换为数字信号；

数字基带处理器，用于将模数变换器输出的数字信号进行数字信号处理，并完成信道的模拟。数字基带处理器还包括数字处理器和信号分离器，所述数字处理器，用于基带信号的信道模拟，所述信号分离器依据信道信号电平的特征将数字信号分解为快衰落信号和慢衰落信号，将分解的慢衰落信号输出到慢衰落信号处理器，将分解的快衰落信号输出到快衰落信号；

数模变换器，其处理过程与模数变换器的处理过程相反，用于将快衰落数字基带处理器的信号分离器分离出来的快衰落信号再变回到中频模拟信号；

上变频器，其处理过程与下变频器的处理过程相反，用于将数模变化器处理好的中频模拟信号再变回到高频率的射频信号，即获得与原来输入信号频率相同的经过信道模拟的射频模拟信号，这时所获得的射频模拟信号仅是由快衰落信号变化得到的信号。

数模变换器和上变频器合称为快衰落信号处理器。

慢衰落信号处理器：用于接收数字基带处理器的信号分离器分离出的慢衰落信号，实施同步的信号合成器衰减量控制，并将衰减量控制信号输出到信号合成器；慢衰落信号处理器还用于信号合成器的衰减量变化时刻与上变频器的射频信号变化时刻同步。慢衰落信号处理器可采用压控衰减控制器。

信号合成器，其功能是将上变频变换器获得的射频信号与慢衰落信号处理器输出的压控制信号合成信道的输出信号，最后完成信道的模拟。信号合成器可采用压控衰减器。

参照图3，下面将详细描述根据本发明的信号处理过程。

在步骤1中，输入信号首先经过下变频器，下变频器将射频信号下变频为中频模拟信号，并输出到模数转换器。

在步骤2中，模数变换器将中频模拟信号变换为数字中频信号并输出给数字基带处理器。

在步骤3中，基带处理器根据信道模型和预订的方法，对数字将信号进行模拟，并将模拟的信号输出到信号分离器。

在步骤4中，信号分离器按预定的方法将信号分解为快衰落信号和慢衰落信号，并将其分别输出到快衰落信号处理器和慢衰落信号处理器。

也就是说，信号分离器对模拟后的信号电平进行分析，按照给定的分析频度，譬如每秒10次，即10Hz的频度计算信号的均值电平，按照分析的结果，依据预订的电平分解特性，即分解出电平范围动态小于24dB的信号给快衰落处理器的数模变换器，而其它部分输出到慢衰落处理器。

在步骤5中，由于快衰落部分信号的电平变化范围较小，将其输出到快衰落信号处理器的数模变换器，数模变换器将快衰落信号重新变换成模拟的中频信号，然后通过上变频器变换为射频信号，并输出到信号合成器。由于慢衰落信号的电平变化范围很大，将其输出给慢衰落信号处理器，由慢衰落信号处理器控制信号合成器实现后续信号衰减量的变化。

在步骤6中，慢衰落信号处理器根据由快衰落信号数字基带处理器所处理的快衰落信号与慢衰落信号处理器所控制的慢衰落信号在到达信号合成器时的时间差，使上变频器输出的射频信号和慢衰落信号处理器输出的信号同步，慢衰落信号处理器将其合在一起，得到最后经过完整信道模拟的射频信号。

例如，假设信道模拟器可以处理的信号电平变化范围是120dB，信号合成器的衰减量范围是0～96dB，12dB一个步进，图4示出了信号的均值电平区间划分为9个，当信号均值电平没有超越当前区间的电平范围时，慢衰落信号处理器的衰减量控制值不变化。当信号均值电平超越当前区间的电平范围时，慢衰落信号处理器的衰减量控制值发生变化，信号电平切换到相邻的一个电平区间。快衰落处理器的范围都是相同的，如在0-24dB以内，而慢衰落信号处理器输出的衰减器控制值与信道的电平变化范围成正比例关系。也就是说，当信道的电平变化范围增加时，衰减值也会增加；当信道的电平变化范围减小时，衰减值也会减小。最后快衰落号和慢衰落号通过处理后，合成的处理形成了总的经过完整信道模拟的射频信号。使信号分离器之前到信号合成器之后的信号电平成线性传递特征。

表一示出了利用本发明信道模拟器的信号电平区间、信道信号电平值、快衰落信号电平值、压控衰减器衰减值和最后总输出信号的电平值。

表一

信号电平区间	信道信号电平值	快衰落信号电平值	压控衰减器衰减值	最后总输出信号的电平值
					1	0～24dB	0～24dB	0dB	0～24dB
2	12～36dB	0～24dB	12dB	12～36dB
					3	24～48dB	0～24dB	24dB	24～48dB
4	36～60dB	0～24dB	36dB	36～60dB
					5	48～72dB	0～24dB	48dB	48～72dB
6	60～84dB	0～24dB	60dB	60～84dB
					7	72～96dB	0～24dB	72dB	72～96dB
8	84～108dB	0～24dB	84dB	84～108dB
					9	96～120dB	0～24dB	96dB	96～120dB

如表1所示，第1列是被划分的信号电平序号，在本发明中实施例中，将信号电平划分9个区间。根据本发明，优选地，当信号的均值电平变化未超过当前区间时，慢衰落信号处理器的衰减量控制值不变化。当信号均值电平逐渐增大或逐渐减小超越当前区间时，慢衰落信号处理器的衰减量控制值发生变化。信道信号均值电平越大，信号分离器给出的慢衰落信号在信号合成器处的衰减值也越大，如0～96dB，相邻的电平区间有一定范围的重合，以形成信号分离上的电平迟滞区间，譬如迟滞的大小可设为区间的1/2，即12dB。这样可避免信号在电平分离门限点附近频繁切换，可以取得更好的信号分离效果。

例如，当信号均值电平由小变大，强度在24dB～48dB区间时，信号合成器处慢衰落信号得到的衰减值为24dB，快衰落信号电平值在0～24dB区间内。当信号均值电平超过48dB时由大变小，信号均值电平区间由区间3切换区间4，慢衰落信号处理器的衰减量控制值变化为36dB，此后，信号均值电平如果信号均值电平没有超越36～60dB，慢衰落信号处理器的衰减量控制值不变化。当信号均值电平低过24dB时，信号均值电平区间由区间3切换区间2，慢衰落信号处理器的衰减量控制值变化为12dB，此后，如果信号均值电平没有超越12～36dB，慢衰落信号处理器的衰减量控制值不变化。快衰落信号电平值始终在24～0dB区间内。快衰落信号通过数模变换器恢复为模拟信号，慢衰落信号通过信号合成器在射频信号上调整信号电平的大小。通过上述方式进行电平分离后，实现了对信号电平变化范围为24～48dB区间的模拟。

根据本发明，由于在慢衰落信号处理器的控制下，使大于信道的电平变化范围的慢衰落信号分解到信号合成器，从而使数模变换器的电平变化量始终保持在其所能够处理的范围内，使数模变换器可处理更大范围的信道电平范围。

需要注意的是，在信号通过下变频器、模数变换器、数字基带处理器、数模变化器、上变频器处理后，到信号合成器的输入口的过程中，信号合成器的衰减量与上变频器得到射频信号形成原信道的电平变化范围。信号合成器的衰减量控制由慢衰落信号处理器实施。如图5所示，与此同时，慢衰落信号处理器还控制信号合成器的衰减量变化时刻与数字基带处理器的衰减量变化时刻的同步。在控制时刻上，信号合成器所接收到的慢衰落信号处理器的信号与所接收到上变频器的信号有一微小的时间差，此时间差可由数字基带处理器获得，并由数字基带处理器输出到慢衰落信号处理器，由慢衰落信号处理器进行处理实现。从而由信号合成器输出正确的信道电平。

虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，就可使本发明有许多变形和变化，本发明的范围由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种可扩展信道模拟范围的信道模拟装置，其特征在于，包括数字基带处理器、快衰落信号处理器、慢衰落信号处理器和信号合成器；

所述数字基带处理器分别与快衰落信号处理器和慢衰落信号处理器相连，用于根据信道模型对数字信号进行信道模拟，并将信道模拟的信号分为快衰落信号和慢衰落信号，分别将快衰落信号和慢衰落信号输出到快衰落信号处理器和慢衰落信号处理器；

所述快衰落信号处理器与所述信号合成器相连，用于将数字基带处理器信道模拟处理的快衰落信号变为射频信号，并将射频信号输出到信号合成器；

所述慢衰落信号处理器与所述信号合成器相连，并在数字基带处理器的控制下，对慢衰落信号进行衰减量的控制和同步控制；

所述信号合成器在慢衰落信号处理器的控制下，对射频信号和慢衰落信号的衰减量进行合成。

2.根据权利要求1所述的信道模拟装置，其特征在于，所述基带数字处理器还包括：

基带处理器，用于根据信道模型对数字信号进行信道模拟；

信号分离器，用于将信道模拟的信号分解为快衰落信号和慢衰落信号。

3.根据权利要求1所述的信道模拟装置，其特征在于，所述快衰落信号处理器还包括：

数模变换器，用于将快衰落信号再变回到中频模拟信号；

上变频器，用于将数模变化器处理的中频模拟信号再变回到射频信号。

4.根据权利要求1所述的信道模拟装置，其特征在于，所述信道模拟装置还包括：

下变频器，用于将输入的射频信号变换到频率低的中频模拟信号；

模数变换器，用于将输入的中频模拟信号变换为数字信号。

5.一种可扩展信道模拟范围的方法，其特征在于，包括：

A、基带处理器根据信道模型对数字信号进行信道模拟，信号分离器将信道模拟的信号分解为慢衰落信号和快衰落信号；

B、快衰落信号处理器和慢衰落信号处理器分别对快衰落信号和慢衰落信号进行处理；

C、将处理的快衰落信号和慢衰落信号合成一起，形成经过完整信道模拟的射频信号。

6.根据权利要求5所述的扩展信道模拟范围的方法，其特征在于，所述步骤B中的快衰落信号处理器对快衰落信号进行处理包括：

B1、数模变换器将快衰落信号变换为中频模拟信号；

B2、上变频器将中频模拟信号变换为射频信号。

7.根据权利要求5所述的扩展信道模拟范围的方法，其特征在于，所述步骤B中的慢衰落信号处理器对慢衰落信号进行处理包括：慢衰落信号处理器将慢衰落信号变为衰减量，并实现慢衰落信号与射频信号的同步。

8.根据权利要求5所述的扩展信道模拟范围的方法，其特征在于，在执行步骤A之前还包括：

下变频器将射频信号下变频为中频模拟信号；

模数变换器将中频模拟信号变换为数字信号。

9.根据权利要求5、6、7或8所述的扩展信道模拟范围的方法，其特征在于，在信号分离器中对信号均值电平划分成第一预定值个区间，当信号均值电平没有超越当前区间的电平范围时，慢衰落信号处理器的衰减量控制值不变化；当信号均值电平超越当前区间的电平范围时，慢衰落信号处理器的衰减量控制值发生变化，信号电平切换到相邻的一个电平区间。

10.根据权利要求9所述的扩展信道模拟范围的方法，其特征在于，所述相邻的电平区间有预定范围的重合。

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