CN1933378A - 一种无线信道模拟方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种无线信道模拟方法及其装置，该装置设于移动基站侧，对基带信号进行多径衰落处理以模拟上行、下行信道，且在模拟上行信道时，对多径衰落处理后的信号叠加一功率恒定的噪声。本发明无线信道模拟装置利用基站现有的硬件资源进行信道模拟，避免采用其他昂贵的多径衰落仿真设备，有利于对成本进行控制。同时，该无线信道模拟装置直接在基带实现无线信道的模拟，可以适用不同的无线系统，具有较好的通用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于无线信道模拟的方法及其装置，尤指一种在移动基站侧进行信道模拟的方法及其装置。
背景技术
无线通信系统的性能主要受到移动无线信道的制约，而无线信道特性随时间快速变化，这特别与移动系统有关。在移动系统中，连接中的各方中至少有一方经常移动。无线信道的衰减和脉冲响应在很宽的相位和幅度范围内每秒钟甚至发生数千次变化。无线信道的变化由许多原因造成。在无线信道中，从发射机到接收机之间的传播路径非常复杂，从简单的视距传播到遭遇各种复杂的地物，如建筑物、山脉和树木等，这些都会引起信号不同强度的衰减。通常，无线环境中的信号衰减可以分为三部分：幅度衰减较大的路径损耗成分；伴随着中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分；以及衰减幅度较小的快变化成分(小尺度变化)。另外，无线信道还包括干扰、噪声等许多其它特征。
移动通信设备制造商为了保证设备的功能正常、性能满足要求，需要对设备、信道质量进行大量的测试。无线信道可以在实际条件下，或者由仿真器模拟仿真实际条件来进行测试。在真实的环境中进行测试存在如下问题：成本高，需要建设大量基站；效率低，需要在真实环境下跑车测试；不可控，真实环境实际上是时刻变化的。此外，在同一个环境(城市A)进行的测试并不完全适合于另一个相应的环境(城市B)。而且，在实际条件下，通常也不可能测试到可能发生的最坏情况。因此十分有必要在实验室内模拟无线信道并对移动通信设备进行测试。
在实验室中，对有用信号进行加扰(干扰、噪声)相对较简单；对路径损耗以及慢衰落的模拟也比较简单，只需要一个可调衰减器即可，目前这样的设备比较成熟，价格也很便宜。其中最复杂的是对小尺度变化的模拟，因为径的延时、幅度和相位在快速的变化。而且，当移动终端或散射物在移动时，所有的径都在变化。移动无线信道的小尺度变化与移动无线信道的冲激响应直接相关。冲激响应是宽带信道的特性，它包含了所有用于模拟和分析信道无线传播的信息，这是因为移动无线信道可建模为一个具有时变冲激响应特性的线性滤波器，其中的时变是由于接收机的空间运动所引起的。移动多径信道可以在基带等效成如图1所示的抽头延迟线信道模型形式。
一个抽头延迟线信道模型由径数L、延时τ0-τL-1及衰落因子a0(t)eiφ 0 (t)-aL-1(t)eiφ L-1 (t)等参数描述。该模型的输出为输入信号经不同延时后与一衰落因子相乘后的累加和。从任一时刻看，上述模型为一线性滤波器。其中复数衰落因子是时变的，因此上述模型为为时变的。对于最常见的Rayleigh信道，衰落因子服从Rayleigh分布。
目前，在实验室有线连接的条件下，进行多径测试，需要多径衰落仿真器进行无线信道的模拟。其模拟的衰落环境，基于真实无线信道的物理特性，而与通信体制无关。常用信道衰落模拟仪器有：Sprient公司的SR5000，Elektrobit公司的Propsim。
这些仪器的输入、输出均为射频信号。仪器的基本原理如下：将输入信号下变频为基带信号，在基带对信号进行信道模拟，通过延时生成多径，对每个径乘以一个衰落因子产生衰落，然后将各个径的信号相加，其原理如上图的信道模型一致。经过上述处理后，再将基带信号上变频为射频信号。于是就完成了多径模拟。
采用已有的多径衰落仿真器存在如下缺点：
成本昂贵。多径衰落仿真器包含了大量射频器件、基带器件，成本很高。无法大规模推广，对于一个移动通信设备制造商，需要多个环节、多个团队进行并行测试，如果都使用多径衰落仿真器，需要投入大量财力。
使用不便。每个多径衰落仿真器可以模拟多个通道，但每个通道是单向的，如果上下行、接收分集均需要模拟，则需要大量的模拟通道，且需要使用大量双工器，连线十分复杂。另外，需要模拟多个小区，例如验证软切换等算法的情况下，也需要模拟更多的通道。
鉴于上述原因，本发明提出一种低成本的在基站侧实现的无线信道模拟方法及其装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线信道模拟的方法及其装置，该方法直接处理基带信号，基于现有移动基站的硬件，成本低，可以适用不同的无线系统，具有较好的通用性。
本发明目的通过以下技术方案实现：一种无线信道模拟装置，其设于移动基站侧，对基带信号进行多径衰落处理以模拟上行、下行信道，且在模拟上行信道时，对多径衰落处理后的信号叠加一功率恒定的噪声。
该装置通过建立一抽头延迟线信道模型实现对基带信号的多径衰落处理。
该装置包括具有对输入信号进行分路和延时功能的多径数字延时模块及用于产生多路并行的衰落信号的信号发生模块。
装置进一步包括多径正交调制模块对多径数字延时模块输出的信号进行调制，将信号发生模块产生的多路衰落信号乘上多径数字延时模块输出的多路被延时的信号，从而对每条路径上的信号加上衰落信息。
该装置还包括一多径乘加模块对多径正交调制模块产生的多径信号进行衰减和累加输出。
在模拟上行信道时，所述功率恒定的噪声为高斯噪声，由信号发生模块产生，并叠加于多径乘加模块的输出信号上，用于模拟上行信道中功率恒定的干扰信号，且该噪声功率远大于多径乘法模块的输出信号中的热噪声。
该装置集成于基站中，通过基站中现有的硬件如FPGA实现。
一种无线信道模拟方法，该方法包括在基站侧对基带信号建立抽头延迟线信道模型以模拟上行、下行信道，且在模拟上行信道时，对多径衰落处理后的信号叠加一功率恒定的噪声。
所述无线信道模拟在基站对基带信号进行调制/解调滤波处理时进行。
在上行、下行信道模拟时，对一个基站内的各个小区均需要进行信道模拟，如果小区支持发射/接收分集，还需要对主集、分集分别进行模拟，同时，基站各个天线的上行、下行的衰落因子均不相关。
与现有技术相比，本发明无线信道模拟装置利用基站现有的硬件资源进行信道模拟，避免采用其他昂贵的多径衰落仿真设备，有利于对成本进行控制。同时，该无线信道模拟装置直接在基带实现无线信道的模拟，可以适用不同的无线系统，具有较好的通用性。。
附图说明
图1为抽头延迟线信道模型表示示意图。
图2为本发明无线信道模拟装置的结构示意图。
具体实施方式
随着数字中频的发展，目前的移动基站中，对信号的调制、解调、滤波等处理均在数字域进行处理。基站中通常使用各种逻辑器件(例如FPGA等)完成对信号的处理。因此，我们可以在基站中方便的加入信道模拟的功能。
由于空中接口Lever 1层的各种处理主要在移动通信基站完成，因此，本发明提出的无线信道模拟装置根据移动基站中下行和上行链路的信号处理内容直接通过基带信号对下行和上行信道进行模拟。
小区下行信号由基站发射后，经无线信道传播到达UE，UE除接收该小区的信号外，还接收其它小区的信号和干扰。因此，UE接收信号除了本小区接收信号外，还包括其它小区接收信号以及热噪声。实际环境中本小区的接收信号为发送信号通过一个无线信道的输出。在室内环境中，其它小区接收信号可以方便的进行模拟，而热噪声本来就是存在的，因此只需要将本小区信号经过模拟信道即可。把实际环境中的无线信道模型放到基站实现，就实现了实际环境无线信道的模拟。本发明的下行信道模拟在基站对载频信号进行调制滤波处理时引入。其中，信道的多径和衰落通过如图1所示的抽头延迟线信道模型实现。
上行信道模拟和下行信道的模拟(在发送端模拟)不同，上行信号是在接收端模拟，上行基站处的接收信号除了包含一个UE的接收信号外，还包括其它干扰信号。实际环境中，一个UE发送信号通过无线信道时发生衰落。设UE发送功率一定，则在基站接收端，该UE的接收信号是变化的，而其它干扰信号可以认为是恒定且不相关的。如果直接将接收信号通过抽头延迟线信道模型的信道模拟，不仅信号经过了衰落，干扰也经过了衰落，和期望不一致。而此问题的根本原因在于信号、干扰不可分离。因此，本发明在对接收信号采用抽头延迟线信道模型进行信道多径和衰落模拟之后，在此信号上叠加一个恒定功率的高斯噪声，该噪声功率远大于多径和衰落模拟输出信号中的热噪声。其中，上行信道的模拟在基站对基带信号进行解调滤波处理时进行。
在上述上行、下行信道模拟时，对一个基站内的各个小区均需要进行信道模拟，如果小区支持发射/接收分集，还需要对主集、分集分别进行模拟。同时，基站各个天线的上行、下行的衰落因子均不相关。
本发明一种无线信道模拟装置，该装置集成于移动基站内，利用基站内现有硬件如FPGA等对基带信号进行多径衰落处理以模拟上行、下行信道。请参阅图2所示，该无线信道模拟装置包括用于产生多路并行的衰落信号的信号发生模块及同时具有对输入信号进行分路和延时功能的多径数字延时模块。一多径正交调制模块对多径数字延时模块输出的信号进行调制，即将信号发生模块产生的多路衰落信号乘上多径数字延时模块输出的多路被延时的信号，从而对每条路径上的信号加上衰落信息。一多径乘加模块对多径正交调制模块产生的多径信号进行衰减和累加输出，完成如图1所示的抽头延迟线信道模型的建立。另外，该无线信道模拟装置还包括一参数输入单元，用于输入无线信道模拟装置的控制参数。在进行上行信道模拟时，信号发生模块还产生一功率恒定的高斯噪声直接叠加于多径加法模块的输出信号中，用于模拟上行信道中功率恒定的干扰信号。
本发明无线信道模拟装置利用基站现有的硬件资源，避免采用其他昂贵的多径衰落仿真装置，有力地对成本进行了控制。同时，该无线信道模拟装置直接在基带实现无线信道的模拟，可以适用不同的无线系统，具有较好的通用性。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无线信道模拟装置，其特征在于：该装置设于移动基站侧，对基带信号进行多径衰落处理以模拟上行、下行信道，且在模拟上行信道时，对多径衰落处理后的信号叠加一功率恒定的噪声。
2.如权利要求1所述的无线信道模拟装置，其特征在于：该装置通过建立一抽头延迟线信道模型实现对基带信号的多径衰落处理。
3.如权利要求1所述的无线信道模拟装置，其特征在于：该装置包括具有对输入信号进行分路和延时功能的多径数字延时模块及用于产生多路并行的衰落信号的信号发生模块。
4.如权利要求3所述的无线信道模拟装置，其特征在于：该装置进一步包括多径正交调制模块对多径数字延时模块输出的信号进行调制，将信号发生模块产生的多路衰落信号乘上多径数字延时模块输出的多路被延时的信号，从而对每条路径上的信号加上衰落信息。
5.如权利要求4所述的无线信道模拟装置，其特征在于：该装置还包括一多径乘加模块对多径正交调制模块产生的多径信号进行衰减和累加输出。
6.如权利要求5所述的无线信道模拟装置，其特征在于：在模拟上行信道时，所述功率恒定的噪声为高斯噪声，由信号发生模块产生，并叠加于多径乘加模块的输出信号上，用于模拟上行信道中功率恒定的干扰信号，且该噪声功率远大于多径乘法模块的输出信号中的热噪声。
7.如权利要求1-6任一项所述的无线信道模拟装置，其特征在于：所述装置集成于基站中，通过基站中现有的硬件如FPGA实现。
8.一种无线信道模拟方法，其特征在于：该方法包括在基站侧对基带信号建立抽头延迟线信道模型以模拟上行、下行信道，且在模拟上行信道时，对多径衰落处理后的信号叠加一功率恒定的噪声。
9.如权利要求8所述的无线信道模拟方法，其特征在于：所述无线信道模拟在基站对基带信号进行调制/解调滤波处理时进行。
10.如权利要求8所述的无线信道模拟方法，其特征在于：在上行、下行信道模拟时，对一个基站内的各个小区均需要进行信道模拟，如果小区支持发射/接收分集，还需要对主集、分集分别进行模拟，同时，基站各个天线的上行、下行的衰落因子均不相关。
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