DE102009027988A1

DE102009027988A1 - System und Verfahren zur Messung und Bewertung der Leistungsfähigkeit eines Kanalemulators

Info

Publication number: DE102009027988A1
Application number: DE102009027988A
Authority: DE
Inventors: Xu Zhao; Ya Jing; Hong-wei KONG; Zhu WEN
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Keysight Technologies Inc
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2010-03-11
Also published as: US20100063791A1; US8423340B2

Abstract

Es werden ein System und ein Verfahren zum Ermitteln der Leistungsfähigkeit eines Kanalemulators (106) beschrieben, die ein Eingangssignal (144) und mindestens einen Sender (114) zum Empfangen des Eingangssignals (144) aufweisen, wobei der mindestens eine Sender (114) durch den Kanalemulator (106) mit dem mindestens einen Empfänger (124) verbunden und der mindestens eine Sender (114) so beschaffen ist, dass er das Eingangssignal (144) durch den Kanalemulator (106) sendet, und wobei der mindestens eine Empfänger (124) so beschaffen ist, dass er das geschwächte Empfangssignal (126) empfängt. Das System weist auch einen Signalprozessor (128) auf, der so beschaffen ist, dass er ein Prozessorsignal (154) und das geschwächte Empfangssignal (126) empfängt sowie das Prozessorsignal (154) mit dem geschwächten Empfangssignal (126) korreliert, um ein korreliertes Signal (314) zu erzeugen, das einen Kanalimpuls des Kanalemulators (106) repräsentiert. Der Kanalimpuls des Kanalemulators (106) dient zur Gewinnung mindestens eines Kanalkoeffizienten (318), der die Leistungsfähigkeit des Kanalemulators (106) widerspiegelt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Ein Kanalemulator dient zum Simulieren der Kanaleinflüsse auf Funksignale, wenn diese einen Übertragungskanal durchlaufen. Bei dem Übertragungskanal kann es sich um einen mit Leitungen ausgeführten oder um einen drahtlosen Übertragungskanal handeln. Bei einem drahtlosen Übertragungskanal stellen die Kanaleinflüsse einen der wichtigsten Faktoren dar, die beim Entwickeln und Realisieren des Übertragungskanals zu berücksichtigen sind.
Die Signalausbreitungsparameter eines Funkkanals sind ständigen Änderungen unterworfen und werden durch eine Anzahl von Faktoren beeinflusst, zum Beispiel durch Standort, Temperatur, vorhandene Störsignale, die Topografie der Umgebung usw. Aufgrund der sich ständig ändernden Kanalparameter ist es schwierig, einen Kanalemulator zu entwickeln, der in einer realen Signalausbreitungsumgebung denselben Test unter denselben Bedingungen wiederholen kann. Zum Testen der Systemleistung ist ein steuerbarer Kanalemulator höchst wünschenswert, der die Signalausbreitungsparameter genau simulieren kann.
Bei jedem einzelnen Funkstandard zur Signalübertragung werden spezielle Kanalmodelle verwendet, um den Leistungstest des Funksystems durchzuführen, das gemäß diesem Standard entwickelt wurde. Bei einer Echtzeitprüfung wird ein Kanalemulator verwendet, der diesem Standard in Echtzeit genügen kann, um den Leistungs- und Konformitätstest durchzuführen. Da ein Kanalemulator ein wichtiges Instrument zur Leistungstestung eines Übertragungskanals darstellt, ist es wichtig, die Genauigkeit und die Aussagekraft des Kanalemulators prüfen zu können.
Wenn sich ein Funksignal durch die Luft ausbreitet, ist es vielen Einflüssen unterworfen, zum Beispiel negativen Auswirkungen, wenn das Signal mehrere Wege durchläuft, Schwund in geringerem und größerem Maße und anderen Kanalbeeinträchtigungen, die sich zeitlich und örtlich usw. verändern können. Ein Funksignal, das mehrere Pfade durchläuft, erfährt eine Verschlechterung, weil es so erscheint, als ob es unterschiedliche Pfade durchlaufen würde, bei denen pro Kanal unterschiedliche Pfadlaufzeiten und Pfaddämpfungen auftreten. Bei einem Kanalemulator sollen alle diese Kanalstörungen simuliert werden, um die realen Signalausbreitungsparameter zu simulieren. Der Kanalemulator erzeugt ein so genanntes ”geschwächtes Signal” (faded signal), das ein Signal repräsentieren soll, welches einen Signalübertragungskanal mit einer oder mehreren der oben erwähnten Störgrößen durchlaufen hat. Die Leistungsfähigkeit des Kanalemulators beruht auf der Statistik von Übertragungskanalmodellen.
Der Einfluss der Kanalstörungen auf das geschwächte Signal sollte bei der Bewertung der Leistungsfähigkeit eines Kanalemulators in der Gesamtheit der Beeinträchtigungen bewertet werden. Aufgrund einer Anzahl von Faktoren stellt der Leistungstest eines Kanalemulators eine anspruchsvolle Aufgabe dar. Am wichtigsten ist die Tatsache, dass es keine allgemein anerkannten Standard-Maßzahlen oder -Verfahren zur Bewertung der Leistungsfähigkeit eines Kanalemulators gibt. Gemäß einem oder mehreren statistischen Modellen ist das vom Kanalemulator gelieferte geschwächte Signal z. B. zeitlichen Änderungen unterworfen, sodass es sich nur schwer direkt messen lässt. Zum Beispiel führt die Signalschwächung mehrerer Übertragungspfade zu einem zeitlich veränderlichen Spektrum. Es gibt kein direktes Verfahren zur Bewertung, ob eine Änderung durch das vom Kanalemulator gelieferte gedämpfte Signal korrekt wiedergegeben wird.
Deshalb ist ein einfaches und präzises Verfahren zur Prüfung der Genauigkeit und Aussagekraft eines Kanalemulators wünschenswert.
Überblick über die Erfindung
Eine Ausführungsform eines Systems und eines Verfahrens zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit eines Kanalemulators weist ein Eingangssignal und mindestens einen Sender zum Empfangen des Eingangssignals auf. Der mindestens eine Sender ist durch den Kanalemulator mit dem mindestens einen Empfänger verbunden. Der mindestens eine Sender dient zum Senden des Eingangssignals durch den Kanalemulator, und der mindestens eine Empfänger dient zum Empfangen eines geschwächten Empfangssignals. Das System weist auch einen Signalprozessor zum Empfangen eines Prozessorsignals und des geschwächten Empfangssignals auf. Der Signalprozessor dient dazu, das Prozessorsignal und das geschwächte Empfangssignal miteinander zu korrelieren und ein korreliertes Signal zu erzeugen, welches einen Kanalimpuls des Kanalemulators darstellt. Der Kanalimpuls des Kanalemulators dient zur Gewinnung mindestens eines Kanalkoeffizienten, der die Leistungsfähigkeit des Kanalemulators widerspiegelt.
Weitere Ausführungsformen und Verfahren der Erfindung werden unter Bezug auf die Figuren und die detaillierte Beschreibung erörtert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird in der Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen anhand von Beispielen beschrieben, wobei besonders auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird.
1 ist eine schematische Darstellung einer typischen Struktur eines Kanalemulators.
2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Systems und eines Verfahrens zur Messung und Bewertung der Leistungsfähigkeit eines Kanalemulators.
3 ist eine schematische Darstellung, die eine alternative Ausführungsform eines Systems und eines Verfahrens zur Messung und Bewertung der Leistungsfähigkeit eines Kanalemulators für eine MIMO-Anwendung veranschaulicht.
4 ist eine Übersichtsdarstellung, die eine Ausführungsform des Signalprozessors von 2 veranschaulicht.
5 ist ein Übersichtsdarstellung, die eine Ausführungsform des Signalprozessors von 3 veranschaulicht.
6 ist eine grafische Darstellung, welche die Autokorrelation und die Kreuzkorrelation von zwei Chirp-Signalen veranschaulicht, die als Eingangssignal für den Kanalemulator von 3 verwendet werden.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Gewinnung der Leistungsparameter eines Kanalemulators beschreibt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Bewertung der Pfadverzögerung, der Felddämpfung und der Einheitsleistung des Kanalemulators von 2 oder 3 beschreibt.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Bewertung der Kanalkorrelationswerte des Kanalemulators von 2 oder 3 beschreibt.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Bewertung des Rayleigh-Fading-Verhaltens (Rayleigh fading performance) des Kanalemulators von 2 oder 3 beschreibt.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Bewertung des log-normalen Fading und der Auswirkung des Rici-K-Faktors (Log normal and Rician K factor performance) des Kanalemulators von 2 oder 3 beschreibt.
12 ist eine schematische Darstellung, die ein korreliertes Empfangssignal veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das System und das Verfahren zur Leistungsmessung und -bewertung von Kanalemulatoren können in einem beliebigen Kanalemulator eingesetzt werden, der die Kanalbedingungen eines beliebigen mit Leitungen ausgeführten oder drahtlosen Übertragungskanal emuliert. Das System und das Verfahren zur Leistungsmessung und -bewertung von Kanalemulatoren können in Form von Harware, Software oder einer Kombination von Hard- und Software realisiert werden. Wenn das System und das Verfahren zur Leistungsmessung und -bewertung von Kanalemulatoren in Form von Hardware realisiert werden, können sie unter Verwendung speziell zugeschnittener Hardwareelemente und Schaltlogiken realisiert werden. Wenn das System und das Verfahren zur Leistungsmessung und -bewertung von Kanalemulatoren ganz oder teilweise in Form von Software realisiert werden, kann der Softwareanteil dazu verwendet werden, die verschiedenen Komponenten des Systems und des Verfahrens zur Leistungsmessung und -bewertung von Kanalemulatoren präzise zu steuern. Die Software kann in einem Speicher gespeichert und durch ein geeignetes System zur Ausführung von Anweisungen (Mikroprozessor) ausgeführt werden. Die Ausführung des Systems und des Verfahrens zur Leistungsmessung und -bewertung von Kanalemulatoren in Form von Hardware kann jede der folgenden Technologien einzeln oder in Kombination beinhalten, die in der Technik bestens bekannt sind: diskrete elektronische Komponenten, einen oder mehrere diskrete Logikschaltkreise mit Logikgattern zum Ausführen von Logikfunktionen als Reaktion auf Signale, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (application specific integrated circuit, ASIC) mit entsprechenden Logikgattern, eine oder mehrere programmierbare Gatteranordnungen (programmable gate array, PGA), eine anwenderprogrammierbare Gatteranordnung (field programmable gate array, FPGA) usw.
Die Software für das System und das Verfahren zur Leistungsmessung und -bewertung von Kanalemulatoren weist ein geordnetes Verzeichnis ausführbarer Anweisungen zum Ausführen von Logikfunktionen auf und kann in jedem computerlesbaren Medium umgesetzt werden, das von oder in Verbindung mit einem System, einer Vorrichtung oder einer Einheit genutzt wird, wobei es sich um ein System auf der Grundlage eines Computers, ein System mit einem Prozessor oder ein anderes System handeln kann, das die Anweisungen von dem System, der Vorrichtung oder der Einheit zum Ausführen von Anweisungen abrufen und ausführen kann.
Im Sinne dieses Dokuments kann es sich bei dem ”computerlesbaren Medium” um ein beliebiges Mittel handeln, welches das Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit dem System, der Vorrichtung oder der Einheit zum Ausführen von Anweisungen enthalten, speichern, übertragen, weiterleiten oder transportieren kann. Als computerlesbares Medium kann zum Beispiel, aber nicht darauf beschränkt, ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem, eine solche Vorrichtung, Einheit oder ein solches Übertragungsmedium infrage kommen. Weitere spezielle Beispiele (Aufzählung ohne Anspruch auf Vollständigkeit) des computerlesbaren Mediums können Folgendes beinhalten: eine elektrische (elektronische) Verdrahtung mit einem oder mehreren Leitungen, eine (magnetische) tragbare Computerdiskette, einen Arbeitsspeicher (random access memory, RAM), einen Nur-Lese-Speicher (read-only memory, ROM), einen (magnetischen) löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM oder Flash-Speicher), einen (optischen) Lichtwellenleiter und einen (optischen) tragbaren CD-Nur-Lese-Speicher (CDROM). Zu beachten ist, dass es sich bei dem computerlesbaren Medium auch um Papier oder ein anderes geeignetes Medium handeln kann, auf welches das Programm aufgedruckt ist, da das Programm elektronisch erfasst werden kann, zum Beispiel durch optisches Abtasten des Papiers oder des anderen Mediums, um es dann bei Bedarf zu compilieren, zu übersetzen oder anderweitig auf geeignete Weise zu verarbeiten und dann in einem Computerspeicher zu speichern.
Im Folgenden wird beschrieben, dass das das System und das Verfahren zur Leistungsmessung und -bewertung von Kanalemulatoren die Leistungsfähigkeit eines SISO-Kanalemulators (Single Input Single Output, Einzelsignaleingabe, Einzelsignalausgabe) und eines MIMO-Kanalemulators (Multi Input Multi Output, Mehrsignaleingabe, Mehrsignalausgabe) bewerten kann.
Je nach Art des Signals und der Schnittstelle kann ein Kanalemulator für eine Hochfrequenzanwendung (HF), eine Basisbandanwendung, eine verdrahtete Anwendung, eine drahtlose Anwendung oder eine beliebige andere Übertragungskanalanwendung entwickelt werden, bei der die Erzeugung eines geschwächten Signal wünschenswert ist. Der Begriff ”geschwächtes Signal” betrifft ein Signal, das einen Kanalemulator durchläuft, welcher die Einflüsse des Signalübertragungskanals simuliert. Der Einfluss der Kanalverschlechterungen bei dem geschwächten Signal muss als Ganzes bewertet werden, wenn die Leistung des Kanalemulators getestet und gemessen wird.
1 ist eine schematische Darstellung einer Struktur eines Kanalemulators, dessen Leistungsfähigkeit unter Verwendung von Ausführungsformen des Systems und des Verfahrens zur Leistungsmessung und -bewertung eines Kanalemulators bewertet werden kann. Der Kanalemulator 10 kann in Form von Hard- oder Software realisiert werden. Der Kanalemulator 10 beinhaltet einen Kanalkoeffizientengenerator 12, der für jeden zu testenden Pfad einen Kanalkoeffizienten erzeugt. Die Anzahl der Pfade ist beliebig groß, wobei im vorliegenden Beispiel drei Pfade gezeigt werden. Die Kanalkoeffizienten 14, 16 und 18 werden über entsprechende Verbindungspfade 38, 42 und 44 jeweils an Verknüpfungseinheiten 46, 48 und 52 gesendet. Die Pfade 38, 42 und 44 weisen entsprechende Felddämpfungen (path losses) auf. An jedes der Pfadverzögerungselemente 24, 26, 28 in jeweils einem Pfad wird ein Eingangssignal 22 gesendet. Der Kanalkoeffizient jedes Pfades erleidet eine Pfadverzögerung, die für den jeweiligen Pfad charakteristisch ist. Das verzögerte Eingangssignal der Pfadverzögerungselemente 24, 26 und 28 wird über eine entsprechende Leitung 32, 34 und 36 übertragen und in einer entsprechenden Verknüpfungseinheit 46, 48, 52 mit einem entsprechenden Kanalkoeffizienten verknüpft. Am Ausgang der Verknüpfungseinheit 46 erscheint ein Signal, das die Pfadverzögerung 24 und den Kanalkoeffizienten 14 repräsentiert. Das Signal am Ausgang der Verknüpfungseinheit 48 repräsentiert die Pfadverzögerung 26 und den Kanalkoeffizienten 16. Das Signal am Ausgang der Verknüpfungseinheit 52 repräsentiert die Pfadverzögerung 28 und den Kanalkoeffizienten 18. Diese Signale werden in einem Addierer 54 miteinander verknüpft. Bei dem Ausgangssignal auf Leitung 56 handelt es sich um das geschwächte Signal, das den Kanalemulator 10 durchlaufen hat.
2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Systems und eines Verfahrens zur Leistungsmessung und -bewertung eines Kanalemulators. Die in 2 gezeigte Ausführungsform kann auf einen Kanalemulator zum Emulieren der Leistung eines Übertragungskanals angewendet werden, der für eine SISO-Anwendung eingesetzt wird.
Das Messsystem 100 beinhaltet einen Signalgenerator 102, einen Kanalemulator 106, dessen Leistungsfähigkeit getestet werden soll, einen Signalempfänger 112 und einen Signalprozessor 128. Bei dem Kanalemulator 106 kann es sich um einen ähnlichen Kanalemulator handeln, wie er in 1 beschrieben wird. Der Signalgenerator ist über die Leitung 104 mit dem Kanalemulator 106 und dieser über die Leitung 108 mit dem Signalempfänger 112 verbunden. Die Leitungen 104 und 108 sind als allgemeine Leitungen dargestellt. Zwischen dem Signalgenerator 102, dem Kanalemulator 106 und dem Signalempfänger 112 können noch weitere spezielle Leitungen bestehen. Der Signalgenerator 102 erzeugt einen speziell zugeschnittenen Signalverlauf, dessen Erzeugung durch die Verwendung des Sendesignal-Festlegungselements 142 veranschaulicht wird. Das Sendesignal-Festlegungselement 142 betrifft jedes System, Verfahren oder jeden Prozess, der zum Erzeugen des vom Signalgenerator 102 zu sendenden Eingangssignals verwendet werden kann.
Der Signalgenerator 102 beinhaltet mindestens einen Sender 114. Der Signalgenerator 102 beinhaltet auch einen Basisband-Signalgenerator 162, der das Sendesignal über die Leitung 144 empfängt. Der Basisband-Signalgenerator 162 sendet das Eingangssignal über die Leitung 164 an einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 166. Der DAC sendet das Eingangssignal über die Leitung 168 an den Sender 114. Der Signalgenerator 102 beinhaltet auch einen lokalen Oszillator (LO) 172. Der LO 172 erzeugt eine lokale Referenzfrequenz, die über den Schalter 176 den DAC 166 und über die Leitung 174 die Frequenz des Senders 114 steuert. Der Schalter 176 ist als einpoliger Ausschalter dargestellt, jedoch kann jede Schalteinrichtung verwendet werden, die zur Steuerung des Takts des DAC mittels der Frequenz des LO 172 geeignet ist.
Das vom Sendesignal-Festlegungselement 142 erzeugte Eingangssignal wird über die Leitung 144 an den Signalgenerator 102 gesendet. Das Eingangssignal wird vom Sender 114 über die Leitung 116 an das Kanalparameterelement 118 gesendet. Das Kanalparameterelement 118 verändert (bzw. schwächt) das Eingangssignal entsprechend den Parametern, welche der Kanalemulator 106 emulieren soll. Zum Beispiel soll der Kanalemulator 106 einen Mehrwegezustand emulieren, der sich auf ein Kommunikationssignal auswirkt, das einen Kommunikationskanal durchläuft. Das Eingangssignal wird dann im Signalempfänger 112 durch einen Empfänger 124 empfangen.
Der Signalgenerator 112 beinhaltet auch einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 192, der über die Leitung 191 das Ausgangssignal des Empfängers 124 empfängt. Der Signalempfänger 112 beinhaltet auch einen lokalen Oszillator 186. Der LO 186 erzeugt eine lokale Referenzfrequenz, welche durch den Schalter 188 den ADC 192 und über die Leitung 198 die Frequenz des Empfängers 124 steuert. Der Schalter 188 ist als einpoliger Ausschalter dargestellt, jedoch kann jede Schalteinrichtung verwendet werden, die zur Steuerung des Takts des ADC 192 mittels der Frequenz des LO 186 geeignet ist.
Bei einer Ausführungsform arbeiten der LO 172 und der LO 186 synchron, was durch die Leitung 182 angezeigt wird. Durch die Synchronisierung des LO 172 und des LO 186 wird sichergestellt, dass der Sender 114 und der Empfänger 124 frequenzsynchron arbeiten. Desgleichen arbeiten der Schalter 176 und der Schalter 188 synchron, was durch die Leitung 184 angezeigt wird. Durch die Synchronisierung des Schalters 186 und des Schalters 188 wird sichergestellt, dass die Abtastraten des DAC 166 und des ADC 192 synchron verlaufen.
Der Empfänger 124 leitet das empfangene Signal an den ADC 192 weiter. Der ADC 192 digitalisiert das empfangene Signal und leitet es an den Basisband-Signalempfänger 196 weiter. Der Basisband-Signalempfänger 196 leitet das empfangene Signal wieder als geschwächtes empfangenes Signal 126 an den Signalprozessor 128 weiter. Als Signalprozessor 128 kann jede Verarbeitungs- oder Recheneinheit verwendet werden, welche das empfangene Signal analysieren kann. Das System und das Verfahren zur Leistungsmessung und -bewertung von Kanalemulatoren messen die Gesamtleistung des Kanalemulators unter vorgegebenen Übertragungsbedingungen eines Kanals.
Ein Prozessorsignal-Festlegungselement 152 sendet über die Leitung 154 ein Prozessorsignal an den Signalprozessor 128. Im Folgenden wird beschrieben, wie das vom Prozessorsignal-Festlegungselement 152 gesendete Prozessorsignal je nach Beschaffenheit des vom Sendesignal-Festlegungselement 142 gesendeten Eingangssignals gleich dem vom Sendesignal-Festlegungselement 142 gesendeten Signal oder von diesem verschieden sein kann.
Als Kanalemulator 106 kann jede Art von Kanalemulator oder Kanalabschwächer verwendet werden, entweder ein Basisband-Kanalemulator oder ein HF-Kanalemulator. Ferner kann als Kanalemulator 106 ein Kanalemulator mit einem Pfad oder ein Kanalemulator mit mehreren Pfaden verwendet werden.
Der Signalgenrator 102 sendet periodisch das vom Sendesignal-Festlegungselement 142 festgelegte Eingangssignal. Als Signalgenerator 102 kann je nach den Eigenschaften des zu messenden Kanalemulators ein Basisband-Signalgenerator oder ein HF-Signalgenerator verwendet werden. Bei einer Ausführungsform, bei der ein MIMO-Kanalemulator verwendet wird, sollte wie im Folgenden beschrieben als Signalgenerator 102 ein Mehrkanal-Signalgenerator eingesetzt werden, dessen sämtliche Kanäle synchron arbeiten müssen.
Bei dem durch das Sendesignal-Festlegungselement 142 erzeugten Eingangssignal handelt es sich um ein speziell zugeschnittenes Eingangssignal, zum Beispiel um ein Chirp-Signal, eine Pseudozufallssequenz (preudo-random number, PN) eine Zadoff-Chu-Sequenz oder ein beliebiges anderes Signal mit einem guten Autokorrelationsverhalten und im Falle der Leistungsmessung eines MIMO-Kanalemulators einem guten orthometrischen, mitunter auch als orthogonal oder im Wesentlichen orthogonal bezeichneten, Kreuzkorrelationsverhalten.
Ein Chirp-Signal ist definiert durch
wobei b die Chirp-Rate, die Amplitude a[t] eine rechteckige Hüllkurve und τ₀ die Dauer des Chirp-Signals ist. Die Chirp-Rate ist gleich der momentanen Rate der Frequenzänderung eines Signalverlaufs.
Eine PN-Segenz, auch als Pseudozufalls-Binärsequenz (PRBS) bekannt, kann unter Verwendung der im Folgenden gezeigten typischen Struktur von einem linear rückgekoppelten Schieberegister (FSR) erzeugt werden.
Eine Zadoff-Chu-Sequenz stellt eine mehrphasige Codesequenz mit ausgezeichnetem Autokorrelationsverhalten dar und wird ausgedrückt durch:
wobei m und N Prim zueinander sind (oder m = 1).
Ferner können vom Sendesignal-Festlegungselement 142 auch andere Signalarten erzeugt und vom Signalgenerator 102 gesendet werden.
Der Begriff ”Autokorrelation” bezeichnet ein mathematisches Verfahren zum Ermitteln sich wiederholender Muster, zum Beispiel des Vorliegens eines durch Rauschen verdeckten periodischen Signals, oder zum Ermitteln der fehlenden Grundfrequenz in einem Signal aus dessen Oberschwingungsfrequenzen. Die Autokorrelation dient bei der Signalverarbeitung zum Analysieren von Funktionen oder Wertereihen, zum Beispiel von Zeitdomänensignalen.
Der Begriff ”Kreuzkorrelation” beschreibt ein Maß der Übereinstimmung zwischen zwei Signalverläufen als Funktion einer zeitlichen Verzögerung bei einem der Signalverläufe. Die Kreuzkorrelation dient normalerweise zur Suche nach einem bekannten kurzzeitigen Merkmal in einem Signal von längerer Dauer.
Der Signalempfänger 112 empfängt das geschwächte Signal vom Kanalemulator 106 und speichert es zur Weiterverarbeitung durch den Signalprozessor 128. Als Signalempfänger 112 kann je nach Ausgangssignal des Kanalemulators 106 ein Basisband-Signalempfänger oder ein HF-Signalempfänger verwendet werden. Wenn es sich um ein HF-Signal handelt, wird dieses vom Signalempfänger wieder auf das Basisband abwärts umgesetzt. Als Signalempfänger 112 muss ein Mehrkanalempfänger verwendet werden, wenn als Kanalemulator 106 ein MIMO-Kanalemulator verwendet wird, und alle Kanäle müssen gemäß der folgenden Beschreibung synchron arbeiten.
Wenn es sich bei dem vom Signalgerator 102 gelieferten Signal um ein Chirp-Signal handelt, sind das vom Eingangssignal-Festlegungselement 142 an den Signalgenerator 102 gesendete Signal und das vom Prozessorsignal-Festlegungselement 152 an den Signalprozessor 128 gesendete Prozessorsignal gleich.
Wenn es sich jedoch bei dem vom Signalgenerator 102 gesendeten Eingangssignal um eine Zadoff-Chu-Sequenz oder eine PN-Sequenz handelt, unterscheiden sich das vom Eingangssignal-Festlegungselement 142 an den Signalgenerator 102 gesendete Signal und das vom Prozessorsignal-Festlegungselement 152 an den Signalprozessor 128 gesendete Signal voneinander. Bei einer solchen Ausführungsform muss das vom Prozessorsignal-Festlegungselement 152 an den Signalprozessor 128 gesendete Prozessorsignal {a_l} gemäß der obigen Beschreibung eine Länge von L aufweisen, während das vom Eingangssignal-Festlegungselement 142 an den Signalgenerator 102 gesendete Signal aus einer Sequenz der Länge 2L bestehen muss, in welcher der Term {a_l} zweimal auftaucht, was sich durch {a₁, a₂, ... a_L, a₁, a₂, ... a} ausdrücken lässt.
Das Ausgangssignal des Signalprozessors 128 wird über die Leitung 132 an ein Kanalemulator-Leistungsermittlungselement 134 ausgegeben. Das Kanalemulator-Leistungsermittlungselement 134 betrifft jedes System, jede Software, jedes Verfahren oder jeden Prozess, die zum Analysieren der Ergebnisse des Signalprozessors 128 geeignet sind, um die hier auch als Leistungsindizes bezeichneten Leistungsparameter des Kanalemulators 106 zu ermitteln. Das Kanalemulator-Leistungsermittlungselement 134 gibt ein Ausgangssignal über die Leitung 136 an das Kanalemulator-Leistungsbewertungselement 138 aus. Das Kanalemulator-Leistungsbewertungselement 138 betrifft jedes System, jede Software, jedes Verfahren oder jeden Prozess, die zum Analysieren der Ergebnisse des Kanalemulator-Leistungsermittlungselements 134 geeignet sind, um die Leistungsfähigkeit des Kanalemulators 106 zu bewerten.
3 ist eine schematische Darstellung, die eine alternative Ausführungsform des in 2 gezeigten Systems und des Verfahrens zur Leistungsmessung und -bewertung des Kanalemulators veranschaulicht. Die in 3 gezeigte Ausführungsform kann auf einen MIMO-Kanalemulator angewendet werden. Die Elemente im System 200 sind den Elementen im System 100 ähnlich und werden in der Form 2XX bezeichnet, wobei sich die Zahl XX in 3 auf ein ähnliches Element in 2 bezieht. Bestimmte Elemente der in 3 gezeigten Ausführungsform sind in der Figur zur Verdeutlichung nicht dargestellt. Zum Beispiel beinhaltet der Signalgenerator 202 einen lokalen Oszillator, einen Basisband-Signalgenerator und einen DAC, was jedoch zur Verdeutlichung nicht gezeigt ist, aber unter Bezug auf 2 beschrieben wurde. Zur Vereinfachung sind diese Elemente im TX-Synchronisierungselement 260 zusammengefasst. Desgleichen beinhaltet der Signalempfänger 212 einen lokalen Oszillator, einen ADC und einen Basisband-Signalempfänger, was jedoch zur Verdeutlichung nicht gezeigt ist, aber oben unter Bezug auf 2 beschrieben wurde. Zur Vereinfachung sind diese Elemente im RX-Synchronisierungselement 270 zusammengefasst. Das TX-Synchronisierungselement 260 synchronisiert den Betrieb aller Sender 214 und das RX-Synchronisierungselement 270 den Betrieb aller Empfänger 224.
Der dargestellte Signalgenerator 202 ist über die Leitung 204 mit dem Kanalemulator 206 und dieser über die Leitung 208 mit dem Signalempfänger 212 verbunden. Als Kanalemulator 206 kann ein ähnlicher Kanalemulator wie in 1 verwendet werden, jedoch handelt es sich bei dieser Ausführungsform um einen MIMO-Kanalemulator. Die Leitungen 204 und 208 sind als allgemeine Leitungen dargestellt. Zwischen dem Signalgenerator 102, dem Kanalemulator 106 und dem Signalempfänger 112 können noch weitere spezielle Leitungen bestehen. Das System 200 beinhaltet einen Signalgenerator 202 mit einer Vielzahl von Sendern, die als Sender 214-1 bis 214-M bezeichnet werden. Die Anzahl der Sender 214 ist gleich der Anzahl der Eingangsanschlüsse 217 des MIMO-Kanalemulators 206.
Die vom Sendesignal-Festlegungselement 242 erzeugten M verschiedenen Eingangssignale werden über die Leitungen 244-1 bis 244-M an den Signalgenerator 202 gesendet. Die M Eingangssignale werden dann an alle Sender 214-1 bis 214-M gesendet.
Wenn es sich bei den Eingangssignalen um Chirp-Signale handelt, werden als Eingangssignale M verschiedene Chirp-Signale ausgewählt, die jeweils eine andere Chirp-Rate aufweisen. Wenn es sich bei den Eingangssignale um PN-Sequenzen handelt, können, wie dem Fachmann bekannt ist, aus einer Gruppe bekannter PN-Sequenzen M verschiedene Folgen ausgewählt werden. Wenn es sich bei den Eingangssignalen um eine Zadoff-Chu-Sequenzen handelt, darf die Anzahl der Eingangssignale nicht mehr als zwei betragen, wobei das Verfahren zur Erzeugung der Zadoff-Chu-Sequenz im Folgenden in Gleichung (8) beschrieben wird. Ein Vorteil der Verwendung einer Zadoff-Chu-Sequenz besteht darin, dass die Kreuzkorrelationseigenschaft von zwei Zadoff-Chu-Sequenz wesentlich besser ist als die Kreuzkorrelation bei Verwendung von Chirp-Signalen oder PN-Sequenzen. Bei einer solchen Anwendung ist die Anzahl der Eingangsanschlüsse des zu messenden Kanalemulators auf zwei Anschlüsse beschränkt.
Die Eingangssignale werden von den Sendern 214 über entsprechende Leitungen 216-1 bis 216-M an ein Kanalparameterelement 218 gesendet.
Der Kanalemulator 206 beinhaltet Eingangsanschlüsse 217-1 bis 217-N sowie Ausgangsanschlüsse 219-1 bis 219-N. Bei einem MIMO-Kanalemulator ist die Anzahl M der Sender 214 gleich der Anzahl der Eingangsanschlüsse 217 des Kanalemulators und die Anzahl N der Empfänger 224 gleich der Anzahl der Ausgangsanschlüsse 219 des Kanalemulators. Die Anzahl der Sender M kann gleich der Anzahl der Empfänger N oder von dieser verschieden sein. Für jeden Sender 214, M, und jeden Empfänger 224, N, gibt es einen Kanal, (Kanal M, N), über den das Eingangssignal den Kanalemulator durchläuft. Somit ist die Anzahl der Kanäle eines MIMO-Kanalemulators gleich M × N.
3 zeigt, dass das durch einen Empfänger (zum Beispiel durch den Empfänger N) empfangene Signal gleich der Summe der geschwächten Signale vom Sender 214-1 bis zum Sender 214-M ist, die dem Einfluss der Abschwächung von Kanal 1, N bis M, N ausgesetzt waren. Somit sind die Sendesignale vom Sender 214-1 bis zum Sender 214-M gleich. Die M miteinander verknüpften Sendesignale bilden das Empfangssignal am Empfänger N. Deshalb werden M spezifische Eingangssignale verwendet. Jedes Eingangssignal entspricht einem Sender 214, und alle M Signale unterscheiden sich voneinander.
Das Kanalparameterelement 218 verändert (bzw. schwächt) die Eingangssignale entsprechend den Parametern, welche der Kanalemulator 206 zu emulieren versucht. Zum Beispiel kann der Kanalemulator 206 versuchen, eine Mehrwegebedingung zu emulieren, die sich auf ein Übertragungssignal beim Durchlaufen eines Übertragungskanals auswirkt. Das geschwächte Signal von jedem Ausgangsanschluss 219 wird dann durch einen entsprechenden Empfänger 224 im Signalempfänger 212 empfangen. Bei einer MIMO-Anwendung müssen alle Sender 214-1 bis 214-M und alle Empfänger 224-1 bis 224-N untereinander synchronisiert sein. Die Sender 214 werden durch das TX-Synchronisierungselement 260 und die Empfänger 224 durch das RX-Synchronisierungselement 270 synchronisiert. Ferner muss jeder Sender 214 und jeder Empfänger 224 mit der Frequenz des dem Kanalemulator zugewiesenen lokalen Oszillators (LO) frequenzsynchronisiert sein, was durch das TX-Synchronisierungselement 260 und das RX-Synchronisierungselement 270 veranschaulicht wird. Ferner muss die Abtastrate des jedem Sender 214 zugeordneten Digital-Analog-Umsetzers (DAC) mit der Abtastrate des jedem Empfänger 224 zugeordneten Analog-Digital-Umsetzers ADC) synchronisiert sein, was ebenfalls durch das TX-Synchronisierungselement 260 und das RX-Synchronisierungselement 270 veranschaulicht wird. Durch das Synchronisieren des LO im Signalgenerator (102, 202) mit dem LO im Signalempfänger (112, 212) und das Synchronisieren des DAC im Signalgenerator (102, 202) mit dem ADC im Signalempfänger (112, 212) werden alle oder fast alle Synchronisierungsfehler zwischen dem Signalgenerator (102, 202) und dem Signalempfänger (112, 212) beseitigt und eine genaue Datenerfassung durch das System ermöglicht.
Der Signalempfänger 212 leitet die empfangenen Signale an den Signalprozessor 228 weiter. Als Signalprozessor 228 kann jede Verarbeitungs- oder Recheneinrichtung verwendet werden, die das empfangene Signal analysieren kann. Das System und das Verfahren zur Leistungsmessung und -bewertung von Kanalemulatoren messen die Leistungsfähigkeit des Kanalemulators unter vorgegebenen Übertragungsbedingungen eines Kanals.
Als Kanalemulator 206 kann jede Art von Kanalemulator oder Kanalabschwächer verwendet werden, entweder ein Basisband-Kanalemulator oder ein HF-Kanalemulator. Bei dieser Ausführungsform wird als Kanalemulator 206 ein MIMO-Kanalemulator verwendet.
Das vom Signalgenerator 202 erzeugte Signal ist dem vom Signalgenerator 102 erzeugten Signal ähnlich, jedoch ist das Signal bei dieser Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung für eine MIMO-Anwendung bestimmt.
Das Ausgangssignal des Signalprozessors 228 wird über die Leitung 232 an ein Kanalemulator-Leistungsermittlungselement 234 ausgegeben. Das Kanalemulator-Leistungsermittlungselement 234 betrifft jedes System, jede Software, jedes Verfahren oder jeden Prozess, die zum Analysieren der Ergebnisse des Signalprozessors 228 geeignet sind, um die hier auch als Leistungsindizes bezeichneten Leistungsparameter des Kanalemulators 206 zu ermitteln. Das Kanalemulator-Leistungsermittlungselement 234 gibt ein Ausgangssignal über die Leitung 236 an das Kanalemulator-Leistungsbewertungselement 238 aus. Das Kanalemulator-Leistungsbewertungselement 238 betrifft jedes System, jede Software, jedes Verfahren oder jeden Prozess, die zum Analysieren der Ergebnisse des Kanalemulator-Leistungsermittlungselements 234 geeignet sind, um die Leistungsfähigkeit des Kanalemulators 206 zu bewerten.
4 ist eine Übersichtsdarstellung 300, die eine Ausführungsform des Signalprozessors 128 von 2 veranschaulicht. Der Signalprozessor 300 kann auf einen SISO-Kanalemulator angewendet werden. Das vom Signalempfänger 112 empfangene geschwächte Signal 302 s_r(t) wird über die Leitung 306 an eine Korrelationseinheit 308 gesendet. Das Eingangssignal mit der Form s_t(t) wird vom Prozessorsignal-Festlegungselement 352 über die Leitung 304 an die Korrelationseinheit 308 gesendet. Das resultierende Ausgangssignal von der Korrelationseinheit 308 stellt ein korreliertes Signel mit der Form s_corr(t) dar. scorr(t) = sr(t) ⊗ st(t) (3)
Das vom Sendesignal-Festlegungselement 342 (z. B. das Chirp-Signal, die PN-Sequenz oder die Zadoff-Chu-Sequenz usw.) weisen eine gute Autokorrelationseigenschaft auf. Die Autokorrelationseigenschaft des Chirp-Signals kann zum Beispiel wie folgt ausgedrückt werden sChirp(t) ⊗ sChirp(t) = sin c(πbτ0t) (4) was bei einer hinreichend großen Bandbreite bτ₀ als Näherung einer Dirac-Funktion angesehen werden kann. Theoretisch stellt die Dirac-Funktion eine Funktion dar, die eine unendlich scharfe Peak-Fläche der Größe eins repräsentiert: eine Funktion δ(x), deren Wert überall außer bei x = 0, wo sie unendlich groß ist, den Wert null hat, sodass ihr Integral gleich 1 ist.
Ein Signal weist eine gute Autokorrelationseigenschaft auf, wenn die Autokorrelation des Signals einem Impulssignal wie dem einer Dirac-Funktion ähnelt. Der Begriff Autokorrelation wird mitunter auch als ”Impulskompression” bezeichnet. Der Begriff ”Impulskompression” bezeichnet ein Signalverarbeitungsverfahren, mit dessen Hilfe ein gesendeter Impuls mit einem empfangenen Signal korreliert wird.
Wenn als Beispiel die Emulation einer SISO-Mehrwege-Abschwächung verwendet wird, gibt es, wie oben beschrieben, im Kanalemulator 106 ein Eingangssignal vom Sender 114 und ein Ausgangssignal in den Empfänger 124. Der Kanalemulator 106 vervielfältigt jedoch das Eingangssignal zu einer Vielzahl von Signalen L, die im Kanalemulator 106 eine Vielzahl von Emulationskanälen durchlaufen. Diese zahlreichen Pfade emulieren die Mehrwege-Abschwächung des den Kanalemulator durchlaufenden Signals. Jedes emulierte Signal unterliegt einer Pfadverzögerung und einer Pfaddämpfung. All diese Signale werden miteinander verknüpft und bilden das geschwächte Empfangssignal 126/226. Da die Länge des Eingangssignals für gewöhnlich wesentlich größer als die Pfadverzögerung ist, ist es schwer, die die verschiedenen Pfade durchlaufenden Einzelsignale vom empfangenen Signal zu unterscheiden. Wenn ein Eingangssignal mit einer guten Autokorrelationseigenschaft verwendet und das geschwächte Empfangssignal mit dem Eingangssignal korreliert wird, führt dies dazu, dass jedes der Signale, welche die L Pfade im Kanalemulator repräsentieren, durch eine Dirac-Funktion ausgedrückt wird, sodass jedes Signal vom geschwächten Empfangssignal unterschieden werden kann. Nachdem das geschwächte Empfangssignal mit dem Eingangssignal korreliert wurde, repräsentiert das entstehende korrelierte Signal die Impulsantwort des Kanalemulators.
Ein weiteres Beispiel, das nicht als Einschränkung aufzufassen ist, stellt die Autokorrelationseigenschaft einer Zadoff-Chu-Sequenz dar:
Somit repräsentiert das korrelierte Signal 314 s_corr(t) die Kanalimpulsantwort (channel impulse response, CIR) des Kanalemulators 106. Aus dem Signal 314 s_corr(t) können der oder die Kanalkoeffizienten der simulierten Pfade im Kanalemulator 106 durch das Kanalkoeffizientenelement 318 gewonnen und die Verzögerung jedes Pfades gemessen werden. Die Kanalkoeffizienten werden einer statistischen Analyse unterzogen, um die statistische Leistungsfähigkeit des Kanalemulators 106, 206 zu ermitteln. 12 ist eine grafische Darstellung 1100, welche das korrelierte Signal 314 s_corr(t) eines Kanals mit drei Pfaden veranschaulicht. Die Peaks 1102, 1104 und 1106 repräsentieren die drei Pfade des Kanals. Die komplexen Werte der drei Peaks repräsentieren die Kanalkoeffizienten der drei Pfade des Kanals. Die Pfaddämpfung ist normalisiert. Die Lage der drei Pfade auf der horizontalen Achse repräsentiert nur die Verzögerungsdifferenzen zwischen den Pfaden und nicht die absolute Kanalverzögerung der drei Pfade.
Da der Signalgenerator 102 (2) das Eingangssignal periodisch sendet, kann nach der Korrelationsverarbeitung der periodische Kanalkoeffizient jedes Pfades mit derselben Periode gewonnen werden wie der des Signalgenerators 102. Deshalb durch Anwendung der statistischen Analyse auf den periodischen Kanalkoeffizienten die statistische Leistungsfähigkeit des Kanalemulators 106 gemessen werden.
5 ist eine Übersichtsdarstellung 400, die eine Ausführungsform des Signalprozessors 228 von 3 veranschaulicht.
Bei der Bewertung der Leistungsfähigkeit eines MIMO-Kanalemulators (206, 3) weist das vom Kanalemulator (206, 3) empfangene geschwächte Signal mehrere verschiedene Empfangssignale von verschiedenen Ausgängen (222-1 bis 222-N, 3) des Kanalemulators 206 auf. Jedes Empfangssignal s_r,n(t) ist gleich der Summe der geschwächten Signale von verschiedenen Eingangsanschlüssen (217-1 bis 217-N, 3) des Kanalemulators 206. Jeder Term s_r,n(t) wird durch die entsprechenden Korrelationseinheiten 409-1 bis 409-M jeweils mit allen M Eingangssignalen 442-1 bis 442-M, s_t,1(t), s_t,2(t), ... s_t,M(t), für jedes Exemplar des Empfangssignals s_r,n(t) korreliert. Die Korrelationseinheit 408 beinhaltet mehrere Korrelationsergebnisse, die jeweils einem Exemplar des Empfangssignals s_r,n(t) entsprechen. Das korrelierte Signal, s_corr,n,m(t) kann definiert werden als: scorr,n,m(t) = sr,n(t) ⊗ st,m(t), m = 1, ... M, n = 1, ... N (6)
Das vom Sendesignal-Festlegungselement 442 erzeugte Eingangssignal (d. h. das Chirp-Signal, die PN-Sequenz oder die Zadoff-Chu-Sequenz usw.) weist nicht nur gute Autokorrelationseigenschaften, sondern unbedingt auch eine im Wesentlichen orthogonale Kreuzkorrelationseigenschaft auf.
Der oben erwähnte Begriff ”Kreuzkorrelation” beschreibt ein Maß der Übereinstimmung zwischen zwei Signalverläufen als Funktion einer zeitlichen Verzögerung bei einem der Signalverläufe.
Zwei Signale weisen eine gute Kreuzkorrelationseigenschaft auf, wenn die Kreuzkorrelation von zwei Signalen zu einem Signal mit einem niedrigeren Pegel führt, als wenn diese beiden Signale einzeln autokorreliert werden.
Bei der Messung für einen MIMO-Kanalemulator werden wie oben erwähnt M verschiedene Eingangssignale für s_t,1(t), s_t,2(t), ... s_t,M(t) verwendet. Wenn zum Beispiel ein Chirp-Signal verwendet wird, weist jedes Chirp-Signal eine andere Chirp-Rate auf. Eine im Wesentlichen orthogonale Kreuzkorrelationseigenschaft für zwei verschiedene Chirp-Signale mit unterschiedlicher Chirp-Rate kann im folgenden Beispiel gezeigt werden. Wenn zum Beispiel als Eingangssignal für den Signalgenerator 202 ein Chirp-Signal verwendet wird, ergibt sich für zwei verschiedene Chirp-Signale s_Chirp,1(t) und s_Chirp,2(t) mit unterschiedlichen Chirp-Raten die folgende Kreuzkorrelation:
Die Autokorrelation des Signals s_Chirp,1(t) und die Kreuzkorrelation der Signale s_Chirp,1(t) und s_Chirp,2(t) sind in 6 gezeigt. Der Kurvenverlauf 502 repräsentiert die Autokorrelation des Chirp-Signals s_Chirp,1(t) und der Kurvenverlauf 504 die Kreuzkorrelation der Chirp-Signale s_Chirp,1(t) und s_Chirp,2(t). Aus diesem Beispiel, das nicht als Einschränkung zu verstehen ist, zeigt sich deutlich, dass die Autokorrelation von s_Chirp,1(t) ungefähr 24 dB höher ist als die Kreuzkorrelation von s_Chirp,1(t) und s_Chirp,2(t). Somit kann ein geschwächtes Empfangssignal vom Signalemulator 206 als s_out(t) = h₁s_Chirp,1(t) + h₂s_Chirp,2(t) dargestellt werden. Nach der Korrelation mit s_Chirp,1(t) ergibt sich das Ergebnissignal zu scorr(t) = h1sChirp,1(t) ⊗ sChirp,1(t) + h2sChirp,2(t) ⊗ sChirp,1(t) = h1s1(t) + h2s2(t)
Da der Pegel von s₁(t) deutlich höher als s₂(t) ist, kann s₂(t) als Rauschen angesehen und vernachlässigt und s₁(t) als Dirac-Funktion angesehen werden, sodass der Koeffizient von h₁ aus s_corr(t) gewonnen werden kann.
Eingangssignale mit einer guten Kreuzkorrelationseigenschaft sind besonders gut zur Bewertung der Leistungsfähigkeit eines MIMO-Kanalemulators geeignet, da bei der MIMO-Abschwächung eine Vielzahl von Sendern und Empfängern beteiligt ist. Das geschwächte Empfangssignal von jedem Empfänger 224 stellt eine Verknüpfung der Signale von allen verschiedenen Sendern 214 dar. Um alle diese Signale von den verschiedenen Sendern zu trennen, werden Eingangssignale mit einer guten Kreuzkorrelationseigenschaft verwendet. Wenn das geschwächte Empfangssignal wie oben erwähnt mit verschiedenen Eingangssignalen von verschiedenen Sendern korreliert, kann die dem jeweiligen Sender entsprechende Impulsantwort des Kanals aus dem resultierenden korrelierten Signal gewonnen werden.
Auf der Grundlage der Autokorrelations- und Kreuzkorrelationseigenschaft der Chirp-Signale können die Kanalkoeffizienten des n-ten Eingangssignals bis zum m-ten Ausgangssignal des Kanalemulators 206 aus dem Signal s_corr,n,m(t) gewonnen werden. Das Signal s_corr,n,m(t) stellt die Korrelation des Eingangssignals s_t,m(t) mit dem empfangenen geschwächten Signal s_r,n(t) dar. Aus dem Signal 414, können durch das Kanalkoeffizientenelement 418 die Kanalkoeffizienten der simulierten Pfade im Kanalemulator 206 gewonnen und die Verzögerung jedes Pfades gemessen werden.
Wenn als Eingangssignal s_t,m(t) eine Zadoff-Chu-Sequenz verwendet wird, wird ein anderes auf zwei speziell zugeschnittenen Zadoff-Chu-Sequenzen basierendes Verarbeitungsverfahren angewendet. Mit diesem Verfahren kann eine wesentlich höhere Messgenauigkeit erreicht werden als bei Verwendung eines Chirp-Signals oder einer PN-Sequenz. Ein Beispiel der Zadoff-Chu-Sequenzen für das Eingangssignal ist:
Es lässt sich zeigen, dass die Kreuzkorrelation von {a_k} und {b_k} gleich
ist, was außer bei 0 und den N/2 Ausläufern ausschließlich den Wert null ergibt.
Bei diesem Beispiel muss das vom Sendesignal-Festlegungselement 242 gesendete Eingangssignal das folgende Aussehen haben:
Unter der Annahme, dass das geschwächte Empfangssignal s_r,n(t) in der Form
ausgedrückt werden kann, wobei h_mn,l gleich dem Kanalkoeffizienten des l-ten Pfades vom Eingang m zum Ausgangs n ist und n, gleich der Verzögerung des l-ten Übertragungspfades ist, muss das Maximum von n_l kleiner als N/2 sein. Wenn s_r,n(n) mit der Sequenz b korreliert, ergibt sich
Der Kanalkoeffizient von h_11,l,l = 1, 2 ... L aus dem zweiten Term in Gleichung (12) gewonnen werden. Die Korrelationssignale weisen bis auf die Ausläufer der Pfadverzögerung n_l den Wert null auf, sodass die Ermittlungsgenauigkeit der Kanalkoeffizienten wesentlich höher ist als bei Verwendung eines Chirp-Signals oder einer PN-Sequenz als Eingangssignal.
Auf der Grundlage der gewonnenen Kanalkoeffizienten aller Kanäle im Kanalemulator 206 können alle Leistungsparameter des Kanalemulators gemessen werden. Zu den Leistungsparametern gehört die Kanalkorrelationsmatrix, die für einen MIMO-Kanalemulator charakteristisch ist.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Gewinnung der Leistungsindizes eines Kanalemulators beschreibt. In Schritt 602 wird von dem Sendesignal-Festlegungselement 142 ein Eingangssignal der Form s_t(t) erzeugt. In Schritt 604 wird das Eingangssignal s_t(t) an den Kanalemulator 106 gesendet. In Schritt 606 wird das geschwächte Empfangssignal s_r(t) vom Signalempfänger 112 empfangen und an die Korrelationseinheit 308 gesendet. In Schritt 608 wird das Eingangssignal s_t(t) mit dem geschwächte Empfangssignal s_r(t) korreliert, um das korrelierte Signal mit der Form s_corr(t) zu erzeugen.
In Schritt 612 werden vom Kanalkoeffizientenelement 318 die Kanalkoeffizienten für den Kanalemulator erzeugt. In Schritt 614 werden die Leistungsindizes des Kanalemulators für die Pfadverzögerung, die Pfaddämpfung, die Einheitsleistung, die Korrelationskoeffizientenmatrix, das Rayleigh-Fading CPDF (Cumulative Probability Distribution Function, kumulative Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion), die Korrelation von Real- und Imaginärteil, die Autokorrelation des Pfades, die LCR (Level Crossing Rate, Pegelwechselrate), die Pfadwechselkorrelation, das Dopplerspektrum, die Dopplerfrequenz, das log-normale Fading und die Auswirkung des Rici-K-Faktors erzeugt.

In Tabelle 1 sind Beispiele der Leistungsindizes für den gemessenen Kanalemulator aufgeführt.

Tabelle. 1: Leistungsindizes für den Kanalemulator 305PDP und die Einheitsleistung		Pfadverzögerung
		Pfaddämpfung
		Einheitsleistung
Leistung gemäß Korrelationskoeffizientenmatrix
Statistikwert des Rayleigh-Fading	CFD-Bewertung des Rayleigh-Fading	Stärke
		Realteil
		Imaginärteil
	Bewertung der Korrelation von Real- und Imaginärteil
	Bewertung der Autokorrelation
	Bewertung der Pegelwechselrate
	Bewertung der Pfadkreuzkorrelation
Spektralverhalten des Rayleigh-Fading		Form
		Dopplerfrequenz
Log-normales Fading
Auswirkung des Rici-K-Faktors

8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Bewertung des Leistungsverzögerungsprofils (POP), welches die Pfadverzögerung und die Pfaddämpfung beinhaltet, und zur Bewertung der Einheitsleistung des Kanalemulators von 2 oder 3 beschreibt. Die Leistungsindizes für die Pfadverzögerung, die Pfaddämpfung und die Einheitsleistung werden im Signalprozessor 128 (2) oder 228 (3) berechnet. Nach dem Durchführen der oben beschriebenen Signalverarbeitung im Signalprozessor (128 in 2 oder 228 in 3) werden die gemessenen Leistungsindizes des Kanalemulators gewonnen. Die in den 8 bis 11 dargelegten Verfahren beschreiben Ausführungsformen eines Bewertungsverfahrens zur Bewertung der Leistungsfähigkeit des Kanalemulators auf der Grundlage der gemessenen Leistungsindizes.
In Schritt 702 empfängt das Kanalemulator-Leistungsbewertungselement 138 (2 oder 238 in 3) die Indizes Pfadverzögerung, Pfaddämpfung und Einheitsleistung vom Kanalemulator-Leistungsermittlungselement 134 (2 oder 234 in 3). In Schritt 704 werden die Leistungskennwerte des Kanalemulators bereitgestellt. Die Leistungskennwerte können zum Beispiel auf der Grundlage der für den Kanalemulator erwarteten Leistungswerte vom Benutzer definiert werden. Üblicherweise werden die Leistungskennwerte auf der Grundlage der Leistungskriterien für den Kanalemulator in Verbindung mit dem geltenden Übertragungsstandard festgelegt. In Schritt 706 werden die Indizes Pfadverzögerung, Pfaddämpfung und Einheitsleistung mit den entsprechenden Kennwerten verglichen und dabei festgestellt, ob sie gleich den Kennwerten sind oder diese überschreiten. Das heißt, in Schritt 706 wird festgestellt, ob die Leistungswerte des Kanalemulators die Leistungstests bestehen. Wenn der Kanalemulator die Leistungstests besteht, wird der Prozess in 9 fortgesetzt. Wenn der Kanalemulator die Tests nicht besteht, wird in Schritt 708 ein PDP-Emulationsfehler angezeigt.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Bewerten der Kanalkorrelationsleistung des Kanalemulators von 2 oder 3 beschreibt. In Schritt 802 empfängt das Kanalemulator-Leistungsbewertungselement 138 (2, oder 238 in 3) die Kanalkorrelationskoeffizienten vom Kanalemulator-Leistungsermittlungselement 134 (2 oder Fig. 234 in 3) und das Ergebnis von Schritt 706 in 8.
In Schritt 804 werden die Leistungskennwerte des Kanalemulators bereitgestellt. In Schritt 806 werden die Kanalkorrelationskoeffizienten mit den entsprechenden Kennwerten verglichen und dabei festgestellt, ob die Indizes gleich den Kennwerten sind oder diese überschreiten. Das heißt, in Schritt 806 wird festgestellt, ob die Leistungwerte des Kanalemulators die Leistungstests bestehen. Wenn der Kanalemulator die Leistungstests besteht, wird der Prozess in 10 fortgesetzt. Wenn der Kanalemulator die Tests nicht besteht, wird in Schritt 808 ein Emulationsfehler für die Kanalkorrelation angezeigt.
10 ist ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bewerten des Rayleigh-Fading-Verhaltens des Kanalemulators von 2 oder 3. In Schritt 902 empfängt das Kanalemulator-Leistungsbewertungselement 138 (2, oder 238 in 3) die Rayleigh-Fading-Koeffizienten vom Kanalemulator-Leistungsermittlungselement 134 (2, oder 234 in 3) und das Ergebnis von Schritt 806 in 9.
In Schritt 904 werden die Leistungskennwerte des Kanalemulators bereitgestellt. In Schritt 906 werden die Rayleigh-Fading-Koeffizienten mit den entsprechenden Kennwerten verglichen und dabei festgestellt, ob die Indizes gleich den Kennwerten sind oder diese überschreiten. Das heißt, in Schritt 906 wird festgestellt, ob die Leistungwerte des Kanalemulators die Leistungstests bestehen. Wenn der Kanalemulator die Leistungstests besteht, wird der Prozess in 11 fortgesetzt. Wenn der Kanalemulator die Tests nicht besteht, wird in Schritt 908 ein Emulationsfehler für das Rayleigh-Fading angezeigt.
11 ist ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bewerten des log-normalen Fading und der Auswirkung der Rici-K-Faktorwerte des Kanalemulators von 2 oder 3. In Schritt 1002 empfängt das Kanalemulator-Leistungsbewertungselement 138 (2, oder 238 in 3) die log-normalen und die Rici-K-Koeffizienten vom Kanalemulator-Leistungsermittlungselement 134 (2, oder 234 in 3) und das Ergebnis von Schritt 906 in 10.
In Schritt 1004 werden die Leistungskennwerte des Kanalemulators bereitgestellt. In Schritt 1006 werden die Koeffizienten des log-normalen Fading und des Rici-K-Faktors mit den entsprechenden Kennwerten verglichen und dabei festgestellt, ob die Indizes gleich den Kennwerten sind oder diese überschreiten. Das heißt, in Schritt 1006 wird festgestellt, ob die Leistungwerte des Kanalemulators die Leistungstests bestehen. Wenn der Kanalemulator die Leistungstests besteht, wird angezeigt, dass die Bewertung erfolgreich war, und der Prozess beendet. Wenn der Kanalemulator die Tests nicht bestanden hat, wird in Schritt 1008 ein Emulationsfehler für das log-normale Fading und den Rici-K-Faktor angezeigt.
Auf der Grundlage des Messystems und der Messverfahren, die oben beschrieben wurden, wird die Leistungsfähigkeit eines realen Kanalemulators gemessen. Es werden die Abschwächungen für die Fälle 2 × 2 MIMO, 3 Pfade sowie die Kanalkorrelation betrachtet.
Tabelle 2 zeigt die unter Verwendung eines Chirp-Signals als Eingangssignal gemessene Pfadverzögerung und Pfaddämpfung von Kanal 1. Tabelle 2: Unter Verwendung des Messverfahrens mit Chirp-Signal gemessene Pfadverzögerung und Pfaddämpfung (Kanal 1).

Pfadverzögerung (ns) Pfaddämpfung (dB)

Pfad Nr. Gemessen Ideal Gemessen Ideal

Pfad 1 0 0 –2,01 –2,04

Pfad 2 4993,75 5000 –5,13 –5,04

Pfad 3 9991,25 10000 –11,97 –12,04
Tabelle 3 zeigt die gemessenen Korrelationskoeffizienten des Kanals. Tabelle 3: Unter Verwendung des Messverfahrens mit Chirp-Signal gemessene Korrelationskoeffizienten des Kanals.
Tabelle 4 zeigt die unter Verwendung einer Zadoff-Chu-Sequenz als Eingangssignal gemessene Streckenverzögerung und Streckendämpfung von Kanal 1. Tabelle 4: Unter Verwendung des Messverfahrens einer Zadoff-Chu-Sequenz gemessene Pfadverzögerung und Pfaddämpfung (Kanal 1).

Pfadverzögerung (ns) Pfaddämpfung (dB)

Pfad Nr. Gemessen Ideal Gemessen Ideal

Pfad 1 0 0 –,09 –2,04

Pfad 2 5000,0 5000 –5,00 –5,04

Pfad 3 10000,0 10000 –12,11 –12,04
Tabelle 5 zeigt die gemessenen Korrelationskoeffizienten des Kanals. Tabelle 5: Unter Verwendung des Messverfahrens mit Chirp-Signal gemessene Korrelationskoeffizienten des Kanals.
Die obige detaillierte Beschreibung dient dem Verständnis beispielhafter Ausführungsarten der Erfindung, wobei daraus keine weitergehenden Einschränkungen abgeleitet werden dürfen, da dem Fachmann klar ist, dass Modifikationen möglich sind, ohne vom Geltungsbereich der angehängten Ansprüche und deren gleichwertigen Aussagen abzuweichen.

Claims

System (100) zum Ermitteln der Leistungsfähigkeit eines Kanalemulators (106), welches aufweist: ein Eingangssignal (144); mindesten einen Sender (114) zum Empfangen des Eingangssignals (144), wobei der mindestens eine Sender (114) durch den Kanalemulator (106) mit mindestens einem Empfänger (124) verbunden und der mindestens eine Sender (114) so beschaffen ist, dass er das Eingangssignal (144) durch den Kanalemulator (106) sendet, und wobei der mindestens eine Empfänger (124) so beschaffen ist, dass er ein geschwächtes Empfangssignal (126) empfängt; und einen Signalprozessor (128), der so beschaffen ist, dass er ein Prozessorsignal (154) und das geschwächte Empfangssignal (126) empfängt sowie das Prozessorsignal (154) und das geschwächte Empfangssignal (126) miteinander korreliert, um ein korreliertes Signal (314) zu erzeugen, das einen Kanalimpuls des Kanalemulators (106) repräsentiert, wobei der Kanalimpuls des Kanalemulators (106) dazu dient, mindestens einen Kanalkoeffizienten (318) zu gewinnen, der die Leistungsfähigkeit des Kanalemulators (106) wiedergibt.
System (100) nach Anspruch 1, wobei als Eingangssignal (144) ein Chirp-Signal, eine PN-Sequenz (Pseudozufallszahlen-Sequenz) oder eine Zadoff-Chu-Sequenz gewählt wird.
System (100) nach Anspruch 2, wobei die Zadoff-Chu-Sequenz aufweist:
System (100) nach Anspruch 2, wobei der Kanalkoeffizient (318) eine Impulsantwort des Kanalemulators (106) auf der Grundlage des geschwächten Empfangssignals (126) repräsentiert und das System ferner eine Schaltlogik (134/136) zum Ermitteln der Kanalleistungsindizes Pfadverzögerung, Pfaddämpfung, Einheitsleistung, Korrelationskoeffizientenmatrix, Rayleigh-Fading CPDF (cumulative probability distribution function, kumulative Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion), Korrelation von Real- und Imaginärteil, Pfad-Autokorrelation, LCR (level crossing rate, Pegelwechselrate), Kreuzkorrelation der Pfade, Dopplerspektrum, Dopplerfrequenz, log-normales Fading und Auswirkung des Rici-K-Faktors auf der Grundlage des Kanalkoeffizienten (318).
System (100) nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Kanalemulator (106) um einen SISO-Kanalemulator (single input, single output, Einzeleingang, Einzelausgang) handelt.
System (100) nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Kanalemulator (206) um einen MIMO-Kanalemulator (multiple input, multiple output, Mehrfacheingang, Mehrfachausgang) mit einer Vielzahl von Sendern (214) und einer Vielzahl von Empfängern (224) handelt, wobei jeder Sender (214) mit jedem anderen Sender (214) und jeder Empfänger (224) mit jedem anderen Empfänger (224) synchronisiert ist und jeder Sender (214) und jeder Empfänger (224) so beschaffen sind, dass sie mit derselben Frequenz des lokalen Oszillators (172) und mit derselben Abtastrate arbeiten, und wobei der Signalprozessor (228) ferner so beschaffen ist, dass er eine Kreuzkorrelation des Prozessorsignals (254) mit dem geschwächten Empfangssignal (226) erzeugt, um ein zweites korreliertes Signal (414) zu erzeugen, das einen Kanalimpuls des Kanalemulators (206) repräsentiert.
System (100) nach Anspruch 6, wobei als Eingangssignal (244) ein Chirp-Signal, eine PN-Sequenz (Pseudozufallszahlen-Sequenz) oder eine Zadoff-Chu-Sequenz gewählt wird und an jeden aus einer Vielzahl von Sendern (214) ein anderes Eingangssignal gesendet wird.
Verfahren zum Ermitteln der Leistungsfähigkeit eines Kanalemulators (106), das folgende Schritte aufweist: Erzeugen eines Eingangssignals (144); Anlegen des Eingangssignals (144) an mindestens einen Sender (114), wobei der mindestens eine Sender (114) durch den Kanalemulator (106) mit mindestens einem Empfänger (124) verbunden ist; Senden des Eingangssignals (144) durch den Kanalemulator (106); Empfangen eines geschwächten Empfangssignals (126); Anlegen eines Prozessorsignals (154) und des geschwächten Empfangssignals (126) an einen Signalprozessor (128); Korrelieren des Prozessorsignals (154) mit dem geschwächten Empfangssignal (126), um ein korreliertes Signal (314) zu erzeugen, das einen Kanalimpuls des Kanalemulators (106) repräsentiert; und Gewinnen mindestens eines Kanalkoeffizienten (318), der die Leistungsfähigkeit des Kanalemulators (106) repräsentiert, aus dem Kanalimpuls.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Wählen eines Chirp-Signals, einer PN-Sequenz (Pseudozufalls-Sequenz) oder einer Zadoff-Chu-Sequenz aufweist.
System nach Anspruch 9, wobei die Zadoff-Chu-Sequenz aufweist: