專利名稱：高分辨率的實時多徑信道測試方法、數(shù)據(jù)處理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多徑信道測試方法、數(shù)據(jù)處理方法及裝置，尤其涉及一種用于測量及研究無線電波在多徑信道中傳播所引起的時延擴展以及分離各個多徑分量的方法和測試裝置。
背景技術(shù)：
陸地移動通信信道的主要特征之一就是小尺度上的多徑傳播造成的衰落效應(yīng)。多徑效應(yīng)會引起無線信號的幅度在經(jīng)過短時間或短距離傳播后快速衰落，這種衰落是同一傳輸信號沿兩個或多個路徑傳播，以微小的時間差到達(dá)接收機的信號相互干涉所引起的，往往被稱為“可分辨多徑”，簡稱“多徑”。
傳統(tǒng)的多徑信道測試方法主要包括直接脈沖測量法，擴頻滑動相關(guān)器測量法，以及頻域信道測量法。其中，公認(rèn)較好的方法是擴頻滑動相關(guān)器測量法。該方法的主要內(nèi)容如下首先，在發(fā)送端載頻信號與一偽噪聲序列(PN)混頻來擴展頻譜；在接收端，接收機接受、過濾擴頻信號，并采用與發(fā)送端完全相同的PN序列發(fā)生器解擴，但其碼片時鐘與發(fā)送端PN序列碼片時鐘略有差異；當(dāng)兩種時鐘的PN序列碼片對齊時會給出最大的相關(guān)值；信號在解擴后進(jìn)行包絡(luò)檢波，并在示波器上顯示出來。
在實際的城市環(huán)境中，移動通信信道的多徑強度變化是非常劇烈其復(fù)雜，因此傳統(tǒng)的擴頻滑動相關(guān)器測量方法還存在以下不足其一，由于掃描時間過長，導(dǎo)致測量不能實時進(jìn)行，在示波器上的顯示時間往往是實際無線信號傳播時間的1000倍以上，以至具有不同時延的多徑分量的相位在不同時刻被檢測，而在此期間信道很可能已經(jīng)發(fā)生了變化。
其二，由于采用的是包絡(luò)檢波的方法，因此是無法檢測到多徑分量的各自相位。
其三，對多徑分量的結(jié)果處理采取加權(quán)等方法，缺乏反映每一多徑分量連續(xù)變化的分析。
至于其它的兩種傳統(tǒng)方法，都存在著更加不利于外場信道測試的缺陷直接脈沖法受到干擾與噪聲的影響很嚴(yán)重，覆蓋范圍有限，并且要精確依賴第一到達(dá)脈沖觸發(fā)；頻域信道法需要收發(fā)端嚴(yán)格同步，只能在近距離工作，因此不適合外場測試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高分辨率的實時多徑信道測試裝置及其所采用的數(shù)據(jù)處理方法，其可提高多徑的分辨精度，可獲得每一個多徑分量幅度與相位信息，并能在外場實時記錄處理。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高分辨率的實時多徑信道測試裝置，包括設(shè)于接收端的本地參考信號發(fā)生器、產(chǎn)生與發(fā)射端完全一致的偽隨機序列，并經(jīng)過數(shù)字調(diào)制、直接序列擴頻調(diào)制，產(chǎn)生參考信號D；高速雙通道處理裝置、其對接收到的射頻信號B與參考信號D進(jìn)行同步欠采樣，數(shù)字下變頻后成為基帶信號E、F；快速多徑處理裝置、對兩路基帶信號E、F進(jìn)行快速相關(guān)，重復(fù)計算相關(guān)值G輸入到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種高分辨率的實時多徑信道測試方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1、產(chǎn)生與發(fā)射端完全一致的偽隨機序列，并經(jīng)過數(shù)字調(diào)制、直接序列擴頻調(diào)制，產(chǎn)生參考信號D；步驟2、對接收到的射頻信號B與參考信號D進(jìn)行同步欠采樣，數(shù)字下變頻后成為基帶信號E、F；步驟3、對兩路基帶信號E、F進(jìn)行快速相關(guān)，重復(fù)計算相關(guān)值G進(jìn)行顯示及數(shù)據(jù)處理。
進(jìn)一步地，步驟1中所述的參考信號D為中頻參考信號，所述的步驟2包括步驟21、在射頻端，將接收到的射頻信號B濾波并下變頻到中頻信號C；步驟22、在中頻頻，對兩路信號C、D進(jìn)行同步欠采樣，量化，濾波后得到數(shù)字中頻信號，兩路數(shù)字中頻信號經(jīng)過數(shù)字下變頻后成為基帶信號E、F。
進(jìn)一步地，步驟2中的同步及欠采樣也可以在射頻端完成。
同時，本發(fā)明還提供一種上述高分辨率的實時多徑信道測試裝置所采用的數(shù)據(jù)處理方法，包括如下的步驟步驟1、對輸入的復(fù)相關(guān)值處理結(jié)果進(jìn)行記錄，然后判斷搜索最強主徑，去除最強主徑以及能量比主徑低一定分貝以內(nèi)的其他多徑分量后，利用平均方法選取噪聲門限；步驟2、在最強主徑周圍選取合適的處理時間窗T，在最強主徑周圍PN序列周期的時間范圍內(nèi)，選擇包含所有多徑分量的時間窗長τ；步驟3、按照步驟2選取的處理窗長τ，在觀測時間窗T內(nèi)連續(xù)處理計算處理窗長τ內(nèi)的多徑信道的相關(guān)值并將結(jié)果記錄輸出；
步驟4、統(tǒng)計各個多徑分量的幅度概率分布。
本發(fā)明的測試裝置及其數(shù)據(jù)處理方法具有如下優(yōu)點第一，本發(fā)明采用的基于擴頻原理的方法能夠?qū)崿F(xiàn)處理增益和去除帶同方面的干擾，在外場實測過程中相比于直接射頻脈沖法可以提高系統(tǒng)對于給定發(fā)射功率的覆蓋范圍，同時使得多徑分辨能力更好。
第二，本發(fā)明在中頻采樣是為了獲得高精度的數(shù)字化數(shù)據(jù)，由于被采樣的信號頻率范圍很寬，使得A/D轉(zhuǎn)換需要很寬的模擬帶寬和很高的信噪比，而采用欠采樣的方法可實現(xiàn)頻譜搬移而使系統(tǒng)變得簡單，同時也使得多徑分辨的精度提高。
第三，本發(fā)明采用的快速基帶相關(guān)器，是在基帶頻域上來處理計算互相關(guān)功率峰值，很大程度上降低了運算復(fù)雜度，另一方面與傳統(tǒng)的擴頻滑動相關(guān)器法相比，由于不需利用發(fā)射機和接收機PN序列時鐘的頻移，因此多徑分量的掃描時間與實際時間是一致的，只要合適的選擇處理信號的相關(guān)窗長就可以實時反映信道的情況，在外場實測過程中可以大大提高工作效率。
第四，由于采用的是非包絡(luò)檢波的方法，所以可以獲得每一個多徑分量幅度與相位信息。
第五，本發(fā)明不僅支持對處理窗長內(nèi)多徑分布情況的統(tǒng)計，而且支持對每一個多徑分量的時變情況進(jìn)行連續(xù)紀(jì)錄并且顯示，并通過后處理輸出統(tǒng)計結(jié)果，對于信道研究工作很有意義。


圖1為本發(fā)明的多徑測試裝置的原理示意框圖。
圖2顯示圖1中更詳細(xì)的接收端處理框圖。
圖3多徑測量結(jié)果處理流程圖。
圖4為多徑衰落信道相關(guān)結(jié)果示意圖。
圖5對利用本發(fā)明的裝置獲得多徑情況變化連續(xù)記錄示意圖。
圖6對單一多徑分量統(tǒng)計結(jié)果分析圖。
圖7利用該裝置完成的某一多徑實測結(jié)果圖。
圖8實測結(jié)果中最強主徑幅度變化圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的方法和裝置作進(jìn)一步地詳細(xì)說明
如圖1所示本發(fā)明的高分辨率的實時多徑信道測試裝置包括發(fā)射端包括數(shù)字調(diào)制PN序列發(fā)生器、其產(chǎn)生完全一致的偽隨機(PN)序列，并對該序列進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，從而生成經(jīng)過數(shù)字調(diào)制的偽隨機信號A；本具體實施例中采用BPSK(二進(jìn)制移項鍵控)調(diào)制方法。
D/A轉(zhuǎn)換載波調(diào)制裝置，對偽隨機信號A進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換并對載波進(jìn)行直接序列擴頻調(diào)制，從而生成模擬射頻信號B，并通過發(fā)射端天線發(fā)射信號B。
接收端包括本地參考信號發(fā)生器、產(chǎn)生與發(fā)射端完全一致的偽隨機序列，并經(jīng)過數(shù)字調(diào)制、直接序列擴頻調(diào)制，產(chǎn)生參考信號D；RF接收下變頻器、其將接收到的射頻信號B濾波并下變頻到中頻信號C。
高速雙通道處理裝置，如圖2所示，其對接收到的射頻信號B與參考信號D進(jìn)行同步欠采樣，數(shù)字下變頻后成為基帶信號E、F；(本具體實施例中，該高速通道處理裝置包括同步裝置，用于為雙通道欠采樣裝置提供同步信號，以保證雙通道欠采樣裝置對C、D兩路信號進(jìn)行同步D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換，同時進(jìn)行欠采樣；下變頻器、對中頻數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字下變頻，生成基帶信號E、F；)快速多徑處理裝置、對兩路基帶信號E、F進(jìn)行快速相關(guān)，并記錄相關(guān)值G，按照最小的采樣間隔Ts同時滑動兩路基帶信號，重復(fù)計算相關(guān)值G輸入到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、完成對多徑分量相關(guān)的三維統(tǒng)計處理，三維即處理窗長τ，連續(xù)觀測時間窗T，以及多徑分量經(jīng)相關(guān)處理的歸一化幅度。
其中，所述的中頻高速處理器包括欠采樣裝置、對C、D兩路信號進(jìn)行同步D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行欠采樣。由于利用了欠采樣技術(shù)，可以提高系統(tǒng)的采樣帶寬，從而在降低系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度的基礎(chǔ)上提高了采樣速率。
下變頻器、對中頻數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字下變頻，生成基帶信號E、F；其中，所述的快速多徑處理裝置包括快速相關(guān)器、接收基帶信號E、F，并對該兩路基帶信號做相關(guān)處理，為了降低處理的復(fù)雜度， 采用的一種頻域上計算時域相關(guān)信號的方法，遵循公式Ryx(τ)＝IFFT(FFT(y)×conj[FFT(x)])，其中Ryx(τ)為復(fù)數(shù)互相關(guān)值，其中包含了幅度和相位信息，x，y分別為兩路基帶信號。為了能夠分析多徑分量連續(xù)的變化情況，按照最小的采樣間隔Ts同時滑動兩路基帶信號，重復(fù)計算相關(guān)值，并將相關(guān)值G輸入到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種高分辨率的實時多徑信道測試方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1、發(fā)射端產(chǎn)生完全一致的偽隨機序列，并對該序列進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，從而生成經(jīng)過數(shù)字調(diào)制的偽隨機信號A；步驟2、對偽隨機信號A進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換并對載波進(jìn)行直接序列擴頻調(diào)制，從而生成模擬射頻信號B；步驟3、產(chǎn)生與發(fā)射端完全一致的偽隨機序列，并經(jīng)過數(shù)字調(diào)制、直接序列擴頻調(diào)制，產(chǎn)生參考信號D；步驟4、對接收到的射頻信號B與參考信號D進(jìn)行同步欠采樣，數(shù)字下變頻后成為基帶信號E、F；步驟5、對兩路基帶信號E、F進(jìn)行快速相關(guān)，重復(fù)計算相關(guān)值G進(jìn)行顯示及數(shù)據(jù)處理。
進(jìn)一步地，所述步驟3中所述的參考信號D為中頻參考信號，所述的步驟4包括步驟41、在射頻端，將接收到的射頻信號B濾波并下變頻到中頻信號C；步驟42、在中頻頻，對兩路信號C、D進(jìn)行同步欠采樣，量化，濾波后得到數(shù)字中頻信號，兩路數(shù)字中頻信號經(jīng)過數(shù)字下變頻后成為基帶信號E、F。
當(dāng)然，本發(fā)明還可以直接在射頻端進(jìn)行兩路信號同步采樣。
結(jié)合圖3所示本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)處理流程包含了如下的步驟1、對輸入的復(fù)相關(guān)值處理結(jié)果進(jìn)行記錄，便于以后進(jìn)一步對多徑分量幅度、相位后處理分析需要。然后判斷搜索最強主徑，參閱圖4，在一個PN序列周期內(nèi)，直接通過對復(fù)相關(guān)值的幅度比較來判斷最強主徑。去除最強主徑以及能量比主徑低一定分貝(一般考慮6-8dB)以內(nèi)的其他多徑分量后，利用平均方法選取噪聲門限。
2、在最強主徑周圍選取合適的處理時間窗，窗長長度必須足夠長，能夠反映出多徑信道的各個多徑分量，另一方面，窗長多長會增加處理的運算數(shù)據(jù)量，同時考慮到窗長要在PN序列周期的范圍內(nèi)；如圖4所示，在最強主徑周圍PN序列周期的時間范圍內(nèi)，選擇包含所有多徑分量的時間窗長τ。
3、按照步驟2選取的處理窗長τ，在觀測時間窗T內(nèi)連續(xù)處理計算處理窗長τ內(nèi)的多徑信道的相關(guān)值并將結(jié)果記錄輸出；每一次處理計算窗內(nèi)多徑信道相關(guān)值的時間間隔最小可以取采樣時間間隔Ts，如圖5所示，根據(jù)步驟2確定的時間窗長τ，連續(xù)處理并記錄多徑的信道變化情況，觀測連續(xù)時間選擇T，可以根據(jù)需要由使用者選擇，一般情況下T/Ts，越大，記錄的數(shù)據(jù)也就越多，在步驟4中統(tǒng)計結(jié)果也越精確，一般情況下T/Ts至少大于100。
4、統(tǒng)計各個多徑分量的幅度概率分布，每一個多徑分量也是可以通過多條路徑的電波信號合成的，因此往往符合多徑效應(yīng)造成的如瑞利分布，萊斯分布等，如圖6所示，統(tǒng)計多徑分量的幅度概率分布來驗證是否符合瑞利信道。統(tǒng)計的范圍可以根據(jù)統(tǒng)計的實際需要來選擇，一般最少要統(tǒng)計均值左右各3倍σ(σ2為方差)范圍內(nèi)的分布情況，統(tǒng)計量還可包括相位分布概率。
采用本發(fā)明的多徑搜索方法和裝置在外場中實測的結(jié)果顯示參見圖7，其中a是最強主徑，在持續(xù)觀測時間窗T內(nèi)，a的幅度變化情況如圖8所示。
本發(fā)明可廣泛地用于各類無線寬帶通信系統(tǒng)的外場信道測試中，并可用于多天線、分布式天線等系統(tǒng)的信道測試中，統(tǒng)計的多徑分量信道模型也是可以被代替的。
原理和最佳實施方案已經(jīng)在說明中作了闡述，然而隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，可通過其他等同物來進(jìn)行變更和改變，例如可以直接在射頻端進(jìn)行兩路信號的同步欠采樣，這并不偏離本發(fā)明的精神，因此應(yīng)被包含在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高分辨率的實時多徑信道測試裝置，其特征在于，包括設(shè)于接收端的本地參考信號發(fā)生器、產(chǎn)生與發(fā)射端完全一致的偽隨機序列，并經(jīng)過數(shù)字調(diào)制、直接序列擴頻調(diào)制，產(chǎn)生參考信號D；高速雙通道處理裝置、其對接收到的射頻信號與參考信號D進(jìn)行同步欠采樣，數(shù)字下變頻后成為基帶信號E、F；快速多徑處理裝置、對兩路基帶信號E、F進(jìn)行快速相關(guān)，重復(fù)計算相關(guān)值G輸入到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率的實時多徑信道測試裝置，其特征在于，所述的參考信號D為中頻參考信號，所述的高速雙通道處理裝置之前還設(shè)有RF接收下變頻器、其將接收到的射頻信號B濾波并下變頻到中頻信號C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高分辨率的實時多徑信道測試裝置，其特征在于，所述的高速雙通道處理裝置包括同步裝置，用于為雙通道欠采樣裝置提供同步信號；欠采樣裝置、對C、D兩路信號進(jìn)行同步D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行欠采樣；下變頻器、對中頻數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字下變頻，生成基帶信號E、F。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述種高分辨率的實時多徑信道測試裝置，其特征在于，還包括設(shè)于發(fā)射端的數(shù)字調(diào)制PN序列發(fā)生器、其產(chǎn)生完全一致的偽隨機序列，并對該序列進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，從而生成經(jīng)過數(shù)字調(diào)制的偽隨機信號A；D/A轉(zhuǎn)換載波調(diào)制裝置、對偽隨機信號A進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換并對載波進(jìn)行直接序列擴頻調(diào)制，從而生成模擬射頻信號B。
5.一種高分辨率的實時多徑信道測試方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1、產(chǎn)生與發(fā)射端完全一致的偽隨機序列，并經(jīng)過數(shù)字調(diào)制、直接序列擴頻調(diào)制，產(chǎn)生參考信號D；步驟2、對接收到的射頻信號與參考信號D進(jìn)行同步欠采樣，數(shù)字下變頻后成為基帶信號E、F；步驟3、對兩路基帶信號E、F進(jìn)行快速相關(guān)，重復(fù)計算相關(guān)值G進(jìn)行顯示及數(shù)據(jù)處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高分辨率的實時多徑信道測試方法，其特征在于，步驟1中所述的參考信號D為中頻參考信號，所述的步驟2包括步驟21、在射頻端，將接收到的射頻信號B濾波并下變頻到中頻信號C；步驟22、在中頻端，對兩路信號C、D進(jìn)行同步欠采樣，量化，濾波后得到數(shù)字中頻信號，兩路數(shù)字中頻信號經(jīng)過數(shù)字下變頻后成為基帶信號E、F。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高分辨率的實時多徑信道測試方法，其特征在于，步驟2中所述的欠采樣是在射頻端完成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高分辨率的實時多徑信道測試方法，其特征在于，步驟3中所計算時域相關(guān)信號的公式為Ryx(τ)＝IFFT(FFT(y)×conj[FFT(x)])，其中Ryx(τ)為復(fù)數(shù)互相關(guān)值，x，y分別為兩路基帶信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高分辨率的實時多徑信道測試方法，其特征在于所述步驟1之前還依次包括有以下兩步驟發(fā)射端產(chǎn)生完全一致的偽隨機序列，并對該序列進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，從而生成經(jīng)過數(shù)字調(diào)制的偽隨機信號A；對偽隨機信號A進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換并對載波進(jìn)行直接序列擴頻調(diào)制，從而生成模擬射頻信號B。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率的實時多徑信道測試裝置所采用的數(shù)據(jù)處理方法，包括如下的步驟步驟1、對輸入的復(fù)相關(guān)值處理結(jié)果進(jìn)行記錄，然后判斷搜索最強主徑，去除最強主徑以及能量比主徑低一定分貝以內(nèi)的其他多徑分量后，利用平均方法選取噪聲門限；步驟2、在最強主徑周圍選取合適的處理時間窗T，在最強主徑周圍PN序列周期的時間范圍內(nèi)，選擇包含所有多徑分量的時間窗長τ；其特征在于，還包括步驟3、按照步驟2選取的處理窗長τ，在觀測時間窗T內(nèi)連續(xù)處理計算處理窗長τ內(nèi)的多徑信道的相關(guān)值并將結(jié)果記錄輸出；步驟4、統(tǒng)計各個多徑分量的幅度概率分布。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，步驟4中每一個多徑分量通過多條路徑的電波信號合成的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，步驟4中還包括統(tǒng)計相位分布概率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高分辨率的實時多徑信道測試方法、數(shù)據(jù)處理方法及裝置。所述測試裝置包括設(shè)于接收端的本地參考信號發(fā)生器、產(chǎn)生與發(fā)射端完全一致的偽隨機序列，并經(jīng)過數(shù)字調(diào)制、直接序列擴頻調(diào)制，產(chǎn)生參考信號D高速雙通道處理裝置、其對接收到的射頻信號B與參考信號D進(jìn)行同步欠采樣，數(shù)字下變頻后成為基帶信號E、F快速多徑處理裝置、對兩路基帶信號E、F進(jìn)行快速相關(guān)，重復(fù)計算相關(guān)值G輸入到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。所述測試方法包括產(chǎn)生與發(fā)射端完全一致的偽隨機序列；接收射頻信號；重復(fù)計算相關(guān)值；進(jìn)行顯示及數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明可提高多徑的分辨精度，可獲得每一個多徑分量幅度與相位信息，并能在外場實時記錄處理。
文檔編號H04B17/00GK1980099SQ20051011107
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月1日
發(fā)明者王萍, 陳迅軼, 陳劍 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所, 上海無線通信研究中心