本發(fā)明涉及毫米波通信，具體涉及一種提升毫米波信道模擬射頻頻率分辨率的方法與裝置，能夠解決進(jìn)行毫米波信道模擬時(shí)使用上下變頻導(dǎo)致射頻分辨率不足的問題。

背景技術(shù)：

1、信道模擬是指對(duì)通信系統(tǒng)中的信道進(jìn)行建模和仿真，以便更好地理解信道的特性和行為。在通信系統(tǒng)中，信道是指信號(hào)傳輸?shù)拿浇?，可以是無線傳輸?shù)目諝饨橘|(zhì)、光纖、電纜等。信道模擬可以利用數(shù)學(xué)模型和仿真技術(shù)來模擬信號(hào)在特定信道中的傳輸過程，考慮信號(hào)受到的衰減、噪聲、失真等影響因素。有助于設(shè)計(jì)和優(yōu)化通信系統(tǒng)，提前預(yù)測(cè)信號(hào)在特定環(huán)境下的表現(xiàn)，從而選擇合適的調(diào)制解調(diào)器、編碼解碼方案或信號(hào)處理算法，以提高通信系統(tǒng)的性能和可靠性。信道模擬可以是基于理論分析的數(shù)學(xué)模型，也可以是通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。這種方法可以更好地了解和評(píng)估信道的行為，為通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供重要的參考和指導(dǎo)。

2、射頻分辨率是指在射頻（rf）領(lǐng)域中的分辨率能力，即對(duì)于不同信號(hào)或頻率的能夠區(qū)分的程度。在射頻技術(shù)中，分辨率是指在頻譜或信號(hào)中區(qū)分不同頻率或波形的能力。在頻譜分析中，射頻分辨率表示能夠區(qū)分頻譜中相鄰頻率之間的最小間隔。高射頻分辨率意味著能夠更清晰地分辨信號(hào)之間的頻率差異，這對(duì)于頻譜監(jiān)測(cè)、頻譜分析和信號(hào)識(shí)別非常重要。在射頻系統(tǒng)中，射頻分辨率也可以涉及到處理和分析能力，包括用于提取和處理射頻信號(hào)特征的技術(shù)，以及識(shí)別不同信號(hào)或波形的能力。在射頻設(shè)備中，分辨率也可能指儀器本身對(duì)信號(hào)的分辨能力，比如頻譜分析儀、射頻信號(hào)發(fā)生器等設(shè)備的分辨率，用于精確測(cè)量或產(chǎn)生特定頻率信號(hào)。

3、信道模擬主要包括大尺度衰落模擬、小尺度衰落模擬、時(shí)延模擬和噪聲雜散模擬等。大尺度衰落是由于信號(hào)在傳播過程中遇到的障礙物、地形、天氣等因素引起的衰減。小尺度衰落的主要特點(diǎn)是在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的，而且波形的變化很快。時(shí)延是指信號(hào)在傳播過程中由于路徑長(zhǎng)度不同導(dǎo)致到達(dá)時(shí)間不同，這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)在時(shí)間上的延遲。噪聲是指在信號(hào)傳輸過程中由于各種隨機(jī)因素引起的干擾，它會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的失真和降低信號(hào)質(zhì)量。

4、毫米波信道模擬通常使用高頻率的射頻硬件來模擬毫米波信道。這些硬件設(shè)備能夠工作在毫米波頻段，并且可以生成或接收高頻率信號(hào)，或者采用上下變頻模塊將信號(hào)從基帶頻率轉(zhuǎn)換到更高的載波頻率。這個(gè)過程通常涉及到將基帶信號(hào)與一個(gè)高頻率信號(hào)混合，以產(chǎn)生較高頻率的信號(hào)。

5、毫米波上下變頻模塊的射頻分辨率主要受本振的穩(wěn)定性、濾波器帶寬、混頻器性能等因素的綜合影響。

6、（1）本振頻率的穩(wěn)定性

7、相位噪聲：相位噪聲表示本振信號(hào)的頻率抖動(dòng)或不穩(wěn)定性，會(huì)導(dǎo)致頻譜的展寬。假設(shè)相位噪聲為??(??)，則其影響可以用作對(duì)射頻分辨率的下限：

8、；

9、其中是由于相位噪聲導(dǎo)致的頻率不穩(wěn)定性。低相位噪聲意味著更高的頻率穩(wěn)定性和更好的射頻分辨率。

10、頻率漂移：長(zhǎng)期使用過程中，本振頻率可能會(huì)出現(xiàn)漂移，頻率漂移量也會(huì)限制頻率分辨率

11、。

12、（2）濾波器帶寬

13、理想濾波器：對(duì)于一個(gè)理想的窄帶濾波器，其帶寬bw定義了頻率分辨率的下限：

14、；

15、濾波器帶寬越窄，能夠區(qū)分的最小頻率差異越小，射頻分辨率越高。

16、實(shí)際濾波器：實(shí)際濾波器會(huì)受到元件品質(zhì)因數(shù)（q因數(shù)）和制造公差的影響，可能導(dǎo)致帶外抑制不足，從而影響射頻分辨率。實(shí)際濾波器的影響可以表示為：

17、；

18、其中q為濾波器的品質(zhì)因數(shù)。

19、（3）混頻器的線性度和隔離度

20、諧波和雜散信號(hào)：混頻器會(huì)產(chǎn)生諧波和雜散信號(hào)，影響系統(tǒng)的頻率選擇性。假設(shè)混頻器的非線性引入的頻率偏移為，則射頻分辨率可以表達(dá)為：

21、；

22、改進(jìn)混頻器的線性度和提高隔離度可以減小，從而提高射頻分辨率。

23、綜合以上因素，射頻分辨率可以表示為：

24、。

25、毫米波上下變頻模塊的射頻分辨率受本振穩(wěn)定性、濾波器帶寬、混頻器性能等因素的綜合影響，如果要滿足特定應(yīng)用的射頻分辨率需要綜合考慮這些因素，由于硬件的限制毫米波上下變頻模塊的射頻分辨率往往都達(dá)不到需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)采用上下變頻模塊的毫米波信道模擬射頻分辨率較低的問題，提出了一種提升毫米波信道模擬射頻頻率分辨率的方法與裝置，采用毫米波上下變頻模塊及小尺度衰落模塊結(jié)合的方式補(bǔ)償上下變頻模塊射頻分辨率精度不足的缺陷，高射頻分辨率的輸出信號(hào)有助于識(shí)別并區(qū)分不同的信號(hào)源和干擾源，使得系統(tǒng)能夠更有效地對(duì)抗干擾，提高通信系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，能夠更有效地分配和管理頻譜資源，提高頻段利用率，有助于改善無線通信系統(tǒng)的接收性能和傳輸穩(wěn)定性，提供更清晰、更可靠的信號(hào)處理和分析基礎(chǔ)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、第一方面，本發(fā)明公開了一種提升毫米波信道模擬射頻頻率分辨率的方法，所述方法包括以下步驟：

4、判斷目標(biāo)射頻分辨率是否高于毫米波上下變頻模塊的射頻分辨率，如果目標(biāo)的射頻分辨率高于毫米波上下變頻模塊的射頻分辨率，，采用下述公式，結(jié)合小尺度衰落模塊算法在信道處理過程中進(jìn)行射頻分辨率的補(bǔ)償：

5、

6、其中，h表示輸出的提升射頻分辨率后得到的信道系數(shù)，j為虛數(shù)單位，是采樣頻率，n表示信號(hào)的長(zhǎng)度；

7、對(duì)提升射頻分辨率后得到的信道系數(shù)進(jìn)行插值；

8、將輸入的較高頻率的毫米波信號(hào)下變頻到較低頻率的基帶，并轉(zhuǎn)換生成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；

9、將插值后的信道系數(shù)與轉(zhuǎn)換生成的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，得到經(jīng)過信道模擬的毫米波射頻信號(hào)。

10、進(jìn)一步地，所述插值的倍數(shù)范圍為：

11、

12、式中，為上位機(jī)采樣率，為下位機(jī)采樣率；k為下位機(jī)接收到的點(diǎn)數(shù)；為插值倍數(shù)；目標(biāo)射頻分辨率為；a和b是調(diào)整參數(shù)。

13、第二方面，本發(fā)明公開了一種提升毫米波信道模擬射頻頻率分辨率的裝置，所述毫米波信道模擬器包括物理通道、射頻收發(fā)模塊、上下變頻模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、fpga數(shù)字信號(hào)處理模塊和上位機(jī)；

14、所述物理通道將輸入的毫米波信號(hào)發(fā)送至射頻收發(fā)模塊，由射頻收發(fā)模塊對(duì)毫米波射頻信號(hào)進(jìn)行放大、衰減、前端濾波處理后發(fā)送至上下變頻模塊，經(jīng)過下變頻將較高頻率的毫米波射頻信號(hào)下變頻到較低頻率的基帶；

15、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將下變頻輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并傳入fpga數(shù)字信號(hào)處理模塊進(jìn)行信道模擬；所述fpga數(shù)字信號(hào)處理模塊結(jié)合小尺度衰落模塊算法在信道處理過程中進(jìn)行射頻分辨率的補(bǔ)償；

16、所述fpga數(shù)字信號(hào)處理模塊經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將處理完成的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)過上變頻生成毫米波射頻信號(hào)，將低頻率的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻率的毫米波射頻信號(hào)，毫米波射頻信號(hào)經(jīng)過濾波與增益調(diào)整輸出。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

18、第一，本發(fā)明的提升毫米波信道模擬射頻頻率分辨率的方法與裝置，對(duì)毫米波上下變頻模塊由于硬件限制導(dǎo)致的射頻分辨率不高的問題進(jìn)行了補(bǔ)償，提高整個(gè)毫米波信道模擬系統(tǒng)的射頻分辨率，提供更豐富、更精確的信號(hào)信息，解決當(dāng)進(jìn)行毫米波信道模擬時(shí)使用上下變頻導(dǎo)致射頻分辨率不足的問題。

19、第二，本發(fā)明的提升毫米波信道模擬射頻頻率分辨率的方法與裝置，在提升分辨率的同時(shí)通過復(fù)用小尺度衰落模塊的算法未造成下位機(jī)額外的邏輯資源消耗，提高了毫米波模擬系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性，減少了資源競(jìng)爭(zhēng)，從而可以支持更多功能模塊的集成，有助于提高系統(tǒng)的性能、容錯(cuò)能力和頻譜管理效率，同時(shí)也為進(jìn)一步的信號(hào)處理和通信技術(shù)研究提供了更多可能性

20、第三，本發(fā)明的提升毫米波信道模擬射頻頻率分辨率的方法與裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)高射頻分辨率輸出信號(hào)，進(jìn)而為信號(hào)處理領(lǐng)域提供更豐富的數(shù)據(jù)，促進(jìn)對(duì)信號(hào)特性、通信模式和無線環(huán)境的深入研究。