專利名稱：一種可擴(kuò)展信道模擬范圍的信道模擬裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，尤其涉及一種可擴(kuò)展信道模擬范圍的信道模擬裝置和方法。
背景技術(shù)：
在通信系統(tǒng)中，信號的傳輸信道受到各種不同因素的影響，譬如，信號在無線空間中傳輸時，由于傳輸?shù)膱鼍坝泻艽蟮牟煌缡艿酱髿庑?yīng)和地面效應(yīng)的影響，導(dǎo)致接收機(jī)接收的電平隨著時間的變化而不斷起伏變化，這種現(xiàn)象稱為衰落。衰落的大小與氣候條件、站距的長短有關(guān)。在實(shí)驗(yàn)室測試通信系統(tǒng)時，為了考核系統(tǒng)的性能，在現(xiàn)有技術(shù)中，通常需要使用信道模擬裝置模擬出可能的信號傳播信道，以便在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下測試到以后運(yùn)用場景下的衰落，從而評價系統(tǒng)性能。
在本發(fā)明中，衰落是主要指信號電平的變化程度。
圖1為傳統(tǒng)的信道模擬裝置的原理示意圖。參照圖1，下面介紹各單元的功能。所述傳統(tǒng)的信道模擬裝置包括下變頻器，用于將輸入的射頻信號變換為頻率較低的中頻模擬信號，以便后續(xù)的模數(shù)變換器處理；模數(shù)變換器，用于將輸入的中頻模擬信號變換為數(shù)字信號；數(shù)字基帶處理器，用于將模數(shù)變換器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字信號處理，并根據(jù)各種模型完成信道的模擬；數(shù)模變化器，其處理過程與模數(shù)變換器的處理過程相反，用于將數(shù)字基帶處理器處理的信號再轉(zhuǎn)換為模擬中頻模擬信號；上變頻器，其處理過程與下變頻器的處理過程相反，用于將數(shù)模變化器處理的中頻模擬信號再變回到高頻率的射頻信號，即獲得與原來輸入信號頻率相同的經(jīng)過信道模擬的射頻模擬信號。
根據(jù)上述信號模擬儀器，下面將描述信號的處理過程。
需要經(jīng)過信道模擬裝置的信號首先經(jīng)過下變頻器下變頻為中頻模擬信號，之后經(jīng)過模數(shù)變換器把中頻模擬信號變成數(shù)字信號，在數(shù)字基帶處理器中進(jìn)行數(shù)字域的信道模擬，然后經(jīng)過數(shù)模變化器把數(shù)字信號變換回中頻模擬信號，通過上變頻器進(jìn)行上變頻，把頻率變回到原來的頻率上。
在上述信號處理過程中，因?yàn)閿?shù)模變化器可處理的信號電平范圍有限。譬如使用14位位寬的數(shù)模變化器，假定最小信號量的位數(shù)為8位，有6位的余量，可以獲得約6×6＝36dB的均值電平變化空間，對于峰均比為6dB的信號，可承受信號功率均值變化范圍的大小是30dB，可以處理的輸出信號電平范圍為30dB，譬如輸出信號功率為-30～0dBm。如果用12位寬的數(shù)模變化器，則可承受信號功率均值變化范圍的大小減小到18dB。高速數(shù)模變化器器件最高通常做到14位寬，很難再提高，加之高速數(shù)模變化器處理模擬信號的實(shí)際等效量化位寬還要低1～2位，輸出信號電平變化范圍的動態(tài)還要下降6～12dB。因此當(dāng)前技術(shù)的信道模擬裝置可模擬的信號電平變化范圍很小，使得模擬的信道場景動態(tài)范圍很小。
可模擬的信道場景動態(tài)范圍小，使用受到諸多限制。譬如，模擬一個終端不斷遠(yuǎn)離基站的無線場景，由于此信道場景的電平動態(tài)范圍很大，在一些通信系統(tǒng)此種信道場景電平的變化范圍可能超過100dB。這時，傳統(tǒng)的信道模擬裝置就不能對這種場景進(jìn)行模擬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種擴(kuò)展信道模擬范圍的信道模擬裝置和方法，從而解決了現(xiàn)有信道模擬裝置信道場景電平動態(tài)范圍小的問題。
本發(fā)明提供了一種可擴(kuò)展信道模擬范圍的信道模擬裝置，包括數(shù)字基帶處理器、快衰落信號處理器、慢衰落信號處理器和信號合成器；所述數(shù)字基帶處理器分別與快衰落信號處理器和慢衰落信號處理器相連，用于根據(jù)信道模型對數(shù)字信號進(jìn)行信道模擬，并將信道模擬的信號分為快衰落信號和慢衰落信號，分別將快衰落信號和慢衰落信號輸出到快衰落信號處理器和慢衰落信號處理器；所述快衰落信號處理器與所述信號合成器相連，用于將數(shù)字基帶處理器信道模擬處理的快衰落信號變?yōu)樯漕l信號，并將射頻信號輸出到信號合成器；所述慢衰落信號處理器與所述信號合成器相連，并在數(shù)字基帶處理器的控制下，對慢衰落信號進(jìn)行衰減量的控制和同步控制；所述信號合成器在慢衰落信號處理器的控制下，對射頻信號和慢衰落信號的衰減量進(jìn)行合成。
所述基帶數(shù)字處理器還包括基帶處理器，用于根據(jù)信道模型對數(shù)字信號進(jìn)行信道模擬；信號分離器，用于將信道模擬的信號分解為快衰落信號和慢衰落信號。
所述快衰落信號處理器還包括數(shù)模變換器，用于將快衰落信號再變回到中頻模擬信號；上變頻器，用于將數(shù)模變化器處理的中頻模擬信號再變回到射頻信號。
所述信道模擬裝置還包括下變頻器，用于將輸入的射頻信號變換到頻率低的中頻模擬信號；模數(shù)變換器，用于將輸入的中頻模擬信號變換為數(shù)字信號。
本發(fā)明還提供了一種可擴(kuò)展信道模擬范圍的方法，包括A、基帶處理器根據(jù)信道模型對數(shù)字信號進(jìn)行信道模擬，信號分離器將信道模擬的信號分解為慢衰落信號和快衰落信號；B、快衰落信號處理器和慢衰落信號處理器分別對快衰落信號和慢衰落信號進(jìn)行處理；C、將處理的快衰落信號和慢衰落信號合成一起，形成經(jīng)過完整信道模擬的射頻信號。
所述步驟B中的快衰落信號處理器對快衰落信號進(jìn)行處理包括B1、數(shù)模變換器將快衰落信號變換為中頻模擬信號；B2、上變頻器將中頻模擬信號變換為射頻信號。
所述步驟B中的慢衰落信號處理器對慢衰落信號進(jìn)行處理包括慢衰落信號處理器將慢衰落信號變?yōu)樗p量，并實(shí)現(xiàn)慢衰落信號與射頻信號的同步。
在執(zhí)行步驟A之前還包括下變頻器將射頻信號下變頻為中頻模擬信號；模數(shù)變換器將中頻模擬信號變換為數(shù)字信號。
在信號分離器中對信號均值電平劃分成第一預(yù)定值個區(qū)間，當(dāng)信號均值電平?jīng)]有超越當(dāng)前區(qū)間的電平范圍時，慢衰落信號處理器的衰減量控制值不變化；當(dāng)信號均值電平超越當(dāng)前區(qū)間的電平范圍時，慢衰落信號處理器的衰減量控制值發(fā)生變化，信號電平切換到相鄰的一個電平區(qū)間。
所述相鄰的電平區(qū)間有預(yù)定范圍的重合。
因此，根據(jù)本發(fā)明，通過將信道信號分解快衰落信號和慢衰落信號，使快衰落信號在快衰落信號數(shù)字基帶處理器中處理，慢衰落信號在慢衰落信號處理器中處理，從而在信道模擬過程中擴(kuò)大了對衰落信號的處理范圍，使信道模擬裝置可以支持更大電平動態(tài)的信道場景。


圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的信道模擬裝置的示意圖；圖2示出了本發(fā)明的信道模擬裝置的示意圖；圖3示出了本發(fā)明的信道模擬流程圖；圖4示出了信道信號電平分離方式圖；圖5示出了經(jīng)慢衰落信號處理器的慢衰落信號到信號合成器的信號與經(jīng)快衰落信號數(shù)字基帶處理器到信號合成器的信號時間差示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了便于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員理解和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)結(jié)合附圖描繪本發(fā)明的實(shí)施例。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的信道模擬裝置包括下變頻器，用于將輸入的射頻信號變換到頻率低的中頻，便于后續(xù)的模數(shù)變換器處理；模數(shù)變換器，用于將輸入的中頻模擬信號變換為數(shù)字信號；數(shù)字基帶處理器，用于將模數(shù)變換器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字信號處理，并完成信道的模擬。數(shù)字基帶處理器還包括數(shù)字處理器和信號分離器，所述數(shù)字處理器，用于基帶信號的信道模擬，所述信號分離器依據(jù)信道信號電平的特征將數(shù)字信號分解為快衰落信號和慢衰落信號，將分解的慢衰落信號輸出到慢衰落信號處理器，將分解的快衰落信號輸出到快衰落信號；數(shù)模變換器，其處理過程與模數(shù)變換器的處理過程相反，用于將快衰落數(shù)字基帶處理器的信號分離器分離出來的快衰落信號再變回到中頻模擬信號；上變頻器，其處理過程與下變頻器的處理過程相反，用于將數(shù)模變化器處理好的中頻模擬信號再變回到高頻率的射頻信號，即獲得與原來輸入信號頻率相同的經(jīng)過信道模擬的射頻模擬信號，這時所獲得的射頻模擬信號僅是由快衰落信號變化得到的信號。
數(shù)模變換器和上變頻器合稱為快衰落信號處理器。
慢衰落信號處理器用于接收數(shù)字基帶處理器的信號分離器分離出的慢衰落信號，實(shí)施同步的信號合成器衰減量控制，并將衰減量控制信號輸出到信號合成器；慢衰落信號處理器還用于信號合成器的衰減量變化時刻與上變頻器的射頻信號變化時刻同步。慢衰落信號處理器可采用壓控衰減控制器。
信號合成器，其功能是將上變頻變換器獲得的射頻信號與慢衰落信號處理器輸出的壓控制信號合成信道的輸出信號，最后完成信道的模擬。信號合成器可采用壓控衰減器。
參照圖3，下面將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的信號處理過程。
在步驟1中，輸入信號首先經(jīng)過下變頻器，下變頻器將射頻信號下變頻為中頻模擬信號，并輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
在步驟2中，模數(shù)變換器將中頻模擬信號變換為數(shù)字中頻信號并輸出給數(shù)字基帶處理器。
在步驟3中，基帶處理器根據(jù)信道模型和預(yù)訂的方法，對數(shù)字將信號進(jìn)行模擬，并將模擬的信號輸出到信號分離器。
在步驟4中，信號分離器按預(yù)定的方法將信號分解為快衰落信號和慢衰落信號，并將其分別輸出到快衰落信號處理器和慢衰落信號處理器。
也就是說，信號分離器對模擬后的信號電平進(jìn)行分析，按照給定的分析頻度，譬如每秒10次，即10Hz的頻度計算信號的均值電平，按照分析的結(jié)果，依據(jù)預(yù)訂的電平分解特性，即分解出電平范圍動態(tài)小于24dB的信號給快衰落處理器的數(shù)模變換器，而其它部分輸出到慢衰落處理器。
在步驟5中，由于快衰落部分信號的電平變化范圍較小，將其輸出到快衰落信號處理器的數(shù)模變換器，數(shù)模變換器將快衰落信號重新變換成模擬的中頻信號，然后通過上變頻器變換為射頻信號，并輸出到信號合成器。由于慢衰落信號的電平變化范圍很大，將其輸出給慢衰落信號處理器，由慢衰落信號處理器控制信號合成器實(shí)現(xiàn)后續(xù)信號衰減量的變化。
在步驟6中，慢衰落信號處理器根據(jù)由快衰落信號數(shù)字基帶處理器所處理的快衰落信號與慢衰落信號處理器所控制的慢衰落信號在到達(dá)信號合成器時的時間差，使上變頻器輸出的射頻信號和慢衰落信號處理器輸出的信號同步，慢衰落信號處理器將其合在一起，得到最后經(jīng)過完整信道模擬的射頻信號。
例如，假設(shè)信道模擬器可以處理的信號電平變化范圍是120dB，信號合成器的衰減量范圍是0～96dB，12dB一個步進(jìn)，圖4示出了信號的均值電平區(qū)間劃分為9個，當(dāng)信號均值電平?jīng)]有超越當(dāng)前區(qū)間的電平范圍時，慢衰落信號處理器的衰減量控制值不變化。當(dāng)信號均值電平超越當(dāng)前區(qū)間的電平范圍時，慢衰落信號處理器的衰減量控制值發(fā)生變化，信號電平切換到相鄰的一個電平區(qū)間?？焖ヂ涮幚砥鞯姆秶际窍嗤?，如在0-24dB以內(nèi)，而慢衰落信號處理器輸出的衰減器控制值與信道的電平變化范圍成正比例關(guān)系。也就是說，當(dāng)信道的電平變化范圍增加時，衰減值也會增加；當(dāng)信道的電平變化范圍減小時，衰減值也會減小。最后快衰落號和慢衰落號通過處理后，合成的處理形成了總的經(jīng)過完整信道模擬的射頻信號。使信號分離器之前到信號合成器之后的信號電平成線性傳遞特征。
表一示出了利用本發(fā)明信道模擬器的信號電平區(qū)間、信道信號電平值、快衰落信號電平值、壓控衰減器衰減值和最后總輸出信號的電平值。
表一

如表1所示，第1列是被劃分的信號電平序號，在本發(fā)明中實(shí)施例中，將信號電平劃分9個區(qū)間。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，當(dāng)信號的均值電平變化未超過當(dāng)前區(qū)間時，慢衰落信號處理器的衰減量控制值不變化。當(dāng)信號均值電平逐漸增大或逐漸減小超越當(dāng)前區(qū)間時，慢衰落信號處理器的衰減量控制值發(fā)生變化。信道信號均值電平越大，信號分離器給出的慢衰落信號在信號合成器處的衰減值也越大，如0～96dB，相鄰的電平區(qū)間有一定范圍的重合，以形成信號分離上的電平遲滯區(qū)間，譬如遲滯的大小可設(shè)為區(qū)間的1/2，即12dB。這樣可避免信號在電平分離門限點(diǎn)附近頻繁切換，可以取得更好的信號分離效果。
例如，當(dāng)信號均值電平由小變大，強(qiáng)度在24dB～48dB區(qū)間時，信號合成器處慢衰落信號得到的衰減值為24dB，快衰落信號電平值在0～24dB區(qū)間內(nèi)。當(dāng)信號均值電平超過48dB時由大變小，信號均值電平區(qū)間由區(qū)間3切換區(qū)間4，慢衰落信號處理器的衰減量控制值變化為36dB，此后，信號均值電平如果信號均值電平?jīng)]有超越36～60dB，慢衰落信號處理器的衰減量控制值不變化。當(dāng)信號均值電平低過24dB時，信號均值電平區(qū)間由區(qū)間3切換區(qū)間2，慢衰落信號處理器的衰減量控制值變化為12dB，此后，如果信號均值電平?jīng)]有超越12～36dB，慢衰落信號處理器的衰減量控制值不變化?？焖ヂ湫盘栯娖街凳冀K在24～0dB區(qū)間內(nèi)?？焖ヂ湫盘柾ㄟ^數(shù)模變換器恢復(fù)為模擬信號，慢衰落信號通過信號合成器在射頻信號上調(diào)整信號電平的大小。通過上述方式進(jìn)行電平分離后，實(shí)現(xiàn)了對信號電平變化范圍為24～48dB區(qū)間的模擬。
根據(jù)本發(fā)明，由于在慢衰落信號處理器的控制下，使大于信道的電平變化范圍的慢衰落信號分解到信號合成器，從而使數(shù)模變換器的電平變化量始終保持在其所能夠處理的范圍內(nèi)，使數(shù)模變換器可處理更大范圍的信道電平范圍。
需要注意的是，在信號通過下變頻器、模數(shù)變換器、數(shù)字基帶處理器、數(shù)模變化器、上變頻器處理后，到信號合成器的輸入口的過程中，信號合成器的衰減量與上變頻器得到射頻信號形成原信道的電平變化范圍。信號合成器的衰減量控制由慢衰落信號處理器實(shí)施。如圖5所示，與此同時，慢衰落信號處理器還控制信號合成器的衰減量變化時刻與數(shù)字基帶處理器的衰減量變化時刻的同步。在控制時刻上，信號合成器所接收到的慢衰落信號處理器的信號與所接收到上變頻器的信號有一微小的時間差，此時間差可由數(shù)字基帶處理器獲得，并由數(shù)字基帶處理器輸出到慢衰落信號處理器，由慢衰落信號處理器進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)。從而由信號合成器輸出正確的信道電平。
雖然通過實(shí)施例描繪了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，就可使本發(fā)明有許多變形和變化，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種可擴(kuò)展信道模擬范圍的信道模擬裝置，其特征在于，包括數(shù)字基帶處理器、快衰落信號處理器、慢衰落信號處理器和信號合成器；所述數(shù)字基帶處理器分別與快衰落信號處理器和慢衰落信號處理器相連，用于根據(jù)信道模型對數(shù)字信號進(jìn)行信道模擬，并將信道模擬的信號分為快衰落信號和慢衰落信號，分別將快衰落信號和慢衰落信號輸出到快衰落信號處理器和慢衰落信號處理器；所述快衰落信號處理器與所述信號合成器相連，用于將數(shù)字基帶處理器信道模擬處理的快衰落信號變?yōu)樯漕l信號，并將射頻信號輸出到信號合成器；所述慢衰落信號處理器與所述信號合成器相連，并在數(shù)字基帶處理器的控制下，對慢衰落信號進(jìn)行衰減量的控制和同步控制；所述信號合成器在慢衰落信號處理器的控制下，對射頻信號和慢衰落信號的衰減量進(jìn)行合成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道模擬裝置，其特征在于，所述基帶數(shù)字處理器還包括基帶處理器，用于根據(jù)信道模型對數(shù)字信號進(jìn)行信道模擬；信號分離器，用于將信道模擬的信號分解為快衰落信號和慢衰落信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道模擬裝置，其特征在于，所述快衰落信號處理器還包括數(shù)模變換器，用于將快衰落信號再變回到中頻模擬信號；上變頻器，用于將數(shù)模變化器處理的中頻模擬信號再變回到射頻信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道模擬裝置，其特征在于，所述信道模擬裝置還包括下變頻器，用于將輸入的射頻信號變換到頻率低的中頻模擬信號；模數(shù)變換器，用于將輸入的中頻模擬信號變換為數(shù)字信號。
5.一種可擴(kuò)展信道模擬范圍的方法，其特征在于，包括A、基帶處理器根據(jù)信道模型對數(shù)字信號進(jìn)行信道模擬，信號分離器將信道模擬的信號分解為慢衰落信號和快衰落信號；B、快衰落信號處理器和慢衰落信號處理器分別對快衰落信號和慢衰落信號進(jìn)行處理；C、將處理的快衰落信號和慢衰落信號合成一起，形成經(jīng)過完整信道模擬的射頻信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的擴(kuò)展信道模擬范圍的方法，其特征在于，所述步驟B中的快衰落信號處理器對快衰落信號進(jìn)行處理包括B1、數(shù)模變換器將快衰落信號變換為中頻模擬信號；B2、上變頻器將中頻模擬信號變換為射頻信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的擴(kuò)展信道模擬范圍的方法，其特征在于，所述步驟B中的慢衰落信號處理器對慢衰落信號進(jìn)行處理包括慢衰落信號處理器將慢衰落信號變?yōu)樗p量，并實(shí)現(xiàn)慢衰落信號與射頻信號的同步。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的擴(kuò)展信道模擬范圍的方法，其特征在于，在執(zhí)行步驟A之前還包括下變頻器將射頻信號下變頻為中頻模擬信號；模數(shù)變換器將中頻模擬信號變換為數(shù)字信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求5、6、7或8所述的擴(kuò)展信道模擬范圍的方法，其特征在于，在信號分離器中對信號均值電平劃分成第一預(yù)定值個區(qū)間，當(dāng)信號均值電平?jīng)]有超越當(dāng)前區(qū)間的電平范圍時，慢衰落信號處理器的衰減量控制值不變化；當(dāng)信號均值電平超越當(dāng)前區(qū)間的電平范圍時，慢衰落信號處理器的衰減量控制值發(fā)生變化，信號電平切換到相鄰的一個電平區(qū)間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的擴(kuò)展信道模擬范圍的方法，其特征在于，所述相鄰的電平區(qū)間有預(yù)定范圍的重合。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可擴(kuò)展信道模擬范圍的信道模擬裝置，包括下變頻器、模數(shù)變換器、數(shù)字基帶處理器、快衰落信號處理器、慢衰落信號處理器和信號合成器。本發(fā)明還提供了一種可擴(kuò)展信道模擬范圍的方法，該方法包括下變頻器將射頻信號下變頻為中頻模擬信號；模數(shù)變換器將中頻模擬信號變換為數(shù)字信號；基帶處理器根據(jù)信道模型對數(shù)字信號進(jìn)行處理，信號分離器對基帶處理器處理的信號分解為慢衰落信號和快衰落信號，并分別通過快衰落信號處理器和慢衰落信號處理器進(jìn)行處理，然后由信號合成器將各自處理的結(jié)果合在一起，形成經(jīng)過完整信道模擬的射頻信號。從而擴(kuò)大了對衰落信號的處理范圍，使信道模擬裝置可以支持更大電平動態(tài)的信道場景。
文檔編號H04L12/26GK1829152SQ20051005145
公開日2006年9月6日 申請日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者李挺釗 申請人:華為技術(shù)有限公司