專利名稱：一種用于信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無線移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于信道探測(cè)的高速數(shù) 據(jù)采集設(shè)備。
背景技術(shù)：
無線信道探測(cè)是無線通信系統(tǒng)研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，寬帶 無線通信迫切需要進(jìn)一步獲得無線信道的相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息來評(píng)估通信系統(tǒng)性能，例如時(shí)間延 遲擴(kuò)展、頻率擴(kuò)展和空間擴(kuò)展。在寬帶無線通信的特殊應(yīng)用場(chǎng)景，例如高速鐵路等，由于高速度運(yùn)行帶來的大多 普勒頻率擴(kuò)展，小區(qū)的快速切換，兩小區(qū)的重疊覆蓋等問題，導(dǎo)致在該場(chǎng)景下無法發(fā)射常規(guī) 的信道激勵(lì)信號(hào)，如m序列，周期窄脈沖等，無法在如高速列車頂部安置接收天線，這些限 制了通用信道探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用；并且由于主流的寬帶信號(hào)正交頻分復(fù)用(OFDM)和多天線 (Multiple Input and Multiple Output——ΜΙΜΟ)成為未來通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，通信系 統(tǒng)信號(hào)帶寬和接收信號(hào)通道數(shù)量的增加，導(dǎo)致了基于常規(guī)方式的信道探測(cè)不完全適用于特 殊場(chǎng)景，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存數(shù)、分析和處理較為困難。信道探測(cè)儀主要由發(fā)射機(jī)和信道接收采集器組成。發(fā)射機(jī)一般發(fā)送具有類似白噪 聲的特殊性能的序列用于激勵(lì)信道；信道接收采集器一般將接收的信號(hào)經(jīng)過解調(diào)處理后， 進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)處理或存儲(chǔ)后離線處理。已有的商用無線信道測(cè)量?jī)x器，如Electrobit的 Propsound以及德國MEDAV GmbH公司的RUSK系列，類似接收機(jī)價(jià)格非常昂貴。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的用于信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè) 備，其可以在特定場(chǎng)景條件下，高速實(shí)時(shí)的實(shí)現(xiàn)對(duì)于特殊信道激勵(lì)信號(hào)的采集與存儲(chǔ)，用于 后期信號(hào)建模和實(shí)時(shí)效果顯示。為此，本實(shí)用新型提供了一種新型的用于信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括射頻天線單元，包括天線陣列和相關(guān)射頻濾波器，接收單天線系統(tǒng)和多天線系統(tǒng) 的無線激勵(lì)信號(hào)；混頻器，將經(jīng)射頻天線單元濾波放大后的射頻信號(hào)經(jīng)過一次下變頻后到中頻；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將中頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，此時(shí)采用高精度轉(zhuǎn)化器為 16位，最高采樣速率為200Μ采樣點(diǎn)/秒；現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)基帶數(shù)字信號(hào)處理模塊，接收模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后 得到的多通道的采樣數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字下變頻和基帶信號(hào)預(yù)處理，其中數(shù)字下變頻將中 頻采樣的數(shù)字信號(hào)完成數(shù)字域的下變頻處理，包括乘法器、上抽樣和濾波三個(gè)步驟，最終得 到數(shù)字域的基帶數(shù)字信號(hào)；基帶信號(hào)預(yù)處理完成接收數(shù)據(jù)信號(hào)的同步，同步包括突發(fā)分組 傳輸?shù)姆纸M同步、連續(xù)傳輸信號(hào)的符號(hào)同步；高速數(shù)字傳輸通道，將FPGA基帶數(shù)據(jù)上傳至高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，上傳速率為Gbyte/s ；高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，存儲(chǔ)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)后處理，統(tǒng)計(jì)處理后續(xù)信號(hào)，提取 信道模型和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示；高精度參考時(shí)鐘，用于收發(fā)兩端的同步。上述天線陣列采用全向天線或均勻線性天線陣列或均勻圓天線陣列，相關(guān)射頻濾 波器采用射頻聲表面濾波器和低噪聲放大器。在混頻器和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器之間增加包括低通濾波器、可變?cè)鲆娣糯笃?、中頻 聲表面濾波器的中頻濾波器模塊。上述射頻信號(hào)也可適用零中頻的方式，經(jīng)過混頻器直接到基帶后實(shí)施采樣。上述高速數(shù)字傳輸通道上傳數(shù)據(jù)的通道類型采用PCI-E或以太網(wǎng)或USB。高精度 參考時(shí)鐘包括倍頻、分頻時(shí)鐘管理單元，一般采用原子鐘。本實(shí)用新型具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)吞吐能力和后臺(tái)計(jì)算能力，基帶后信號(hào)處理采用純軟件 信號(hào)處理的開放架構(gòu)，非常適宜復(fù)雜度較高的通信信號(hào)處理，軟件可以支持發(fā)射常規(guī)的信 道激勵(lì)信號(hào)，如m序列，周期窄脈沖等，或基于現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的無線信號(hào)；且整個(gè)設(shè)備 成本較低。經(jīng)過本實(shí)用新型采集和后處理，可以完成無線信道統(tǒng)計(jì)模型建模和實(shí)時(shí)信道“回 放”模型。

圖1為用于信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備的組成框圖；圖2為射頻信號(hào)處理模塊組成框圖；圖3為中頻采樣原理組成框圖。
具體實(shí)施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好的理解本實(shí)用新型方案，
以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式 對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為一種應(yīng)用于無線信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括射頻天線單元101，混 頻器102，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器103，F(xiàn)PGA基帶數(shù)字信號(hào)處理模塊104，高速數(shù)字傳輸通道105， 高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器106，高精度參考時(shí)鐘107。其中，射頻天線單元101包括天線陣列和 相關(guān)射頻濾波器，在混頻器102和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器103之間還包括中頻濾波器模塊；各個(gè) 模塊之間相互關(guān)系如下射頻天線單元101接收到單天線(SISO)系統(tǒng)和多天線(MIMO)系統(tǒng)的無線激勵(lì)信 號(hào)，經(jīng)濾波放大后，射頻信號(hào)經(jīng)混頻器102 —次下變頻為中頻信號(hào)，中頻信號(hào)的中心頻率相 對(duì)射頻較低，更適合寬帶信號(hào)模擬/數(shù)字采樣；射頻信號(hào)也可適用零中頻的方式，經(jīng)過混頻 器直接到基帶后實(shí)施采樣。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器103將中頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在FPGA 基帶數(shù)字信號(hào)處理模塊104進(jìn)行數(shù)字下變頻和基帶信號(hào)預(yù)處理，高速數(shù)字傳輸通道105將 處理完的FPGA基帶數(shù)據(jù)上傳至高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器106，高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器存儲(chǔ)實(shí)時(shí)采 集數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)后處理，統(tǒng)計(jì)處理后續(xù)信號(hào)，提取信道模型和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，高精度參考時(shí)鐘 107用于收發(fā)端的同步。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器103將中頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)時(shí)采用高精度轉(zhuǎn)化器為16位，最高采樣速率為200M采樣點(diǎn)/秒(Msps)。高速數(shù)字傳輸通道105采用PCI-E接口，上傳速率為(ibyte/s，也可采用以太網(wǎng)或 USB。高精度參考時(shí)鐘107 —般采用原子鐘，如銣鐘等，其作用是倍頻、分頻時(shí)鐘管理。圖2是射頻信號(hào)處理模塊組成框圖，其中包括射頻聲表面濾波器201，低噪聲放大 器202，混頻器102，低通濾波器203，可變?cè)鲆娣糯笃?04，中頻聲表面濾波器205，PLL鎖相 環(huán)。射頻聲表面濾波器201，濾出所需射頻帶寬內(nèi)的射頻信號(hào)；濾波后的信號(hào)進(jìn)入低 噪聲放大器202實(shí)施低噪聲放大；放大后信號(hào)進(jìn)入混頻器102進(jìn)行下變頻至中頻，目的是信 號(hào)的頻譜搬移；混頻后的信號(hào)進(jìn)入低通濾波器203，濾除2倍頻分量；濾波后信號(hào)進(jìn)入可變 增益放大器204進(jìn)行放大或壓縮，而后進(jìn)入中頻聲表面濾波器205，進(jìn)行再次濾波，最終輸 出一組I路和Q路的中頻信號(hào)；PLL鎖相環(huán)，用于從高精度參考時(shí)鐘107獲得高精度時(shí)鐘， 將該時(shí)鐘經(jīng)過鎖相環(huán)實(shí)施倍頻處理，得到混頻器102的本地振蕩頻率。圖3是中頻采樣原理組成框圖，其中包括模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器103，F(xiàn)PGA基帶數(shù)字信 號(hào)處理模塊104和PLL鎖相環(huán)。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器103，用于將中頻的模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，這里采用模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換器最高采樣率為200M采樣點(diǎn)/秒，且為雙通道，支持經(jīng)過一次下變頻的一組I路 和Q路信號(hào)，采樣后的信號(hào)位寬為16位；采樣后的信號(hào)進(jìn)入FPGA基帶數(shù)字信號(hào)處理模塊 104，用于完成數(shù)字下變頻(DDC)和基帶信號(hào)預(yù)處理。其中數(shù)字下變頻用于將中頻采樣的數(shù) 字信號(hào)完成數(shù)字域的下變頻處理，包括乘法器、上抽樣和濾波三個(gè)步驟，最終得到數(shù)字域的 基帶數(shù)字信號(hào)；基帶信號(hào)預(yù)處理包括完成接收數(shù)據(jù)信號(hào)的同步，同步包括突發(fā)分組傳輸?shù)?分組同步、連續(xù)傳輸信號(hào)的符號(hào)同步；PLL鎖相環(huán)，用于從高精度時(shí)鐘107獲得高精度時(shí)鐘， 將該時(shí)鐘經(jīng)過鎖相環(huán)實(shí)施倍頻處理，得到模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器103的采樣時(shí)鐘，確保收發(fā)端同步。將本用于高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備用于如高速鐵路信道探測(cè)等特殊場(chǎng)景，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 完整實(shí)時(shí)的存儲(chǔ)及后期處理和效果顯示。由于上傳上位機(jī)數(shù)據(jù)帶寬足夠大，因此可以支持 射頻端多天線陣列接收信號(hào)；后端信號(hào)處理采用全服務(wù)器結(jié)構(gòu)，保證足夠的信號(hào)處理能力。 因此用于信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)吞吐能力和后臺(tái)計(jì)算能力，基帶后信 號(hào)處理采用純軟件信號(hào)處理的開放架構(gòu)，非常適宜復(fù)雜度較高的通信信號(hào)處理；且整個(gè)設(shè) 備成本較低。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn) 飾也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種用于信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于包括射頻天線單元，包括天線陣列和相關(guān)射頻濾波器，接收單天線系統(tǒng)和多天線系統(tǒng)的無 線激勵(lì)信號(hào)；混頻器，將經(jīng)射頻天線單元濾波放大后的射頻信號(hào)經(jīng)過一次下變頻后到中頻；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將中頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，此時(shí)采用高精度轉(zhuǎn)化器為16位， 最高采樣速率為200M采樣點(diǎn)/秒；FPGA基帶數(shù)字信號(hào)處理模塊，接收模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后得到的多通道的采樣數(shù) 字信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字下變頻和基帶信號(hào)預(yù)處理，其中數(shù)字下變頻將中頻采樣的數(shù)字信號(hào)完成 數(shù)字域的下變頻處理，包括乘法器、上抽樣和濾波三個(gè)步驟，最終得到數(shù)字域的基帶數(shù)字信 號(hào)；基帶信號(hào)預(yù)處理完成接收數(shù)據(jù)信號(hào)的同步，同步包括突發(fā)分組傳輸?shù)姆纸M同步、連續(xù)傳 輸信號(hào)的符號(hào)同步；高速數(shù)字傳輸通道，將FPGA基帶數(shù)據(jù)上傳至高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，上傳速率為(ibyte/s ；高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，存儲(chǔ)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)后處理，統(tǒng)計(jì)處理后續(xù)信號(hào)，提取信道 模型和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示；高精度參考時(shí)鐘，用于收發(fā)兩端的同步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于天線 陣列采用全向天線或均勻線性天線陣列或均勻圓天線陣列，相關(guān)射頻濾波器采用射頻聲表 面濾波器和低噪聲放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于在混 頻器和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器之間還包括中頻濾波器模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于中頻 濾波器模塊包括低通濾波器、可變?cè)鲆娣糯笃?、中頻聲表面濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于所述 射頻信號(hào)也可適用零中頻的方式，經(jīng)過混頻器直接到基帶后實(shí)施采樣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于高速 數(shù)字傳輸通道上傳數(shù)據(jù)的通道類型采用PCI-E或以太網(wǎng)或USB。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于高精 度參考時(shí)鐘包括倍頻、分頻時(shí)鐘管理單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種用于信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于 高精度參考時(shí)鐘采用原子鐘。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于無線信道探測(cè)的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括射頻天線單元(101)、混頻器(102)、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(103)、FPGA基帶數(shù)字信號(hào)處理模塊(104)、高速數(shù)字傳輸通道(105)、高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器(106)和高精度參考時(shí)鐘(107)。射頻天線單元接收到無線激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)濾波放大后經(jīng)混頻器一次下變頻為中頻信號(hào)，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器將中頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在FPGA基帶數(shù)字信號(hào)處理模塊進(jìn)行數(shù)字下變頻和基帶信號(hào)預(yù)處理，由高速數(shù)字傳輸通道上傳至高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，高精度參考時(shí)鐘用于收發(fā)端的同步。經(jīng)過本實(shí)用新型采集和后處理，可以完成無線信道統(tǒng)計(jì)模型建模和實(shí)時(shí)信道“回放”模型。
文檔編號(hào)H04W24/00GK201910922SQ201020545838
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者劉留, 邱佳慧, 陶成 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)