专利名称：实时无线信道仿真器中的信道生成方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信系统中信道生成方法及装置，具体的说，涉及无线通信系统中一种实时无线信道仿真器的生成方法及装置。
背景技术：
无线通信已经成为人们日常生活不能缺少的一部分，不同于有线通信，在设计无线通信系统时，要充分考虑到无线信道对无线通信的性能的影响。无线信道中电波的传播不是单一路径来的，而是许多路径和众多反射波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径来的反射波到达时间不同，也就是各信号的时延不同。同时由于各个路径来的反射波到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端迭加，有时迭加而加强(方向相同)，有时迭加而减弱(方向相反)。这样，接收信号的幅度将急剧变化，即产生了快衰落。这种衰落是由多径引起的，所以称为多径衰落。而且，由于移动通信中移动台的移动性，无线信道中还会有多普勒效应。
目前对对移动信道进行研究有理论分析，现场电波传播实测和移动信道的计算机模拟，同时，实时移动信道仿真器可以为无线试验通信系统提供极大的方便，通过实时移动信道仿真器，无线通信演示系统可以在室内就可以初步验证该系统在室外移动的性能，能大大减少测试费用和测试时间。
随着人们需求的不断增加，对无线通信的要求越来越高，无线通信向高速率，高移动性和宽带化发展。实时移动信道仿真器的设计需要适应这种需求的变化。实时移动信道仿真器设计要求同时支持不同的参数条件，比如不同多径，不同多普勒频移和不同收发天线。目前移动信道仿真器很少能做到这一点。
发明内容
本发明提供一种可以支持不同多普勒频移，不同多径和不同收发天线的信道仿真器。
为实现上述目的，一种实时无线信道仿真器中的信道生成方法，包括1)信道系数发生器采用一个时钟来产生多路单径信道系数信号；2)插值器模块，由于信道系数发生器产生系数的频率和系统时钟不相等，将信道系数发生器中产生的信号进行差值，使信道系数和数据率相匹配；3)数据延时与合并模块，将发射的数据进行延时，产生每条多径信号上的信号。
本发明采用IFFT的方法来实现多普勒频移，一个时钟来完成所有收发天线信道系数的产生，简化了电路的实现，大大缓解了由于采用多个时钟频率造成的资源浪费，同时避免了在时钟变换接口处的相位漂移，提高了系统的稳定性。
图1是模块A的各子模块的输入输出信号流，其中阴影部分为有效数据，数字表示有效数据个数；图2是通信系统的框图；图3是无线信道的实时实现框图；图4是模块A内部的实现框图；图5是信道系数的产生的原理框图；图6是采用高时钟时的时序图。
具体实施例方式
通常的通信系统的框图如图2所示，本发明提供了一种无线信道的实时生成方法，该无线信道的框图如图3所示，假设有M发天线和H收天线，每个发天线有L径，共有M*H*L径，其中的模块功能如下信道系数发生器(模块A)产生多路单径信道系数信号，每条单径信号符合预定的多普勒频谱。
插值器模块(模块B)信道系数发生器的产生系数的频率和系统时钟不相等，在此模块中，将信道系数发生器中产生的信号进行插值，使信道系数和数据率相匹配。
数据延时与合并模块(模块C)将发射的数据进行延时，产生每条多径信号上的信号。
将产生的多路信号按照输出天线进行组合，完成信道系数和数据的相乘，并将对应每路输出天线的数据进行合并。一共产生H路输出信号给不同的接收天线。
模块A信道系数的产生是根据传统的方法，采用两路信号叠加产生瑞利衰落的做法如图5所示。其中模块A的内部实现框图如图4所示，在整个模块中，都采用串行流水线设计，高斯数发生器串行产生复数数据，组成数据块，gn(k)，k＝0，1，..，N/2表示第n数据块的第k个数据，N为IFFT的处理长度。在多普勒频谱模块里，将第n输入数据块映射成{1，gn(1)，gn(2)，...，gn(N/2-1)，1，gi′(N/2-1)，...，gn′(1)}其中’表示共轭操作。
映射后的数据块里的数据依次同多普勒频谱器的谱线幅度的平方根相乘，这里假设对应着第n块数据块的谱线幅度的平方根为dn(k)，k＝0，1，..，N-1。假设多普勒频谱为Pn(f)，f≤f0，对Pn(f)，|f|≤f0进行归一化得Pn′(f′)=P(f)|f′=f/f0|f′|≤1.]]>对P′n(f)进行离散化 那么dn(k)为dn(k)＝gn(k)*sqrt(Pn′(k))，其中sqrt()为求平方根。
输出的数据块按流水线方式进入IFFT模块进行IFFT处理，IFFT模块同样按流水线方式输出IFFT数据块xn(k)，k＝0，1，..，N-1。
瑞利信道发生器将每两个相邻的IFFT数据块的实部当成复数的实部和复部组成新的数据块an(k)＝real(x2*n(k))+i*real(x2*n+1(k))，k＝0，1，..，N-1，然后将复数格式转化为幅度和相角的格式，即an(k)=ρn(k)ejθn(k),]]>k＝0，1，..，N。
瑞利信道发生器输出的数据块依次对应着不同的径，比如第一个数据块是第一径的信道信号，第二个数据块是第二径的信道信号，...。。，第M*N*L个数据块是第M*N*L径的信道信号，依次类推第M*N*L个数据块是第一径的信道信号。在增益模块里，将不同的数据块乘以该数据块对应的径的平均功率。增益模块的输出数据按数据块作为单位进行串并转换，分别存放在信道系数存储器的存储单元里。信道系数存储器共有M*N*L个存储单元，分别存储不同径的信道信号。
在宽带无线通信里，模块A里产生的信道信号采样速率即图3中接口3的输出数据的采样率相对天线发射信号的速率来说很低，发射信号的采样速率R0往往会达到几十兆，甚至几百兆，而信道信号采样速率R1往往是最大多普勒频移量级的，往往只有几百K或几十k。这样就需要在信道信号和发射信号相乘前对信道信号进行插值，插值率为D＝R0/R1，当插值为线性插值时，插值为C(k)＝s0+k*(s1-s0)/D，k＝1，...，D-1从上面的分析知道，信道信号采样速率R1＝2*f0，由于信道仿真器要支持多天线信道，这样可能每个天线，甚至每径的最大多普勒频移都不一样，同时由于要支持不同的信道环境，这样，最大多普勒频移也会不一样。这样的话就需要多个时钟同时或切换驱动不同的信道信号，这样不仅资源浪费，时钟变换接口处的相位容易漂移，电路系统的稳定性也会比较差。
为了克服电路系统的不稳定性，模块A采用一个时钟来产生所有的信道系数。由于采用一个高的时钟，该时钟是最大多普勒频移的两倍，就会导致模块A内部数据流的不连续性，这样需要用有效位来标示有效数据流，如图6所示。为了进一步使电路系统简化和稳定，模块A可以采用一个最大的多普勒频移来产生所有的信道系数。假设这个最大的多普勒频移为fD，fD的选择满足如下要求1)fD要大于所有实际的最大的多普勒频移。
2)R0/(2*fD)为2的幂次方。
采用统一的满足如上要求的最大的多普勒频移来产生所有的信道系数有如下好处1)线性插值中的除法不需要除法器，只需要通过移位操作就可以实现除法功能，节省资源。
2)模块A中的每个子模块的输入输出数据流的有效标示不随实际的每径或每天线的多普勒频移变化而变化，进一步提高电路的稳定性。
3)由于fD比实际的多普勒频移高，那么IFFT操作具有内插作用，速率从2*f0到2*fD，相对线性内插来说，可以提高内插精度。
4)为了满足上面的作用，需要对多普勒频谱器的谱线的截取进行修改，定义K＝fix(N*f0/(2*fD))，其中fix()为求整函数。
那么多普勒频谱器的谱线的截取为 实施例假设发射信号采样速率为20M，为了便于说明，假设只有一根发和一根收天线，径数为2，并且假设每径的实际多普勒频移都为4Khz选取fD＝4.8828kHz，这时的插值率为4096＝2^12。
设IFFT的长度为1024，那么K＝fix(1024*4/(2*4.8828))＝419。多普勒频谱器的谱线的截取为 每个子模块的输出数据图示如图1所示。
权利要求
1.一种实时无线信道仿真器中的信道生成方法，包括1)信道系数发生器采用一个时钟来产生多路单径信道系数信号；2)插值器模块，由于信道系数发生器产生系数的频率和系统时钟不相等，将信道系数发生器中产生的信号进行差值，使信道系数和数据率相匹配；3)数据延时与合并模块，将发射的数据进行延时，产生每条多径信号上的信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述一个时钟是一个最大多普勒频移fD的两倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于连续的时间段里含有一部分有效的数据块，有效数据块由有效位标示。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述最大多普勒频移fD满足如下要求a)fD要大于所有实际的最大的多普勒频移；b)R0/(2*fD)为2的幂次方，其中R0为发射信号的采样速率。
5.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于所述最大多普勒频移要大于所有实际的最大的多普勒频移。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述信道的生成包括1)串行产生复高斯数据，组成数据块，gn(k)，k＝0，1，..，N/2表示第n数据块的第k个数据，N为IFFT的处理长度，在多普勒频谱模块里，将第n输入数据块映射成{1，gn(1)，gn(2)，...，gn(N/2-1)，1，gi′(N/2-1)，...，gn′(1)}其中’表示共轭操作；2)映射后的数据块里的数据依次同多普勒频谱的谱线幅度的平方根相乘，对应着第n块数据块的谱线幅度的平方根为dn(k)，k＝0，1，..，N-1；3)然后数据块按流水线方式进入IFFT模块进行IFFT处理，IFFT模块同样按流水线方式输出IFFT数据块xn(k)，k＝0，1，..，N-1。将每两个相邻的IFFT数据块的实部当成复数的实部和复部组成新的数据块an(k)＝real(x2*n(k))+i*real(x2*n+1(k))，k＝0，1，..，N-1，然后将复数格式转化为幅度和相角的格式，即an(k)=ρn(k)ejθn(k),]]>k＝0，1，..，N；4)输出的数据块依次对应着不同的径，将不同的数据块乘以该数据块对应的径的平均功率，输出数据按数据块作为单位进行串并转换，分别存放在不同的存储单元里。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于还包括多普勒频谱器的谱线的截取，其中多普勒频谱为Pn(f)，f≤f0，对Pn(f)，|f|≤f0进行归一化得Pn′(f′)=P(f)|f′=f/f0|f′|≤1.]]>对P′n(f)进行离散化为 其中K＝fix(N*f0/(2*fD))，fix()为求整函数，f0为实际的多普勒频移，那么dn(k)为dn(k)＝gn(k)*sqrt(Pn′(k))，其中sqrt()为求平方根。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述时间段的长度为1)包含dn(k)的时间段长度为N*R0/(2*RD)/(M*H*L*2)个时钟周期；2)包含an(k)的时间段长度为N*R0/(2*RD)/(M*H*L)个时钟周期。
9.一种实时无线信道仿真器中的信道生成装置，包括1)信道系数发生器，采用一个时钟来产生多路单径信道系数信号；2)插值器模块，由于信道系数发生器产生系数的频率和系统时钟不相等，将信道系数发生器中产生的信号进行差值，使信道系数和数据率相匹配；3)数据延时与合并模块，将发射的数据进行延时，产生每条多径信号上的信号。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述一个时钟是一个最大多普勒频移fD。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于连续的时间段里含有一部分有效的数据块，有效数据块由有效位标示。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于所述最大多普勒频移fD满足如下要求a)fD要大于所有实际的最大的多普勒频移；b)R0/(2*fD)为2的幂次方，其中R0为发射信号的采样速率。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述信道系数发生器包括高斯数据发生器，串行产生复数数据，组成数据块，gn(k)，k＝0，1，.，N/2表示第n数据块的第k个数据，N为IFFT的处理长度；多普勒频谱模块，将第n输入数据块映射成{1，gn(1)，gn(2)，..，gn(N/2-1)，1，gi′(N/2-1)，...，gn′(1)}其中’表示共轭操作；IFFT模块，按流水线方式输出IFFT数据块xn(k)，k＝0，1，..，N-1；瑞利信道系数发生器，将每两个相邻的IFFT数据块的实部当成复数的实部和复部组成新的数据块an(k)＝real(x2*n(k))+i*real(x2*n+1(k))，k＝0，1，..，N-1，然后将复数格式转化为幅度和相角的格式，即an(k)=ρn(k)ejθn(k),]]>k＝0，1，.，N；增益模块，将不同的数据块乘以该数据块对应的径的平均功率，输出数据按数据块作为单位进行串并转换；信道系数存储器，用于存储不同径的信道信号。
全文摘要
一种实时无线信道仿真器中的信道生成方法，包括1)信道系数发生器采用一个时钟来产生多路单径信道系数信号；2)插值器模块，由于信道系数发生器产生系数的频率和系统时钟不相等，将信道系数发生器中产生的信号进行差值，使信道系数和数据率相匹配；3)数据延时与合并模块，将发射的数据进行延时，产生每条多径信号上的信号。本发明采用IFFT的方法来实现多普勒频移，一个时钟来完成所有收发天线信道系数的产生，简化了电路的实现，大大缓解了用多个时钟频率造成的资源浪费，同时避免了在时钟变换接口处的相位漂移，提高了系统的稳定性。
文档编号H04B17/00GK1956363SQ200510116249
公开日2007年5月2日 申请日期2005年10月28日 优先权日2005年10月28日
发明者曹锋铭, 仲川, 王海 申请人:北京三星通信技术研究有限公司, 三星电子株式会社