专利名称：协作无线信道测量系统及方法
协作无线信道测量系统及方法技术领域
本发明属于第四代宽带移动通信技术领域，涉及一种信道测量方法，具体涉及一种协作无线信道测量系统及方法。
背景技术：
移动通信越来越广泛地渗透到人们的日常生活和经济生活中，并成为世界各国最主要的高新技术支柱产业之一。同时，人们对移动通信的各种需求与日俱增，也推动了移动通信的飞速发展。从20世纪80年代中期开始，移动通信经历了第一代模拟移动通信时代、第二代数字移动通信时代、第三代移动通信时代(3G)、第四代移动通信时代(4G)。第四代移动通信以移动数据为主，是面向移动因特网的高速移动通信网络；它的传输速率达到lOOMbit/s ;发射功率比现在降低10到100倍，能解决电磁干扰问题，支持手机互助功能、支持更丰富的移动业务，使用户在任何地方都可以获得任何所需的信息服务。
新一代的无线通信系统(即第四代移动通信系统)引入了一系列新技术，获得了更高的系统性能。因为第四代宽带无线通信系统的性能很大程度上取决于无线信道的衰落特性，所以对无线电波传播特性的研究成了通信系统设计的基础和关键之所在。通过实际无线信道的测量建立起的基于实测的信道模型更接近于真实环境，能够低成本高效地验证通信系统的性能，对于通信系统的研发、组网、性能评估都具有重要的意义。
下一代移动通信网络(即第四代移动通信网络)面临宽带、高频谱效率、低时延、环保节能等诸多方面的挑战，协作通信已成为一大关键技术。中继(Relay)技术能够扩大小区覆盖面积，为小区中阴影衰落严重的地方以及覆盖死角提供服务信号，提供热点地区的覆盖以及室内覆盖等；而且利用中继进行小区覆盖的成本很低。基于多天线的多点协同传输(CoMP)技术具有多重优势，能够改善小区边缘质量、增强覆盖、提升数据传输速率并保障稳定的服务质量与数据吞吐量以及降低基站发射功率从而实现绿色网络部署。这些技术均需利用协作无线信道的特性进行合理设计，因此了解协作信道的条件，获取协作信道的传播特性数据对于实际的组网应用具有重要的意义，故设计用于测量协作无线信道特性的合理准确的测量方案是非常有必要的。发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种协作无线信道测量系统及方法，用以合理准确地测量协作无线信道的特性。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种协作无线信道测量系统及方法。
—种协作无线信道测量系统，包括发射信道测量装置和接收信道测量装置；
所述发射信道测量装置包括:
发射端中央处理单元，用以产生特定宽带基带或中频测试信号和发射端协作测量控制信号，所述发射端协作测量控制信号包括发射端各单元同步及协作控制信号和发射端中央处理单元内部时序控制信号；同时完成所述特定宽带基带或中频测试信号和发射端各单元同步及协作控制信号的电光转换，输出光信号；
发射端分布式处理单元，与所述发射端中央处理单元通信相连，用以完成光信号的光电转换，再分离出特定宽带基带或中频测试信号及发射端各单元同步及协作控制信号，并对所述特定宽带基带或中频测试信号进行上变频和功率放大处理，输出电测试信号；同时根据发射端各单元同步及协作控制信号控制自身的时序和同步；
发射天线单元，与所述发射端分布式处理单元通信相连，用以将所述电测试信号发送出去；
所述接收信道测量装置包括:
接收天线单元，与发射天线单元通信相连，用以接收所述电测试信号；
接收端分布式处理单元，与接收天线单元通信相连，用以对所述电测试信号进行下变频处理和电光转换，输出光测试信号；
接收端中央处理单元，与接收端分布式处理单元通信相连，用以完成所述光测试信号的光电转换和复合，将复合后的信号进行高速采集并存储；同时输出接收端协作测量控制信号控制接收端分布式处理单元的时序和同步。
作为本发明的一种优选方案，所述发射端中央处理单元通过一发射端远距离传输单元与所述发射端分布式处理单元通信相连；所述接收端分布式处理单元通过一接收端远距离传输单元与所述接收端中央处理单元通信相连；所述发射端远距离传输单元与接收端远距离传输单元均为光纤。
作为本发明的另一种优选方案，所述发射端中央处理单元包括:
宽带测试信号产生单元，用于产生协作测试所需的特定宽带基带或中频测试信号;
时分复用切换单元，与宽带测试信号产生单元通信相连，用以将所述特定宽带基带或中频测试信号按设定协作时序切换分成多路电测试信号；
电光转换单元，与时分复用切换单元通信相连，用以将每一路电测试信号转换成光测试信号；
第一 GPS单元，用以提供系统整体协作测量的时钟基准；
第一时钟同步控制单元，分别与宽带测试信号产生单元、时分复用切换单元、电光转换单元、第一 GPS单元通信相连，用以产生控制发射端各功能单元协作的发射端协作测量控制信号，所述发射端协作测量控制信号包括发射端各单元同步及协作控制信号和发射端中央处理单元内部时序控制信号；所述发射端中央处理单元内部时序控制信号用以对所述宽带测试信号产生单元、时分复用切换单元、电光转换单元进行时序控制；所述发射端各单元同步及协作控制信号用以对各个发射端分布式处理单元进行协作时序控制及同步；所述发射端各单元同步及协作控制信号经所述电光转换单元转换成发射端各单元同步及协作控制光信号。
作为本发明的再一种优选方案，所述发射端分布式处理单元包括:
光电转换单元，与所述电光转换单元通信相连，用以将所述光测试信号和所述发射端各单元同步及协作控制光信号进行光电转换，输出电测试信号和发射端各单元同步及协作控制信号；
上变频单元，与所述光电转换单元通信相连，用以将所述电测试信号进行上变频处理；
功放单元，与所述上变频单元通信相连，用以对上变频处理后的电测试信号进行功率放大处理,输出功率放大后的电测试信号给发射天线单元；
第一协作控制单元，与光电转换单元、上变频单元、功放单元分别通信相连，用以根据所述发射端各单元同步及协作控制信号控制上变频单元和功放单元的同步及时序，同时控制发射端分布式处理单元的协作测量。
作为本发明的再一种优选方案，所述接收端分布式处理单元包括:
下变频单元，与接收天线单元通信相连，用以对接收到的电测试信号进行下变频处理；
第一光电收发单元，与下变频单元通信相连，用以对下变频处理后的电测试信号进行电光转换，输出光测试信号；同时对来自接收端中央处理单元的接收端各单元同步及协作控制光信号进行光电转换，输出用以控制接收端分布式处理单元协作测量的接收端各单元同步及协作控制信号；
第二协作控制单元，与下变频单元、第一光电收发单元分别通信相连，用以根据所述接收端各单元同步及协作控制信号控制下变频单元的同步及时序。
作为本发明的再一种优选方案，所述接收端中央处理单元包括:
第二光电收发单元，与所述接收端分布式处理单元中的第一光电收发单元通信相连，用以对来自第一光电收发单元的光测试信号进行光电转换，生成电测试信号，同时向各接收端分布式处理单元输出接收端各单元同步及协作控制光信号；
信号复合单元，与所述第二光电收发单元通信相连，用以将多路所述电测试信号高速复合成一路电测试信号；
高速数据采集存储单元，与所述信号复合单元通信相连，用以对复合后的电测试信号进行高速采集和存储；
第二 GPS单元，用以提供系统整体协作测量的时钟基准；
第二时钟同步控制单元，与第二光电收发单元、天线切换单元、高速数据采集存储单元、第二 GPS单元分别通信相连，用以产生控制接收端各功能单元协作的接收端协作测量控制信号；所述接收端协作测量控制信号包括接收端各单元同步及协作控制信号和接收端中央处理单元内部时序控制信号；所述接收端中央处理单元内部时序控制信号用以对第二光电收发单元、信号复合单元、高速数据采集存储单元进行时序控制；所述接收端各单元同步及协作控制信号用以对各个接收端分布式处理单元进行协作时序控制及同步；所述接收端各单元同步及协作控制信号经所述第二光电收发单元转换成接收端各单元同步及协作控制光信号。
一种协作无线信道测量方法，包括以下步骤:
步骤一，发射端中央处理单元产生特定宽带测试基带或中频信号和发射端协作测量控制信号，同时完成所述宽带测试基带或中频信号和发射端各单元同步及协作控制信号的电光转换，输出光信号；所述发射端协作测量控制信号包括发射端各单元同步及协作控制信号和发射端中央处理单元内部时序控制信号；
步骤二，各发射端分布式处理单元对所述光信号进行光电转换，获得电信号，并对所述电信号中的宽带测试基带或中频信号进行上变频和功率放大处理，输出电测试信号；同时根据电信号中的发射端各单元同步及协作控制信号控制自身的时序和同步，实现协作测量；
步骤三，发射天线单元将所述电测试信号发送出去；
步骤四，接收天线单元接收所述电测试信号；
步骤五，接收端分布式处理单元对所述电测试信号进行下变频处理和电光转换，输出光测试信号；
步骤六，接收端中央处理单元完成所述光测试信号的光电转换和复合，将复合后的信号进行高速采集并存储，同时输出接收端各单元同步及协作控制信号控制接收端分布式处理单元协作测量的时序和同步。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤一的详细实现过程为:
宽带测试信号产生单元产生协作测试所需的特定宽带基带或中频测试信号；
时分复用切换单元将所述特定宽带基带或中频测试信号按设定协作时序切换分成多路电测试信号；
电光转换单兀将每一路电测试信号转换成光测试信号；
第一 GPS单元提供系统整体协作测量的时钟基准；
第一时钟同步控制单元产生控制发射端各功能单元协作的发射端协作测量控制信号，所述发射端协作测量控制信号包括发射端各单元同步及协作控制信号和发射端中央处理单元内部时序控制信号；所述发射端中央处理单元内部时序控制信号对所述宽带测试信号产生单元、时分复用切换单元、电光转换单元进行时序控制；所述发射端各单元同步及协作控制信号对各个发射端分布式处理单元进行协作时序控制及同步；所述发射端各单元同步及协作控制信号经所述电光转换单元转换成发射端各单元同步及协作控制光信号。
作为本发明的另一种优选方案，所述步骤二的详细实现过程为:
光电转换单元将所述光测试信号和和所述发射端各单元同步及协作控制光信号进行光电转换，输出电测试信号和发射端各单元同步及协作控制信号；
上变频单元将所述电测试信号进行上变频处理；
功放单元对上变频处理后的电测试信号进行功率放大处理,输出功率放大后的电测试信号给发射天线单元；
第一协作控制单元根据所述发射端各单元同步及协作控制信号控制上变频单元和功放单元的同步及时序，同时控制发射端分布式处理单元的协作测量。
作为本发明的再一种优选方案，所述步骤五的详细实现过程为:
下变频单元对接收到的电测试信号进行下变频处理；
第一光电收发单兀对下变频处理后的电测试信号进行电光转换，输出光测试信号；同时对来自接收端中央处理单元的接收端各单元同步及协作控制光信号进行光电转换，输出用以控制接收端分布式处理单元协作测量的接收端各单元同步及协作控制信号；
第二协作控制单元根据所述接收端各单元同步及协作控制信号控制下变频单元的同步及时序。
作为本发明的再一种优选方案，所述步骤六的详细实现过程为:
第二光电收发单元对来自第一光电收发单元的光测试信号进行光电转换，生成电测试信号，同时向各接收端分布式处理单元输出接收端各单元同步及协作控制光信号；
信号复合单元将多路所述电测试信号高速复合成一路电测试信号；
高速数据采集存储单元对复合后的电测试信号进行采集和存储；
第二 GPS单元提供系统整体协作测量的时钟基准；
第二时钟同步控制单元产生控制接收端各功能单元协作的接收端协作测量控制信号；所述接收端协作测量控制信号包括接收端各单元同步及协作控制信号和接收端中央处理单元内部时序控制信号；所述接收端中央处理单元内部时序控制信号对第二光电收发单元、信号复合单元、高速数据采集存储单元进行时序控制；所述接收端各单元同步及协作控制信号对各个接收端分布式处理单元进行协作时序控制及同步；所述接收端各单元同步及协作控制信号经所述第二光电收发单元转换成接收端各单元同步及协作控制光信号。
如上所述，本发明所述的协作无线信道测量系统及方法，具有以下有益效果:本发明提出的协作无线信道测量系统及方法可以合理准确地测量协作无线信道的特性，能够准确地反映真实协作信道的电波传播特性，为新一代通信技术关键技术的研究提供实际场景的信道测量数据，为宽带无线通信系统的设计、验证、优化及组网提供依据。
图1为协作测量系统发射端结构示意图。
图2为协作测量系统接收端结构示意图。
图3为发射端的一种具体实现结构示意图。
图4为接收端的一种具体实现结构示意图。
图5为Relay场景示意图。
图6为Relay场景的协作信道测量方法示意图。
图7为CoMP场景示意图。
图8为CoMP场景的协作信道测量方法示意图。
元件标号说明
100、发射信道测量装置；200、接收信道测量装置；
110、发射端中央处理单元；210、接收天线单元；
120、发射端远距离传输单元；220、接收端分布式处理单元；
130、发射端分布式处理单元；230、接收端远距离传输单元；
140、发射天线单元；240、接收端中央处理单元；
111、宽带测试信号产生单元； 221、第二协作控制单元；
112、时分复用切换单元；222、下变频单元；
113、电光转换单元；223、第一光电收发单元；
114、第一时钟同步控制单元； 241、第二光电收发单元；
115、第一 GPS单兀；242、信号复合单兀；
131、第一协作控制单元；243、高速数据采集存储单元；
132、光电转换单元；244、第二时钟同步控制单元；
133、上变频单元； 245、第二 GPS单元；
134、功放单元。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种协作无线信道测量系统。分布式天线系统通过在地理位置上分布式放置天线，增强了系统的覆盖性能，也提高了系统的分集增益和容量性能。第四代移动通信技术中，协作通信已成为一大关键技术，包括中继(Relay)技术，多点协同传输(CoMP)等。这些技术均需利用协作信道提升通信系统性能，比如，扩大小区覆盖性能，改善小区边缘质量，提升系统容量等，但目前缺乏对协作信道的测量与模型。因此，本发明提供的协作无线信道测量系统及方法，可以实现对实际协作无线信道电波传播特性的有效准确地测量。其采用分布式天线技术和协作多链路同步技术，天线分布配置灵活，能够满足不同场景的测量需要。
下面结合附图对本发明·的具体实施方式
作进一步详细说明。
实施例一
本实施例提供一种协作无线信道测量系统，如图1和2所示，包括发射信道测量装置100和接收信道测量装置200。
发射信道测暈装置100
所述发射信道测量装置100的结构如图1所示，包括发射端中央处理单元110、发射端远距离传输单元120、发射端分布式处理单元130和发射天线单元140 ;所述发射端中央处理单元110通过发射端远距离传输单元120与发射端分布式处理单元130通信相连，所述发射端分布式处理单元130与所述发射天线单元140通信相连。
发射端中央处理单元110
所述发射端中央处理单元110用以产生特定宽带基带或中频测试信号和发射端协作测量控制信号；所述发射端协作测量控制信号包括发射端各单元同步及协作控制信号和发射端中央处理单元内部时序控制信号；同时完成所述特定宽带基带或中频测试信号和发射端各单元同步及协作控制信号的电光转换，输出光信号。发射端各单元同步及协作控制信号用以控制自身内部功能单元的同步、以及各发射端分布式处理单元130的协作测量；所述发射端中央处理单元内部时序控制信号用以控制发射端中央处理单元110内部各单元的时序。发射端中央处理单元110将所述特定宽带基带或中频测试信号和发射端各单元同步及协作控制信号通过所述发射端远距离传输单元120送入发射端分布式处理单元130。
所述发射端中央处理单元110的内部结构如图3所示，包括宽带测试信号产生单元111、时分复用切换单元112、电光转换单元113、第一时钟同步控制单元114、第一 GPS单元115。所述宽带测试信号产生单元111与时分复用切换单元112通信相连，时分复用切换单元112与电光转换单元113通信相连，电光转换单元113与发射端远距离传输单元120通信相连；第一 GPS单元115与第一时钟同步控制单元114通信相连，第一时钟同步控制单元114分别与宽带测试信号产生单元111、时分复用切换单元112、电光转换单元113通信相连。
所述宽带测试信号产生单元111产生协作测试所需的特定宽带基带或中频测试信号；所述时分复用切换单元112将所述特定宽带基带或中频测试信号按设定协作时序切换分成多路电测试信号；所述电光转换单元113将每一路电测试信号转换成光测试信号；多路光测试信号通过所述发射端远距离传输单元120传输至各发射端分布式处理单元130。所述第一 GPS单元115连接至所述第一时钟同步控制单元114，用以提供系统整体协作测量的时钟基准。所述第一时钟同步控制单元114产生控制发射端各功能单元协作的发射端协作测量控制信号，所述发射端协作测量控制信号包括发射端各单元同步及协作控制信号和发射端中央处理单元内部时序控制信号；所述发射端中央处理单元内部时序控制信号用以对所述宽带测试信号产生单元111、时分复用切换单元112、电光转换单元113进行时序控制；所述发射端各单元同步及协作控制信号用以对各个发射端分布式处理单元130进行协作时序控制及同步；所述发射端各单元同步及协作控制信号经所述电光转换单元转换成发射端各单元同步及协作控制光信号。
所述发射端远距离传输单元120
所述发射端远距离传输单元120用以将发射端中央处理单元110输出的多路光测试信号和发射端各单元同步及协作控制光信号同步传输到各个发射端分布式处理单元130。所述发射端远距离传输单元120为光纤。
发射端分布式处理单元130
所述发射端分布式处理单元130用以根据发射端各单元同步及协作控制光信号完成自身的时序控制，并将所述光测试信号进行上变频和功率放大处理后发送给所述发射天线单元140。
所述发射端分布式处理单元130的内部结构如图3所示，包括第一协作控制单元131、光电转换单元132、上变频单元133、功放单元134。其中，光电转换单元132与所述发射端远距离传输单元120通信 相连，上变频单元133与光电转换单元132通信相连，功放单元134与上变频单元133通信相连；第一协作控制单元131分别与光电转换单元132、上变频单元133、功放单元134通信相连。
所述光电转换单元132将来自发射端远距离传输单元120的光测试信号和所述发射端各单元同步及协作控制光信号进行光电转换，输出电测试信号和发射端各单元同步及协作控制信号；所述上变频单元133将来自光电转换单元132的电测试信号进行上变频处理；所述功放单元134对上变频处理后的电测试信号进行功率放大处理,输出功率放大后的电测试信号给发射天线单元140。所述第一协作控制单元131接收光电转换单元132分离出的发射端各单元同步及协作控制信号，并根据所述发射端各单元同步及协作控制信号控制上变频单元133和功放单元134的同步及时序，以及与其他分布式处理单元130的协作测量。
各发射端分布式处理单元130分别部署在不同的地理位置，发射天线自然也形成分布式布局，通过发射端远距离传输单元120(即长距离光纤)与发射端中央处理单元110通信连接，各单元间的协同工作由中央处理单元控制。各发射端分布式处理单元130可以进一步扩展，通过高速开关将各分布式处理单元输出的光测试信号进一步分成多路信号，在各分布式处理单元后采用多天线结构。所述天线单元140可相应配置单天线或多天线。另外，若发射端分布式处理单元130与发射端中央处理单元110距离较近，则可省去二者间的电光转换、光纤传输、光电转换的过程，使二者直接通过电缆连接。
发射天线单元140
所述发射天线单元140用以将功率放大后的电测试信号发射出去。所述发射天线单元140可采用单天线或多天线；当采用多天线时，各天线间的时序由发射端分布式处理单元130与发射端中央处理单元110协同控制。发射端各单元间的同步及时序控制的时间基准均由发射端中央处理单元110提供。
接收信道测暈装置200
所述接收信道测量装置200的结构如图2所示，包括接收天线单元210、接收端分布式处理单元220、接收端远距离传输单元230和接收端中央处理单元240 ;所述接收天线单元210与接收端分布式处理单元220通信相连，所述接收端分布式处理单元220通过接收端远距离传输单元230与接收端中央处理单元240通信相连。
接收天线单元210
所述接收天线单元210用以完成无线信号的接收，即接收来自发射天线单元140的电测试信号；所述接收天线单元210可采用单天线或多天线，当采用多天线时，各天线间的时序由接收端分布式处理单元220和接收端中央处理单元240协同控制。
接收端分布式处理单元220
所述接收端分布式处理单元220用以接收来自接收天线单元210的电测试信号，并对电测试信号进行下变频处理和电光转换后输出给收端远距离传输单元230。
所述接收端分布式处理单元220的内部结构如图4所示，包括第二协作控制单元221、下变频单元222、第一光电收发单元223 ;所述下变频单元222与所述接收天线单元210通信相连；所述第一光电收发单元223与下变频单元222、第二协作控制单元221通信相连；所述第二协作控制单元221分别与下变频单元222、第一光电收发单元223、接收端远距离传输单元230通信相连。
发射天线单 元140发送的电测试信号经接收天线单元210接收后，通过接收端分布式处理单元220中的下变频单元222进行必要的放大、滤波等处理后再进行下变频，然后通过第一光电收发单兀223转换成光测试信号，同时第一光电收发单兀223对来自接收端中央处理单元230的接收端各单元同步及协作控制光信号进行光电转换，输出用以控制接收端分布式处理单元间协作测量及同步的接收端各单元同步及协作控制信号；所述光测试信号通过所述远距离传输单元230传输到所述接收端中央处理单元240。所述远距离传输单元230为光纤。所述接收端分布式处理单元220中的第二协作控制单元221利用所述接收端各单元同步及协作控制信号控制下变频单元的同步及时序，以及与其他分布式处理单元220间的协作测量。另外，若接收端分布式处理单元与接收端中央处理单元距离较近，可省去二者间电光转换、光纤传输、光电转换的过程，使二者直接通过电缆连接。
各接收端分布式处理单元220根据实际测量的协作信道的场景，部署在不同的地理位置形成分布式布局，接收天线单元可进一步扩展，采用多天线结构。各接收端分布式处理单元220相应扩展，通过高速开关将各天线信号在接收端分布式处理单元220内部进行复合形成一路接收信号。各接收端分布式处理单元220间的时序由自身(即接收端分布式处理单元220)与接收端中央处理单元240协同控制。接收端各单元间的同步及时序控制的时间基准均由接收端中央处理单元240提供。
接收端远距离传输单元230
所述接收端远距离传输单元230完成接收端分布式处理单元220与接收端中央处理单元240间的通信；所述接收端远距离传输单元230为光纤。
接收端中央处理单元240
所述接收端中央处理单元240用以完成来自各个接收端远距离传输单元230的信号的光电转换和复合，最后将复合后的信号进行高速采集并存储；同时接收端中央处理单元240通过接收端远距离传输单元230发送的接收端各单元同步及协作控制光信号控制所述接收端分布式处理单元220的协作测量，进而实现对各个接收端分布式处理单元220的时序控制。
所述接收端中央处理单元240的内部结构如图4所示，包括第二光电收发单元241、信号复合单元242、高速数据采集存储单元243、第二时钟同步控制单元244、第二 GPS单元245 ;所述第二 GPS单元245与第二时钟同步控制单元244通信相连，用以提供系统整体协作测量的时钟基准；所述第二光电收发单元241与所述接收端远距离传输单元230通信相连，用以将来自接收端远距离传输单元230的光测试信号进行光电转换，生成电测试信号；所述信号复合单元242与光电转换单元241通信相连，用以将所述电测试信号进行复合；所述高速数据采集存储单元243与信号复合单元242通信相连，用以将复合后的电测试信号进行高速采集和存储。所述第二时钟同步控制单元244分别与第二光电收发单元241、信号复合单元242、高速数据采集存储单元243通信相连，用以产生控制接收端各功能单元协作的接收端协作测量控制信号，所述接收端协作测量控制信号包括接收端各单元同步及协作控制信号和接收端中央处理单元内部时序控制信号；所述接收端中央处理单元内部时序控制信号用以对第二光电收发单元241、信号复合单元242、高速数据采集存储单元243进行时序控制；所 述接收端各单元同步及协作控制信号用以对各个接收端分布式处理单元进行协作时序控制及同步；所述接收端各单元同步及协作控制信号经所述第二光电收发单元241转换成接收端各单元同步及协作控制光信号。
接收天线单元210接收来自发射天线单元140的电测试信号，并将所述电测试信号送入接收端分布式处理单元220 ;接收端分布式处理单元220中的下变频单元222完成电测试信号的前级信号调理后进行下变频；电光转换单元223将下变频后的电测试信号进行电光转换后送入接收端远距离传输单元230 ;接收端远距离传输单元230将各接收端分布式处理单元220的输出信号传输至接收端中央处理单元240，同时接收端远距离传输单元230将接收端中央处理单元240的控制信号传输至各接收端分布式处理单元220，以进行时序控制；接收端中央处理单元240完成各路接收端分布式处理单元220的输出信号的光电转换后，进行信号的复合，最后进行高速采集并存储。
发送信道测量装置100和接收信道测量装置200的同步、以及时序控制间协作的时间基准均由位于发射端中央处理单元110和接收端中央处理单元240中的GPS提供。
以下简述本发明实现过程中的要求:
分布式天线的部署:可根据实际测量场景的特点，分别在位于空间不同地理位置的实际基站和移动台处分别部署分布式处理单元和测量天线，用于模拟基站和移动台，形成分布式天线结构。为满足该目的，测量装置具备分布式处理单元和分布式天线单元。
协作控制:为进行协作无线信道的测量，需对部署的分布式天线进行控制，使之协同工作，用于模拟协作通信的效果。为此，测量装置收发两端都具备中央处理单元，采用时分复用的方式，统一控制收发两端各分布式单元的工作时隙与工作时序。
时钟基准:为满足协作控制的要求，同时使收发两端时钟同步，工作时序相互匹配，协作执行，测量装置具备统一的时钟基准。
远距离传输单元:根据分布式天线的特点，测量中需要将测试信号或控制信号由中央处理单元传输至远端各分布式处理单元，或者将接收信号由远端各分布式处理单元传输至中央处理单元进行统一处理。测量装置具备远距离传输单元。
实施例二
本实施例提供一种协作无线信道测量系统，其与实施例一的区别在于:所述无线信道为Relay场景信道。
对Relay场景信道的测量结构如图5所示，测量中采用三角形测量方案。基于分布式天线的Relay场景信道测量的具体结构部署方法如图6所示。
发射端布局
发射端布置一个发射天线作为Relay场景中基站的发射天线BS，该发射天线距发射端中央处理单元较近，可省去发射端远距离传输单元。其中发射天线BS连接有一发射端分布式处理单元。
将另一个发射天线Tx2部署在较远的地理位置，通过发射端远距离传输单元与发射端中央处理单元通信连接，作为Relay场景的中继台(RS, Relay Station)的发射天线。其中中继台的发射天线也连接有一发射端分布式处理单元。
接收端布局
接收端布置一个接收天线作为Relay场景中移动台的接收天线UE，该接收天线距接收端中央处理单元较近，可省去接收端远距离传输单元。其中接收天线UE连接有一接收端分布式处理单元。
将另一个接收天线Rx2部署在与发射端中继台的发射天线相同的位置，通过接收端远距离传输单元与接收端中央处理单元通信连接，作为Relay场景的中继台(RS)的接收天线。其中接收天线Rx2连接有一接收端分布式处理单元。
所述基于分布式天线的Relay场景信道测量方法为:
发射端和接收端首先以GPS单元为时钟基准，进行时钟同步及必要的参数校准；
发射端中央处理单元产生信道测量所用的宽带测量信号，然后将所述宽带测量信号分成多路电测试信号，再对多路电测试信号进行电光转换，生成多路光测试信号。
所述多路光测试信号经发射端远距离传输单元传输至与中继台的发射天线Tx2相连的发射端分布式处理单元；同时，所述多路光测试信号也传输至与发射天线BS相连的发射端分布式处理单元。
各个发射端分布式处理单元将接收到的光测试信号进行光电转换，再上变频至所需测量频段，然后经功率放大器进行功率放大，最后送至与自身相连的发射天线；同时，远距离传输单元也将发射端中央处理单元的控制信号与宽带测量信号同步传输至各发射端分布式处理单元，统一控制各发射端分布式处理单元。
接收天线接收的信号经接收端分布式处理单元的下变频、电光转换处理后，送入接收端中央处理单元。
接收端中央处理单元对接收到的多路光测试信号进行光电转换，然后通过时钟同步控制单元控制信号复合单元对经多路光电转换后的多路电测试信号进行复合，最后对复合后的信号进行高速采集、存储，并同步记录时序信息。
发射端和接收端各单元间全部以GPS单元为时钟基准，协调工作。发射端和接收端分别控制各端天线切换单元的切换，使收发两端各分布式天线按如下测量方式切换，总共有4个时隙的测量:
I)时隙1:BS发射信号UE接收，测量BS到UE的直接链路信道；
2)时隙2:BS发射信号Rx2接收，测量BS到RS链路信道；
3)时隙3:Tx2发射信号Rx2接收，这一个时隙测量无效；
4)时隙4:Tx2发射信号UE接收，测量RS到UE的中继链路信道。
一次时隙循环同时完成了 BS到UE的直接链路和BS到RS、再由RS转发到UE的中继链路的测量。
实施例三
本实施例提供一种协作无线信道测量系统，其与实施例一的区别在于:所述无线信道为CoMP场景信道。
对CoMP场景信道的测量结构如图7所示，测量中采用星型测量方案。基于分布式天线的CoMP场景信道测量的具体结构部署方法如图8所示。
发射端布局
各发射端分布式处理单元分别部署在不同的地理位置，形成分布式天线架构，且经远距离传输单元(光纤)连接至发射端中央处理单元。其中，与各发射端分布式处理单元相连的天线的覆盖区域部分交叠，以模拟CoMP场景。
接收端布局
接收端天线位于各发射端天线的公共覆盖区域内。接收端天线可以在固定位置接收信号，也可以移动地接收信号。
所述基于分布式天线的CoMP场景信道测量方法为:
发射端和接收端首先以GPS单元为时钟基准，进行时钟同步及必要的参数校准。
所述发射端中央处理单元产生信道测量所用的宽带测量信号，然后将所述宽带测量信号分成多路测试信号，再将所述多路测试信号进行电光转换，生成多路光测试信号。
所述多路光测试信号经发射端远距离传输单元传输至各个发射端分布式处理单J Li ο
各个发射端分布式处理单元将接收到的光测试信号进行光电转换，再上变频至所需测量频段，然后经功率放大器进行功率放大，最后送至与自身相连的发射天线；同时，远距离传输单元也将发射端中央处理单元的控制信号与宽带测量信号同步传输至各个发射端分布式处理单元，统一控制各个发射端分布式处理单元。
接收端天线接收的信号经接收端分布式处理单元的下变频、电光转换处理后，送入接收端中央处理单元。
接收端中央处理单元对接收到的多路光测试信号进行光电转换，然后通过时钟同步控制单元控制信号复合单元对经多路光电转换形成的多路电测试信号进行复合。
发射端和接收端各单元间全部以GPS单元为时钟基准，协调工作。发射端时钟同步控制高速控制发射天线切换单元的切换，使各个分布式发射天线依次轮循切换，分时隙发送特定宽带基带或中频测试信号，并同步记录相应的切换时序信息。接收端天线接收的信号经下变频单元处理后，进行高速数据采集与存储。
本发明提出的基于分布式天线的协作无线信道测量方法及装置，能够准确地反映真实协作信道的电波传播特性，为新一代通信技术关键技术的研究提供实际场景的信道测量数据，为宽带无线通信系统的设计、验证、优化及组网提供依据。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种协作无线信道测量系统，其特征在于，所述协作无线信道测量系统包括:发射信道测量装置和接收信道测量装置； 所述发射信道测量装置包括: 发射端中央处理单元，用以产生特定宽带基带或中频测试信号和发射端协作测量控制信号，所述发射端协作测量控制信号包括发射端各单元同步及协作控制信号和发射端中央处理单元内部时序控制信号；同时完成所述特定宽带基带或中频测试信号和发射端各单元同步及协作控制信号的电光转换，输出光信号； 发射端分布式处理单元，与所述发射端中央处理单元通信相连，用以完成光信号的光电转换，再分离出特定宽带基带或中频测试信号及发射端各单元同步及协作控制信号，并对所述特定宽带基带或中频测试信号进行上变频和功率放大处理，输出电测试信号；同时根据发射端各单元同步及协作控制信号控制自身的时序和同步； 发射天线单元，与所述发射端分布式处理单元通信相连，用以将所述电测试信号发送出去； 所述接收信道测量装置包括: 接收天线单元，与发射天线单元通信相连，用以接收所述电测试信号； 接收端分布式处理单元，与接收天线单元通信相连，用以对所述电测试信号进行下变频处理和电光转换，输出光测试信号； 接收端中央处理单元，与接收端分布式处理单元通信相连，用以完成所述光测试信号的光电转换和复合，将复合后的信号进行高速采集并存储；同时输出接收端协作测量控制信号控制接收端分布式处理单元的时序和同步。
2.根据权利要求1所述的协作无线信道测量系统，其特征在于:所述发射端中央处理单元通过一发射端远距离传输单元与所述发射端分布式处理单元通信相连；所述接收端分布式处理单元通过一接收端远距离传输单元与所述接收端中央处理单元通信相连；所述发射端远距离传输单元与接收端远距离传输单元均为光纤。
3.根据权利要求1所述的协作无线信道测量系统，其特征在于，所述发射端中央处理单元包括: 宽带测试信号产生单元，用于产生协作测试所需的特定宽带基带或中频测试信号； 时分复用切换单元，与宽带测试信号产生单元通信相连，用以将所述特定宽带基带或中频测试信号按设定协作时序切换分成多路电测试信号； 电光转换单元 ，与时分复用切换单元通信相连，用以将每一路电测试信号转换成光测试信号； 第一 GPS单元，用以提供系统整体协作测量的时钟基准； 第一时钟同步控制单元，分别与宽带测试信号产生单元、时分复用切换单元、电光转换单元、第一 GPS单元通信相连，用以产生控制发射端各功能单元协作的发射端协作测量控制信号，所述发射端协作测量控制信号包括发射端各单元同步及协作控制信号和发射端中央处理单元内部时序控制信号；所述发射端中央处理单元内部时序控制信号用以对所述宽带测试信号产生单元、时分复用切换单元、电光转换单元进行时序控制；所述发射端各单元同步及协作控制信号用以对各个发射端分布式处理单元进行协作时序控制及同步；所述发射端各单元同步及协作控制信号经所述电光转换单元转换成发射端各单元同步及协作控制光信号。
4.根据权利要求3所述的协作无线信道测量系统，其特征在于，所述发射端分布式处理单元包括: 光电转换单元，与所述电光转换单元通信相连，用以将所述光测试信号和所述发射端各单元同步及协作控制光信号进行光电转换，输出电测试信号和发射端各单元同步及协作控制信号； 上变频单元，与所述光电转换单元通信相连，用以将所述电测试信号进行上变频处理；功放单元，与所述上变频单元通信相连，用以对上变频处理后的电测试信号进行功率放大处理，输出功率放大后的电测试信号给发射天线单元； 第一协作控制单元，与光电转换单元、上变频单元、功放单元分别通信相连，用以根据所述发射端各单元同步及协作控制信号控制上变频单元和功放单元的同步及时序，同时控制发射端分布式处理单元的协作测量。
5.根据权利要求1所述的协作无线信道测量系统，其特征在于，所述接收端分布式处理单元包括: 下变频单元，与接收天线单元通信相连，用以对接收到的电测试信号进行下变频处理； 第一光电收发单元，与下变频单元通信相连，用以对下变频处理后的电测试信号进行电光转换，输出光测试信号；同时对来自接收端中央处理单元的接收端各单元同步及协作控制光信号进行光电转换，输出用以控制接收端分布式处理单元协作测量的接收端各单元同步及协作控制信号； 第二协作控制单元，与下变频单元、第一光电收发单元分别通信相连，用以根据所述接收端各单元同步及协作控制信号控制下变频单元的同步及时序。
6.根据权利要求5所述的协作无线信道测量系统，其特征在于，所述接收端中央处理单元包括: 第二光电收发单元，与所述接收端分布式处理单元中的第一光电收发单元通信相连，用以对来自第一光电收发单元的光测试信号进行光电转换，生成电测试信号，同时向各接收端分布式处理单元输出接收端各单元同步及协作控制光信号； 信号复合单元，与所述第二光电收发单元通信相连，用以将多路所述电测试信号高速复合成一路电测试信号； 高速数据采集存储单元， 与所述信号复合单元通信相连，用以对复合后的电测试信号进行高速采集和存储； 第二 GPS单元，用以提供系统整体协作测量的时钟基准； 第二时钟同步控制单元，与第二光电收发单元、天线切换单元、高速数据采集存储单元、第二 GPS单元分别通信相连，用以产生控制接收端各功能单元协作的接收端协作测量控制信号；所述接收端协作测量控制信号包括接收端各单元同步及协作控制信号和接收端中央处理单元内部时序控制信号；所述接收端中央处理单元内部时序控制信号用以对第二光电收发单元、信号复合单元、高速数据采集存储单元进行时序控制；所述接收端各单元同步及协作控制信号用以对各个接收端分布式处理单元进行协作时序控制及同步；所述接收端各单元同步及协作控制信号经所述第二光电收发单元转换成接收端各单元同步及协作控制光信号。
7.一种协作无线信道测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，发射端中央处理单元产生特定宽带测试基带或中频信号和发射端协作测量控制信号，同时完成所述宽带测试基带或中频信号和发射端各单元同步及协作控制信号的电光转换，输出光信号；所述发射端协作测量控制信号包括发射端各单元同步及协作控制信号和发射端中央处理单元内部时序控制信号； 步骤二，各发射端分布式处理单元对所述光信号进行光电转换，获得电信号，并对所述电信号中的宽带测试基带或中频信号进行上变频和功率放大处理，输出电测试信号；同时根据电信号中的发射端各单元同步及协作控制信号控制自身的时序和同步，实现协作测量; 步骤三，发射天线单元将所述电测试信号发送出去； 步骤四，接收天线单元接收所述电测试信号； 步骤五，接收端分布式处理单元对所述电测试信号进行下变频处理和电光转换，输出光测试信号； 步骤六，接收端中央处理单元完成所述光测试信号的光电转换和复合，将复合后的信号进行高速采集并存储，同时输出接收端各单元同步及协作控制信号控制接收端分布式处理单元协作测量的时序和同步。
8.根据权利要求7所述的协作无线信道测量方法，其特征在于，所述步骤一的详细实现过程为: 宽带测试信号产生单元产生协作测试所需的特定宽带基带或中频测试信号； 时分复用切换单元将所述特定宽带基带或中频测试信号按设定协作时序切换分成多路电测试信号； 电光转换单元将每一路电测试信号转换成光测试信号； 第一 GPS单元提供系统整体协作测量的时钟基准； 第一时钟同步控制单元产生控制发射端各功能单元协作的发射端协作测量控制信号，所述发射端协作测量控制信号包括发射端各单元同步及协作控制信号和发射端中央处理单元内部时序控制信号；所述发射端中央处理单元内部时序控制信号对所述宽带测试信号产生单元、时分复用切换单元、电光转换单元进行时序控制；所述发射端各单元同步及协作控制信号对各个发射端分布式处理单元进行协作时序控制及同步；所述发射端各单元同步及协作控制信号经所述电光转换单元转换成发射端各单元同步及协作控制光信号。
9.根据权利要求8所述的协作无线信道测量方法，其特征在于，所述步骤二的详细实现过程为: 光电转换单元将所述光测试信号和和所述发射端各单元同步及协作控制光信号进行光电转换，输出电测试信号和发射端各单元同步及协作控制信号； 上变频单元将所述电测试信号进行上变频处理； 功放单元对上变频处理后的电测试信号进行功率放大处理，输出功率放大后的电测试信号给发射天线单元； 第一协作控制单元根据所述发射端各单元同步及协作控制信号控制上变频单元和功放单元的同步及时序，同时控制发射端分布式处理单元的协作测量。
10.根据权利要求7所述的协作无线信道测量方法，其特征在于，所述步骤五的详细实现过程为: 下变频单元对接收到的电测试信号进行下变频处理； 第一光电收发单兀对下变频处理后的电测试信号进行电光转换，输出光测试信号；同时对来自接收端中央处理单元的接收端各单元同步及协作控制光信号进行光电转换，输出用以控制接收端分布式处理单元协作测量的接收端各单元同步及协作控制信号； 第二协作控制单元根据所述接收端各单元同步及协作控制信号控制下变频单元的同步及时序。
11.根据权利要求10所述的协作无线信道测量方法，其特征在于，所述步骤六的详细实现过程为: 第二光电收发单元对来自第一光电收发单元的光测试信号进行光电转换，生成电测试信号，同时向各接收端分布式处理单元输出接收端各单元同步及协作控制光信号； 信号复合单元将多路所述电测试信号高速复合成一路电测试信号； 高速数据采集存储单元对复合后的电测试信号进行采集和存储； 第二 GPS单元提供系统整体协作测量的时钟基准； 第二时钟同步控制单元产生控制接收端各功能单元协作的接收端协作测量控制信号；所述接收端协作测量控制信号包括接收端各单元同步及协作控制信号和接收端中央处理单元内部时序控制信号；所述接收端中央处理单元内部时序控制信号对第二光电收发单元、信号复合单元、高速数据采集存储单元进行时序控制；所述接收端各单元同步及协作控制信号对各个接收端分布式处理单元进行协作时序控制及同步；所述接收端各单元同步及协作控制信号经 所述第二光电收发单元转换成接收端各单元同步及协作控制光信号。
全文摘要
本发明提供一种协作无线信道测量系统及方法，该方法包括发射端中央处理单元产生特定宽带测试基带或中频信号、发射端各单元同步及协作控制信号和发射端中央处理单元内部时序控制信号；发射端分布式处理单元对宽带测试基带或中频信号进行处理，输出电测试信号；根据发射端各单元同步及协作控制信号控制自身的时序和同步；发射天线单元发送电测试信号；接收天线单元接收电测试信号；接收端分布式处理单元对电测试信号进行转换，输出光测试信号；接收端中央处理单元完成光测试信号的采集存储，输出接收端各单元同步及协作控制信号控制接收端分布式处理单元的时序和同步。本发明可以准确地测量协作无线信道的特性，反映真实协作信道的电波传播特性。
文档编号H04B17/00GK103138848SQ20111037581
公开日2013年6月5日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者王萍, 李朋朋 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所