一种两径无线信道相关时间的测量装置及测量方法与流程

本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及一种两径无线信道相关时间的测量装置及测量方法。

背景技术：

随着第五代移动通信的快速发展，无线通信的速率将翻倍，其应用也逐渐得到推广。对于无线信道的测量也有很长的历史，其经历了将近30多年的发展历程，从第一代模拟移动通信系统对于电磁波传播特性的研究，到第四代移动通信所建立的无线信道的各种理论模型，再到如今第五代移动通信对毫米波传播特性的测量及信道模型的建立。对于第五代移动通信信道的测量需要新的测试方法及测试装置，现有研究建立了很多对特定场景的实际信道测量，通过对这些实际信道测量得到大量数据，然后再次进行统计分析，得出毫米波在特定场景下的传播统计特性。

无线信道的关键参数有相关带宽、相关时间等；其中，相关带宽参数本质是由于多径传播引发的，其直接关系到系统需要采用何种调制解调方式，或者说如何设计收发信机。相关时间概念来源于多普勒频移，涉及到无线通信接收机最大的移动速度，比如步行速度与高速铁路环境此参数变化极大，此值的大小涉及到如何进行系统的编解码及纠错码的设计。

传统的无线信道相关时间的测量方式有：1)采取矢量网络分析仪连接固定收发天线，直接测试实际信道，此方式是建立统计模型的关键及常规的测量方式；2)采用矢量网络分析仪连接收发信机，且移动收发信机的方式，对无线信道做测量，此方式由于收发信机直接连接到矢量网络分析仪上面，当收发信机移动时候不可避免的使连接矢量网络分析仪与收发信机的电缆移动，这种方式将严重影响测试精度，这是由于电缆的移动会引入相位误差，同时需要较长的高性能的电缆，成本增加，另外，电缆的移动相当于信道中有物体移动进一步引入误差。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种两径无线信道相关时间的测量装置与测量方法。

一种两径无线信道相关时间的测量装置，其特征在于，包括信号收发处理装置、正向移动反射装置以及反向移动反射装置，其中：

正向移动反射装置与反向移动反射装置的移动路径相互平行设置；

信号收发处理装置包括信号发射端与信号接收端，信号发射端与正向移动反射装置或反向移动反射装置的移动路径正对设置；信号接收端与正向移动反射装置或反向移动反射装置的移动路径正对设置；

信号发射端发射信号，经正向移动反射装置与反向移动反射装置分别反射，并由信号接收端接收，之后由信号收发处理装置进行处理。

进一步的，正向移动反射装置向靠近信号发射端及信号接收端方向移动；反向移动反射装置向远离信号发射端及信号接收端方向移动。

进一步的，设定正向移动反射装置与反向移动反射装置的移动路径之间的距离为l1，信号发射端或信号接收端与正向移动反射装置之间的最小距离为l2，信号发射端或信号接收端与反向移动反射装置之间的最大距离为l3，其中：

l2/l1的值大于等于10，l3/l2的值大于等于2。

进一步的，正向移动反射装置与反向移动反射装置的移动起点位于同一条起点线上。

进一步的，测量装置还包括计算机以及控制器，其中：

计算机与信号收发处理装置连接，与其进行通信及命令交互；

计算机通过控制器分别控制正向移动反射装置与反向移动反射装置工作。

进一步的，正向移动反射装置与反向移动反射装置均由反射板、移动装置以及轨道组成，其中：

发射板设置在移动装置上，移动装置沿轨道运动；

移动装置与控制器连接，移动装置带动反射板正向或者反向运动；

信号发射端发射出的信号分别经正向移动反射装置与反向移动反射装置的反射板进行反射，再由信号接收端接收。

进一步的，测量装置还包括测量平台，测量平台包括基板以及安装在基板上的固定装置，信号发射端、信号接收端通过固定装置固定在基板上，正向移动反射装置与反向移动反射装置的轨道通过固定装置固定在基板上。

本发明的一种两径无线信道相关时间的测量装置，将信号发射端与信号接收端的位置固定，与传统测量方法相比，不会因为信号接收端移动带动连接电缆移动而引入相位误差，进而影响测量精度，且本测量装置对电缆性能的要求降低，在降低成本的基础上，测量更加易于实现，测量精度也更高。

一种两径无线信道相关时间的测量方法，包括以下步骤：

(1)测量路径设定：

设定正向移动反射装置与反向移动反射装置的移动路径之间的距离为l1，信号发射端或信号接收端与正向移动反射装置之间的最小距离为l2，信号发射端或信号接收端与反向移动反射装置之间的最大距离为l3；

(2)参数设定：

通过计算机设置信号收发处理装置的工作频率f、输出功率p、扫描时间t；设置正向移动反射装置向靠近信号发射端及信号接收端方向移动，且移动速率为v；设置反向移动反射装置向远离信号发射端及信号接收端方向移动，且移动速率为v，其中扫描时间t结束后，正向移动反射装置与反向移动反射装置停止移动；

(3)进行测量：

根据步骤(2)设定的参数，信号发射端发射信号，控制器控制正向移动反射装置与反向移动反射装置进行运动；

信号接收端测量信号传输的s参数；

其中，信号发射端发射的信号可用以时间为变量的函数s(t)表示；

信号接收端根据s参数，可得出正向移动反射装置反射后的信号与时间的函数为r1(t)，反向移动反射装置反射后的信号与时间的函数为r2(t)，信号接收端接收到的合成信号为r(t)，其中r(t)＝r1(t)+r2(t)；

(4)计算

根据合成信号r(t)的函数关系，设定合成信号r(t)的相位为δθ，当δθ的值等于π的奇数倍，或者等于2π的整数倍时，合成信号r(t)的波形分别达到零点值与峰值，相邻的峰值与零点值之间所经历的时间即为相关时间。

进一步的，步骤(3)中，信号发射端发射信号的函数表达式为s(t)＝cos2πft；

由于l2/l1＞＞1，则正向移动反射装置反射回的信号其中：r为信号从信号发射端发出至正向移动反射装置反射后由信号接收端接收所经历的初始距离，α1为衰减系数，c为光速；反向移动反射装置反射回的信号其中：r′为信号从信号发射端发出至反向移动反射装置反射后由信号接收端接收所经历的初始距离，α2为衰减系数，c为光速；

信号接收端接收到的合成信号

进一步的，步骤(4)中，由于信号的波长λ与光速c以及工作频率f的关系为：λ＝c/f，故当δθ≈2kπ时，合成信号r(t)达到峰值，δθ≈(2k+1)π时，合成信号r(t)达到零点值，其中：k＝0,1,2,3…；设定相邻的峰值与零点值相对应的时间分别为tmax与tmin，设定相关时间为tc，则tc＝tmax-tmin。

本发明的一种两径无线信道相关时间的测量方法，利用本发明中的测量装置对信号传输的相关时间进行测量，测量易于实现，且利用矢量网络分析仪以及计算机进行数据分析得出精度较高的相关时间，与现有技术相比有很大的进步。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本实施例的一种两径无线信道相关时间的测量装置的部件组成图；

图2为本实施例的一种两径无线信道相关时间的测量装置的部件位置关系图；

图3为本实施例的一种两径无线信道相关时间的测量方法的结果分析图(一)；

图4为本实施例的一种两径无线信道相关时间的测量方法的结果分析图(二)；

图5为本实施例的一种两径无线信道相关时间的测量方法的结果分析图(三)；

图中：1-信号收发处理装置、2-计算机、3-控制器、4-反射板、5-移动装置、6-轨道。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示为本实施例的一种两径无线信道相关时间的测量装置，包括信号收发处理装置1、正向移动反射装置以及反向移动反射装置，其中正向移动反射装置与反向移动反射装置的移动路径相互平行设置。

信号收发处理装置1包括信号发射端与信号接收端，信号发射端与正向移动反射装置或反向移动反射装置的移动路径正对设置，信号接收端与正向移动反射装置或反向移动反射装置的移动路径正对设置，所谓正对设置即信号发射端的发射信号方向与正向移动反射装置或反向移动反射装置的移动方向处在同一直线方向上，以及信号接收端的接收信号方向与正向移动反射装置或反向移动反射装置的移动方向处在同一直线方向上；信号发射端发射信号，经正向移动反射装置与反向移动反射装置分别反射，并由信号接收端接收，之后由信号收发处理装置1进行处理。优选的，本实施例中信号收发处理装置1为矢量网络分析仪，矢量网络分析仪通过信号发射端将信号发射出，经过正向移动反射装置与反向移动反射装置反射与衰减后由信号接收端接收，矢量网络分析仪根据发射信号与接收信号进行比对分析得出相关时间。

具体的，正向移动反射装置向靠近信号发射端及信号接收端方向移动；反向移动反射装置向远离信号发射端及信号接收端方向移动。

具体的，本实施例的测量装置还包括计算机2以及控制器3，其中计算机2与信号收发处理装置1连接，与其进行通信及命令交互；计算机2通过控制器3分别控制正向移动反射装置与反向移动反射装置工作。优选的，计算机2通过gpib线缆连接到矢量网络分析仪上，与其进行通信及命令交互，计算机2发送gpib命令，可设置矢量网络分析仪的各个工作参数；计算机2通过串口线与控制器3连接，并向控制器3发送命令，本实施例对控制器3的型号不错具体限定，可选择stm32系列的控制器3。

具体的，正向移动反射装置与反向移动反射装置均由反射板4、移动装置5以及轨道6组成，其中发射板设置在移动装置5上，移动装置5沿轨道6运动；移动装置5与控制器3连接，移动装置5带动反射板4正向或者反向运动。优选的，移动装置5包括电机、丝杠以及螺母，丝杠与轨道6平行设置，螺母套设在丝杠上且其部分结构嵌于轨道6中，反射板4安装在螺母上方，丝杠与电机同轴转动，当电机带动丝杠转动时，螺母与反射板4沿轨道6向特定方向运动；信号发射端、信号接收端以及正向移动反射装置与反向移动反射装置的反射板4四者在同一高度；当控制器3向电机发送运转指令后，电机开始带动丝杠转动，螺母与反射板4在轨道6上同步运动，正向移动反射装置的反射板4与反向移动反射装置的反射板4向相反方向同速率运动，信号发射端发射出的信号分别经正向移动反射装置与反向移动反射装置的反射板4进行反射，再由信号接收端接收。本发明对正向移动反射装置、反向移动反射装置的具体结构不做限定，本实施例仅为本发明的一种实施方式。

具体的，如图2所示，信号发射端与信号接收端平行设置，且平齐设置，设定正向移动反射装置与反向移动反射装置的移动路径之间的距离为l1，信号发射端或信号接收端与正向移动反射装置之间的最小距离为l2，信号发射端或信号接收端与反向移动反射装置之间的最大距离为l3，其中为减小测量误差，限定l2/l1的值大于等于10，l3/l2的值大于等于2。

具体的，正向移动反射装置与反向移动反射装置的移动起点位于同一条起点线上，该起点线和信号发射端与信号接收端之间平齐设置的线相平行。

具体的，本实施例的测量装置还包括测量平台，测量平台包括基板以及安装在基板上的固定装置，信号发射端、信号接收端通过固定装置固定在基板上，正向移动反射装置与反向移动反射装置的轨道6通过固定装置固定在基板上。当进行相关时间的测量时，根据设定的距离关系将各部件通过固定装置固定后进行测量。

整个两径无线信道相关时间的测量装置，将信号发射端与信号接收端的位置固定，与传统测量方法相比，不会因为信号接收端的移动带动连接电缆的移动而引入相位误差，进而影响测量精度，且本测量装置对电缆性能的要求降低，在降低成本的基础上，测量更加易于实现，测量精度也更高。

一种两径无线信道相关时间的测量方法,在上一实施例的测量装置的基础上进行，步骤包括：

(1)测量路径设定：

设定正向移动反射装置与反向移动反射装置的移动路径之间的距离为l1，信号发射端或信号接收端与正向移动反射装置之间的最小距离为l2，信号发射端或信号接收端与反向移动反射装置之间的最大距离为l3；

根据设定的测量路径，将信号发射端、信号接收端、正向移动反射装置、反向移动反射装置进行固定，各部件距离可选取为：l1＝10cm，l2＝100cm，l3＝300cm，本组数据只为本实施例的一种选取方法，并不能限定本发明的保护范围。优选的，l1的值越小越好，可尽量减小测量误差。

(2)参数设定：

通过计算机2设置信号收发处理装置1的工作频率f、输出功率p、扫描时间t；设置正向移动反射装置向靠近信号发射端及信号接收端方向移动，且移动速率为v；设置反向移动反射装置向远离信号发射端及信号接收端方向移动，且移动速率为v，其中扫描时间t结束后，正向移动反射装置与反向移动反射装置停止移动；

根据上一步骤已经确定的测量路径，对移动速率v以及扫描时间t进行限定，需满足移动速率v与扫描时间t的乘积小于或者等于正向移动反射装置或者反向移动反射装置可移动的距离。

(3)进行测量：

根据步骤(2)设定的参数，信号发射端发射信号，控制器3控制正向移动反射装置与反向移动反射装置进行运动；

信号接收端测量信号传输的s参数，且不断更新；

其中，信号发射端发射的信号可用以时间为变量的函数s(t)表示；

信号接收端根据s参数，可得出正向移动反射装置反射后的信号与时间的函数为r1(t)，反向移动反射装置反射后的信号与时间的函数为r2(t)，信号接收端接收到的合成信号为r(t)，其中r(t)＝r1(t)+r2(t)；

信号传输时的函数表示一般选用正弦或者余弦函数，本实施例采用余弦函数对测量信号进行表示。

(4)计算

根据合成信号r(t)的函数关系，设定合成信号r(t)的相位为δθ，当δθ的值等于π的奇数倍，或者等于2π的整数倍时，合成信号r(t)的波形分别达到零点值与峰值，相邻的峰值与零点值之间所经历的时间即为相关时间。

具体的，在步骤(3)中，设定信号发射端发射信号的函数表达式为s(t)＝cos2πft；由于l2/l1＞＞1，则正向移动反射装置反射回的信号其中：r为信号从信号发射端发出至正向移动反射装置反射后由信号接收端接收所经历的初始距离，α1为衰减系数，c为光速；反向移动反射装置反射回的信号其中：r′为信号从信号发射端发出至反向移动反射装置反射后由信号接收端接收所经历的初始距离，α2为衰减系数，c为光速；

信号接收端接收到的合成信号当正向移动反射装置与反向移动反射装置的移动起点位于同一条起点线上时，r＝r′。由于信道相关时间的测量与信号传输的相位角有关，而与信号传输的振幅以及衰减程度无关，所以本发明对信号传输的衰减系数α1以及α2的具体计算方法不做叙述。

具体的，步骤(4)中，由于信号的波长λ与光速c以及工作频率f的关系为：λ＝c/f，故当δθ≈2kπ时，合成信号r(t)达到峰值，δθ≈(2k+1)π时，合成信号r(t)达到零点值，其中：k＝0,1,2,3…；设定相邻的峰值与零点值相对应的时间分别为tmax与tmin，设定相关时间为tc，则tc＝tmax-tmin。当正向移动反射装置与反向移动反射装置的移动起点位于同一条起点线上时，r＝r′，此时可见，合成信号的相位与信号的波长λ、扫描时间t以及移动速率v相关。

具体的，如图3至图5所示，为根据本发明的测量装置进行测量所得的结果分析图。设置l1＝10cm，l2＝100cm，l3＝300cm，工作频率f＝19ghz，

其中图3为移动速率v＝0时的测试结果，由图可见，信道衰减约33.4db，且基本稳定，同时，相位值为-167.5度左右，也基本稳定。由此可见信道的相关时间几乎为无穷大，分析其原因是由于信道中没有任何移动物体。

其中图4为移动速率v＝0.05m/s时的测量结果，由图可见，信号接收端收到的信号发生了周期性的变化，且变化幅度接近20db，整个过程出现了约4个周期的大幅度变化，所以其相关时间tc约为100ms。

图5中，另移动速率v＝0.15m/s时的测试结果，由图可见，信号接收端收到的信号发生了周期性的变化且变化幅度接近20db，整个过程出现了约12个周期的大幅度变化，从而其相关时间约为33ms。

整个两径无线信道相关时间的测量方法，利用本发明中的测量装置对信号传输的相关时间进行测量，测量易于实现，且利用矢量网络分析仪以及计算机进行数据分析得出精度较高的相关时间，与现有技术相比有很大的进步。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。