一种双通道静态基带信道模拟装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线信息传输技术领域，特别涉及一种双通道静态基带信道模拟装 置，还涉及一种双通道静态基带信道模拟方法，针对多种通信场景时的基带信道模拟。
【背景技术】
[0002] 信道模拟器可以在实验室中模拟实际通信场景对无线信号传播的影响，广泛应用 于通信设备的研发与测试。
[0003] 随着科学技术的高速发展，人们对无线通信的可靠性和实时性要求越来越高。由 于无线通信设备之间的相对运动产生多普勒频移，同时无线信号传输过程中受周围传播环 境的反射、散射等影响产生多径效应，从而造成信号包络随机起伏，即产生多径衰落，一般 服从瑞利、莱斯分布；此外，由于周围障碍物的遮挡使得接收信号平均功率随机起伏变化， 即产生阴影衰落，一般服从对数正态分布。
[0004] 信道模拟器可以用于评估通信设备的有效性、可靠性等，为通信设备的优化设计 提供可靠地科学依据，同时，还可以降低研发成本，缩短研发周期。
[0005] 由于无线传播信号受周围障碍物反射、散射等的影响，经过多条路径到达接收端， 因此一般采用延迟抽头模型建立信道模型，表示为
[0006；
[0007] 其中，L表示路径数目，:⑷分别表示收发基带信号表示第1条路经基带 信道冲击响应，包括路径损耗、多径衰落和阴影衰落；以O表示等效的基带信道噪声。
[0008] 信道衰落模拟产生方法主要有滤波器发和谐波叠加法。其中，滤波器法实现精度 受滤波器阶数影响，设计算法复杂，仅适用于软件仿真；谐波叠加法结构简单，易于软硬件 实现，该模型可表示为
[0009]
[0010] 其中，N表示散射支路数，心表示多普勒频率Θ n，A分别表示各散射路径入射角和 相位，N时，u (t)服从高斯分布。
[0011] 在现有仪器设备中，伊莱比特公司的Propsim C8,它可以支持几何模型（SCM)、SCM 扩展模型（SCME)等3GPP推荐的信道模型，可满足大部分场景下移动通信信道的模拟测试 需求；AER0FLEX公司的宽带通道模拟器CS8007,可仿真多普勒频率和多普勒加速度，能够 模拟通带幅度、相位畸变及各种衰落；思博伦公司的SR5500可针对具有多样性波束形成和 MHTO的先进接收机，准确的仿真复杂的宽带无线信道特征，能够实现复杂的MMO信道测 试。
[0012] 然而大多数设备是将射频或中频信号下变频到基带，再在基带信号上模拟信道衰 落，该方法在下变频过程中容易产生信号失真。
【发明内容】
[0013] 针对现有技术的上述缺点，本发明提出了一种基于软件无线电技术的双通道静态 基带信道模拟装置及方法，对基带信号进行信道模拟，可以实现多种信道模型，满足多种信 道衰落类型及多普勒频谱要求，具有操作简单，成本低等优点。
[0014] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0015] -种双通道静态基带信道模拟装置，各通道均包括PC机中的参数配置计算单元、 DSP中的参数定点化及传递单元、信号输入输出单元、FPGA中的信道模拟单元、信号调理单 元；
[0016] 所述参数配置计算单元通过数据总线与DSP相连，用户利用PC机选择信道模型， 配置信道参数，参数配置计算单元根据用户配置参数计算信道参数；
[0017] 所述参数定点化及传递单元的输入端与参数配置计算单元相连，输出端通过数据 总线与FPGA相连，把信道参数定点化并传递给信道模拟单元；
[0018] 所述信号输入输出单元与信道模拟单元相连，信号输入单元将模拟基带信号转换 为数字基带信号，信号输出单元将数字基带信号转换为模拟基带信号；
[0019] 所述信道模拟单元的输入端分别与参数定点化及传递单元以及信号输入单元相 连，输出端与信号输出单元相连，产生信道时延、损耗、衰落以及噪声；
[0020] 所述信号调理单元的输入端与信号输出单元相连，用于消除信号镜像分量，并利 用FPGA接收到的信道参数控制输出信号衰减。
[0021] 可选地，所述信道参数包括：路径数目、各径时延、损耗、移动速度、多普勒频率、信 噪比、频谱形状、衰落类型。
[0022] 可选地，所述衰落类型包括：
[0023] 纯多普勒：
[0024]
(1)
[0025] 其中，fd表示多普勒频率；
[0026] 瑞利分布：
[0027]
. (2)
[0028] 其中，U1U)，Utj(t)为统计不相关的高斯随机变量；
[0029] 某：.
[0030] _ . (3)
[0031] 其中，表示视距路径分量，Α，θ p，％分别表示视距路径的幅 度、入射角和相位；
[0032] 对数正态分布：
[0033]
(4)
[0034] 其中，σ，μ分别表示衰落方差和平均功率。
[0035] 可选地，根据所述衰落类型，复基带信道衰落包络表示为： LlN 丄U0U4y丄4Z A yJ^ rVJ ?/υ }J^
[0036] (5)
[0037] _
[0038] 可选地，信道多普勒功率谱形状包括：
[0039] 经典 6dB : 乂
[0049] 其中，
IEEE 802. 1 6信道模型标准中令a。= 1，a 2 =-I. 72, a4= 0· 785 ;
[0050] Jakes 经典：
[0051]
(11)
[0052]高斯：
[0053]
(12)。
[0054] 基于上述模拟装置，本发明还提供了一种双通道静态基带信道模拟方法，用户选 择信道模型并配置信道参数，然后利用DSP计算信道参数并将参数定点化，然后通过数据 接口传递到FPGA中，FPGA中对AD采集的双通道数字基带信号分别进行信号处理，最后通 过DA输出模拟信号，并对模拟信号进行信号调理。
[0055] 可选地，FPGA中对AD采集的双通道数字基带信号分别进行信号处理的步骤，包括 多径时延、损耗、衰落以及叠加噪声，最后通过DA输出模拟信号，并对模拟信号进行信号调 理，包括消除信号镜像分量以及信号衰减。
[0056] 可选地，在FPGA中对AD采集到的双通道数字基带信号分别叠加多径衰落、阴影衰 落以及高斯噪声，其中，多径衰落类型包含常数、纯多普勒、瑞利、莱斯，阴影衰落服从对数 正态分布。
[0057] 可选地，所述信道参数的计算步骤包括：
[0058] 7)根据用户选择信道模型确定衰落路径数目；
[0059] 8)设置各径时延、损耗、移动速度参数；
[0060] 9)根据用户选择各径衰落类型以及公式（5)确定加权因子α，β，，衰落方差及均 值 σ，μ，
[0061]
(5)
[0062] 具体步骤如下：
[0063] (a)判断是否存在阴影衰落，若存在，则设置衰落方差及均值σ，μ，若不存在，则 衰落方差及均值为〇 ;
[0064] (b)判断用户选择多径衰落类型，若选择纯多普勒，则衰落因子α = 1，β = 0 ;若 选择瑞利分布，α = 〇，β = 1 ;若选择莱斯分布，需满足莱斯因子k = α 2/ β 2;
[0065] 10)根据用户设置移动速度及公式（13)计算多普勒频率，
[0066]
(13)
[0067] 其中，f。，V，c分别表示通信频率、移动速度和光速；
[0068] 11)根据用户选择各径频谱形状，计算各散射支路入射角，
[0069]
(14)
[0070] 其中，S(f)表示多普勒频谱，fn= f dcos θ n，表示各径多普勒频率，θ n为各散射支 路入射