一种无线信道测量系统、发射机及接收机的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种无线信道测量系统、发射机及接收机，涉及通信技术领域，用以解决现有技术中多天线信道测量困难的问题。所述无线信道测量系统包括：发射机，用于生成多路正交扩频信号并将所述多路正交扩频信号分别通过无线信道向接收机发送；接收机，用于通过所述无线信道接收来自所述发射机的多路正交扩频信号，并根据接收到的所述多路正交扩频信号获得所述无线信道的测量参数。
【专利说明】
一种无线信道测量系统、发射机及接收机
技术领域
[0001]本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种无线信道测量系统、发射机及接收机。
【背景技术】
[0002]准确掌握宽带多天线无线信道的传播特征，对于设计一个与之相适应的无线通信系统尤为重要，而对无线信道进行测量是了解其传播特征最为直接且有效的途径。在第三、四代通信系统的发展过程中，逐步建立起了以时分复用(TDM)方式为特点的主流无线信道参数测量系统，即收发端天线阵列分别共用一套射频单元，利用高速切换开关依次将待测收发端天线连接到各自的射频单元上，任意时刻只有一对收发端天线间的信道处于被测量状态。在三、四代无线通信系统中，该测量系统是与之相适应的，并在实际应用过程中充分地帮助人们了解了信道特性。
[0003]但是随着5G无线通信系统的兴起，越来越多的新技术和应用场景已经确定会被引入到下一代无线通信系统中，如:利用更高的频段进行传输(5G-60G)、在基站侧使用更多的天线(128根天线甚至更多)、系统使用更大的带宽(自300-500MHZ至1500MHz)、在高速(500+Km/h)和V2V(车辆与车辆间)场景下进行通讯等，这些新技术、新场景的不同组合很有可能导致目前以TDM方式工作的无线信道参数测量系统失效，如:随着移动端速度和工作频率的增加，测量系统无法在更短的相干时间内完成Massive MHTO(大规模多天线)所有天线对间的信道测量，从而导致测量失败。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种无线信道测量系统、发射机及接收机，用以解决现有技术中多天线信道测量困难的问题。
[0005]—方面，本发明提供一种无线信道测量系统，包括:发射机，用于生成多路正交扩频信号并将所述多路正交扩频信号分别通过无线信道向接收机发送；接收机，用于通过所述无线信道接收来自所述发射机的多路正交扩频信号，并根据接收到的所述多路正交扩频信号获得所述无线信道的测量参数。
[0006]可选的，所述发射机用于将所述多路正交扩频信号分别通过对应的天线经由无线信道同时向接收机发送。
[0007]可选的，所述测量参数包括以下至少一种:多径时延、多普勒频移、信号幅度、信号的到达角、信号的离开角。
[0008]可选的，所述发射机包括:信号发生部，用于生成多路正交扩频信号；信号调理和发射部，用于将所述信号发生部生成的多路正交扩频信号进行信号调理，并将调理后的所述多路正交扩频信号经由无线信道发送到所述接收机。
[0009]可选的，所述接收机包括:信号接收和调理部，用于通过无线信道接收多路正交扩频信号，并对接收到的所述多路正交扩频信号进行信号调理；数据处理部，用于对信号接收和调理部调理后的多路正交扩频信号进行数据处理，以获得所述无线信道的测量参数。
[0010]另一方面，本发明提供一种发射机，包括:信号发生部，用于生成多路正交扩频信号；信号调理和发射部，用于将所述信号发生部生成的多路正交扩频信号进行信号调理，并将调理后的所述多路正交扩频信号经由无线信道向接收机发送。
[0011]可选的，所述信号调理和发射部包括:上变频装置，与所述信号发生部相连，用于将所述多路正交扩频信号上变频至载波频率；功率放大装置，与所述上变频装置相连，用于将上变频后的信号进行功率放大；发射滤波装置，与所述功率放大装置相连，用于对功率放大后的信号进行滤波；发射天线，与所述发射滤波装置相连，用于将滤波后的信号发送到无线信道。
[0012]另一方面，本发明提供一种接收机，包括:信号接收和调理部，用于通过无线信道接收多路正交扩频信号，并对接收到的所述多路正交扩频信号进行信号调理；数据处理部，用于对接收信号调理部调理后的多路正交扩频信号进行数据处理，以获得所述无线信道的测量参数。
[0013]可选的，所述信号接收和调理部包括:接收天线，用于通过无线信道接收多路正交扩频信号；接收滤波装置，与所述接收天线相连，用于对接收到的所述多路正交扩频信号进行滤波；下变频装置，与所述接收滤波装置相连，用于将滤波后的所述多路正交扩频信号下变频至基带频率。
[0014]可选的，所述数据处理部，具体用于:对信号调理后的所述多路正交扩频信号进行解扩运算以获得所述无线信道的冲激响应函数；对所述冲激响应函数进行参数估计，以获得所述无线信道的测量参数。
[0015]本发明实施例提供的无线信道测量系统、发射机和接收机，其中，发射机能够生成多路正交扩频信号并将所述多路正交扩频信号分别通过无线信道向接收机发送；接收机能够通过所述无线信道接收来自发射机的多路正交扩频信号，并根据接收到的所述多路正交扩频信号获得所述无线信道的测量参数。这样，由于发射机和接收机之间采用多路正交扩频信号进行通信，也就是以码分复用方式在同一时间段内完成多天线系统中所有天线对间的信道测量，避免了在有限时间内进行频繁的天线切换，从而在移动端速度和工作频率显著提高时，仍然能够精确测量到无线信道的各种参数。
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例提供的无线信道测量系统的一种结构示意图；
[0017]图2是本发明优选实施例中发射机的一种结构示意图；
[0018]图3是本发明优选实施例中接收机的一种结构示意图；
[0019]图4是本发明优选实施例中信号调理和发射部的一种结构示意图；
[0020]图5是本发明优选实施例中信号接收和调理部的一种结构示意图；
[0021]图6是本发明实施例提供的无线信道测量系统的一种详细结构示意图；
[0022]图7是本发明实施例提供的无线信道测量系统的一种测量时序示意图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
[0024]如图1所示，本发明的实施例提供一种无线信道测量系统，包括:
[0025]发射机1，用于生成多路正交扩频信号并将所述多路正交扩频信号分别通过无线信道向接收机2发送；
[0026]接收机2，用于通过所述无线信道接收来自发射机I的多路正交扩频信号，并根据接收到的所述多路正交扩频信号获得所述无线信道的测量参数。
[0027]本发明实施例提供的无线信道测量系统包括发射机I和接收机2，其中，发射机I能够生成多路正交扩频信号并将所述多路正交扩频信号分别通过无线信道向接收机2发送；接收机2能够通过所述无线信道接收来自发射机I的多路正交扩频信号，并根据接收到的所述多路正交扩频信号获得所述无线信道的测量参数。这样，由于发射机I和接收机2之间采用多路正交扩频信号进行通信，也就是以码分复用方式在同一时间段内完成多天线系统中所有天线对间的信道测量，避免了在有限时间内进行频繁的天线切换，从而能够在移动端速度和工作频率显著提高时，仍然能够精确测量到无线信道的各种参数。
[0028]具体的，在发射机I中可以设置有多路发射天线，其中每一根发射天线均对应一条独立的射频通道；发射机I可将相互独立的多路正交扩频信号分别通过对应的天线经由无线信道同时向接收机2发送。为了尽可能少地引入码间串扰，发射机I优先选用自相关和互相关性能均良好的正交扩频序列。这些信号通过无线信道传送到接收机2，通过在接收机2侧对接收到的信号进行分析即可获得无线信道的相关测量参数。可选的，这些测量参数可以包括以下至少一种:多径时延、多普勒频移、信号幅度、信号的到达角、信号的离开角。在获得这些信道参数后，即可了解宽带多天线无线信道的传播特征，从而设计出与之相适应的无线通信系统。
[0029]具体而言，如图2所示，在无线信道测量系统中，发射机I可包括:信号发生部11、信号调理和发射部12 ;其中，信号发生部11用于生成多路正交扩频信号；信号调理和发射部12用于将信号发生部11生成的多路正交扩频信号进行信号调理，并将调理后的多路正交扩频信号经由无线信道发送到接收机2。
[0030]具体而言，如图3所示，接收机2可包括:信号接收和调理部21、数据处理部22，其中，信号接收和调理部21可用于通过无线信道接收多路正交扩频信号，并对接收到的所述多路正交扩频信号进行信号调理；数据处理部22可用于对信号接收和调理部21调理后的多路正交扩频信号进行数据处理，以获得所述无线信道的测量参数。
[0031]为了使该无线信道测量系统能够精确地测量终端在移动过程中使用的信道的相关参数，在发射机I和接收机2上可以分别设置定位装置。该定位装置一方面可以记录发射机和接收机的位置，将时间、地点和信道数据匹配起来，供后端分析和归纳不同场景下的信道特征，另一方面还可记录发射机和接收机的移动速度、提供发射机与接收机之间的距离等相关信息，以便间接估计出最大多普勒频移、最大多径时延等参数，为整个测量实验提供设定延时等参数的依据。
[0032]在进行测试时，首先可根据测试要求，设置发射机I和接收机2的工作频段、工作带宽、天线个数及间距、工作时序等参数，同时结合定位模块提供的辅助信息，如发收两端间距离等，来配置发射功率等参数。
[0033]进一步的，为使测量准确，发、收两端中需要具有精准的、同步的时钟信号。可选的，该时钟信号可由铷钟提供。在本发明的一些实施例中，如果定位模块采用卫星定位的方式，如:北斗、GPS等，那么也可以采用卫星授时来为系统提供时钟信号。
[0034]相应的，如图2所示，本发明的实施例还提供一种发射机1，包括:
[0035]信号发生部11，用于生成多路正交扩频信号；
[0036]信号调理和发射部12，用于将所述信号发生部生成的多路正交扩频信号进行信号调理，并将调理后的所述多路正交扩频信号经由无线信道向接收机发送。
[0037]本发明实施例提供的发射机I能够生成多路正交扩频信号并将所述多路正交扩频信号分别通过无线信道向接收机发送，以使接收机根据该多路正交扩频信号获得无线信道的测量参数。这样，由于发射机I和接收机之间采用多路正交扩频信号进行通信，也就是以码分复用方式在同一时间段内完成多天线系统中所有天线对间的信道测量，避免了在有限时间内进行频繁的天线切换，从而能够在移动端速度和工作频率显著提高时，仍然能够精确测量到无线信道的各种参数。
[0038]可选的，如图4所示，信号调理和发射部12可包括:
[0039]上变频装置121，与信号发生部11相连，用于将所述多路正交扩频信号上变频至载波频率；
[0040]功率放大装置122，与上变频装置121相连，用于将上变频后的信号进行功率放大；
[0041]发射滤波装置123，与功率放大装置122相连，用于对功率放大后的信号进行滤波；
[0042]发射天线124，与发射滤波装置123相连，用于将滤波后的信号发送到无线信道。
[0043]相应的，如图3所示，本发明的实施例还提供一种接收机2，包括:
[0044]信号接收和调理部21，用于通过无线信道接收多路正交扩频信号，并对接收到的所述多路正交扩频信号进行信号调理；
[0045]数据处理部22，用于对接收信号调理部调理后的多路正交扩频信号进行数据处理，以获得所述无线信道的测量参数。
[0046]本发明实施例提供的接收机2，能够通过无线信道接收来自发射机的多路正交扩频信号，并根据接收到的所述多路正交扩频信号获得所述无线信道的测量参数。这样，由于发射机和接收机2之间采用多路正交扩频信号进行通信，也就是以码分复用方式在同一时间段内完成多天线系统中所有天线对间的信道测量，避免了在有限时间内进行频繁的天线切换，从而能够在移动端速度和工作频率显著提高时，仍然能够精确测量到无线信道的各种参数。
[0047]可选的，如图5所示，信号接收和调理部21包括:
[0048]接收天线211，用于通过无线信道接收多路正交扩频信号；
[0049]接收滤波装置212，与接收天线211相连，用于对接收到的所述多路正交扩频信号进行滤波；
[0050]下变频装置213，与接收滤波装置212相连，用于将滤波后的所述多路正交扩频信号下变频至基带频率。
[0051]可选的，数据处理部22可具体用于:
[0052]对信号调理后的所述多路正交扩频信号进行解扩运算以获得所述无线信道的冲激响应函数；
[0053]对所述冲激响应函数进行参数估计，以获得所述无线信道的测量参数。
[0054]下面通过具体实施例来对本发明实施例提供的发射机和接收机进行详细说明。
[0055]如图6所示，除定位模块和高精度时钟模块外，在发射机3包括:控制计算机31、多路正交扩频信号发生器32、上变频器33、功率放大器34、滤波器35、发射天线36。接收机4包括:控制计算机41、接收天线42、滤波器43、下变频器44、A/D45、高速数据存储模块46和后端数据处理模块47。
[0056]对于发射机侧，根据测试要求，由控制计算机31设置发射机的工作频段、工作带宽、天线个数及间距、发射机工作时序等参数，同时结合定位模块提供的辅助信息，如:发收两端间距离等，配置发射功率等参数。另外多路正交扩频信号发生器32、上变频器33、功率放大器34、滤波器35均受控于控制计算机31和由它配置的相应参数。
[0057]发射机3完成参数配置后，多路正交扩频信号发生器32在控制计算机31的控制下，可以按图7的时序产生符合配置参数要求的多路宽带正交信号。
[0058]具体的，在发射机3中，由多路正交扩频信号发生器32产生的多路信号被送到各路的上变频器33中，在上变频器33中信号被调制到配置参数所要求的频段后输出，再经功率放大器34将射频信号放大至配置参数所要求的功率，最后滤波器35滤除信号的谐波分量后由发射天线36进行发送。上述的上变频频段、放大器调节的功率等均可在一定范围内由控制计算机31指定。另外由上变频器33、功率放大器34、滤波器35、发射天线36组成了 RF前端可配置单元，该单元可根据测试要求，如:测试的频点要求、发射机端的天线数目要求等，进行更换，极大地提高了测量系统的适应性。
[0059]同样的，对于接收机侧，根据测试要求，由控制计算机41设置接收机的工作频段、工作带宽、天线个数及间距等参数，同时结合定位模块提供的辅助信息，如估计的最大多普勒频移、估计的最大多径时延等，以及由发射机确定了的有关配置，来配置采样频率、接收机的工作时序等参数。滤波器43、下变频器44、A/D45、高速数据存储模块46和后端数据处理模块47均受控于控制计算机41和由它配置的相应参数。
[0060]接收天线42中的各天线从空口接收到射频信号后传递给滤波器43，经过滤波后的射频信号被下变频器44搬移至基带，最后该基带信号由A/D45完成采样后传递给后续模块。上述的下变频频段、采样速率等均可在一定范围内由控制计算机41指定。另外由接收天线42、滤波器43、下变频器44、A/D45组成了 RF前端可配置单元，该单元可根据测试要求，如:测试的频点要求、接收机端的天线数目要求等，进行更换，极大地提高了测量系统的适应性。
[0061 ] 高速数据存储模块46能够在控制计算机41的控制下按照接收机的工作时序对A/D45传递过来的采样数据进行存储，同时记录下存储数据的时间。
[0062]在搜集到一次完整的信道数据后，在控制计算机41的控制下，信道数据被导入到后端数据处理模块47中进行解扩运算以获得所述无线信道的冲激响应函数；然后对所述冲激响应函数进行参数估计，从而获得无线信道的各项测量参数。通过对提取出的信道参数进行归纳和统计，提供最终分析结果，如:参数值分布等。
[0063]发射机和接收机的工作时序可如图7所示。其中，发射机端有M个发射天线，进行测量时所有天线同时发送各自相互独立的基于正交序列的扩频信号；发送数据时以Tcy为一个测量周期，该周期内含有K个发送激活时间Tt，而每个发送激活时间Tt则是基于数个正交扩频序列重复排列构成；而一次完整的信道测量可由数个Tcy组成，但是需要保证一次完整的信道测量时间小于信道相干时间，即信道相对稳定的时间，使得测量过程中信道准静态特性保持不变。接收机端有N个接收天线，N条支路各自独立地接收空口射频信号；在接收机的工作时序中，需要设定保护间隔Tg大于最大多径时延、接收激活时长Tr小于Tcy,以使接收到的数据有完整的多径信息。
[0064]需要说明的是，在一次测量开始之前，可以根据测量规划和链路预算，大致估计所测场景下的时延分布情况，并根据时延分布情况，配置正交扩频序列的周期Tcy和保护间隔Tg的长度，使得它们大于信道的最大多径时延，以保证可以接收到所有多径分量，从而获得完整的信道冲激响应。
[0065]在本发明的另一个实施例中，在移动端高速移动的情况下，对1MHz带宽下的64*2的Massive M頂O进行信道测量。高速场景下信道的相干时间往往在几毫秒时间内，如采用开关切换方式，则几乎无法在这极短的时间内采集到可供提取高精度参数的所有天线对间的信道数据；而采用码分方式的测量系统，可在同一时间内记录所有天线对间的信道数据，只需根据测量方式的改变，相应调整分析算法即可在后端得到高精度的信道特征。
[0066]测量步骤包括:
[0067](I)按图2搭建测量系统并校准；
[0068](2)根据待测量场景确定无线环境，对测量系统进行参数配置，包括时钟同步、保护间隔设置等；
[0069](3)实施测量:多路正交扩频信号发生器同时产生64路带宽为1M的正交扩频信号，通过上变频、功率放大和滤波后由天线经空口发送至接收机，接收机的2根接收天线分别将射频信号下变频至基带，再由A/D以20M Sample/s的速度对信号进行采样，采样结果放置在高速数据存储设备当中。
[0070](4)完成一次测量后，控制计算机将数据导入后端数据处理模块中进行分析。该步骤主要包含两个方面:1、对数据进行解扩，同时识别不同天线对间的多径信号；2、利用高精度参数估计算法，对数据进行信道参数提取。
[0071](5)通过长时间的观测和统计，总结和归纳信道特征并进行信道建模。
[0072]本实施例提供的发射机和接收机，以使用码分复用方式、在同一时间段内完成多天线系统中所有天线对间的信道测量，为新技术、新场景下的信道测量提供了有利条件。
[0073]尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。
【主权项】
1.一种无线信道测量系统，其特征在于，包括: 发射机，用于生成多路正交扩频信号并将所述多路正交扩频信号分别通过无线信道向接收机发送； 接收机，用于通过所述无线信道接收来自所述发射机的多路正交扩频信号，并根据接收到的所述多路正交扩频信号获得所述无线信道的测量参数。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发射机用于将所述多路正交扩频信号分别通过对应的天线经由无线信道同时向接收机发送。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量参数包括以下至少一种:多径时延、多普勒频移、信号幅度、信号的到达角、信号的离开角。4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述发射机包括: 信号发生部，用于生成多路正交扩频信号； 信号调理和发射部，用于将所述信号发生部生成的多路正交扩频信号进行信号调理，并将调理后的所述多路正交扩频信号经由无线信道发送到所述接收机。5.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述接收机包括: 信号接收和调理部，用于通过无线信道接收多路正交扩频信号，并对接收到的所述多路正交扩频信号进行信号调理； 数据处理部，用于对信号接收和调理部调理后的多路正交扩频信号进行数据处理，以获得所述无线信道的测量参数。6.一种发射机，其特征在于，包括: 信号发生部，用于生成多路正交扩频信号； 信号调理和发射部，用于将所述信号发生部生成的多路正交扩频信号进行信号调理，并将调理后的所述多路正交扩频信号经由无线信道向接收机发送。7.根据权利要求6所述的发射机，其特征在于，所述信号调理和发射部包括: 上变频装置，与所述信号发生部相连，用于将所述多路正交扩频信号上变频至载波频率; 功率放大装置，与所述上变频装置相连，用于将上变频后的信号进行功率放大； 发射滤波装置，与所述功率放大装置相连，用于对功率放大后的信号进行滤波； 发射天线，与所述发射滤波装置相连，用于将滤波后的信号发送到无线信道。8.一种接收机，其特征在于，包括: 信号接收和调理部，用于通过无线信道接收多路正交扩频信号，并对接收到的所述多路正交扩频信号进行信号调理； 数据处理部，用于对接收信号调理部调理后的多路正交扩频信号进行数据处理，以获得所述无线信道的测量参数。9.根据权利要求8所述的接收机，其特征在于，所述信号接收和调理部包括: 接收天线，用于通过无线信道接收多路正交扩频信号； 接收滤波装置，与所述接收天线相连，用于对接收到的所述多路正交扩频信号进行滤波； 下变频装置，与所述接收滤波装置相连，用于将滤波后的所述多路正交扩频信号下变频至基带频率。10.根据权利要求8所述的接收机，其特征在于，所述数据处理部，具体用于: 对信号调理后的所述多路正交扩频信号进行解扩运算以获得所述无线信道的冲激响应函数； 对所述冲激响应函数进行参数估计，以获得所述无线信道的测量参数。
【文档编号】H04B17/309GK105871483SQ201510031187
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月21日
【发明人】李彬, 窦建武, 王乔锋
【申请人】中兴通讯股份有限公司, 上海中兴软件有限责任公司