专利名称：一种移动信道模拟方法
技术领域：
本发明涉及到移动通信系统的移动信道模拟技术，特别涉及到一种移动信道模拟方法。
背景技术：
图1显示了移动通信系统的基本模型。如图1所示，在下行方向，基站的基带处理模块输出的基带信号经过射频模块的调制后，形成在移动信道上传输的射频信号；移动台的射频模块接收到在移动信道上传输的射频信号后，经过解调生成基带信号，然后再输出到基带处理模块进行处理。类似的，在上行方向上，移动台的基带处理模块输出的基带信号经过射频模块的调制后，形成在移动信道上传输的射频信号；基站的射频模块接收到在移动信道上传输的射频信号后，经过解调生成基带信号，然后再输出到基带处理模块。
需要说明的是，上述移动信道属于无线信道，且无线信道具有很多与有线信道不同的传输特性。例如，在损耗方面，无线信道除了具有普通的传输损耗外，还具有由于传输的电磁波在传输路径上受到建筑物和山丘等阻挡而产生的慢衰落损耗，即所谓的阴影效应；以及由于信号在无线环境中的多径传播效应而产生的快衰落损耗。另外，由于移动通信系统中用户的随机移动性，移动信道还将具有由于不同移动用户距离基站的远近不同而产生的远近效应，以及由于移动用户的高速移动所带来的多普勒效应等等。总而言之，移动信道的传输特性是相当复杂的，并且是移动通信设备的设计基础，移动通信中的诸多技术都与移动信道的传输特性有着直接或间接的联系，因而只有通过对移动信道传播特性的研究才能为移动通信系统的研发和优化提供可靠的依据。
在通常情况下，移动信道可以使用下面的数学表达式进行表征hk(τ,φ)=Σ1Lgk,l(t)δk,l(t-τk,l)a(φ-φk,l),]]>其中，hk(τ，φ)表示第k个用户的移动信道冲激响应，它是信号时延τ和到达角Φ的函数，参数L表示信道的总的路径数，l代表各路多径标号，gk，l(t)、τk，l、φk，l、α(φ-φk，l)分别表示第k个用户的第l条多径的时变信号幅度、相对时延、到达角度以及到达角度的权值。另外，还可以定义参数Pk，l＝E|gk，l(t)|2，该参数表示第k个用户的第l条多径的平均功率，ITU和3GPP分别给出了各种环境下参数L的各个路径l的功率Pk，l和时延τk，l的值。由上述公式可以看出，第k个用户的移动信道的响应是L条路径冲激响应的和。
由于移动信道具有时变性以及受环境影响较大等特点，在移动通信系统的研究和测试过程中，通常不直接使用真实的移动信道，而是使用移动信道模拟器模拟移动通信系统中的移动信道。由于移动信道模拟器可以利用数字信号处理等技术使其冲激响应在统计意义上等效于上述移动信道模型，因而开发测试人员可以直接通过移动信道模拟器模拟现实的移动信道，并对经过移动信道模拟器处理的信号进行研究和测试，而无需在真实的无线环境中进行测试，大大的简化了测试的复杂程度。
图2和图3分别显示了在移动通信系统测试时，其下行方向和上行方向的信号处理过程。如图2所示，在下行方向，基站基带处理模块输出的基带信号S(t)经过射频模块的调制后，生成射频信号RF_BS1(t)，然后发送到移动信道模拟器；移动信道模拟器对射频信号进行处理后，生成射频信号RF_UE1(t)，发送到移动台的射频模块，射频模块进行解调后输出基带信号。此时，测试人员则可以直接对解调的基带信号进行分析，完成对移动通信系统的测试。
其中，令s(t)＝s1(t)+js2(t)，经过射频单元后生成的射频信号为RF_BS1(t)＝Re[s(t)ejωt]＝s1(t)coswt-s2(t)sinwt；
RF_BS1(t)经过移动信道模拟器，到达移动台，并经过带通滤波器处理得到的信号为RF_BS1(t)与移动信道冲激响应的卷积RF_UE1(t)=Σm=1MΣp=1PRe[P(τp)gp(t)a(φm,p)s(t-τp)ejω(t-τp)]+Re[z(t)ejwt];]]>其中，M为天线阵元数目，P为多径数，为基带的高斯白噪声，Re[z(t)ejwt]为经过带通滤波器的带通高斯白噪声，α(φm，p)为第p条路径到达第m根天线的DOA角度权值，gp(t)为第p条路径的衰落权值， 为延时为τp的第p条路径的功率。
令z(t)＝zm1(t)+jzm2(t)，Gp(t)ejψm,p=P(τp)gp(t)a(φm,p),]]>则得到RF_UE1(t)=Σm=1MΣp=1P[Gp(t)s1(t-τp)cos(w(t-τp)+ψm,p)-Gp(t)s2(t-τp)sin(w(t-τp)+ψm,p)].]]>+z1(t)coswt-z2(t)sinwt上述表达式表征了由基站输出的基带信号S(t)经过基站射频模块、移动信道模拟器后得到的射频信号。
如图3所示，在上行方向上，移动台的基带处理模块输出的基带信号S(t)经过射频模块的调制后生成射频信号RF_UE2(t)，然后发送到移动信道模拟器进行处理，生成RF_BS2(t)；基站的射频模块接收到经过移动信道模拟器处理的射频信号后，经过射频模块解调后生成基带信号R1(t)。
其中，令s(t)＝s1(t)+js2(t)，经过移动台射频模块生成的射频信号为RF_UE2(t)＝Re[s(t)ejωt]＝s1(t)coswt+s2(t)sinwt；上述射频信号RF_UE2(t)经过移动信道模拟器，到达基站，并经过带通滤波器处理得到的信号为RF_UE2(t)移动信道冲激响应的卷积RF_BS2(t)m=Re{Σp=1P[P(τp)gp(t)a(φm,p)s(t-τp)ejω(t-τp)]+zm(t)ejwt};]]>其中，P为多径数，zm(t)为第m根天线上带通高斯白噪声经过射频解调后的低通高斯白噪声，Re[zm(t)ejwt]为第m根天线上经过带通滤波器的带通高斯白噪声。
令Zm(t)＝zm1(t)+jzm2(t)，Gp(t)ejψm,p=P(τp)gp(t)a(φm,p),]]>则得到RF_BS2(t)m=Σp=1P[Gp(t)s1(t-τp)cos(w(t-τp)+ψm,p)-Gp(t)s2(t-τp)sin(w(t-τp)+ψm,p)];]]>+zm1(t)coswt-zm2(t)sinwtRF_BS2(t)m经过射频模块解调后的基带信号为R1(t)＝Re[RF_BS2(t)me-jwt]；其I路I[R1(t)m]=Σp=1P[Gps1(t-τp)cos(-wτp+ψm,p)]+zm1(t);]]>Q路Q[R1(t)m]=Σp=1P[Gps2(t-τp)sin(-wτp+ψm,p)]+zm2(t).]]>上述表达式表征了由移动台输出的基带信号S(t)经过移动台射频模块调制、移动信道模拟器以及基站的射频模块解调后得到的基带信号。
在上述移动信道模拟方法中，移动信道模拟器需要接收基站或移动台输出的射频信号，并对接收的射频信号进行处理，使其输出的信号等效于真实的移动信道输出的信号，然后再输出给移动台或基站。在上述处理过程中，由于射频信号是模拟信号，移动信道模拟器需要首先将输入的模拟信号转换为数字信号然后才能进行相应的模拟真实移动信道的数字信号处理操作，并且还需要将处理得到的数字信号转换为模拟信号输出。另外，在通常情况下上述射频信号的频率非常高，一般都在GHz级别以上，因此，一方面移动信道模拟器需要高速的模/数转换以及数/模转换器件进行模/数、数/模转换，另一方面在对上述高速信号进行数字信号处理时，其乘法、加法运算的计算量非常大，很难实现。
此外，在射频信号的速率非常高时，移动信道模拟对射频信号到达角度的控制精度要求也非常高，但是，由于在实践中的现有技术对高速模拟信号的到达角度模拟能力非常有限，尤其是对第三代移动通信系统的模拟过程中，因而很难实现对射频信号到达角度的精确控制。
综上所述，应用上述移动信道模拟方法虽然可以对移动通信系统进行测试，但是在实际的应用中有很大的局限性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种便于实现的移动信道的模拟方法，可以应用于高速移动通信系统的信道模拟。
本发明所述的移动信道模拟方法，应用于包含移动通信设备的移动通信系统，其特征在于，在移动通信设备的基带处理模块和射频模块之间设置一个移动信道模拟器；在发送方向，包括以下步骤A、移动信道模拟器对移动通信设备待发送的基带信号进行数字信号处理，等效于真实移动信道输出，生成经过处理的基带信号；B、该移动通信设备对经过处理的基带信号进行调制，生成射频信号，然后发送出去；在接收方向，包括以下步骤a、移动通信设备对接收的射频信号进行解调，得到基带信号；b、移动通信设备中的移动信道模拟器对该基带信号进行数字信号处理，等效于真实移动信道输出，生成经过处理的基带信号，供该移动通信设备作基带处理。
本发明所述的方法将基站或者移动台作为所述移动通信设备。
步骤A所述等效于待发送的基带信号经过真实移动信道输出具体为将待发送的基带信号与移动信道的冲激响应进行卷积，输出卷积结果；步骤b所述等效于该基带信号经过真实移动信道输出具体为将该基带信号与移动信道的冲激响应进行卷积，输出卷积结果。
本发明所述移动信道的冲激响应为移动信道上各个路径冲激响应之和。
本发明所述各个路径冲激响应为该路径的时变信号幅度、到达角度加权值及经过相对时延τ延时的冲激函数的乘积。
由此可以看出，应用本发明所述的移动信道模拟方法可以获得以下有益效果由于本发明所述的方法将移动信道模拟器等效到基带上，使其输入及输出信号均为基带的数字信号，因此可以大大降低移动信道模拟器乘法以及加法运算的计算量，而且不需要高速的模拟/数字转换以及数字/模拟转换器件，具有可控性好，便于实现等优点。
图1为一般移动通信系统的系统模型；图2为现有测试过程中下行方向移动通信系统的信号处理过程；图3为现有测试过程中上行方向移动通信系统的信号处理过程；图4为本发明所述方法在下行方向上的信号处理过程；图5为本发明所述方法在上行方向上的信号处理过程。
具体实施例方式
为使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
为了实现高速移动通信系统的信道模拟，本发明提供了一种移动信道的模拟方法。图4和图5分别显示了应用本发明所述方法的移动通信系统在下行方向和上行方向上的信号处理流程。
如图4所示，在下行方向，基站的基带处理模块首先将基带信号S(t)输入到移动信道模拟器进行处理，然后移动信道模拟器输出基带信号BB_BS1(t)到基站的射频模块进行调制，并输出射频信号RF_UE1’(t)到移动台，移动台的射频模块对输入的射频信号进行解调后将输出基带信号。
上述基带信号S(t)经过移动信道模拟器的处理后，输出的基带信号BB_BS1(t)为S(t)与移动信道冲激响应的卷积BB_BS1(t)=Σm=1MΣp=1P[P(τp)gp(t)a′(φm,p)s(t-τp)]+z′(t);]]>其中，M为天线阵元数目，P为多径数，z′(t)为低通加性高斯白噪声。
基带信号BB_BS1(t)经过基站的射频单元，并经过带通处理后输出的信号为RF_UE1′(t)=Re{[Σm=1MΣp=1P[P(τp)gp(t)a′(φm,p)s(t-τp)]+z′(t)]ejωt}.]]>设置s(t)＝s1(t)+js2(t)，Gp(t)ejψm,p′=P(τp)gp(t)a′(φm,p),]]>则RF_UE1′(t)=Σm=1MΣp=1P[Gp(t)s1(t-τp)cos(wt+ψm,p′)-Gp(t)s2(t-τp)sin(wt+ψm,p′)];]]>+z1′(t)coswt-z2′(t)sinwt而在图2所示的现有测试模型中，RF_UE1(t)=Σm=1MΣp=1P[Gp(t)s1(t-τp)cos(w(t-τp)+ψm,p)-Gp(t)s2(t-τp)sin(w(t-τp)+ψm,p)];]]>+z1(t)coswt-z2(t)sinwt如果令a′(φm,p)=a(φm,p)e-jωτp,]]>并且z′(t)＝z(t)，则RF_UE1′(t)=Re{[Σm=1MΣp=1P[P(τp)gp(t)a(φm,p)e-jωτps(t-τp)]+z(t)]ejωt};]]>=Σm=1MΣp=1P[Gp(t)s1(t-τp)cos(w(t-τp)+ψm,p)-Gp(t)s2(t-τp)sin(w(t-τp)+ψm,p)]+z1(t)coswt-z2(t)sinwt]]>得到RF_UE1′(t)＝RF_UE1(t)。即当a′(φm,p)=a(φm,p)e-jωτp]]>，z′(t)＝z(t)两个条件成立时，在下行方向上，应用本发明所述的移动信道模拟方法得到的接收信号与应用现有技术中通用的移动信道模拟方法得到的接收信号一致。
如图5所示，在上行方向上，移动台基带处理模块输出的基带信号S(t)经过射频模块调制后生成射频信号RF_UE2(t)，然后发送到基站的射频模块进行解调，得到基带信号BB_BS2(t)。然后再将得到的基带信号BB_BS2(t)发送到移动信道模拟器进行处理，生成接收的基带信号R2(t)。
令s(t)＝s1(t)+js2(t)，经过射频模块的生成的射频信号为RF_UE2(t)＝Re[s(t)ejωt]＝s1(t)coswt+s2(t)sinwt；射频信号RF_UE2(t)经过基站射频模块的解调后输出的基带信号为BB_BS2(t)m＝s(t)ejwte-jwt＝s(t)；即仍为移动台发送的基带信号s(t)。
基带信号BB_BS2(t)经过移动信道模拟器的处理后，输出的基带信号为BB_BS2(t)与移动信道冲激响应的卷积R2(t)m=Σp=1P[P(τp)gp(t)a′(φm,p)s(t-τp)]+zm′(t);]]>其中，P为多径数，zm′(t)为第m根天线上低通加性高斯白噪声令zm′(t)＝zm1′(t)+jzm2′(t)，Gp(t)ejψm,p′=P(τp)gp(t)a′(φm,p),]]>则I路I[R2(t)m]=Σp=1P[Gps1(t-τp)cos(ψm,p′)]+zm1′(t);]]>Q路Q[R2(t)m]=Σp=1P[Gps2(t-τp)sin(ψm,p′)]+zm2′(t).]]>而在图3所示的现有测试模型中，有I路I[R1(t)m]=Σp=1P[Gps1(t-τp)cos(-wτp+ψm,p)]+zm1(t);]]>Q路Q[R1(t)m]=Σp=1P[Gps2(t-τp)sin(-wτp+ψm,p)]+zm2(t).]]>如果令a′(φm,p)=a(φm,p)e-jωτp,]]>且zm′(t)＝zm(t)，则有R2(t)m=Σp=1P[P(τp)gp(t)a(φm,p)e-jwτps(t-τp)]+zm(t);]]>其I路I[R2(t)m]=Σp=1P[Gps1(t-τp)cos(-wτp+ψm,p)]+zm1(t);]]>Q路Q[R2(t)m]=Σp=1P[Gps2(t-τp)sin(-wτp+ψm,p)]+zm2(t).]]>从而得到I[R2(t)m]＝I[R1(t)m]，Q[R2(t)m]＝Q[R1(t)m]，即R2(t)＝R1(t)。
由此可以看出，如果令a′(φm,p)=a(φm,p)e-jωτp]]>，以及z′(t)＝z(t)，在上行方向上，应用本发明所述的移动信道模拟方法得到的接收信号与应用现有技术中通用的移动信道模拟方法得到的接收信号一致。
综合图4和图5的移动信道模拟方法可以看出，本发明所述的移动信道模拟方法与现有技术中普遍采用的方法是等效的。因此，本发明所述移动信道的模拟方法可以应用到移动通信系统的研究或测试过程中。
从上述移动信道的模拟方法可以看出，本发明所述的方法将移动信道模拟器等效到了基带域，由于应用上述方法的移动信道模拟器的输入及输出信号均为数字信号，且其信号速率相对较低，上述移动信道模拟器不需要高速的模拟/数字转换以及数字/模拟转换器件，并且在处理过程中乘法以及加法运算的计算量也得到大幅度降低，因而，本发明所述的移动信道模拟方法具有可控性好，便于实现的优点。
另外需要说明的是，在上述本发明的优选实施例中，将移动信道模拟器从基站和移动台的射频模块之间等效到基站的基带处理模块与射频模块之间，即等效到基带域，使得移动信道模拟器具有可控性好，便于实现的优点。同样，将移动信道模拟器等效到移动台的基带处理模块与射频模块之间也可以实现本发明的目的，而不会超出本发明的精神和范围。
以上举优选的实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述为本发明的优选实施例而已，并不用以显示本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种移动信道模拟方法，应用于包含移动通信设备的移动通信系统，其特征在于，在移动通信设备的基带处理模块和射频模块之间设置一个移动信道模拟器；在发送方向，包括以下步骤A、移动信道模拟器对移动通信设备待发送的基带信号进行数字信号处理，等效于真实移动信道输出，生成经过处理的基带信号；B、该移动通信设备对经过处理的基带信号进行调制，生成射频信号，然后发送出去；在接收方向，包括以下步骤a、移动通信设备对接收的射频信号进行解调，得到基带信号；b、移动通信设备中的移动信道模拟器对该基带信号进行数字信号处理，等效于真实移动信道输出，生成经过处理的基带信号，供该移动通信设备作基带处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将基站或者移动台作为所述移动通信设备。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述等效于待发送的基带信号经过真实移动信道输出具体为将待发送的基带信号与移动信道的冲激响应进行卷积，输出卷积结果；步骤b所述等效于该基带信号经过真实移动信道输出具体为将该基带信号与移动信道的冲激响应进行卷积，输出卷积结果。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述移动信道的冲激响应为移动信道上各个路径冲激响应之和。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述各个路径冲激响应为该路径的时变信号幅度、到达角度加权值及经过相对时延τ延时的冲激函数的乘积。
全文摘要
本发明公开了一种移动信道模拟方法，在移动通信设备的基带处理模块和射频模块之间设置一个移动信道模拟器；在发送方向移动信道模拟器对移动通信设备待发送的基带信号进行数字信号处理，等效于真实移动信道输出，生成经过处理的基带信号；该移动通信设备对经过处理的基带信号进行调制，生成射频信号，然后发送；在接收方向移动通信设备对接收的射频信号进行解调，得到基带信号；移动信道模拟器对该基带信号进行数字信号处理，等效于真实移动信道输出，生成经过处理的基带信号。本发明所述方法可以降低移动信道模拟器乘法以及加法运算的计算量，不需要高速的模拟/数字转换以及数字/模拟转换器件，具有可控性好，便于实现等优点。
文档编号H04B17/00GK1777072SQ20041008869
公开日2006年5月24日 申请日期2004年11月15日 优先权日2004年11月15日
发明者赵训威, 高翔 申请人:普天信息技术研究院