一种时域信道测量的方法及装置与流程

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种时域信道测量的方法及装置。

背景技术：

信道测量的原理，x(t)为测量信道的输入信号，h(t,τ)表示在t时刻给信道输入某个冲激信号后，在时延τ后信道的输出响应，则信道、输入、输出的关系为：y(t)＝x(t)*h(t,τ)。对于现行信道，只需输入的x(t)为理想冲激激励δ(t)，即可得到信道时域冲激响应h(t,τ)，然而，理想冲激激励δ(t)物理上是不可以实现的。

实际中，宽带信道测量，一般采用直接脉冲测量法、扫频法和扩频滑动相关法。

直接脉冲测量法，是在发射机中用窄脉冲来作为发送信号，激励信道。

扫频测量法是信道频率域的测量方法，该方法充分利用了信道响应的时频域的对应关系。扫频测量法的原理：用矢量网络分析仪控制信号产生器使其以特定步进变频在某一频段上进行扫描，然后测量信道在每个频点上的谱响应，然后通过逆傅里叶变换获得信道的时域冲激响应。

滑动相关测量法的思想来自于脉冲压缩技术，发送的载波信号是在目标测量宽带上采用伪随机PN序列的扩频输出，通过无线信道，对接收到的信号与输入PN序列做互相关处理，互相关的结果正比于特定时刻的被测信道。

但是上述三种信道测量方法有存在各自的缺点，具体的：

直接脉冲测量法的缺点是：

1、针对宽带测量，直接脉冲测量法的接收滤波器是宽带的，接收到的噪声和干扰比较大；2、多径分辨率取决于周期脉冲的时间宽度，难以获得高的多径分辨率；3、窄脉冲信号功率受限，测量系统动态范围受限。

扫频测量法的缺点是：

1、由于收发需要同步，矢量分析仪的发射机与接收机必须进行物理连接同 步信号，由于电缆对于同步信号的衰减，只在短距离测量下可用；2、必须在有限时间内完成一次频率扫描，对于大的带宽或小的频率步进间隔来说测量不是实时的，所得出的时变信道结果是不可靠的；3、采用离散傅里叶逆变换IDFT将频域测量数据转换到时域，扫频间隙和数量将影响时域冲激响应测量结果；4、扫频测量系统只适用于时不变信道或慢时变信道，比如室内信道。

滑动相关信道测量法的缺点是：

1、测量是非实时的，难以获取完整的、实时信道信息；2、在PN码长度N取值确定的情况下，最小多径时延的分辨取决于最大多径分辨距离，系统复杂度较大。多径分辨距离与时延分辨率的关系D＝C*NT_c＝C*NΔτ/2，D是多径分辨距离，C是电磁波传播速度，Δτ是时延分辨率，T_c是PN码周期。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种时域信道测量的方法及装置，弥补了现有技术的宽带信道测量方法对于高带宽的信道测量的不足。

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种时域信道测量的方法，包括：

控制测量系统的发送端发送由N组相同伪随机序列组成的测量信号，并控制所述测量系统的接收端进行同步接收，N为大于或者等于2的整数；其中，相邻两组伪随机序列之间的时间间隔大于或者等于0且小于所述伪随机序列的序列时长的m倍，所述m大于0且小于1；

将所述接收端接收到的时域测量数据和一组所述伪随机序列在时域进行互相关，得到N组互相关结果；

将所述N组互相关结果的中间位置的互相关结果确定为时域信道冲激响应。

其中，在确定所述时域信道冲激响应之后，所述方法还包括：

根据所述测量系统的损耗和/或时延，对所述时域信道冲激响应进行修正。

其中，所述控制测量系统的发送端发送由N组相同伪随机序列组成的测量信号，并控制所述测量系统的接收端进行同步接收之前，所述方法还包括：

对所述测量系统的发送端和接收端进行预同步，使得所述发送端和所述接收端在测量过程中实现收发同步。

其中，所述对所述测量系统的发送端和接收端进行预同步，包括：

采用高精度时钟对所述发送端和所述接收端进行预同步；以及

将所述发送端的发送触发信号和所述接收端的接收触发信号进行预同步。

其中，所述伪随机序列的序列时长大于所述测量系统的最大多径时延。

本发明实施例还提供一种时域信道测量的装置，包括：

控制模块，用于控制测量系统的发送端发送由N组相同伪随机序列组成的测量信号，并控制所述测量系统的接收端进行同步接收，N为大于或者等于2的整数；其中，相邻两组伪随机序列之间的时间间隔大于或者等于0且小于所述伪随机序列的序列时长的m倍，所述m大于0且小于1；

互相关模块，用于将所述接收端接收到的时域测量数据和一组所述伪随机序列在时域进行互相关，得到N组互相关结果；

确定模块，用于将所述N组互相关结果的中间位置的互相关结果确定为时域信道冲激响应。

其中，所述装置还包括：

修正模块，用于根据所述测量系统的损耗和/或时延，对所述时域信道冲激响应进行修正。

其中，所述装置还包括：

预同步模块，用于对所述测量系统的发送端和接收端进行预同步，使得所述发送端和所述接收端在测量过程中实现收发同步。

其中，所述预同步模块包括：

第一预同步子模块，用于采用高精度时钟对所述发送端和所述接收端进行预同步；以及

第二预同步子模块，用于将所述发送端的发送触发信号和所述接收端的接收触发信号进行预同步。

其中，所述伪随机序列的序列时长大于所述测量系统的最大多径时延。

本发明实施例还提供一种时域信道测量的装置，包括：处理器；以及通过总线接口与所述处理器相连接的存储器，所述存储器用于存储所述处理器在执行操作时所使用的程序和数据，当处理器调用并执行所述存储器中所存储的程序和数据时，实现如下的功能模块：

控制模块，用于控制测量系统的发送端发送由N组相同伪随机序列组成的 测量信号，并控制所述测量系统的接收端进行同步接收，N为大于或者等于2的整数；其中，相邻两组伪随机序列之间的时间间隔大于或者等于0且小于所述伪随机序列的序列时长的m倍，所述m大于0且小于1；

互相关模块，用于将所述接收端接收到的时域测量数据和一组所述伪随机序列在时域进行互相关，得到N组互相关结果；

确定模块，用于将所述N组互相关结果的中间位置的互相关结果确定为时域信道冲激响应。

本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：

本发明实施例的时域信道测量的方法及装置中，利用N组相同的伪随机序列作为测量信号，并控制发送端和接收端同步收发，在接收端收到时域测量数据后采用相同的一组伪随机序列进行互相关，并取中间位置的互相关结果作为时域信道冲激响应；该时域信道测量的方法可以支持6GHz以上甚至毫米波段的信道测量，且可以实时地测量出信道时域冲激响应，准确得到信道的时变特性信息。

附图说明

图1表示本发明实施例提供的时域信道测量的方法的基本步骤流程图；

图2表示本发明实施例提供的时域信道测量的方法中采用三组伪随机序列周期发送的示意图；

图3表示本发明实施例提供的时域信道测量的方法中采用一组伪随机序列作为测量信号的信道测量结果示意图；

图4表示本发明实施例提供的时域信道测量的方法中采用两组伪随机序列作为测量信号的信道测量结果示意图；

图5表示本发明实施例提供的时域信道测量的方法中采用三组伪随机序列作为测量信号的信道测量结果示意图；

图6表示本发明实施例提供的时域信道测量的方法应用的测量系统的工作原理示意图；

图7表示本发明实施例提供的时域信道测量的方法的整体测量处理流程图；

图8表示本发明实施例提供的具体的测量方案示意图；

图9表示本发明实施例提供的时域信道测量的装置的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有技术的宽带信道测量方法对于高带宽的信道测量的不足，提供一种时域信道测量的方法及装置，利用N组相同的伪随机序列作为测量信号，并控制发送端和接收端同步收发，在接收端收到时域测量数据后采用相同的一组伪随机序列进行互相关，并取中间位置的互相关结果作为时域信道冲激响应；该时域信道测量的方法可以支持6GHz以上甚至毫米波段的信道测量，且可以实时地测量出信道时域冲激响应，准确得到信道的时变特性信息。

如图1所示，本发明实施例提供一种时域信道测量的方法，包括：

步骤11，控制测量系统的发送端发送由N组相同伪随机序列组成的测量信号，并控制所述测量系统的接收端进行同步接收，N为大于或者等于2的整数；其中，相邻两组伪随机序列之间的时间间隔大于或者等于0且小于或者等于所述伪随机序列的序列时长的m倍，所述m大于0且小于1；

步骤12，将所述接收端接收到的时域测量数据和一组所述伪随机序列在时域进行互相关，得到N组互相关结果；

步骤13，将所述N组互相关结果的中间位置的互相关结果确定为时域信道冲激响应。

本发明的上述实施例中，测量信号的长度可变，即N等于2、3、4……，在此不作具体限定。本发明实施例中采用至少两组相同的伪随机序列进行周期性发送，两组伪随机序列可连续发送，也可不连续发送；具体的，当两组伪随机序列连续发送时，两组伪随机序列之间的时间间隔等于0，即第1组伪随机序列的结束时间为第2组伪随机序列的开始发送时间；换言之，第2组伪随机序列开始发送的时间，距离序列1开始发送的时间之间的时间差等于该伪随机序列的长度。当两组伪随机序列不连续发送时，两组伪随机序列之间的时间间隔大于0，且为了保证测量的准确性，当不连续续发送时，其两组伪随机序列之间的时间间隔还需小于伪随机序列的序列时长的m倍，m大于0且小于1；实际 应用中m为0.1-0.15，即两组伪随机序列之间的时间间隔小于伪随机序列的序列时长的10％-15％。测量信号所能够达到带宽即为信道测量带宽；其中，伪随机序列具有良好的相关特性。

如图2所示为采用三组伪随机序列周期发送的示意图，序列1、序列2以及序列3依次连续发送。下面以简单的情况来说明采用多个伪随机序列进行时域信道测量的必要性。分别采用一组伪随机序列、两组伪随机序列和三组伪随机序列作为测量信号x(t)，假设信道h(t,τ)为理想信道δ(t)，将接收到时域测量数据y(t)与一组伪随机序列进行互相关，可以分别得到图3、图4和图5所示的信道测量结果示意图。显然，如图3所示采用一组序列进行测量的结果引入了更大的误差。较佳的，本发明实施例中至少采用两组伪随机序列作为测量信号能够提高多径分辨率，且测量的动态范围比较大，采用更大长度的PN码，可以得到更大的处理增益，测量距离也可以更远；同时由于能够实时地测量出信道时域冲激响应，则可以准确得到信道的时变特性信息。

较佳的，所述伪随机序列的序列时长大于所述测量系统的最大多径时延，使得本发明实施例可以支持6GHz以上甚至毫米波段的信道测量。

具体的，步骤13中将N组互相关结果的中间位置的互相关结果确定为时域信道冲激响应中的中间位置具体指：

当N为奇数时，中间位置有一个，即将第N+1/2组互相关结果确定为时域信道冲激响应；例如，N等于3时，如图5所示，第2组互相关结果为“横轴上-1000至1000区域的信道测量结果”；实际应用中可将“横轴上-1000至0区域的信道测量结果”或者“横轴上0至1000区域的信道测量结果”作为时域信道冲激响应。

当N为偶数时，中间位置有两个，分别为第N/2组互相关结果以及第N/2+1组互相关结果，则将第N/2组互相关结果或者第N/2+1组互相关结果确定为时域信道冲激响应。例如，N等于2时，如图4所示，第1组互相关结果为“横轴上-2000至0区域的信道测量结果”，第2组互相关结果为“横轴上0至2000区域的信道测量结果”，可将第1组或第2组作为时域信道冲激响应。实际应用中，考虑误差的存在，可将“横轴上-1000至0区域的信道测量结果”或者“横轴上0至1000区域的信道测量结果”作为时域信道冲激响应。

进一步的，本发明的上述实施例在确定所述时域信道冲激响应之后，所述方法还包括：

步骤14，根据所述测量系统的损耗和/或时延，对所述时域信道冲激响应进行修正。

由于测量系统的不同使用时间，不用型号的机器，不同长度的连线等等原因导致不同的测量系统的损耗及时延均可能存在不同，故本发明实施例在确定时域信道冲激响应后还需根据系统进行进一步校准，使得测得的时域信道冲激响应更符合不同系统的特性，其准确性更高。

进一步的，由于本发明实施例中发送端和接收端须实现同步收发，本发明实施例中采用预同步的方法进行，在实际测量中无需再进行有线连接，使得测量的动态范围比较大，采用更大长度的PN码，可以得到更大的处理增益，测量距离则可以更远。具体的，本发明实施例中在步骤11之前，所述方法还包括：

步骤15，对所述测量系统的发送端和接收端进行预同步，使得所述发送端和所述接收端在测量过程中实现收发同步。

进一步的，其步骤15具体包括：

采用高精度时钟对所述发送端和所述接收端进行预同步；以及

将所述发送端的发送触发信号和所述接收端的接收触发信号进行预同步。

具体的，本发明实施例提供的时域信道测量的方法的整体流程包括：

如图6所示为本发明实施例的时域信道测量的方法应用的测量系统的原理示意图，图6中虚线表示需要预同步，而在测量进行中并不进行有线连接。进一步的，如图7所示为本发明实施例的测量处理流程图，具体如下：

测量前准备：

发送端和接收端采用高精度时钟进行预同步；

发送端和接收端数据帧预同步，即将序列信号周期产生与信号周期接收触发信号进行预同步，保证时间点相同。

测量中，接收端和发送端分开：

发送端发送连续多组相同伪随机序列，伪随机序列长度大于可能的多径时延；

接收端接收并用一组相同伪随机序列在时域进行互相关。

测量数据处理：

取中间的结果为时域信道冲激响应；

后续可进一步根据相关算法提取信道其他参数。

综上，如图8所示采用仪表进行载频26GHz带宽为1GHz(25.5-26.5GHz)时域信道测量。测量前，采用铷钟同步，并且是收、发设备之间发送、接收触发同步。由任意波形发生器以及矢量信号源生成3组相同1024长的序列，3组序列依次发送，每组序列周期1.024us(室内时延值一般估计1us以内)，在室内进行测量。接收端收到时域数据后采用相同的一组序列进行互相关，取第二组序列对应位置的数据为时域信道冲击响应(CIR)。后续可进一步根据相关算法提取信道参数。

具体的，如上述所有实施例所述，本发明提供的时域信道测量的方法可以进行实时、高分辨信道测量，可以在很好的适应信道时变特性的条件下更加准确地获取信道特点。

为了更好的实现上述目的，如图9所示，本发明实施例还提供一种时域信道测量的装置，包括：

控制模块91，用于控制测量系统的发送端发送由N组相同伪随机序列组成的测量信号，并控制所述测量系统的接收端进行同步接收，N为大于或者等于2的整数；其中，相邻两组伪随机序列之间的时间间隔大于或者等于0且小于所述伪随机序列的序列时长的m倍，所述m大于0且小于1；

互相关模块92，用于将所述接收端接收到的时域测量数据和一组所述伪随机序列在时域进行互相关，得到N组互相关结果；

确定模块93，用于将所述N组互相关结果的中间位置的互相关结果确定为时域信道冲激响应。

具体的，本发明的上述实施例中所述装置还包括：

修正模块，用于根据所述测量系统的损耗和/或时延，对所述时域信道冲激响应进行修正。

具体的，本发明的上述实施例中所述装置还包括：

预同步模块，用于对所述测量系统的发送端和接收端进行预同步，使得所述发送端和所述接收端在测量过程中实现收发同步。

具体的，本发明的上述实施例中所述预同步模块包括：

第一预同步子模块，用于采用高精度时钟对所述发送端和所述接收端进行预同步；以及

第二预同步子模块，用于将所述发送端的发送触发信号和所述接收端的接收触发信号进行预同步。

具体的，本发明的上述实施例中所述伪随机序列的序列时长大于所述测量系统的最大多径时延。

需要说明的是，本发明实施例提供的时域信道测量的装置是应用上述时域信道测量的方法的装置，则上述时域信道测量的方法的所有实施例均适用于该装置，且均能达到相同或相似的有益效果。

为了更好的实现上述目的，本发明实施例还提供一种时域信道测量的装置，包括：处理器；以及通过总线接口与所述处理器相连接的存储器，所述存储器用于存储所述处理器在执行操作时所使用的程序和数据，当处理器调用并执行所述存储器中所存储的程序和数据时，实现如下的功能模块：

控制模块，用于控制测量系统的发送端发送由N组相同伪随机序列组成的测量信号，并控制所述测量系统的接收端进行同步接收，N为大于或者等于2的整数；其中，相邻两组伪随机序列之间的时间间隔大于或者等于0且小于所述伪随机序列的序列时长的m倍，所述m大于0且小于1；

互相关模块，用于将所述接收端接收到的时域测量数据和一组所述伪随机序列在时域进行互相关，得到N组互相关结果；

确定模块，用于将所述N组互相关结果的中间位置的互相关结果确定为时域信道冲激响应。

需要说明的是，本发明实施例提供的时域信道测量的装置是应用上述时域信道测量的方法的装置，则上述时域信道测量的方法的所有实施例均适用于该装置，且均能达到相同或相似的有益效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。