专利名称：信道模拟装置及方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种信道模拟装置及方法。
背景技术：
无线信道的电磁波传播特性和传播环境相关(地理特征、建筑物、电磁干扰、采用频段等)，通常认为无线信道具有大尺度衰落和小尺度衰落两种特征(1)大尺度衰落刻画了移动台经过较大距离移动而引起的平均接收信号功率的衰减或路径损耗，有两个影响因素路径损耗和阴影衰落。路径损耗是指电波在空间上的传播损耗；阴影衰落是指电波在传播过程中遇到高大障碍物的阻隔会产生电磁场的阴影区域，移动台穿过阴影区时，会引发信号场强中值的变化。(2) —般情况下，基站和移动台之间不存在直射信号，接收到的信号通常为发射信号经过若干次绕射、散射、反射、透射、折射后的叠加信号，这种信号经过不同传播路径达到接收端的现象称为多径传播。多径传播造成信号波形的展宽，产生频率选择性衰落；多普勒效应影响着信道的时变特性，因移动速度产生的多普勒频偏造成信号频谱在一定的范围内扩散，产生时间选择性衰落。这种小尺度衰落会造成信号几十dB的功率衰落。同时，无线网络信道还受到各种电磁干扰的影响和组网中同频干扰的影响。无线网络信道的这种复杂性和时变性给无线网络规划和系统参数配置增加了难度，使得系统测试无法覆盖实际应用中的各种复杂场景。无线通讯设备(例如，基站、终端)在实验室研发阶段完成各项性能指标测试之后，需要在实际无线信道环境中进行网络测试，为了验证无线通讯设备的稳定性和成熟度，一般需要开辟较大规模的商用局，以验证网络规划和系统参数设置的合理性，充分暴露产品在实际应用中的缺陷。这种验证和测试方式开发周期较长，且投入较大，不利于对无线产品的商用能力进行快速的验证。现有技术对无线信道的模拟分为软仿真和硬仿真两种。其中软仿真基于业界经典的信道模型，通过数学建模的方式对无线信道进行模拟近似，其缺陷在于这些信道模型仅仅是对经典应用场景的建模，无法真实的再现信道的多样性和复杂性；硬仿真基于无线信道模拟器，无线信道模拟器可以根据信道模型产生信道参数，也可以下载实际信道的采集数据，这种方式对点对点的无线信道模拟有较好的仿真效果，但是对无线网络信道的仿真能力较差，一般要采用多个无线信道模拟器级联来完成，由于信道模拟器体积较大，加之信号之间的同步问题，即使级联也只能实现小范围的网络模拟。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种信道模拟装置及方法，以至少解决上述问题之
ο根据本发明的一个方面，提供了一种信道模拟装置，包括网络抽象与信道构成模块，用于获取无线网络拓扑结构，根据该无线网络拓扑结构设计并排列网络信道数据，用排列后的网络信道数据生成信道数据包，响应数据与信道处理模块的请求下发该信道数据包；数据与信道处理模块，用于向网络抽象与信道构成模块发送获取信道数据包的请求，将获取到的基带信号与信道数据包包含的信道数据进行计算处理并输出。根据本发明的另一个方面，提供了一种信道模拟方法，包括获取无线网络拓扑结构；根据无线网络拓扑结构设计并排列网络信道数据；用排列好的网络信道数据生成信道数据包；将获取到的基带信号与信道数据包包含的信道数据进行计算处理并输出。通过本发明，采用对实际信道环境的数据采集，分析处理，信道数据脚本的构造， 在实验室重构反映了实际外场无线网络的真实特性模拟信道，解决了相关技术中对无线网络信道的仿真困难的问题，进而达到了可以方便的实现大规模的无线网络信道模拟的效
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是根据本发明实施例的信道模拟装置的结构示意图；图2是根据本发明优选实施例的信道模拟装置的结构示意图；图3是根据本发明优选实施例的增加包头和解压缩信息的信道数据包格式；图4是根据本发明实例的“3个小区，2个用户终端”的无线网络结构示意图；图5是根据本发明实例的下行4发2收MIMO信道示意图；图6是根据本发明实施例的信道模拟方法的流程图；图7是根据本发明优选实施例的信道模拟方法的流程图；图8是根据本发明优选实施例的小尺度衰落信道模拟仿真的流程图。
具体实施例方式下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。图1是根据本发明实施例的信道模拟装置的结构示意图。如图1所示，根据本发明实施例的信道模拟装置包括网络抽象与信道构成模块12，用于获取无线网络拓扑结构，根据无线网络拓扑结构设计并排列网络信道数据，将排列后的网络信道数据生成信道数据包，响应数据与信道处理模块的请求下发该信道数据包。数据与信道处理模块14，用于向网络抽象与信道构成模块发送获取信道数据包的请求，将获取到的基带信号与信道数据包包含的信道数据进行计算处理并输出。通过上述装置，对实际信道环境的数据采集，分析处理，信道数据的构造，即可方便的实现大规模的无线网络信道模拟。上述信道模拟装置可以根据需求灵活的输入/输出射频或基带数据。其中射频信号从射频端子接入，射频信号经过下变频处理到数字基带信号，在基带实现网络信道模拟，然后再经过上变频到射频从射频端子接出或者直接从基带端子接出；基带信号则直接进入网络信道模拟，输出信号从基带端子接出或者经过上变频从射频端子接出。优选地，如图2所示，网络抽象与信道构成模块12可以进一步包括无线网络拓扑结构抽象单元122，用于将无线网络环境和信号流向抽象为具有采样时间信息、输入/输出端口指示信息、和延迟信息的信道参数表，并在该信道参数表中预留信道数据域。信道采集数据分析单元124，用于分析外场采集的信道数据，确定信道参数，提取信道参数中具有空间相关特性的抽头组成抽头延迟线结构，设计具有该空间相关特性的抽头延迟线结构的网络信道采样数据并按照信道参数表对网络信道采样数据进行排列。信道数据组织管理单元126，用于按照上述网络信道数据的包格式大小将排列好的网络信道采样数据依次写入信道参数表中对应输入/输出端口的信道数据域，组成信道数据包。信道数据下载单元128，用于响应数据与信道处理模块14的请求下发上述信道数据包。网络抽象与信道构成模块12与数据与信道处理模块14相连，包括但不限于上述 4个单元，其中，无线网络拓扑结构抽象单元122会将实际的无线网络环境和信号流向抽象为一个可以编程实现的具有输入/输出端口指示信息的信道参数表，并在信道参数表中预留信道数据域及信道参数域。上述的输入/输出端口指示信息有多种表示方式。例如按照基站的编号顺序对所有物理天线端口进行统一编号0 M-l，M表示所有基站的物理天线个数； 同时对所有用户终端的天线统一编号0 N-l，N表示所有用户的物理天线个数，如表1所示，通过基站和用户天线对的编号就可以唯一的标识信号流向。表 权利要求
1.一种信道模拟装置，其特征在于，包括网络抽象与信道构成模块，用于获取无线网络拓扑结构，根据所述无线网络拓扑结构设计并排列网络信道数据，用所述排列后的网络信道数据生成信道数据包，响应数据与信道处理模块的请求下发所述信道数据包；所述数据与信道处理模块，用于向所述网络抽象与信道构成模块发送获取所述信道数据包的请求，将获取到的基带信号与所述信道数据包包含的信道数据进行计算处理并输出ο
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述网络抽象与信道构成模块包括无线网络拓扑结构抽象单元，用于将无线网络环境和信号流向抽象为具有采样时间信息、输入/输出端口指示信息、和延迟信息的信道参数表，并在所述信道参数表中预留信道数据域；信道采集数据分析单元，用于分析外场采集的信道数据，确定信道参数，提取所述信道参数中具有空间相关特性的抽头组成抽头延迟线结构，设计具有所述空间相关特性的抽头延迟线结构的网络信道采样数据并按照所述信道参数表对所述网络信道采样数据进行排列；信道数据组织管理单元，用于按照所述网络信道数据的包格式大小将排列好的网络信道采样数据依次写入信道参数表中对应输入/输出端口的信道数据域，组成所述信道数据包；信道数据下载单元，用于响应所述数据与信道处理模块的请求下发所述信道数据包。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述信道参数包括以下至少之一多径信道的功率延迟分布、角度功率谱分布、信道空间相关性、大尺度衰落特征。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述数据与信道处理模块包括信道数据请求单元，用于向所述网络抽象与信道构成模块发送获取所述信道数据包的请求；基带信号处理单元，用于将获取到的基带信号与所述信道数据包包含的信道数据进行卷积运算、信号合成及干扰模拟；噪声叠加单元，用于对所述基带信号处理单元处理后的信号进行噪声叠加并输出。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述数据与信道处理模块还包括小尺度衰落信道模拟单元，用于根据信道建模产生小尺度衰落信道，进行链路级点对点的硬仿真或配合大尺度衰落信道数据来实现无线网络信道的硬仿真。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述小尺度衰落信道模拟单元包括信道参数配置子单元，用于配置以下之一的信道参数链路参数、网络参数，其中，所述链路参数和所述网络参数均包括功率延迟信息，空间相关性矩阵，信道类型，载频，以及终端移动速度，所述网络参数还包括无线网络拓扑结构信息；信道数据产生子单元，用于根据不同的信道参数产生不同特性的小尺度衰落信道，与所述大尺度信道数据相乘并输出至所述基带信号处理单元。
7.一种信道模拟方法，其特征在于，包括获取无线网络拓扑结构；根据所述无线网络拓扑结构设计并排列网络信道数据；用排列好的所述网络信道数据生成信道数据包；将获取到的基带信号与所述信道数据包包含的信道数据进行计算处理并输出。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，生成所述信道数据包包括将无线网络环境和信号流向抽象为具有采样时间信息、输入/输出端口指示信息、和延迟信息的信道参数表，并在所述信道参数表中预留信道数据域；分析外场采集的信道数据，确定信道参数，提取所述信道参数中具有空间相关特性的抽头组成抽头延迟线结构，设计具有所述空间相关特性的抽头延迟线结构的网络信道采样数据并按照所述信道参数表对其进行排列；按照信道数据的包格式大小将排列好的网络信道采样数据依次写入信道参数表中对应输入/输出端口的信道数据域，组成所述信道数据包。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述信道参数包括以下至少之一多径信道的功率延迟分布、角度功率谱分布、信道空间相关性、大尺度衰落特征。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在将输入的基带信号与所述信道数据包包含的信道数据进行计算处理之前，还包括选择小尺度衰落信道的仿真信道模型和衰落类型，配置信道参数；根据所述信道参数产生具有相应特性的小尺度衰落信道，然后与所述信道数据相乘并输出。
全文摘要
本发明公开了一种信道模拟装置及方法，其中，上述信道模拟装置包括网络抽象与信道构成模块，用于获取无线网络拓扑结构，根据无线网络拓扑结构设计并排列网络信道数据，用排列后的网络信道数据生成信道数据包，响应数据与信道处理模块的请求下发该信道数据包；数据与信道处理模块，用于向网络抽象与信道构成模块发送获取信道数据包的请求，将获取到的基带信号与信道数据包包含的信道数据进行计算处理并输出。通过本发明的技术方案，可以方便的实现大规模的无线网络信道模拟。
文档编号H04B17/00GK102457336SQ20101052331
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者王衍文, 谭欢喜, 陆海涛, 陈诗军, 马书宇 申请人:中兴通讯股份有限公司