一种无线信道测试方法及装置与流程

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种无线信道测试方法及装置。

背景技术：

目前，移动通信应用越来越广泛，使用的环境越来越复杂，由于移动通信与人的活动环境密切相关，因此，为了提高通信质量需要研究无线信道在不同环境中的传播特性。另外，定位服务也成为智能通信的重要方面，现有的定位方法是通过消除非视距误差来降低定位误差的，为降低定位误差，需要了解无线信道的特性，并针对无线信道的特性采用有效的方法降低定位误差。

传统的对无线信道进行测试的方法是：在发射端，产生一个带宽受限的单脉冲信号，在接收端，示波器或者频谱仪记录到达的信号，然后通过人工分析，得到的是无线信道的测试结果，即无线信道的衰减和延时，然而这种方法得到的测试结果是估计值，测试误差比较高。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种无线信道测试方法及装置，以实现在对无线信道进行测试时，直接得到无线信道的多径分量的精确的衰减系数和延时值，避免人工分析对测试结果的影响，降低测试误差。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种无线信道测试方法，应用于接收端，包括：

获取发送端通过无线信道传输的正弦特征的拉普拉斯小波信号，并且记录拉普拉斯小波信号的接收时间；

对拉普拉斯小波信号进行模数转换，得到转换后的第一数字信号；

根据拉普拉斯小波信号的接收时间，通过预先建立的与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典，并利用匹配追踪算法，对转换后的第一数字信号进行匹配追踪计算，得到无线信道中多径分量的延时值和衰减系数。

较优地，所述预先建立的与正弦特征的拉普拉斯对应的小波字典包括：

获取参考信号，并记录获取参考信号的起始时间，其中，参考信号是在接收端产生的、与发送端完全一致的正弦特征的拉普拉斯小波信号，或者发送端通过有线传输的正弦特征的拉普拉斯小波信号；

将参考信号转换为第二数字信号，得到第二数字信号的角频率和阻尼比；

在起始时间之后的不同时刻，根据角频率、阻尼比和预设的延时，得到预先建立的与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典。

较优地，在所述对拉普拉斯小波信号进行模数转换，得到转换后的第一数字信号之后，本发明实施例的无线信道测试方法还包括：

对转换后的第一数字信号进行缓存处理。

较优地，所述根据拉普拉斯小波信号的接收时间，通过预先建立的与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典，并利用匹配追踪算法，对转换后的第一数字信号进行匹配追踪计算，得到无线信道中多径分量的延时值和衰减系数，包括：

步骤A，获取小波字典与转换后的第一数字信号；

步骤B，通过公式

得到在小波字典中，与第一数字信号中的数字信号的内积最大的小波原子与匹配系数c_pi，其中，i为大于或等于1的自然数，i为进行匹配追踪计算的次数；

步骤C，通过公式

得到第一数字信号中的数字信号的残差；

步骤D，通过公式

判断残差是否满足输出条件，其中，E为求2-范数，x_i+1为第i次求得的残差，x₁为第一数字信号；

步骤E，在残差不满足输出条件时，重复步骤B和步骤C，直至残差满足输出条件；

步骤F，在残差满足输出条件时，输出通过匹配追踪算法得到的第一数字信号的多径分量的小波原子和匹配系数c_pi；

步骤G，根据多径分量的小波原子和匹配系数c_pi，得到无线信道中多径分量的延时值τ_i和衰减系数η_i，

其中，η_i＝20lg(c_pi/A)，A为拉普拉斯小波信号的振幅。

第二方面，本发明实施例还提供了一种无线信道测试方法，应用于发射端，包括：

产生并发送与接收端对应的正弦特征的拉普拉斯小波信号。

第三方面，本发明实施例还提供了一种无线信道测试装置，应用于接收端，包括：

获取记录模块，用于获取发送端通过无线信道传输的正弦特征的拉普拉斯小波信号，并且记录拉普拉斯小波信号的接收时间；

第一模数转换模块，用于对拉普拉斯小波信号进行模数转换，得到转换后的第一数字信号；

匹配计算模块，用于根据拉普拉斯小波信号的接收时间，通过预先建立的与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典，并利用匹配追踪算法，对转换后的第一数字信号进行匹配追踪计算，得到无线信道中多径分量的延时值和衰减系数。

较优地，本发明实施例的无线信道测试装置还包括：

参考信号获取模块，用于获取参考信号，并记录获取参考信号的起始时间，其中，参考信号是在接收端产生的、与发送端完全一致的正弦特征的拉普拉斯小波信号，或者发送端通过有线传输的正弦特征的拉普拉斯小波信号；

第二模数转换模块，用于将参考信号转换为第二数字信号，得到第二数字信号的角频率和阻尼比；

小波字典生成模块，用于在起始时间之后的不同时刻，根据角频率、阻尼比和预设的延时，得到预先建立的与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典。

较优地，本发明实施例的无线信道测试装置还包括：

缓存模块，用于对转换后的第一数字信号进行缓存处理。

较优地，本发明实施例的无线信道测试装置的匹配计算模块进行匹配追踪计算的具体步骤包括：

步骤A，获取小波字典与转换后的第一数字信号；

步骤B，通过公式

得到在小波字典中，与第一数字信号中的数字信号的内积最大的小波原子与匹配系数c_pi，其中，i为大于或等于1的自然数，i为进行匹配追踪计算的次数；

步骤C，通过公式

得到第一数字信号中的数字信号的残差；

步骤D，通过公式

判断残差是否满足输出条件，其中，E为求2-范数，x_i+1为第i次求得的残差，x₁为第一数字信号；

步骤E，在残差不满足输出条件时，重复步骤B和步骤C，直至残差满足输出条件；

步骤F，在残差满足输出条件时，输出通过匹配追踪算法得到的第一数字信号的多径分量的小波原子和匹配系数c_pi；

步骤G，根据多径分量的小波原子和匹配系数c_pi，得到无线信道中多径分量的延时值τ_i和衰减系数η_i，

其中，η_i＝20lg(c_pi/A)，A为拉普拉斯小波信号的振幅。

第四方面，本发明实施例还提供了一种无线信道测试装置，应用于发射端，包括：

拉普拉斯小波发送模块，用于产生并发送与接收端对应的正弦特征的拉普拉斯小波信号。

本发明实施例提供的一种无线信道测试方法及装置，通过使用预先建立的小波字典对拉普拉斯小波信号转换后的第一数字信号进行匹配追踪计算，能够直接得到无线信道的多径分量的精确的衰减系数和延时值，避免了人工分析对测试结果的影响，降低了测试误差。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种无线信道测试方法的流程图；

图2为本发明实施例的一种无线信道测试方法的预先建立与所述正弦特征的拉普拉斯对应的小波字典的流程图；

图3为本发明实施例的一种无线信道测试装置的第一种结构图；

图4为本发明实施例的一种无线信道测试装置的第二种结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术在进行无线信道测试时，测试误差比较高的问题，本发明实施例提供了一种无线信道测试方法及装置，以实现在对无线信道进行测试时，直接得到无线信道的多径分量的精确的衰减系数和延时值，避免人工分析对测试结果的影响，降低测试误差。

下面，首先对本发明实施例提供的一种无线信道测试方法进行介绍，如图1所示，为本发明实施例的一种无线信道测试方法的流程图，所述的方法可以包括：

首先，需要说明的是，本发明实施例是通过对一个无线信道测试来说明的，应当理解的是，本发明实施例还可以对其他无线信道进行测试，这应当是可以的。

S101，获取发送端通过无线信道传输的正弦特征的拉普拉斯小波信号，并且记录拉普拉斯小波信号的接收时间；

无线信道也就是常说的无线的“频段”，是以无线信号作为传输媒介的数据信号传送通道。

在本步骤中，首先选择测试区域，可以包括小区、教室或者商场，在选择测试区域后，选择一个无线信道进行测试。

在进行测试时，接收端通过天线接收发送端通过该无线信道传输的正弦特征的拉普拉斯小波信号，并且记录拉普拉斯小波信号的接收时间，由于拉普拉斯小波信号是连续的模拟信号，相比于现有技术的单脉冲信号，本发明实施例的正弦特征的拉普拉斯小波信号不会在测试过程中出现信号的中断。

S102，对拉普拉斯小波信号进行模数转换，得到转换后的第一数字信号；

在本步骤中，通过对拉普拉斯小波信号进行模数转换，可以将连续的模拟信号转换为数字信号，其中，数字信号为离散的数值，有利于后面步骤通过匹配追踪算法对数字信号进行分析。

需要说明的是，模数转换过程为现有技术，此处不再赘述。

S103，根据拉普拉斯小波信号的接收时间，通过预先建立的与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典，并利用匹配追踪算法，对转换后的第一数字信号进行匹配追踪计算，得到无线信道中多径分量的延时值和衰减系数。

在本步骤中，预先建立的与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典是通过参考信号的获取时间为起始时间来建立小波字典的，因此在本步骤中，通过将拉普拉斯小波信号的接收时间，与小波字典的起始时间作为共同的时间起点，利用匹配追踪算法，对第一数字信号进行匹配追踪计算，能够得到起始时间之后，在不同时刻时，无线信道中多径分量的延时值和衰减系数。

需要说明的是，预先建立的与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典可以是在进行无线信道测试之前，已经获得的与多个无线信道对应的小波字典。也可以是在进行无线信道测试时，生成的与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典。

本发明实施例提供的一种无线信道测试方法，首先，对获取的正弦特征的拉普拉斯小波信号进行模数转换，得到转换后的第一数字信号，然后通过使用预先建立的小波字典对转换后的第一数字信号进行匹配追踪计算，能够直接得到无线信道的多径分量的精确的衰减系数和延时值，避免了人工分析对测试结果的影响，降低了测试误差。

具体地，如图2所示，为本发明实施例的一种无线信道测试方法的预先建立与所述正弦特征的拉普拉斯对应的小波字典的流程图，该步骤包括：

S201，获取参考信号，并记录获取参考信号的起始时间，其中，参考信号是在接收端产生的、与发送端完全一致的正弦特征的拉普拉斯小波信号，或者发送端通过有线传输的正弦特征的拉普拉斯小波信号；

为了使小波字典能够通过匹配追踪算法对第一数字信号进行分析，这里的参考信号必须是与发送端完全一致的小波信号，其中，拉普拉斯小波信号定义：

其中，参数矢量决定了拉普拉斯小波的特性，ω∈R⁺为角频率，ω＝2πf，f为拉普拉斯小波信号的频率，为阻尼比，τ∈R为时间参数；A用来归一化拉普拉斯小波信号，W_s为拉普拉斯小波的紧支区间的宽度。

指数衰减的正弦信号为：

f(t)＝Ae^-αtsinωt

f(t)为指数衰减的正弦信号，A为振幅，α为正弦信号的衰减系数，ω为角频率。

因此，本发明实施例提供的无线信道测试方法使用的正弦特征的拉普拉斯小波信号是包括时间参数、角频率参数和阻尼比参数的小波信号。

S202，将参考信号转换为第二数字信号，得到第二数字信号的角频率和阻尼比；

由于本发明实施例提供的无线信道测试方法使用的是正弦特征的拉普拉斯小波信号，因此，在本发明实施例中，阻尼比可以通过公式

求得，其中，为阻尼比，α为正弦信号的衰减系数，ω为角频率。

通过对参考信号的模数转换，转换为第二数字信号，有利于后面步骤在起始时间之后，生成不同时刻对应的小波字典。

S203，在起始时间之后的不同时刻，根据角频率、阻尼比和预设的延时，得到预先建立的与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典。

需要说明的是，该预设的延时是根据经验设置的延时值。

在对拉普拉斯小波信号进行模数转换，得到转换后的第一数字信号之后，本发明实施例的无线信道测试方法还包括：

对转换后的第一数字信号进行缓存处理。

为了防止匹配追踪计算出现计算错误，在匹配追踪计算的速度慢于第一数字信号的发送速度时，本发明实施例通过对第一数字信号进行缓存来降低第一数字信号的发送速度。

具体地，根据拉普拉斯小波信号的接收时间，通过预先建立的与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典，并利用匹配追踪算法，对转换后的第一数字信号进行匹配追踪计算，得到无线信道中多径分量的延时值和衰减系数，包括：

步骤A，获取小波字典与转换后的第一数字信号；

步骤B，通过公式

得到在小波字典中，与第一数字信号中的数字信号的内积最大的小波原子与匹配系数c_pi，其中，i为大于或等于1的自然数，i为进行匹配追踪计算的次数；

步骤C，通过公式

得到第一数字信号中的数字信号的残差；

步骤D，通过公式

判断残差是否满足输出条件，其中，E为求2-范数，x_i+1为第i次求得的残差，x₁为第一数字信号；

步骤E，在残差不满足输出条件时，重复步骤B和步骤C，直至残差满足输出条件；

步骤F，在残差满足输出条件时，输出通过匹配追踪算法得到的第一数字信号的多径分量的小波原子和匹配系数c_pi；

步骤G，根据多径分量的小波原子和匹配系数c_pi，得到无线信道中多径分量的延时值τ_i和衰减系数η_i，

其中，η_i＝20lg(c_pi/A)，A为拉普拉斯小波信号的振幅。

相应于上述方法实施例，本发明实施例还提供了一种无线信道测试方法，应用于发送端，包括：

产生并发送与接收端对应的正弦特征的拉普拉斯小波信号。

在本步骤中，首先设置拉普拉斯小波信号的角频率，并生成拉普拉斯小波信号，然后设置拉普拉斯小波信号的衰减系数，从而生成正弦特征的拉普拉斯小波信号。

为了更清楚的说明本发明实施例提供的一种无线信道测试方法，下面举例进行说明。

首先，建立与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典；

假设获取参考信号的时间为t₁，将参考信号转换为第二数字信号，也就是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，由起始时间t₁后，不同时刻的小波原子的信号值，对应的数字信号值即T_r时刻对应的数字信号值为从第二数字信号中，可以得到第二数字信号的角频率ω、阻尼值由于小波字典的小波原子主要由延时值τ_j决定，即通过设置不同的延时步长，得到与不同时刻对应的数字信号值即T_r时刻对应的不同延时的数字信号集合为在延时为零时，T_r时刻对应的数字信号值为

因此，可以得到与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典，其中，所述小波字典由多个小波原子组成。

即，小波原子：

则，小波字典为：

其中，t₁＝T₀，j,r,N均为大于或等于1的自然数，T_N为第N次采样的时刻，T_r为第r次采样的时刻，0≤r≤N，τ_j为第j个小波原子相对于第二数字信号的延迟。

应当理解的是，小波字典是一个包括数字信号值角频率ω、阻尼值延时值τ_j的集合。

然后，利用小波字典对第一数字信号进行匹配追踪计算，就可以得到每个多径分量的延时值。

对于衰减系数，可以通过公式

η_i＝20lg(c_pi/A)

求得。

其中，η_i为衰减系数，c_pi为匹配系数，A为拉普拉斯小波信号的振幅。

需要强调的是，本发明实施例是以T₀时刻为例进行说明的，其他时刻的匹配追踪计算的方法与本发明实施例相同，此处不再赘述。

相应于上述方法实施例，本发明实施例还提供了一种无线信道测试装置，如图3所示，为本发明实施例的一种无线信道测试装置的第一种结构图，应用于接收端，该装置包括：

获取记录模块301，用于获取发送端通过无线信道传输的正弦特征的拉普拉斯小波信号，并且记录拉普拉斯小波信号的接收时间；

第一模数转换模块302，用于对拉普拉斯小波信号进行模数转换，得到转换后的第一数字信号；

匹配计算模块303，用于根据拉普拉斯小波信号的接收时间，通过预先建立的与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典，并利用匹配追踪算法，对转换后的第一数字信号进行匹配追踪计算，得到无线信道中多径分量的延时值和衰减系数。

本发明实施例提供的一种无线信道测试装置中，通过使用预先建立的小波字典对拉普拉斯小波信号转换后的第一数字信号进行匹配追踪计算，能够直接得到无线信道的多径分量的精确的衰减系数和延时值，避免了人工分析对测试结果的影响，降低了测试误差。

需要说明的是，本发明实施例的装置是应用上述无线信道测试方法的装置，则上述无线信道测试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。

如图4所示，为本发明实施例的一种无线信道测试装置的第二种结构图，应用于接收端，该装置还包括：

参考信号获取模块304，用于获取参考信号，并记录获取参考信号的起始时间，其中，参考信号是在接收端产生的、与发送端完全一致的正弦特征的拉普拉斯小波信号，或者发送端通过有线传输的正弦特征的拉普拉斯小波信号；

第二模数转换模块305，用于将参考信号转换为第二数字信号，得到第二数字信号的角频率和阻尼比；

小波字典生成模块306，用于在起始时间之后的不同时刻，根据角频率、阻尼比和预设的延时，得到预先建立的与正弦特征的拉普拉斯小波信号对应的小波字典。

具体地，本发明实施例的无线信道测试装置还包括：

缓存模块，用于对转换后的第一数字信号进行缓存处理。

具体地，本发明实施例的无线信道测试装置的匹配计算模块203进行匹配追踪计算的具体步骤包括：

步骤A，获取小波字典与转换后的第一数字信号；

步骤B，通过公式

得到在小波字典中，与第一数字信号中的数字信号的内积最大的小波原子与匹配系数c_pi，其中，i为大于或等于1的自然数，i为进行匹配追踪计算的次数；

步骤C，通过公式

得到第一数字信号中的数字信号的残差；

步骤D，通过公式

判断残差是否满足输出条件，其中，E为求2-范数，x_i+1为第i次求得的残差，x₁为第一数字信号；

步骤E，在残差不满足输出条件时，重复步骤B和步骤C，直至残差满足输出条件；

步骤F，在残差满足输出条件时，输出通过匹配追踪算法得到的第一数字信号的多径分量的小波原子和匹配系数c_pi；

步骤G，根据多径分量的小波原子和匹配系数c_pi，得到无线信道中多径分量的延时值τ_i和衰减系数η_i；

其中，η_i＝20lg(c_pi/A)，A为拉普拉斯小波信号的振幅。

具体地，本发明实施例还提供了一种无线信道测试装置，应用于发射端，包括：

拉普拉斯小波发送模块，用于产生并发送与接收端对应的正弦特征的拉普拉斯小波信号。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。