CN1457569A - 信道模拟方法及信道模拟器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对射频信号进行信道模拟的方法和一种用于实施该方法的信道模拟器。在本发明的解决方案中，将供待应用于信道模拟器单元(116－120)的信号的全频带(10)分成至少两个子带(20)。信道模拟是相对应于信道模拟器单元(116－120)中每个子带(20)的信号进行。最后，将在不同子带中模拟的信号(30)组合，以便在信道模拟之后在组合器(130)中形成一个全频带的信号(40)。

Description

信道模拟方法及信道模拟器
发明领域
本发明涉及一种用于模拟无线电信道的无线电信道模拟器。
发明背景
当射频信号从发射机传送到接收机时，信号沿着一个或一个以上具有不同信号相位和幅值的路线在无线电信道中传播，这种传播引起信号中不同时间和强度的衰落。此外，由其它发射机引起的噪声和干扰妨碍无线电连接。
发射机和接收机可以在实际情况下或是利用一个模拟实际情况的无线电信道模拟器进行试验。在实际情况下进行各种试验是很麻烦的，因为在户外进行的试验，受制于不能控制的现象，如天气和时间连续地改变。此外，在一个环境(城市A)中进行的试验，在第二个、相应的环境(城市B)中并不完全适用。最坏的可能情况一般不能在实际情况中试验出。
然而，可以用一种模拟无线电信道的装置很自由地模拟一种所希望种类的无线电信道。在数字无线电信道模拟器中，信道通常用一种有限脉冲响应滤波器(FIR滤波器)建立模型，该FIR滤波器利用信道系数，亦即，分支系数，将被不同延时的信号加权，并将加权的信号分量相加，在信道和所加信号之间产生卷积。各信道系数被修改成相应于实际信道的行为。
然而，在模拟无线电信道的装置中存在的问题是，目前的元件加工工艺不能生产一种实时、精确和宽带的模拟器，不论是模拟的还是数字的。例如，下变频和上变频在宽带模拟中对元件规定了很高的要求。在数字模拟器中，信道内宽带信号的行为不能同时快速而精确地模拟，因为变换精度是带宽的函数，即随着频带变宽，变换精度变差。另一方面，对无线电信道模拟的精度要求越来越高。
发明简述
因此，本发明的目的是提供一种改进的信道模拟方法和一种实施该信道模拟方法的信道模拟器，用于精确而快速的信道模拟。这是通过对无线数据传输中射频信号进行信道模拟的方法来实现。该方法包括：把为要加到信道模拟上的信号保留的全频带(total band)分成至少两个子带(sub-band)；对相应于每个子带的信号进行信道模拟；把不同子带中模拟的信号进行组合，以便在信道模拟之后形成一个全频带信号。
本发明还涉及一种用于对无线数据传输中所用的射频信号进行信道模拟的信道模拟器。信道模拟器安排成把为要加到信道模拟上的信号保留的全频带分成至少两个子带；信道模拟器包括至少两个信道模拟器单元，用于对相应于每个子带的信号进行信道模拟；及一个组合器，用于把在不同子带中模拟的信号进行组合，在信道模拟之后形成全频带的信号。
在所附从属权利要求书中公开了本发明的一些优选实施例。
本发明基于把待模拟的频带分成至少两个子带，并且分开别对相应于每个子带的信号进行信道模拟。
本发明的方法和***提供了一些优点。无线电信道可以同时精确而快速的进行模拟，因为把供一个信号用的全频带分成若干子带，并且每个子带都可以用信道模拟器最佳的可能精度进行模拟。
附图简
下面，将参照附图结合一些优选实施例详细说明本发明，其中：
图1A是一个信道模拟器的方框图；
图1B是一个信道模拟器的方框图；
图1C是一个信道模拟器的方框图；
图2示出一种FIR滤波器；
图3示出一种基于卷积变换的信道模拟器；
图4示出一些子带及这些子带的组合。
发明的详细说明
这里所提出的解决方案特别适用于宽带射频信号(RF信号)的信道模拟。适合应用的例子包括例如无线局域网(WLAN)、采用跳频的无线移动通信***，及其它第二代、第三代和***移动通信***，然而，对其没有任何限制。
图1A示出一种按照本发明解决方案的用于无线数据传输的无线电信道模拟器。到达无线电信道模拟器的RF信号可以是数字信号，或者是，正如更常见的，模拟信号。供宽带信号用的频带B是例如数十兆赫，不过所提出的解决方案对频带的宽度未加限制。在分离器100中，RF信号分成M个原始种类的信号，此处M等于或大于2。每个分开的信号在带通滤波器102-106中以这种方式带通滤波成子带ΔB1...ΔBM，以使各子带的总和等于RF信号的全频带B，亦即B＝ΔB1+…+ΔBM。每个分波段的带宽可以相等或者不同。各个子带ΔB1...ΔBM的频率在混频器108-112中例如通过将每个子带的信号乘以本地振荡器114的信号，及乘以低通或带通滤波的输入信号来降低，因而产生具有降低频率的子带ΔBD 1...ΔBD M。到达每个混频器108-112的本地振荡器114的信号，可以在相同或不同的频率下。当在不同的混频器108-112中采用不同频率下的本地振荡器114信号时，可以把具有降低频率的子带ΔBD 1...ΔBD M的中间频率调到相同，如果所有的子带都具有相同带宽的话，则能让所有子带都用相同的精度模拟。具有降低频率的各个子带各子带ΔBD 1...ΔBD M每个都传播到不同的信道模拟器单元116-120，单元数是M。在通过信道模拟器单元116-120进行信道模拟之后，各子带的信号通过将混频器122-126中的信号被来自本地振荡器128的信号倍增，及通过高通或带通滤波输入信号，恢复到原始的RF频率。各子带的RF频率信号在组合器130中组合，以便形成一个宽带全频带。
图1B示出另一种实施分成子带的方式。在这个解决方案中，宽带RF信号的频带B，在分离器200中分成M个频带。M个频带之中的每一个频带都具有与原始频带相同的带宽。被分开的RF信号在混频器202-206中被本地振荡器209的信号倍增。到达每个混频器202-206的本地振荡器209的信号可以是在相同或不同的频率下。在带通滤波器208-212中混频的信号被带通滤波或若干子带ΔBD 1…ΔBD M，这些子带相应于图1A中的各子带。具有降低频率的各子带ΔBD 1…ΔBD M每个都传播到不同的信道模拟器单元214-218上，单元数是M。对于这里所提出的解决方案，必需是，在图1A和1B二者中，将待加到各信道模拟器单元上的信号分成至少两个子带，以便在至少两个平行的信道模拟进行信道模拟。此后，信道模拟以与图1A情况下相同的方式进行，在用信道模拟器单元214-218进行信道模拟之后，各子带的信号通过将混频器220-224中被来自本地振荡器226的信号倍增，并通过高通或带通滤波输入信号，恢复到原始的RF频率。各子带的RF频率信号在组合器228中组合，以便形成一个宽带全频带。
图1C示出按照图1B所述的无线电信道模拟器。其中一个模拟的RF信号到达该模拟器。在分离器300中，RF信号分成M个原始种类的信号。分开的RF信号在混频器302-306中被本地振荡器314的信号倍增。到达每个混频器302-306的本地振荡器314的信号，可以是在相同或不同的频率下。在带通滤波器308-312中混频的信号，被带通滤波成若干子带ΔBD 1...ΔBD M。各模拟的子带ΔBD 1...ΔBD M在模/数变换器316-320(A/D变换器)中变换成数字子带。各数字子带ΔBD 1...ΔBD M每个都传播到不同的信道模拟器单元322-326上，单元数为M。在用信道模拟器单元322-326进行信道模拟之后，各子带在数/模变换器328-332(D/A变换器)中变回到模拟子带。各模拟子带通过将混频器334-338中被来自本地振荡器340的信号倍增，及通过高通和带通滤波输入信号，恢复到原始的RF频率。各子带的RF频率信号在组合器342中组合，以便形成一个宽带全频带。
在图1C中，混频器302-306及带通滤波器308-312的顺序也可以与图1A的相同，亦即混频在带通滤波之前。
在不同的信道模拟器单元中，无线电信道模型可以相同或者不同，但每个信道模拟器单元都可以用来独立进行信道模拟。在所有信道模拟器单元中具有相同的信道模型相应于一种只有一个信道模拟器单元可用的情况。尤其是如果待模拟的全频带是宽频带，则信道在不同的子可以如此不同，以致对不同的子带需要一个不同的信道模型。所提出的解决方案的优点是，可以比用只有一个信道模拟器单元更精确地进行模拟。在数字信道模拟中，精确度可以理解为，与一个信道模拟器相比，本发明的解决方案具有至少一倍数量的样品可用于同样的全频带。这样能建立更精确的无线电信道模型。信道模拟器还可以用于补偿例如在混频中和在模/数变换中产生的放大误差和相位误差。
在每个信道模拟器中，无线电信道可以例如利用一个数字FIR滤波器进行模拟，该数字FIR滤波器的方框图在图2中示出。FIR滤波器包括若干排列成移位寄存器的延时元件400，加权系数方块402和一个加法器404。输入信号X(n)在每个延时元件400中延时，它们的延时可以具有相同或不同的时间，并且各延时的信号在加权系数块402中用所希望的加权系数h(i)进行加权，此处I＝[0，...，N]。加权系数h＝[h(0)，...，h(N)]是无线电信道的信道估算值，也叫做FIR滤波器的分支系数。用与想改变实际无线电信道特点相同的方式改变各加权系数。通常加权系数在短期内十分稳定，但与信号的变化速率相比缓慢地改变。延时和加权后的信号在加法器404中相加。
一般，各加权系数可以是实际的或是综合的。综合的加权系数是必要的，因为例如全球移动通信***(GSM)或码分多址(CDMA)无线***的无线电信道采用正交调制，其中一个信号被分成两部分。实信号部分I(同相)被一没有相移的载波倍增，而虚信号部分Q(正交)用一相移后的载波倍增。因此信号X可以用公式X＝I+jQ表示，式中I是实信号部分，Q是虚信号部分和j是一个虚的单位。
以数学的形式，FIR滤波器的输出信号y(n)可以作为延时信号与加权系数乘积之和表示成卷积： y ( h ) = X * h = Σ k = 1 N h ( k ) × ( n - k ) 式中：*表示卷积运算，n表示信号元的指数。信号x和y及信道脉冲响应h可以用已知的方式，以矢量形式或以矩形阵形式，处理成标量。
无线电信道可以在一个变换空间中的每个信道模拟器中进行模拟。这种信道模拟器的方框图在图3中示出。在这种情况下，要进行模拟的信号506(x(n))通过卷积变换在变换装置500中变换成变换空间，因而产生一个变换的信号508(X)。在加权装置502中，变换的信号508(X)被一通过卷积变换而得到的信道响应H加权，产生一个信号510(HX)。加权可以例如通过乘法运算进行。然而，乘法本身可以通过一种或一种以上数学运算实施，不必实际进行乘法运算，以便加速计算。最后，在逆变换器装置504中将输入信号510(HX)逆变换成一个时间空间，产生一个输出信号512(y(n))。在信道模拟中所采用的卷积变换可以是例如拉普拉斯变换，Z变换，傅里叶变换等。
分成若干子带可能会引起各子带之间的频率范围内的干扰和失配。这可以在各子带组合时看到。图4示出各子带的组合。纵轴示出在自由选择的标度上特定频带的放大作用，而横轴示出频率。曲线602-606表示各子带ΔB1...ΔBM，而曲线608表示全频带。在组合全频带上的干扰610出现在各子带之间的范围内。干扰的幅度取决于在不同子带中定相的信号。问题可以通过用一个均衡器来减轻，该均衡器滤出各子带ΔB1...ΔBM之间的任何干扰。为了滤除干扰，可以用已知的滤波方法来切断高的突然偏差。均衡滤波可以在各子带组合(例如在图lC中组合器342中)之前或之后进行。
尽管上面参照按照附图用实例说明了本发明，但本发明显然不限于这些实例，在所附权利要求所公开的发明思想的范围内可以用各种方式修改本发明。

Claims (18)

1.一种对无线数据传输中射频信号进行信道模拟的方法，其特征在于：
把为要加到信道模拟上的信号保留的全频带(10)分成至少两个子带(20)；
对相应于每个子带(20)的信号进行信道模拟；和
将在不同子带中模拟的信号(30)组合，以便在信道模拟之后形成一个全频带信号(40)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：对相应于每个子带(20)的信号分开进行独立的信道模拟。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：在信道模拟中，将一不同的信道模型用于至少两个相应于不同子带(20)的信号。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于：在信道模拟中，将相同的信道模型用于至少两个相应于不同子带(20)的信号。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于：对一宽带信号进行信道模拟，在将宽带射频信号应用于信道模拟之前降低该射频信号的频率，并在信道模拟之后使信道模拟的信号恢复到射频信号。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于：在将模拟射频信号应用于信道模拟之前降低该无线电射频信号的频率，并在信道模拟之后使信道模拟的信号恢复到射频信号；和
在降低频率之后，将模拟射频信号变换成数字射频信号，并进行数字信道模拟，在信道模拟之后把信道模拟的信号变换回到模拟射频信号。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于：当不同子带的信号(30)组合时，通过均衡滤波减少各子带之间的干扰。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于：利用一FIR滤波器进行信道模拟。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于：以这种方式进行每个子带(20)的信道模拟，以便通过卷积变换把待应用于信道模拟的信号变换成一个变换空间，因此产生一个变换的信号(508)。
通过一个变换的信道响应H用卷积变换给变换的信号(508)加权，因此产生一个加权的信号(510)；和
将加权的信号(510)进行逆变换，因此产生一个特定子带的信道模拟信号(512)。
10.一种信道模拟器，用于对在无线数据传输中所用的射频信号进行信道模拟，其特征在于：信道模拟器被安排成把为要加到信道模拟上的信号保留的全频带分成至少两个子带；该信道模拟器包括：
至少两个信道模拟器单元(116-120，214-218，322-326)，用于对相应于每个子带的信号进行信道模拟；和
一个组合器(130，228，342)，用于将在不同子带中模拟的信号组合，以便在信道模拟之后形成一个全频带的信号。
11.根据权利要求10的信道模拟器，其特征在于：将信道模拟器单元(116-120，214-218，322-326)安排成对相应于每个子带的信号进行分开的独立信道模拟。
12.根据权利要求10的信道模拟器，其特征在于：在信道模拟中，将至少两个不同的信道模拟器单元(116-120，214-218，322-326)安排成使用一个不同的信道模型用于至少两个相应于不同子带(20)的信号。
13.根据权利要求10的信道模拟器，其特征在于：在信道模拟中，将至少两个不同的信道模拟器单元(116-120，214-218，322-326)安排成使用一个相同的信道模型用于至少两个相应于不同子带(20)的信号。
14.根据权利要求10的信道模拟器，其特征在于：信道模拟器被安排成模拟无线电信道中宽带信号的行为，并且信道模拟器包括混频器(108-112，202-206，302-306)，用于在信道模拟器单元(116-120，214-218，322-326)之前降低宽带射频信号的频率，并且信道模拟器包括混频器(122-126，220-224，334-338)，用于在信道模拟器单元(116-120，214-218，322-326)之后使信道模拟的信号恢复到射频信号。
15.根据权利要求10的信道模拟器，其特征在于：信道模拟器包括混频器(108-112，202-206，302-306)，用于在信道模拟器单元(116-120，214-218，322-326)之前降低模拟射频信号的频率，和信道模拟器包括混频器(122-126，220-224，334-338)，用于在信道模拟器单元(116-120，214-218，322-326)之后使信道模拟的信号恢复到射频信号；和
信道模拟器包括A/D变换器(316-320)，用于在混频器(108-112，202-206，302-306)之后，将模拟射频信号变换成数字信号，并且信道模拟器包括D/A变换器，用于在信道模拟器单元(116-120，214-218，322-326)之后将信道模拟的信号变换回到模拟射频信号。
16.根据权利要求10的信道模拟器，其特征在于：混频器(130，228，342)安排成利用均衡滤波法减少各子带之间的干扰。
17.根据权利要求10的信道模拟器，其特征在于：信道模拟器单元(116-120，214-218，322-326)以FIR滤波器的方式实现。
18.根据权利要求10的信道模拟器，其特征在于：至少一个信道模拟器单元(116-120，214-218，322-326)包括：
变换装置(500)，在装置中通过卷积变换将信号变换成一个变换空间，用于产生一个变换的信号(508)；
加权装置(502)，用于通过卷积变换给变换的信号(508)加权，用于产生一个由变换的信道响应H加权的信号(510)；和
逆变换装置(504)，用于将输入信号(510)逆变换成一个时间空间，用于产生一个特定子带的信道模拟的信号(512)。
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