CN102916751A - 无线网络信道的模拟方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线网络信道的模拟方法及装置，其中，上述方法包括：获取外场实时的快衰信道序列和慢衰信道序列；根据获取的快衰信道序列和慢衰信道序列实时模拟无线网络信道。采用本发明提供的上述技术方案，解决了相关技术中，不能兼顾无线网络信道模拟和实时性的问题，进而达到了在实时模拟无线信道的情况下，可以实现无线网络信道的模拟(即点到多点、多点到点的信、多点对多点等无线网络模拟)。

Description

无线网络信道的模拟方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种无线网络信道的模拟方法及装置。

背景技术

无线信道中电波的传播不是单一路径，而是许多路径来的众多反射波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径来的反射波到达时间不同，也就是各信号的时延不同。当发送端发送一个极窄的脉冲信号时，移动台接收的信号由许多不同时延的脉冲组成，我们称为时延扩展。

同时由于各个路径来的反射波到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端迭加，有时迭加而加强(方向相同)，有时迭加而减弱(方向相反)。这样，接收信号的幅度将急剧变化，即产生了快衰落。这种衰落是由多种路径引起的，所以称为多径衰落。

此外，接收信号除瞬时值出现快衰落之外，场强中值(平均值)也会出现缓慢变化。主要是由地区位置的改变以及气象条件变化造成的，以致电波的折射传播随时间变化而变化，多径传播到达固定接收点的信号的时延随之变化。这种由阴影效应和气象原因引起的信号变化，称为慢衰落。

由于移动通信中移动台的移动性，如前所说那样，无线信道中还会有多普勒效应。在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时，频率变低。多普勒效应进一步加大了移动通信的复杂性。

以上谈及的无线信道特征，包括多径传播，时延扩展，衰落特性以及多普勒效应等，仅仅是点到点的无线信道。在蜂窝移动通讯中，终端发出的信号除了被服务基站接收外，还被与服务基站相邻的多个邻区基站接收，构成邻区基站的上行信道干扰(终端到基站的无线信道通常称为上行信道，基站到终端的无线信道通常称为下行信道)；同样，基站发射信号除了被其服务区域内的终端接收外，同时也被邻区的终端接收，因此构成了邻区终端的下行信道干扰。以下将这种在蜂窝无线通讯系统中点到多点，多点到点的无线信道环境称为无线网络信道。无线网络信道除了随通讯地理环境、移动速度变化而变化外，还与蜂窝网络拓扑结构有密切的关系。

无线网络信道的复杂性、多样性以及时变性给无线基站系统设计和系统参数配置带来了很大难度。通常无线基站系统在批量应用以前，很难预知其在网络环境下的系统性能；即使基站系统通过了实验室系统测试。在实验室内搭建的系统测试环境通常只支持点到点的功能和性能验证，即只具备无线信道模拟能力，不具备无线网络信道模拟能力。也正是因为实验室系统测试无法刻画实际网络环境中的各种无线信道特征，通常在基站系统批量应用以前，需要建设一定规模商用实验局，以充分暴露基站系统中存在的问题。规模商用实验局需要投入巨额资金，并且需要相当长的建设和开通时间。

无线仿真技术在无线技术研究和无线系统研发中都扮演重要的角色。无线系统研发和无线技术研究的复杂性远高于有线系统，这主要因为无线环境随着时间、地点、地理环境、天气环境、移动性、干扰等条件发生变化而使得无线系统复杂度大大增加。无线产品必须要考虑解决这些因素带来的影响，比如要解决多径、衰落、信道相关性、噪声、干扰等。

目前无线信道仿真技术主要有软仿真技术和信道模拟器技术。

软仿真技术：通过MATLAB等工具进行无线建模，输出仿真结果，一般在PC中运行；软仿真技术一般用于离线、非实时仿真。

信道模拟器：通过嵌入式系统进行无线建模，把建模产生的信道数据实时作用于实际的基带数据。信道模拟器需要设计研发新的硬件系统，可以实现点对点、实时信道模拟。但是。目前市场上的信道模拟器仅能够模拟点对点信道情况。

针对相关技术中的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种无线网络信道的模拟方法及装置，以解决上述问题至少之一。

根据本发明的一个方面，提供了一种无线网络信道的模拟方法，包括：获取外场实时的快衰信道序列和慢衰信道序列；根据获取的快衰信道序列和慢衰信道序列实时模拟无线网络信道。

上述根据获取的快衰信道序列和慢衰信道序列实时模拟无线网络信道，包括：将快衰信道序列和慢衰信道序列进行合并，形成信道脚本；根据信道脚本模拟无线网络信道。

上述获取外场实时的快衰信道序列和慢衰信道序列，包括：获取外场实时的快衰信道参数序列和慢衰信道序列；根据获取的快衰信道参数序列生成快衰信道序列。

上述获取外场实时的快衰信道参数序列和慢衰信道序列，包括：根据外场实时采集的信道数据获取快衰信道参数序列和慢衰信道序列。

上述信道数据包括：多输入多输出MIMO类型、经纬度和外场信道采集序列。

根据本发明的另一个方面，提供了一种无线网络信道的模拟装置，包括：获取模块，用于获取外场实时的快衰信道序列和慢衰信道序列；模拟模块，用于根据获取的快衰信道序列和慢衰信道序列实时模拟无线网络信道。

上述模拟模块，包括：合并单元，用于将快衰信道序列和慢衰信道序列进行合并，形成信道脚本；模拟单元，用于根据信道脚本模拟无线网络信道。

上述获取模块，包括：获取单元，用于获取外场实时的快衰信道参数序列和慢衰信道序列；生成单元，根据获取的快衰信道参数序列生成快衰信道序列。

上述获取单元，还用于根据外场实时采集的信道数据获取快衰信道参数序列和慢衰信道序列。

上述信道数据包括以下信息：多输入多输出MIMO类型、经纬度和外场信道采集序列。

通过本发明，采用获取外场实时的快衰信道序列和慢衰信道序列模拟无线网络信道的技术手段，解决了相关技术中，不能兼顾无线网络信道模拟和实时性的问题，进而达到了在实时模拟无线信道的情况下，可以实现无线网络信道的模拟(即点到多点或多点到点或多点到多点的信道模拟)。

附图说明

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为根据本发明实施例的无线网络信道的模拟方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的无线网络信道的模拟装置的结构框图；

图3为根据本发明优选实施例的无线网络信道的模拟装置的结构示意图；

图4为根据本发明优选实施例一的无线网络信道的模拟装置的结构示意图；

图5为根据本发明优选实施例二的无线网络信道的模拟方法的流程示意图。

具体实施方式

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为根据本发明实施例的无线网络信道的模拟方法的流程图。如图1所示，该流程包括：

步骤S102，获取外场实时的快衰信道序列和慢衰信道序列；

步骤S104，根据获取的快衰信道序列和慢衰信道序列实时模拟无线网络信道。

无论是对点对点的无线信道的模拟，还是对无线网络信道(即点对多点或多点对点)的模拟，均可以使用上述处理过程对信道进行模拟。特别地，在对上述无线网络信道的模拟过程中，可以解决不能兼顾无线网络信道模拟(点到多点或多点到点的信道模拟)和实时性的问题，进而在实时模拟无线信道的情况下，可以实现无线网络信道的模拟(即点到多点或多点到点的信道模拟，多点到多点的信道模拟)。

为了更好地将上述处理过程中得到的快衰信道序列和慢衰信道序列与相关技术中的信道模拟技术(例如信道模拟器)结合使用，可以将上述快衰信道序列和慢衰信道序列合并为脚本。具体地，上述根据获取的快衰信道序列和慢衰信道序列实时模拟无线网络信道，可以包括以下处理过程：将快衰信道序列和慢衰信道序列进行合并，形成信道脚本；根据信道脚本模拟无线网络信道。

在与相关技术中的信道模拟技术结合使用时，以信道模拟器为例。可以将信道脚本发给信道模拟器，信道模拟器根据信道脚本中的快衰信道序列和慢衰信道序列信息对实际基带数据进行处理，完成信道模拟。

上述获取外场实时的快衰信道序列和慢衰信道序列的具体处理过程，可以包括以下处理过程：获取外场实时的快衰信道参数和慢衰信道序列；根据获取的快衰信道参数序列生成快衰信道序列。

为了提高模拟的信道和外场实际信道的近似程度，上述获取外场实时的快衰信道参数序列和慢衰信道序列，可以包括以下处理过程：根据外场实时采集的信道数据获取快衰信道参数序列和慢衰信道序列。其中上述信道数据可以包括但不限于以下信息：多输入多输出MIMO类型、经纬度和外场信道采集序列。根据上述外场信道采集序列可以计算得到快衰信道参数序列的天线倾角参数，延迟参数序列等。

在本实施例中还提供了一种无线网络信道的模拟装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述，下面对该装置中涉及到的模块进行说明。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图2为根据本发明实施例的结构框图。如图2所示，该装置包括：

获取模块20，用于获取外场实时的快衰信道序列和慢衰信道序列；

模拟模块22，与获取模块20相连，用于根据获取的快衰信道序列和慢衰信道序列实时模拟无线网络信道。

在本发明的一个优选实施方式中，如图3所示，上述模拟模块22，包括：合并单元220，用于将快衰信道序列和慢衰信道序列进行合并，形成信道脚本；模拟单元222，与所述合并单元220相连，用于根据信道脚本模拟无线网络信道。

优选地，如图3所示，上述获取模块20，包括：获取单元200，用于获取外场实时的快衰信道参数序列和慢衰信道序列；生成单元202，与获取单元200相连，根据获取的快衰信道参数序列生成快衰信道序列。

优选地，上述获取单元200，还用于根据外场实时采集的信道数据获取快衰信道参数序列和慢衰信道序列。其中上述信道数据包括以下信息：多输入多输出MIMO类型、经纬度和外场信道采集序列。

需要说明的是，上述处理模块或过程可以结合相关技术中的信道模拟器使用。

下面结合优选实施例进行说明，以下优选实施例结合了上述实施及其优选实施方式。

优选实施例一

为了增进系统测试的覆盖度，本实施例提供一种在实验室建立无线网络信道模拟环境，充分暴露基站系统产品中存在的问题。为达到上述目的，本实施例提供一种无线网络信道(例如快衰信道)模拟方法，尤其涉及多信道相互作用下复杂的网络快衰信道模拟方法。

图4为根据本发明优选实施例一的无线网络信道的模拟装置的结构示意图。如图4所示，该装置包括：快衰信道分析单元40(相当于获取模块20中的获取单元200)、快衰信道产生单元42(相当于生成单元202)、信道合成单元44(相当于合并单元220)。

快衰信道分析单元40：读取外场采集的信道进行分析，获取快衰信道参数，预定义快衰信道模型。

快衰信道产生单元42：与快衰信道分析单元40相连，根据快衰信道参数，生成快衰信道序列。

信道合成单元44：与快衰信道产生单元42相连，把慢衰信道和快衰信道合并，形成信道脚本发给信道处理单元，以对输入的实际基带数据进行处理。

优选实施例二

图5为根据本发明优选实施例二的无线网络信道的模拟方法的流程示意图。如图5所示，该方法包括：

步骤S502，快衰信道分析单元40读取采集的外场信道文件，包括：MIMO类型、天线倾角，经纬度、信道模型等，具体可参见表1，转步骤S504和步骤S506。为了更加完全重现外场信道，必须使用外场采集的信道。外场采集的无线信道包括慢衰衰落、发射功率、接收功率、天线倾角、经纬度等。

表1

步骤S504，快衰信道分析单元40对信道文件进行分析，获取快衰信道参数并把快衰信道参数发给快衰信道产生单元42。也可以根据模型定义快衰信道参数，其中关于快衰信道参数的具体内容可以参见表2。转步骤S508；

表2

快衰参数
		时刻
CELLID	或者是对应的基带id
		UE ID	或者是对应的基带id
MIMO类型
		移动速度
波束倾角
		多经模型
扩充参数

步骤S506，快衰信道分析单元40对信道文件进行分析，得到慢衰信道序列，如表3所示，把慢衰信道序列发给信道合成单元，转步骤S510；

表3

慢衰参数
		时刻
CELLID	或者是对应的基带id
		UE ID	或者是对应的基带id
慢衰值

步骤S508，快衰信道产生单元42根据信道参数产生各个路径的快衰信道序列，把快衰信道序列发给信道合成单元44，转步骤S510；

步骤S510，信道合成单元44把慢衰信道序列数据和快衰信道序列数据合并成脚本(如表4所示)，发给信道处理，完成无线网络信道的模拟。

表4

快衰参数
		时刻
输入基带id

输出基带id
		慢衰值
第一径快衰信道序列
		第二径快衰信道序列
。。。。

多个终端和基站合并后如表5所示。表5中如果输入基带id和输出基带id之间存在信道，则根据表四内容在两者之间的交叉点出添上快衰信道和慢衰信道，否则添0。

合并之后的信道脚本如表5所示。信道处理单元根据表5对输入基带数据，并根据相应的信道进行信道处理。如果某个输出基带id在表中存在多个输入基带，则每个输入先根据信道序列进行信道处理，然后把信道处理后的结果进行叠加，然后送往输出基带id。

上述控制后，能够实现点对点，多点对点，点对多点，多点对多点的信道处理。

表5表示合并后信道序列中的一个具体信道，按照信道采样周期，同时按照时间递增，合成排列多个信道样点形成信道序列。

由于各个输入基带id和输入基带id之间的信道参数相互独立，同时输入和输出之间没有限定固定的关系，只要有信道，两者之间则存在信道联系，否则没有信道联系，因此模拟系统灵活，扩展性好，能够同时支持多种信道。

表5

本实施例的技术方案具有以下优点：

1、快衰信道参数从外场采集的信道获取，提高了信道模型和外场实际信道近似程度；

2、快衰信道实时产生，避免大量的快衰信道下载；

3、快衰信道产生和慢衰信道相互独立，但都由实测试信道获取；

4、扩展性好，支持多种，多个独立的快衰信道。

本实施例的上述技术可以实现无线网络信道模拟装置，但应用不限于此。

优选实施例三

本实施例以无线网络模拟系统单小区单用户下行信道倾角和速度参数为例，对技术方案的实施作进一步的详细描述。

外场采集的信道数据如下：

位置三元组{x，y，h}，x表示经度，y表示纬度，h表示高度。

基站天线顶端经纬度LB＝{b1，b2，b3}

基站主瓣单位方向向量α＝{a，b，c}，||α||＝1；

下行

Ti时刻的终端经纬度为Li＝{ui1，ui2，ui3}

Ti+1时刻的终端经纬度为Li+1＝{u(i+1)1，u(i+1)2，u(i+1)3}

信道采样周期为T。

本实施例的具体处理步骤可以基于图4所示的模拟装置实现，具体处理步骤如下：

步骤1，快衰信道分析单元40读取外场采集的信道，包括MIMO类型、天线倾角，经纬度、信道模型等，同时读取Ti时刻的经纬度。

步骤2，快衰信道分析单元40对信道数据进行分析：

终端经度方向速度：V1＝(u(i+1)1-ui1)/T；

终端纬度方向速度：V2＝(u(i+1)2-ui2)/T

终端高度方向速度：V3＝(u(i+1)3-ui3)/T

终端和基站主瓣水平方向夹角＝arcos({u(i+1)1-b1，u(i+1)2-b2}*{a，b}/(|u(i+1)1-b1，u(i+1)2-b2}|*|{a，b}|)

终端和基站主瓣垂直方向夹角：arcos(Li+1-LB)*{0，0，1}/(|(Li+1-LB)|*|{0，0，1}|)-arcosα*{0，0，1}/(|α|*|{0，0，1}|)

步骤3，快衰信道分析单元40把快衰信道参数发给快衰信道产生单元42。

步骤4，快衰信道产生单元42根据信道参数产生各个经的快衰信道序列。

步骤5，快衰信道产生单元42把快衰信道序列发给信道合成单元44。

步骤6，信道合成单元44把慢衰信道序列数据和快衰信道序列数据进行合并，发给信道处理。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (10)

1.一种无线网络信道的模拟方法，其特征在于，包括：

获取外场实时的快衰信道序列和慢衰信道序列；

根据获取的所述快衰信道序列和所述慢衰信道序列实时模拟无线网络信道。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据获取的所述快衰信道序列和所述慢衰信道序列实时模拟无线网络信道，包括：

将所述快衰信道序列和所述慢衰信道序列进行合并，形成信道脚本；

根据所述信道脚本模拟无线网络信道。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取外场实时的快衰信道序列和慢衰信道序列，包括：

获取外场实时的快衰信道参数序列和所述慢衰信道序列；

根据获取的所述快衰信道参数序列生成所述快衰信道序列。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，获取外场实时的快衰信道参数序列和所述慢衰信道序列，包括：

根据外场实时采集的信道数据获取所述快衰信道参数序列和慢衰信道序列。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述信道数据包括：

多输入多输出MIMO类型、经纬度和外场信道采集序列。

6.一种无线网络信道的模拟装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取外场实时的快衰信道序列和慢衰信道序列；

模拟模块，用于根据获取的所述快衰信道序列和所述慢衰信道序列实时模拟无线网络信道。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述模拟模块，包括：

合并单元，用于将所述快衰信道序列和所述慢衰信道序列进行合并，形成信道脚本；

模拟单元，用于根据所述信道脚本模拟无线网络信道。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述获取模块，包括：

获取单元，用于获取外场实时的快衰信道参数序列和所述慢衰信道序列；

生成单元，根据获取的所述快衰信道参数序列生成所述快衰信道序列。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述获取单元，还用于根据外场实时采集的信道数据获取所述快衰信道参数序列和慢衰信道序列。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述信道数据包括以下信息：

多输入多输出MIMO类型、经纬度和外场信道采集序列。

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