專利名稱：信道模擬方法及信道模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于模擬無線電信道的無線電信道模擬器。
發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可以在實(shí)際情況下或是利用一個(gè)模擬實(shí)際情況的無線電信道模擬器進(jìn)行試驗(yàn)。在實(shí)際情況下進(jìn)行各種試驗(yàn)是很麻煩的，因?yàn)樵趹敉膺M(jìn)行的試驗(yàn)，受制于不能控制的現(xiàn)象，如天氣和時(shí)間連續(xù)地改變。此外，在一個(gè)環(huán)境(城市A)中進(jìn)行的試驗(yàn)，在第二個(gè)、相應(yīng)的環(huán)境(城市B)中并不完全適用。最壞的可能情況一般不能在實(shí)際情況中試驗(yàn)出。
然而，可以用一種模擬無線電信道的裝置很自由地模擬一種所希望種類的無線電信道。在數(shù)字無線電信道模擬器中，信道通常用一種有限脈沖響應(yīng)濾波器(FIR濾波器)建立模型，該FIR濾波器利用信道系數(shù)，亦即，分支系數(shù)，將被不同延時(shí)的信號(hào)加權(quán)，并將加權(quán)的信號(hào)分量相加，在信道和所加信號(hào)之間產(chǎn)生卷積。各信道系數(shù)被修改成相應(yīng)于實(shí)際信道的行為。
然而，在模擬無線電信道的裝置中存在的問題是，目前的元件加工工藝不能生產(chǎn)一種實(shí)時(shí)、精確和寬帶的模擬器，不論是模擬的還是數(shù)字的。例如，下變頻和上變頻在寬帶模擬中對元件規(guī)定了很高的要求。在數(shù)字模擬器中，信道內(nèi)寬帶信號(hào)的行為不能同時(shí)快速而精確地模擬，因?yàn)樽儞Q精度是帶寬的函數(shù)，即隨著頻帶變寬，變換精度變差。另一方面，對無線電信道模擬的精度要求越來越高。
發(fā)明簡述因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的信道模擬方法和一種實(shí)施該信道模擬方法的信道模擬器，用于精確而快速的信道模擬。這是通過對無線數(shù)據(jù)傳輸中射頻信號(hào)進(jìn)行信道模擬的方法來實(shí)現(xiàn)。該方法包括把為要加到信道模擬上的信號(hào)保留的全頻帶(total band)分成至少兩個(gè)子帶(sub-band)；對相應(yīng)于每個(gè)子帶的信號(hào)進(jìn)行信道模擬；把不同子帶中模擬的信號(hào)進(jìn)行組合，以便在信道模擬之后形成一個(gè)全頻帶信號(hào)。
本發(fā)明還涉及一種用于對無線數(shù)據(jù)傳輸中所用的射頻信號(hào)進(jìn)行信道模擬的信道模擬器。信道模擬器安排成把為要加到信道模擬上的信號(hào)保留的全頻帶分成至少兩個(gè)子帶；信道模擬器包括至少兩個(gè)信道模擬器單元，用于對相應(yīng)于每個(gè)子帶的信號(hào)進(jìn)行信道模擬；及一個(gè)組合器，用于把在不同子帶中模擬的信號(hào)進(jìn)行組合，在信道模擬之后形成全頻帶的信號(hào)。
在所附從屬權(quán)利要求書中公開了本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明基于把待模擬的頻帶分成至少兩個(gè)子帶，并且分開別對相應(yīng)于每個(gè)子帶的信號(hào)進(jìn)行信道模擬。
本發(fā)明的方法和系統(tǒng)提供了一些優(yōu)點(diǎn)。無線電信道可以同時(shí)精確而快速的進(jìn)行模擬，因?yàn)榘压┮粋€(gè)信號(hào)用的全頻帶分成若干子帶，并且每個(gè)子帶都可以用信道模擬器最佳的可能精度進(jìn)行模擬。
附圖簡下面，將參照附圖結(jié)合一些優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，其中

圖1A是一個(gè)信道模擬器的方框圖；圖1B是一個(gè)信道模擬器的方框圖；圖1C是一個(gè)信道模擬器的方框圖；圖2示出一種FIR濾波器；圖3示出一種基于卷積變換的信道模擬器；
圖4示出一些子帶及這些子帶的組合。
發(fā)明的詳細(xì)說明這里所提出的解決方案特別適用于寬帶射頻信號(hào)(RF信號(hào))的信道模擬。適合應(yīng)用的例子包括例如無線局域網(wǎng)(WLAN)、采用跳頻的無線移動(dòng)通信系統(tǒng)，及其它第二代、第三代和第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)，然而，對其沒有任何限制。
圖1A示出一種按照本發(fā)明解決方案的用于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線電信道模擬器。到達(dá)無線電信道模擬器的RF信號(hào)可以是數(shù)字信號(hào)，或者是，正如更常見的，模擬信號(hào)。供寬帶信號(hào)用的頻帶B是例如數(shù)十兆赫，不過所提出的解決方案對頻帶的寬度未加限制。在分離器100中，RF信號(hào)分成M個(gè)原始種類的信號(hào)，此處M等于或大于2。每個(gè)分開的信號(hào)在帶通濾波器102-106中以這種方式帶通濾波成子帶ΔB1...ΔBM，以使各子帶的總和等于RF信號(hào)的全頻帶B，亦即B＝ΔB1+…+ΔBM。每個(gè)分波段的帶寬可以相等或者不同。各個(gè)子帶ΔB1...ΔBM的頻率在混頻器108-112中例如通過將每個(gè)子帶的信號(hào)乘以本地振蕩器114的信號(hào)，及乘以低通或帶通濾波的輸入信號(hào)來降低，因而產(chǎn)生具有降低頻率的子帶ΔBD1...ΔBDM。到達(dá)每個(gè)混頻器108-112的本地振蕩器114的信號(hào)，可以在相同或不同的頻率下。當(dāng)在不同的混頻器108-112中采用不同頻率下的本地振蕩器114信號(hào)時(shí)，可以把具有降低頻率的子帶ΔBD1...ΔBDM的中間頻率調(diào)到相同，如果所有的子帶都具有相同帶寬的話，則能讓所有子帶都用相同的精度模擬。具有降低頻率的各個(gè)子帶各子帶ΔBD1...ΔBDM每個(gè)都傳播到不同的信道模擬器單元116-120，單元數(shù)是M。在通過信道模擬器單元116-120進(jìn)行信道模擬之后，各子帶的信號(hào)通過將混頻器122-126中的信號(hào)被來自本地振蕩器128的信號(hào)倍增，及通過高通或帶通濾波輸入信號(hào)，恢復(fù)到原始的RF頻率。各子帶的RF頻率信號(hào)在組合器130中組合，以便形成一個(gè)寬帶全頻帶。
圖1B示出另一種實(shí)施分成子帶的方式。在這個(gè)解決方案中，寬帶RF信號(hào)的頻帶B，在分離器200中分成M個(gè)頻帶。M個(gè)頻帶之中的每一個(gè)頻帶都具有與原始頻帶相同的帶寬。被分開的RF信號(hào)在混頻器202-206中被本地振蕩器209的信號(hào)倍增。到達(dá)每個(gè)混頻器202-206的本地振蕩器209的信號(hào)可以是在相同或不同的頻率下。在帶通濾波器208-212中混頻的信號(hào)被帶通濾波或若干子帶ΔBD1…ΔBDM，這些子帶相應(yīng)于圖1A中的各子帶。具有降低頻率的各子帶ΔBD1…ΔBDM每個(gè)都傳播到不同的信道模擬器單元214-218上，單元數(shù)是M。對于這里所提出的解決方案，必需是，在圖1A和1B二者中，將待加到各信道模擬器單元上的信號(hào)分成至少兩個(gè)子帶，以便在至少兩個(gè)平行的信道模擬進(jìn)行信道模擬。此后，信道模擬以與圖1A情況下相同的方式進(jìn)行，在用信道模擬器單元214-218進(jìn)行信道模擬之后，各子帶的信號(hào)通過將混頻器220-224中被來自本地振蕩器226的信號(hào)倍增，并通過高通或帶通濾波輸入信號(hào)，恢復(fù)到原始的RF頻率。各子帶的RF頻率信號(hào)在組合器228中組合，以便形成一個(gè)寬帶全頻帶。
圖1C示出按照圖1B所述的無線電信道模擬器。其中一個(gè)模擬的RF信號(hào)到達(dá)該模擬器。在分離器300中，RF信號(hào)分成M個(gè)原始種類的信號(hào)。分開的RF信號(hào)在混頻器302-306中被本地振蕩器314的信號(hào)倍增。到達(dá)每個(gè)混頻器302-306的本地振蕩器314的信號(hào)，可以是在相同或不同的頻率下。在帶通濾波器308-312中混頻的信號(hào)，被帶通濾波成若干子帶ΔBD1...ΔBDM。各模擬的子帶ΔBD1...ΔBDM在模/數(shù)變換器316-320(A/D變換器)中變換成數(shù)字子帶。各數(shù)字子帶ΔBD1...ΔBDM每個(gè)都傳播到不同的信道模擬器單元322-326上，單元數(shù)為M。在用信道模擬器單元322-326進(jìn)行信道模擬之后，各子帶在數(shù)/模變換器328-332(D/A變換器)中變回到模擬子帶。各模擬子帶通過將混頻器334-338中被來自本地振蕩器340的信號(hào)倍增，及通過高通和帶通濾波輸入信號(hào)，恢復(fù)到原始的RF頻率。各子帶的RF頻率信號(hào)在組合器342中組合，以便形成一個(gè)寬帶全頻帶。
在圖1C中，混頻器302-306及帶通濾波器308-312的順序也可以與圖1A的相同，亦即混頻在帶通濾波之前。
在不同的信道模擬器單元中，無線電信道模型可以相同或者不同，但每個(gè)信道模擬器單元都可以用來獨(dú)立進(jìn)行信道模擬。在所有信道模擬器單元中具有相同的信道模型相應(yīng)于一種只有一個(gè)信道模擬器單元可用的情況。尤其是如果待模擬的全頻帶是寬頻帶，則信道在不同的子可以如此不同，以致對不同的子帶需要一個(gè)不同的信道模型。所提出的解決方案的優(yōu)點(diǎn)是，可以比用只有一個(gè)信道模擬器單元更精確地進(jìn)行模擬。在數(shù)字信道模擬中，精確度可以理解為，與一個(gè)信道模擬器相比，本發(fā)明的解決方案具有至少一倍數(shù)量的樣品可用于同樣的全頻帶。這樣能建立更精確的無線電信道模型。信道模擬器還可以用于補(bǔ)償例如在混頻中和在模/數(shù)變換中產(chǎn)生的放大誤差和相位誤差。
在每個(gè)信道模擬器中，無線電信道可以例如利用一個(gè)數(shù)字FIR濾波器進(jìn)行模擬，該數(shù)字FIR濾波器的方框圖在圖2中示出。FIR濾波器包括若干排列成移位寄存器的延時(shí)元件400，加權(quán)系數(shù)方塊402和一個(gè)加法器404。輸入信號(hào)X(n)在每個(gè)延時(shí)元件400中延時(shí)，它們的延時(shí)可以具有相同或不同的時(shí)間，并且各延時(shí)的信號(hào)在加權(quán)系數(shù)塊402中用所希望的加權(quán)系數(shù)h(i)進(jìn)行加權(quán)，此處I＝
。加權(quán)系數(shù)h＝[h(0)，...，h(N)]是無線電信道的信道估算值，也叫做FIR濾波器的分支系數(shù)。用與想改變實(shí)際無線電信道特點(diǎn)相同的方式改變各加權(quán)系數(shù)。通常加權(quán)系數(shù)在短期內(nèi)十分穩(wěn)定，但與信號(hào)的變化速率相比緩慢地改變。延時(shí)和加權(quán)后的信號(hào)在加法器404中相加。
一般，各加權(quán)系數(shù)可以是實(shí)際的或是綜合的。綜合的加權(quán)系數(shù)是必要的，因?yàn)槔缛蛞苿?dòng)通信系統(tǒng)(GSM)或碼分多址(CDMA)無線系統(tǒng)的無線電信道采用正交調(diào)制，其中一個(gè)信號(hào)被分成兩部分。實(shí)信號(hào)部分I(同相)被一沒有相移的載波倍增，而虛信號(hào)部分Q(正交)用一相移后的載波倍增。因此信號(hào)X可以用公式X＝I+jQ表示，式中I是實(shí)信號(hào)部分，Q是虛信號(hào)部分和j是一個(gè)虛的單位。
以數(shù)學(xué)的形式，F(xiàn)IR濾波器的輸出信號(hào)y(n)可以作為延時(shí)信號(hào)與加權(quán)系數(shù)乘積之和表示成卷積y(h)=X*h=Σk=1Nh(k)×(n-k)]]>式中*表示卷積運(yùn)算，n表示信號(hào)元的指數(shù)。信號(hào)x和y及信道脈沖響應(yīng)h可以用已知的方式，以矢量形式或以矩形陣形式，處理成標(biāo)量。
無線電信道可以在一個(gè)變換空間中的每個(gè)信道模擬器中進(jìn)行模擬。這種信道模擬器的方框圖在圖3中示出。在這種情況下，要進(jìn)行模擬的信號(hào)506(x(n))通過卷積變換在變換裝置500中變換成變換空間，因而產(chǎn)生一個(gè)變換的信號(hào)508(X)。在加權(quán)裝置502中，變換的信號(hào)508(X)被一通過卷積變換而得到的信道響應(yīng)H加權(quán)，產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)510(HX)。加權(quán)可以例如通過乘法運(yùn)算進(jìn)行。然而，乘法本身可以通過一種或一種以上數(shù)學(xué)運(yùn)算實(shí)施，不必實(shí)際進(jìn)行乘法運(yùn)算，以便加速計(jì)算。最后，在逆變換器裝置504中將輸入信號(hào)510(HX)逆變換成一個(gè)時(shí)間空間，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)512(y(n))。在信道模擬中所采用的卷積變換可以是例如拉普拉斯變換，Z變換，傅里葉變換等。
分成若干子帶可能會(huì)引起各子帶之間的頻率范圍內(nèi)的干擾和失配。這可以在各子帶組合時(shí)看到。圖4示出各子帶的組合?？v軸示出在自由選擇的標(biāo)度上特定頻帶的放大作用，而橫軸示出頻率。曲線602-606表示各子帶ΔB1...ΔBM，而曲線608表示全頻帶。在組合全頻帶上的干擾610出現(xiàn)在各子帶之間的范圍內(nèi)。干擾的幅度取決于在不同子帶中定相的信號(hào)。問題可以通過用一個(gè)均衡器來減輕，該均衡器濾出各子帶ΔB1...ΔBM之間的任何干擾。為了濾除干擾，可以用已知的濾波方法來切斷高的突然偏差。均衡濾波可以在各子帶組合(例如在圖lC中組合器342中)之前或之后進(jìn)行。
盡管上面參照按照附圖用實(shí)例說明了本發(fā)明，但本發(fā)明顯然不限于這些實(shí)例，在所附權(quán)利要求所公開的發(fā)明思想的范圍內(nèi)可以用各種方式修改本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種對無線數(shù)據(jù)傳輸中射頻信號(hào)進(jìn)行信道模擬的方法，其特征在于把為要加到信道模擬上的信號(hào)保留的全頻帶(10)分成至少兩個(gè)子帶(20)；對相應(yīng)于每個(gè)子帶(20)的信號(hào)進(jìn)行信道模擬；和將在不同子帶中模擬的信號(hào)(30)組合，以便在信道模擬之后形成一個(gè)全頻帶信號(hào)(40)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于對相應(yīng)于每個(gè)子帶(20)的信號(hào)分開進(jìn)行獨(dú)立的信道模擬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在信道模擬中，將一不同的信道模型用于至少兩個(gè)相應(yīng)于不同子帶(20)的信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在信道模擬中，將相同的信道模型用于至少兩個(gè)相應(yīng)于不同子帶(20)的信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于對一寬帶信號(hào)進(jìn)行信道模擬，在將寬帶射頻信號(hào)應(yīng)用于信道模擬之前降低該射頻信號(hào)的頻率，并在信道模擬之后使信道模擬的信號(hào)恢復(fù)到射頻信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在將模擬射頻信號(hào)應(yīng)用于信道模擬之前降低該無線電射頻信號(hào)的頻率，并在信道模擬之后使信道模擬的信號(hào)恢復(fù)到射頻信號(hào)；和在降低頻率之后，將模擬射頻信號(hào)變換成數(shù)字射頻信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字信道模擬，在信道模擬之后把信道模擬的信號(hào)變換回到模擬射頻信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于當(dāng)不同子帶的信號(hào)(30)組合時(shí)，通過均衡濾波減少各子帶之間的干擾。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于利用一FIR濾波器進(jìn)行信道模擬。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于以這種方式進(jìn)行每個(gè)子帶(20)的信道模擬，以便通過卷積變換把待應(yīng)用于信道模擬的信號(hào)變換成一個(gè)變換空間，因此產(chǎn)生一個(gè)變換的信號(hào)(508)。通過一個(gè)變換的信道響應(yīng)H用卷積變換給變換的信號(hào)(508)加權(quán)，因此產(chǎn)生一個(gè)加權(quán)的信號(hào)(510)；和將加權(quán)的信號(hào)(510)進(jìn)行逆變換，因此產(chǎn)生一個(gè)特定子帶的信道模擬信號(hào)(512)。
10.一種信道模擬器，用于對在無線數(shù)據(jù)傳輸中所用的射頻信號(hào)進(jìn)行信道模擬，其特征在于信道模擬器被安排成把為要加到信道模擬上的信號(hào)保留的全頻帶分成至少兩個(gè)子帶；該信道模擬器包括至少兩個(gè)信道模擬器單元(116-120，214-218，322-326)，用于對相應(yīng)于每個(gè)子帶的信號(hào)進(jìn)行信道模擬；和一個(gè)組合器(130，228，342)，用于將在不同子帶中模擬的信號(hào)組合，以便在信道模擬之后形成一個(gè)全頻帶的信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的信道模擬器，其特征在于將信道模擬器單元(116-120，214-218，322-326)安排成對相應(yīng)于每個(gè)子帶的信號(hào)進(jìn)行分開的獨(dú)立信道模擬。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的信道模擬器，其特征在于在信道模擬中，將至少兩個(gè)不同的信道模擬器單元(116-120，214-218，322-326)安排成使用一個(gè)不同的信道模型用于至少兩個(gè)相應(yīng)于不同子帶(20)的信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的信道模擬器，其特征在于在信道模擬中，將至少兩個(gè)不同的信道模擬器單元(116-120，214-218，322-326)安排成使用一個(gè)相同的信道模型用于至少兩個(gè)相應(yīng)于不同子帶(20)的信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的信道模擬器，其特征在于信道模擬器被安排成模擬無線電信道中寬帶信號(hào)的行為，并且信道模擬器包括混頻器(108-112，202-206，302-306)，用于在信道模擬器單元(116-120，214-218，322-326)之前降低寬帶射頻信號(hào)的頻率，并且信道模擬器包括混頻器(122-126，220-224，334-338)，用于在信道模擬器單元(116-120，214-218，322-326)之后使信道模擬的信號(hào)恢復(fù)到射頻信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的信道模擬器，其特征在于信道模擬器包括混頻器(108-112，202-206，302-306)，用于在信道模擬器單元(116-120，214-218，322-326)之前降低模擬射頻信號(hào)的頻率，和信道模擬器包括混頻器(122-126，220-224，334-338)，用于在信道模擬器單元(116-120，214-218，322-326)之后使信道模擬的信號(hào)恢復(fù)到射頻信號(hào)；和信道模擬器包括A/D變換器(316-320)，用于在混頻器(108-112，202-206，302-306)之后，將模擬射頻信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，并且信道模擬器包括D/A變換器，用于在信道模擬器單元(116-120，214-218，322-326)之后將信道模擬的信號(hào)變換回到模擬射頻信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的信道模擬器，其特征在于混頻器(130，228，342)安排成利用均衡濾波法減少各子帶之間的干擾。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的信道模擬器，其特征在于信道模擬器單元(116-120，214-218，322-326)以FIR濾波器的方式實(shí)現(xiàn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的信道模擬器，其特征在于至少一個(gè)信道模擬器單元(116-120，214-218，322-326)包括變換裝置(500)，在裝置中通過卷積變換將信號(hào)變換成一個(gè)變換空間，用于產(chǎn)生一個(gè)變換的信號(hào)(508)；加權(quán)裝置(502)，用于通過卷積變換給變換的信號(hào)(508)加權(quán)，用于產(chǎn)生一個(gè)由變換的信道響應(yīng)H加權(quán)的信號(hào)(510)；和逆變換裝置(504)，用于將輸入信號(hào)(510)逆變換成一個(gè)時(shí)間空間，用于產(chǎn)生一個(gè)特定子帶的信道模擬的信號(hào)(512)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對射頻信號(hào)進(jìn)行信道模擬的方法和一種用于實(shí)施該方法的信道模擬器。在本發(fā)明的解決方案中，將供待應(yīng)用于信道模擬器單元(116－120)的信號(hào)的全頻帶(10)分成至少兩個(gè)子帶(20)。信道模擬是相對應(yīng)于信道模擬器單元(116－120)中每個(gè)子帶(20)的信號(hào)進(jìn)行。最后，將在不同子帶中模擬的信號(hào)(30)組合，以便在信道模擬之后在組合器(130)中形成一個(gè)全頻帶的信號(hào)(40)。
文檔編號(hào)H04B17/00GK1457569SQ02800418
公開日2003年11月19日 申請日期2002年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者T·耶姆塞, J·邁尼拉 申請人:伊萊克特羅比特公司