專利名稱：無線通信模擬仿真系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及通信仿真技術，具體地說是在實驗室內模擬仿真野外超 短波無線傳輸條件，實現(xiàn)無線傳輸設備的通信及組網性能的半實物無線通信 模擬仿真系統(tǒng)。
背景技術：
在無線傳輸設備完成樣機研制進行系統(tǒng)聯(lián)試和系統(tǒng)方案驗證時，通常需 要采用外場試驗的方法來模擬實際環(huán)境，通過外場試驗來發(fā)現(xiàn)和排除問題。 但是，在實際的外場環(huán)境中很難尋找到一個能夠同時滿足不同地形、不同無 線電電磁環(huán)境的場地。另外，由于外場無線信道環(huán)境復雜，出現(xiàn)的問題往往 不能重復，使得查找問題困難，費時費力，有些問題難以暴露，將嚴重影響 系統(tǒng)的調試進度和調制質量。發(fā)明內容本實用新型是為了解決現(xiàn)有無線傳輸設備完成樣機研制后調試困難的問 題，而提供的一種模擬實際的外場環(huán)境、同時滿足不同地形、不同無線電電 磁環(huán)境的場地來進行無線傳輸設備調試的無線通信模擬仿真系統(tǒng)。為了解決上述問題，本實用新型采取的技術措施是無線通信模擬仿真 系統(tǒng)，其特征在于，包括一主計算機和信道仿真卡，所述的主計算機運行地 理位置信息系統(tǒng)、為每部無線傳輸設備設置地理位置，并從總線上接收各無 線傳輸設備傳送的頻率信息和收發(fā)狀態(tài)，該主計算機通過高速總線與信道仿 真卡雙向連接；信道仿真卡模擬無線傳輸設備的信道收發(fā)功能，并向主計算機發(fā)送無線信號特征數據，并利用從主計算機接收的信道仿真數據，對各收、 發(fā)傳輸設備之間的信息進行時延、加誤碼操作，該信道仿真卡與無線傳輸設 備基帶部分一起實現(xiàn)整個無線傳輸設備的全部功能仿真，其通過高速總線與主計算機和無線傳輸設備交換無線信號特征數據；所述的信道仿真卡包括現(xiàn)場可編程門陣列模塊、接口模塊和存儲模塊； 所述的現(xiàn)場可編程門陣列模塊與無線傳輸設備雙向連接，并與總線接口模塊雙向連接；所述的總線接口模塊與存儲器雙向連接，并與高速總線擴展槽雙向連接。上述無線通信模擬仿真系統(tǒng)，其中，所述的信道仿真卡與主計算機和無 線傳輸設備交換的數據包括各個無線傳輸設備的收發(fā)狀態(tài)與載波頻率。上述無線通信模擬仿真系統(tǒng)，其中，所述的現(xiàn)場可編程門陣列模塊包括 收發(fā)交換與信息處理單元和接口單元，所述的收發(fā)交換與信息處理單元與無線傳輸設備雙向連接，并與接口單元雙向連接；所述的接口單元與總線接口 模塊雙向連接。上述無線通信模擬仿真系統(tǒng)，其中，所述的收發(fā)交換與信息處理單元， 主要完成信道沖突檢測、收發(fā)無線傳輸設備之間的信息通道的建立，并根據 主機計算產生的各個信道估計值對交換信息進行時延、誤碼疊加與隨機碼元 寬度變化的操作；該收發(fā)交換與信息處理單元包括多個移位寄存器、 一信道 連接交換陣列、 一誤碼產生器、 一隨機碼元寬度產生器、 一載波頻率與收發(fā) 狀態(tài)信息提取單元、以及一分頻器；所述的分頻器接收一時鐘信號，經分頻后分別輸出到隨機碼元寬度產生 器和誤碼產生器；所述的誤碼產生器根據主計算機輸出的誤碼率為每個無線傳輸設備產生 誤碼圖譜；所述的隨機碼元寬度產生器用于產生碼元寬度；所述的移位寄存器用于緩存從無線傳輸設備基帶接受的調制信息，并通 過高速數據總線接受來自誤碼產生器、隨機碼元寬度產生器輸出的信號，還 通過高速數據總線接受來自主計算機的延時數據信號；所述的載波頻率與收發(fā)狀態(tài)信息提取單元用于從數字傳輸設備發(fā)送的串 行頻率字中提取相應的控制信息；并通過高速數據總線蔣獲取的載波頻率和收發(fā)狀態(tài)信息發(fā)送給主計算機；所述的信道連接交換陣列接受來自移位寄存器輸出的地址和載波頻率與 收發(fā)狀態(tài)信息提取單元輸出的控制信號，根據收發(fā)狀態(tài)信息輸出一解調信號 到無線傳輸設備，改變各無線傳輸設備之間的信道連接方式。上述無線通信模擬仿真系統(tǒng)，其中，所述的接口模塊由存儲模塊進行參 數配置。上述無線通信模擬仿真系統(tǒng)，其中，所述的存儲模塊由E^OM存儲器構成。上述無線通信模擬仿真系統(tǒng)，其中，所述的移位寄存器是先入先出移位 寄存器。由于本實用新型采取了以上的技術方案，綜合考慮仿真逼真程度和數據 處理量，無線信道仿真系統(tǒng)直接在傳輸設備的基帶信號上進行仿真，即在仿 真系統(tǒng)內直接傳輸基帶信號，無線信道上的衰落和干擾等因素通過計算轉換 成基帶信號的誤碼，該系統(tǒng)可仿真到傳輸設備內部的控制時序，可反映無線 信道對傳輸設備及其傳輸性能的影響。因此，利用無線通信模擬仿真系統(tǒng)可以在實驗室內模擬仿真野外的無線 傳輸條件，提供靈活多樣的地形及無線電電磁環(huán)境場景，從而極大地提高系 統(tǒng)聯(lián)試的效率，并可以有效節(jié)約系統(tǒng)研發(fā)和調試的成本。


本實用新型的具體結構由以下的實施例及其附圖進一步給出。 圖1是本實用新型無線通信模擬仿真系統(tǒng)的電方框圖。 圖2是本實用新型無線通信模擬仿真系統(tǒng)中的信道仿真卡的結構方框圖。 圖3是本實用新型無線通信模擬仿真系統(tǒng)的信道仿真卡中收發(fā)交換與信息處 理單元的方框圖。圖4是本實用新型無線通信模擬仿真系統(tǒng)的工作流程圖。
具體實施方式
請參閱圖1。無線通信模擬仿真系統(tǒng)由一臺主計算機1通過高速總線PCI 與信道仿真卡2連接而成。在仿真系統(tǒng)內，信道仿真卡通過高速總線與主計算 機交換無線信號特征數據，其中包括各個無線傳輸設備100的收發(fā)狀態(tài)與載波 頻率。主計算機上運行地理位置信息系統(tǒng)，并運行無線信道仿真軟件。無線信 道仿真軟件根據信道仿真卡送出的特征數據和系統(tǒng)中每個無線傳輸設備的地 理位置，通過模擬的地理信息系統(tǒng)獲知各無線傳輸設備之間的路徑信息，從 而計算發(fā)射信道到達各個接收設備的時延，并估算誤碼率。主機將這些估算 的信道信息通過高速總線送回給信道仿真卡。每個無線傳輸設備的位置可以 根據需要在地圖上移動，以仿真無線傳輸設備在行進中的傳輸特性。請參閱圖2。所述的信道仿真卡2包括現(xiàn)場可編程門陣列模塊21、接口 模塊22和存儲模塊23;所述的現(xiàn)場可編程門陣列模塊與無線傳輸設備雙向連 接，并與總線接口模塊雙向連接；所述的總線接口模塊與存儲器雙向連接， 并與高速總線擴展槽200雙向連接。所述的接口模塊22是PCI總線專用接口模塊；該接口模塊22由存儲模塊 23進行參數配置。存儲模塊23采用PROM存儲器。所述的所述的現(xiàn)場可編程門陣列模塊21包括收發(fā)交換與信息處理單元211 和接口單元212，其中收發(fā)交換與信息處理單元211與無線傳輸設備IOO雙 向連接，并與接口單元212雙向連接；接口單元212與總線接口模塊22雙向 連接。接口單元212主要實現(xiàn)PCI總線與接收、發(fā)送模塊的通信，包括傳輸控制 邏輯、時鐘分頻控制等。本實施例中，接口單元和收發(fā)交換與信息處理單元 是采用一片F(xiàn)PGA芯片實現(xiàn)，例如采用的是Xilinx公司的Spartan II系列的 XC2S1500來實現(xiàn)。該信道仿真卡與8個無線傳輸設備的基帶硬件連接，其接口的信息主要包 括載波頻率、調制符號、收發(fā)裝態(tài)。信道仿真卡利用收發(fā)交換與信息處理 單元模擬無線傳輸設備的信道收發(fā)功能，并向主計算機發(fā)送無線信號特征數 據。信道仿真卡利用從主計算機接收的信道仿真數據，對各對收、發(fā)傳輸設 備之間的信息進行時延、加誤碼等操作。信道仿真卡與無線傳輸設備基帶部 分一起實現(xiàn)整個無線傳輸設備的全部功能仿真。請參閱圖3。所述的信道仿真卡的核心為收發(fā)交換與信息處理單元211， 其包括多個移位寄存器2111、 一信道連接交換陣列2112、 一誤碼產生器2113、
一隨機碼元寬度產生器2114、 一載波頻率與收發(fā)狀態(tài)信息提取單元2115、以 及一分頻器2116。所述的分頻器接收一時鐘信號，經分頻后分別輸出到隨機 碼元寬度產生器和誤碼產生器；所述的誤碼產生器根據主計算機輸出的誤碼 率為每個無線傳輸設備產生誤碼圖譜；所述的隨機碼元寬度產生器用于產生 碼元寬度；所述的移位寄存器用于緩存從無線傳輸設備基帶接受的調制信息， 并通過高速數據總線接受來自誤碼產生器、隨機碼元寬度產生器輸出的信號， 還通過高速數據總線接受來自主計算機的延時數據信號；所述的載波頻率與 收發(fā)狀態(tài)信息提取單元用于從數字傳輸設備發(fā)送的串行頻率字中提取相應的 控制信息；并通過高速數據總線蔣獲取的載波頻率和收發(fā)狀態(tài)信息發(fā)送給主 計算機；所述的信道連接交換陣列接受來自移位寄存器輸出的地址和載波頻率與收發(fā)狀態(tài)信息提取單元輸出的控制信號，根據收發(fā)狀態(tài)信息輸出一解調 信號到無線傳輸設備，改變各無線傳輸設備之間的信道連接方式。該收發(fā)交換與信息處理單元211根據從主計算機接收的時延、誤碼圖譜 等信息對待發(fā)送碼元進行的誤碼圖譜疊加、碼元寬度和時延的處理。主要完 成信道沖突檢測、收發(fā)無線傳輸設備之間的信息通道的建立，并根據主機計 算產生的各個信道估計值對交換信息進行時延、誤碼疊加與隨機碼元寬度變 化等操作。信道仿真卡為8個無線傳輸設備分別開辟一個深度為200(4-bitX50)的移 位寄存器FIFO，每個移位寄存器保存1/50bit信息(lus)，用于緩存從無線 傳輸設備基帶部分接收的數據信息。這8組移位寄存器FIFO受到三組信息的 控制延時、隨機碼元寬度和誤碼圖譜。其中，主計算機估計的收發(fā)臺之間 的延時信息用于控制發(fā)射臺FIFO抽頭的位置；隨機碼元寬度和誤碼圖譜只疊 加到發(fā)射臺FIFO的第一個bit。由于主計算機需要獲得收發(fā)狀態(tài)和確切的載波頻率用于信道特征的估 計，因此載波頻率與收發(fā)狀態(tài)信息提取模塊的作用就是從無線傳輸設備發(fā)送 的串行頻率字中提取相應的信息。其中，載波頻率需要通過頻率控制字與實際載頻間的關系，用查表的方式獲得。獲取的載波頻率和收發(fā)狀態(tài)信息將通 過PCI總線發(fā)送給主控計算機。這些信息的發(fā)送是通過發(fā)射臺載波頻率的變 化觸發(fā)的。由于各個數傳無線傳輸設備的收發(fā)狀態(tài)是變化的，因此各無線傳
輸設備之間的信道連接也是不斷改變的。信道連接交換陣列模塊的作用就是 根據收發(fā)狀態(tài)信息來改變各無線傳輸設備之間的信道連接方式。誤碼產生器根據主計算機產生的誤碼率為每個接收無線傳輸設備產生誤 碼圖譜。 一般情況下，載波頻率的改變將導致信號衰落的變化，從而導致誤 碼率的改變，因此發(fā)射臺載波頻率的變化將觸發(fā)誤碼產生器工作。如果每跳105bit，誤碼率"10—2，則105bit內將會出現(xiàn)4-bit的誤碼，而誤碼產生器就是 利用隨機數發(fā)生器產生在1 105之間均勻分布的隨機數，用于確定誤碼出現(xiàn) 的位置，并將其疊加到接收臺移位寄存器FIFO的第一個比特。為了模擬基帶信號碼元寬度的隨機變化，擬產生一個均值為50，方差為16 的正態(tài)分布隨機數rnd，并產生兩個長度為l50-rndl/2的O，l均勻分布的二進制 串nzrfl， rm/2，用于表示碼元兩頭被模糊的部分。隨機碼元寬度產生器將長度 的50的[rm/l，0,0，…，0,/7u/2]與接收臺FIFO的第一個bit進行異或。主計算機主要的任務是運行地理位置信息系統(tǒng)、為每部無線傳輸設備設 置地理位置，并從總線上接收每部無線傳輸設備傳送的信息(頻率信息和收 發(fā)狀態(tài))。主計算機首先計算發(fā)臺與各個收臺之間的時延、接收無線傳輸設 備的誤碼率，并將這些特征信息通過PCI總線返回給發(fā)無線傳輸設備。主計 算機可顯示各無線傳輸設備在特定地理環(huán)境下的實時移動及通信狀態(tài)。其工 作流程如圖4所示。仿真系統(tǒng)主要考慮自由空間傳輸損耗以及繞射損耗，以此估計接收信號的強度。仿真系統(tǒng)根據收發(fā)節(jié)點視距上的地理信息(距離信息、視距路徑上的高程信息)估計傳輸損耗。自由空間傳輸損耗如下所示， 丄0 = 32.45 + 20 lg </闊+ 20 lg /(她)(必)繞射損耗、與費涅爾余隙之間的關系無法定量地表示，擬采用査表的方 法進行估算。仿真程序根據發(fā)射功率A(-36Mm)，傳輸損耗丄。+、，計算解調前的信噪 比。利用誤碼率與信噪比之間的關系式計算接收機的誤碼率，不同的解調方 案會有不同的誤碼率一信噪比關系式，這里以非相關2FSK解調為例<formula>formula see original document page 9</formula>仿真程序根據收、發(fā)無線傳輸設備之間的距離估計信號傳輸時延r，以us 為單位。本實用新型無線通信模擬仿真系統(tǒng)中，主計算機上運行地理位置信息系 統(tǒng)和無線信道仿真軟件。無線信道仿真軟件根據信道仿真卡送出的特征數據 和系統(tǒng)中每個無線傳輸設備的地理位置，通過模擬的地理信息系統(tǒng)獲知各無 線傳輸設備之間的路徑信息，從而計算發(fā)射信道到達各個接收設備的時延， 并估算誤碼率。主機將這些估算的信道信息通過高速總線送回給信道仿真卡。 信道仿真卡可與8個無線傳輸設備的基帶部分連接，其接口的信息主要包括 載波頻率、調制符號、收發(fā)裝態(tài)。信道仿真卡利用FPGA模擬無線傳輸設備 的信道收發(fā)功能，并向主計算機發(fā)送無線信號特征數據。信道仿真卡利用從 主計算機接收的信道仿真數據，對各對收、發(fā)傳輸設備之間的信息進行時延、加誤碼等操作。信道仿真卡與無線傳輸設備基帶部分一起實現(xiàn)整個無線傳輸 設備的全部功能仿真。信道仿真卡的核心為一片F(xiàn)PGA，根據從主計算機接收 的時延、誤碼圖譜等信息對待發(fā)送碼元進行的誤碼圖譜疊加、碼元寬度和時 延的處理。無線信道模擬仿真系統(tǒng)可同時模擬8個無線傳輸設備的信道及基帶傳輸特 性。系統(tǒng)能夠在地圖上動態(tài)模擬無線傳輸設備移動的軌跡，實時顯示無線傳 輸設備的各種信息收發(fā)狀態(tài)、誤碼率、移動軌跡等。系統(tǒng)能根據通信距離、 地形條件和電磁環(huán)境模擬基帶接收信號的誤碼和抖動。系統(tǒng)能仿真不同通信 距離引起的基帶接收信道的時延變化，精度為lus。具有模擬地形及無線電電 磁環(huán)境場景逼真、系統(tǒng)聯(lián)試效率提高、和有效節(jié)約系統(tǒng)研發(fā)和調試成本的優(yōu) 點。
權利要求1、無線通信模擬仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括一主計算機和信道仿真卡，所述的主計算機運行地理位置信息系統(tǒng)、為每部無線傳輸設備設置地理位置，并從總線上接收各無線傳輸設備傳送的頻率信息和收發(fā)狀態(tài)，該主計算機通過高速總線與信道仿真卡雙向連接；信道仿真卡模擬無線傳輸設備的信道收發(fā)功能，并向主計算機發(fā)送無線信號特征數據，并利用從主計算機接收的信道仿真數據，對各收、發(fā)傳輸設備之間的信息進行時延、加誤碼操作，該信道仿真卡與無線傳輸設備基帶部分一起實現(xiàn)整個無線傳輸設備的全部功能仿真，其通過高速總線與主計算機和無線傳輸設備交換無線信號特征數據；所述的信道仿真卡包括現(xiàn)場可編程門陣列模塊、接口模塊和存儲模塊；所述的現(xiàn)場可編程門陣列模塊與無線傳輸設備雙向連接，并與總線接口模塊雙向連接；所述的總線接口模塊與存儲模塊雙向連接，并與高速總線擴展槽雙向連接。
2、 根據權利要求l所述的無線通信模擬仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的 現(xiàn)場可編程門陣列模塊包括收發(fā)交換與信息處理單元和接口單元，所述的收發(fā) 交換與信息處理單元與無線傳輸設備雙向連接，并與接口單元雙向連接；所述 的接口單元與總線接口模塊雙向連接.
3、 根據權利要求2所述的無線通信模擬仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的收發(fā)交換與信息處理單元，主要完成信道沖突檢測、收發(fā)無線傳輸設備之間的 信息通道的建立，并根據主機計算產生的各個信道估計值對交換信息進行時 延、誤碼疊加與隨機碼元寬度變化的操作；該收發(fā)交換與信息處理單元包括多 個移位寄存器、 一信道連接交換陣列、 一誤碼產生器、 一隨機碼元寬度產生器、 一載波頻率與收發(fā)狀態(tài)信息提取單元、以及一分頻器；所述的分頻器接收一時鐘信號，經分頻后分別輸出到隨機碼元寬度產生器 和誤碼產生器；所述的誤碼產生器根據主計算機輸出的誤碼率為每個無線傳輸設備產生 誤碼圖譜；所述的隨機碼元寬度產生器用于產生碼元寬度； 所述的移位寄存器用于緩存從無線傳輸設備基帶接受的調制信息，并通過 高速數據總線接受來自誤碼產生器、隨機碼元寬度產生器輸出的信號，還通過 高速數據總線接受來自主計算機的延時數據信號；所述的載波頻率與收發(fā)狀態(tài)信息提取單元用于從數字傳輸設備發(fā)送的串行頻率字中提取相應的控制信息；并通過高速數據總線蔣獲取的載波頻率和收發(fā)狀態(tài)信息發(fā)送給主計算機；所述的信道連接交換陣列接受來自移位寄存器輸出的地址和載波頻率與 收發(fā)狀態(tài)信息提取單元輸出的控制信號，根據收發(fā)狀態(tài)信息輸出一解調信號到 無線傳輸設備，改變各無線傳輸設備之間的信道連接方式。
4、 根據權利要求l所述的無線通信模擬仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的 存儲模塊由E力0M存儲器構成。
5、 根據權利要求l所述的無線通信模擬仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述的 移位寄存器是先入先出移位寄存器。
專利摘要本實用新型公開了一種無線通信模擬仿真系統(tǒng)，其特點是，包括一主計算機和信道仿真卡，主計算機運行地理位置信息系統(tǒng)、為每部無線傳輸設備設置地理位置，該主計算機通過高速總線與信道仿真卡雙向連接；信道仿真卡模擬無線傳輸設備的信道收發(fā)功能，向主計算機發(fā)送無線信號特征數據，并利用從主計算機接收的信道仿真數據，對各無線傳輸設備之間的信息進行時延、加誤碼操作。信道仿真卡包括現(xiàn)場可編程門陣列模塊、接口模塊和存儲模塊；現(xiàn)場可編程門陣列模塊與無線傳輸設備、總線接口模塊雙向連接；總線接口模塊與存儲模塊、總線擴展槽雙向連接。具有模擬地形及無線電電磁環(huán)境場景逼真、系統(tǒng)聯(lián)試效率高、有效節(jié)約系統(tǒng)研發(fā)和調試成本的優(yōu)點。
文檔編號H04Q7/34GK201018512SQ20062004947
公開日2008年2月6日 申請日期2006年12月25日 優(yōu)先權日2006年12月25日
發(fā)明者宋治平, 杜欣軍, 云 胡 申請人:中國電子科技集團公司第五十研究所