專利名稱：寬帶信道測量的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種寬帶信道測量的方法及系統(tǒng)，具體來說，本發(fā)明涉及一種在多天線系統(tǒng)中對寬帶信道進行測量的方法。
背景技術：
下一代無線通信系統(tǒng)需要在不同的頻段(400MHz～5GHz)上提供高數(shù)據(jù)速率(100Mbps～1Gbps)、寬帶(20MHz～100MHz)和大容量的多媒體業(yè)務。為了達到高的頻譜效率，多入多出(MIMO)技術已經(jīng)成為主流候選技術之一。同時，信號帶寬增加使得信道可識別的多徑數(shù)量增加，由此產(chǎn)生的頻率選擇性衰落更加明顯，這對基于正交頻分復用(OFDM)技術的系統(tǒng)設計有很大的影響。所以，對寬帶、多天線、多頻段的無線傳播特性的研究成為未來通信系統(tǒng)的基礎和關鍵所在。只有在充分研究和了解所設計系統(tǒng)的信道特征后，才能采取與之相適應的各種物理層和上層技術，從而充分挖掘該系統(tǒng)的容量，并進一步優(yōu)化系統(tǒng)的性能。
在實際的地理環(huán)境中進行無線信道的測量，是了解真實信道特征的最佳途徑。通過信道測量可以獲得重要的信道研究工具，其中最基本的就是信道沖激響應，在此基礎上可以抽取并統(tǒng)計得到不同頻段的大尺度損耗、以及空、時、頻域上的小尺度衰落參數(shù)和其他相關特性。同時，測量數(shù)據(jù)還可以為信道建模提供參考數(shù)據(jù)，以此來驗證模型的有效性和合理性。
可見，設計一種適用于不同頻段的多天線寬帶信道測量方法是十分必要的。而且，需要設計一種準確、靈活的測量方法，所述方法能夠準確地反映真實傳播環(huán)境，從而獲得不同覆蓋范圍、不同天線陣列的信道數(shù)據(jù)(信道特征)，從而為無線通信系統(tǒng)中的傳輸技術、資源管理和網(wǎng)絡規(guī)劃等提供參考和依據(jù)。
因此，需要一種新的技術方案，用于在各種傳播環(huán)境下對多頻段、多天線系統(tǒng)中的寬帶信道進行準確測量，從而能夠?qū)崪y得到的數(shù)據(jù)進一步用于多維信道特征提取、信道容量分析、建模和系統(tǒng)規(guī)劃等。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明設計了一種用于多天線寬帶信道測量的方法和系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于多天線寬帶信道測量的方法，包括在發(fā)送機，產(chǎn)生寬帶測量信號；對寬帶測量信號進行上變頻以產(chǎn)生射頻信號；對射頻信號進行功率放大以用于發(fā)送；通過發(fā)送天線陣列中的一個陣元或多個天線陣元以時分復用的方式將射頻信號發(fā)送到接收機；在接收機，選擇接收天線陣列中的一個陣元或多個天線陣元以時分復用的方式來接收信號；對接收的信號進行下變頻；以及對經(jīng)基帶信號進行相關接收處理，以得到信道響應；其特征在于，所述方法還包括在發(fā)送機，通過主控單元來控制寬帶測量信號的類型、射頻信號的頻率、發(fā)送功率以及對發(fā)送天線陣元的選擇；以及在接收機，通過主控單元來控制對接收天線陣元的選擇、接收信號的頻段以及進行相關接收處理所需的相關碼。
本發(fā)明第一方面的實施例，其中，所述方法用于測量多入多出系統(tǒng)、單入多出系統(tǒng)、多入單出系統(tǒng)、單入單出系統(tǒng)。
本發(fā)明第一方面的實施例，所述方法還包括在進行測量之前，對接收機和發(fā)送機進行校準。其中，可以每隔一段時間就對發(fā)送機和接收機進行重新校準，以減小相位噪聲對接收數(shù)據(jù)的影響。
本發(fā)明第一方面的實施例，所述方法還包括對接收機或者發(fā)送機或者二者進行定位。
本發(fā)明第一方面的實施例，其中，對于移動路線測量，接收機是固定的，而發(fā)送機是移動的。
本發(fā)明第一方面的實施例，所述方法還包括存儲所獲得的信道響應數(shù)據(jù)，其中，對于移動路線測量，發(fā)送機采用間歇方式來發(fā)送寬帶測量信號。
本發(fā)明第一方面的實施例，其中，每個子信道上信號的激活時間要大于所測場景中的最大多徑時延，以及測量周期小于傳播環(huán)境中信道的相干時間。
本發(fā)明第一方面的實施例，其中，在進行相關接收處理的步驟中對寬帶測量信號和測量設備的固有響應進行濾波，以獲得信道響應。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于多天線寬帶信道測量的系統(tǒng)，包括發(fā)送機和接收機，發(fā)送機包括寬帶信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生寬帶測量信號的；上變頻器，用于對寬帶測量信號進行上變頻以產(chǎn)生射頻信號；功率放大器，用于對射頻信號進行功率放大以用于發(fā)送；和第一切換控制模塊，用于通過開關模塊控制經(jīng)由發(fā)送天線陣列中的一個或多個天線陣元將射頻信號發(fā)送到接收機；以及接收機包括第二切換控制模塊，用于選擇接收天線陣列中的一個或多個天線陣元來接收信號；下變頻模塊，用于對接收的信號進行下變頻；和相關器，用于對基帶信號進行相關接收處理，以得到信道響應；其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第一主控單元，用于控制寬帶測量信號的類型及帶寬、射頻信號的頻率、發(fā)送功率以及對發(fā)送天線陣元的選擇；以及第二主控單元，用于控制對接收天線陣元的選擇、接收信號的頻段以及進行相關接收處理所需的相關碼。
本發(fā)明第二方面的實施例，其中，所述用于多天線寬帶信道測量的系統(tǒng)用于測量多入多出系統(tǒng)、單入多出系統(tǒng)、多入單出系統(tǒng)、單入單出系統(tǒng)。
本發(fā)明第二方面的實施例，其中，在進行測量之前，對接收機和發(fā)送機進行校準。其中，可以每隔一段時間就對發(fā)送機和接收機進行重新校準，以減小相位噪聲對接收數(shù)據(jù)的影響。
本發(fā)明第二方面的實施例，所述系統(tǒng)還包括定位模塊，用于對接收機或者發(fā)送機或者二者進行定位。
本發(fā)明第二方面的實施例，其中，對于移動路線測量，接收機是固定的，而發(fā)送機是移動的。
本發(fā)明第二方面的實施例，所述系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲所獲得的信道響應數(shù)據(jù)，其中，對于移動路線測量，發(fā)送機采用間歇方式來發(fā)送寬帶測量信號。
本發(fā)明第二方面的實施例，其中，每個子信道上信號的激活時間要大于所測場景中的最大多徑時延，以及測量周期小于傳播環(huán)境中信道的相干時間。
本發(fā)明第二方面的實施例，其中，所述相關器對寬帶測量信號和測量設備的固有響應進行濾波，以獲得信道響應。
通過應用本發(fā)明的方法，可以使得對信道的測量更加靈活、方便。根據(jù)本發(fā)明的測量方法和系統(tǒng)適用于不同場景、頻段、測量目標，以及根據(jù)本發(fā)明的測量方法和系統(tǒng)能夠直接獲得信道沖激響應。其中，在發(fā)送機設置切換控制開關，從而可以靈活地選擇進行發(fā)射的天線陣元以及發(fā)射的持續(xù)時間，以及在接收機設置切換控制開關，可以靈活地選擇進行接收的天線陣元以及接收持續(xù)的時間。另外，根據(jù)本發(fā)明的主控單元可以靈活地控制發(fā)送機和接收機中的各個部件的配置。另外，在本發(fā)明中，可以采用間歇發(fā)送的方式，以便在移動測量的情況下，在接收機進行數(shù)據(jù)存儲，而不會導致緩存溢出。根據(jù)本發(fā)明，還可以將信道響應測量數(shù)據(jù)與定位數(shù)據(jù)結合起來。根據(jù)本發(fā)明，可以每隔一段時間就進行重新校準，以減小相位噪聲對接收數(shù)據(jù)的影響。
本發(fā)明的優(yōu)點不限于上面所描述的幾個方面，本領域的技術人員應當理解，本發(fā)明還可以具有其它優(yōu)點。


參照附圖，根據(jù)下面的詳細描述，可以更加清楚地理解本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的多天線寬帶信道測量系統(tǒng)的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的多天線寬帶信道測量系統(tǒng)采用的示例性TDM時序的示意圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的多天線寬帶信道測量系統(tǒng)中用于校準的配置的框圖。
具體事實方式為了簡明和清楚起見，附圖中的單元不必按照比例來進行繪制，并且在不同附圖中，相同參考標記表示相同的單元。此外，為了描述的簡明以及不會在不必要的方面使得本發(fā)明模糊，而省略了關于公知步驟和單元的描述和細節(jié)。
本領域的普通技術人員應該明白，前面的一般描述和下面的詳細描述是對發(fā)明進行舉例和說明的，而不是為了對本發(fā)明進行限制的。
在下文中，以多入多出(MIMO)的多天線系統(tǒng)作為例子來說明本發(fā)明的原理。本領域的普通技術人員應當理解，所述多入多出系統(tǒng)僅僅是示例性的，以及本發(fā)明不限于所述多入多出系統(tǒng)。例如，本發(fā)明還可以應用于單入多出(SIMO)系統(tǒng)、多入單出(MISO)系統(tǒng)、單入單出(SISO)系統(tǒng)等。另外，本發(fā)明可以應用于任何具有多個子信道的通信系統(tǒng)，包括有線通信系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)等。例如，可以在具有多個子波長信道光纖系統(tǒng)中應用本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的多天線寬帶信道測量的方法和系統(tǒng)適于針對不同頻段以及在不同的傳播環(huán)境下對無線信道進行測量。在一個例子中，根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)送機和接收機中配置有切換開關，以及采用時分復用(TDM)的方式來對所有多入多出(MIMO)子信道進行測量。根據(jù)本發(fā)明，針對不同頻段的傳播特性和測量場所的散射特征，發(fā)射機可以采用具有良好自相關特性且設計合理的各種寬帶測量信號，可以調(diào)節(jié)功率放大器的增益從而設置饋入天線的發(fā)射功率，以及可以控制切換開關選擇不同的陣元個數(shù)和陣元間距。根據(jù)本發(fā)明，接收機適合于接收發(fā)送機所發(fā)射的寬帶測量信號，其中，接收機可以對從寬帶測量信號中得到的基帶數(shù)字信號進行相關處理，從而得到寬帶(例如，MIMO)信道沖激響應。在測量過程中，可以首先使用電纜和衰減器來對測量設備進行校準。通過測量所得到的信道沖激響應可以進一步用于多維信道參數(shù)估計、信道容量分析和建模，以及為無線通信系統(tǒng)的研究、開發(fā)和評估提供詳細的信道特征和仿真模型。
根據(jù)本發(fā)明的多天線寬帶信道測量方法和系統(tǒng)可以依據(jù)不同頻段的傳播特性和測量要求，實現(xiàn)對寬帶信道的測量。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的多天線寬帶信道測量系統(tǒng)的框圖。圖1中分別示出了在發(fā)送機側(cè)和在接收機側(cè)的配置。
如圖1所示，發(fā)送機包括控制臺1、定位模塊2、高精度時鐘源3、時鐘管理單元4、可配置模塊5、開關模塊11以及天線陣列12。
控制臺1用于為用戶提供操作界面，設置發(fā)送機的參數(shù)，以及操作定位模塊等。
定位模塊2用于對進行測量路線跟蹤。通過定位模塊2(例如，進行GPS定位)對移動路線進行測量，從而記錄發(fā)送機實際運動的路線。這樣，在后續(xù)數(shù)據(jù)處理時，可以將所記錄的路線與信道測量數(shù)據(jù)對應起來。通過記錄在每個測量周期內(nèi)測量的信道數(shù)據(jù)所對應的位置(或者位置范圍)，可以確定測量所針對的地理環(huán)境。通過將測量數(shù)據(jù)將測量路線相對應起來，一方面，可以確定發(fā)送機和接收機之間的距離，以便用于分析路徑損耗；另一方面，還可以利用Ray-Tracing模型進行路徑跟蹤來確定測量信號的實際傳播路徑，以便用于分析傳輸延時和角度信息，等等。
高精度時鐘源3用于為發(fā)送機提供定時基準。高精度時鐘源3是高精度的時鐘源，例如可以是銣鐘。高精度時鐘源3在時間、溫度方面具有很高的穩(wěn)定性。在經(jīng)過校準之后的很長一段時間內(nèi)，高精度時鐘源3的頻率漂移是很小的。
時鐘管理單元4用于給接收機中的其他模塊提供所需的時鐘。時鐘管理單元4從高精度時鐘源3獲取時鐘信號，并對所獲取的時鐘信號進行處理，從而為接收機中的各個部分提供適當?shù)臅r鐘。
可配置單元5用于實現(xiàn)對傳輸?shù)目刂??？膳渲脝卧?例如還包括主控單元6、寬帶信號發(fā)生器7、上變頻模塊8、功率放大器9和切換控制模塊10。
在可配置單元5中，主控單元6用于對寬帶信號發(fā)生器7、上變頻模塊8、功率放大器9和切換控制模塊10進行統(tǒng)一控制和管理。寬帶信號發(fā)生器7用于根據(jù)主控單元1的配置來產(chǎn)生進行發(fā)送所需的寬帶基帶信號。上變頻模塊8用于將基帶信號調(diào)制為射頻信號。功率放大器9用于確定饋入天線的發(fā)送功率。切換控制模塊10用于通過控制開關模塊來選擇進行發(fā)送的天線陣元，從而控制天線陣元進行發(fā)送的時間長度。
開關模塊11用于以時分復用的方式選擇天線陣列中的多個天線陣元來發(fā)送信號。
如圖1所示，接收機包括控制臺13、定位模塊14、高精度時鐘源15、時鐘管理單元16、可配置單元17、開關模塊23和接收天線陣列24。
在接收機中，控制臺13用于為用戶提供操作界面，設置接收機的參數(shù)，判斷數(shù)據(jù)的有效性，操作定位模塊以及存儲數(shù)據(jù)等。
定位模塊14、高精度時鐘源15和時鐘管理單元16與發(fā)送機中的定位模塊2、高精度時鐘源3和時鐘管理單元4相類似，因此，這里不再贅述。需要說明的是，盡管在圖1中，在發(fā)送機和接收機都示出了定位模塊1和14，但是，這僅僅是為了進行說明。所述定位模塊1和14是可選的。例如，在一個實施例中，可以僅在發(fā)送機側(cè)或者僅在接收機側(cè)設置定位模塊1或14。例如，可以根據(jù)接收機和發(fā)送機中的哪一個進行移動，而確定將定位模塊設置在發(fā)送機還是接收機。在一個實施例中，也可以不設置定位模塊。
可配置單元17包括主控單元18、切換控制模塊19、下變頻模塊20、相關器21和數(shù)據(jù)存儲裝置22。
在可配置單元17中，主控單元18用于控制和管理切換控制模塊19、下變頻模塊20、相關器21和數(shù)據(jù)存儲裝置22。切換控制模塊19用于通過控制開關模塊23來選擇進行接收的天線陣元，從而控制天線陣元進行接收的時間長度。下變頻模塊20用于將接收的射頻信號轉(zhuǎn)換為基帶信號。相關器21用于接收的基帶信號進行相關處理(例如，相關接收)，從而由接收的信道數(shù)據(jù)中得出信道沖激響應。數(shù)據(jù)存儲用于按照事先設定的文件存儲規(guī)則(例如，二進制文件)，實時存儲所獲得的信道沖激響應。
開關模塊23用于以時分復用的方式選擇天線陣列中的多個天線陣元來接收信號。
下面參照圖1，說明根據(jù)本發(fā)明的方法的處理過程。
如圖1所示，由控制臺1來控制發(fā)送機。用戶可以通過控制臺中的用戶操作接口來設置測量參數(shù)。例如，用戶可以選擇測量所使用的寬帶測量信號、發(fā)射信號的頻率、發(fā)射信號的天線等。也可以由控制臺1根據(jù)測量場景和頻段的要求自動完成參數(shù)的配置，例如包括合理設計的寬帶測量信號、經(jīng)過上變頻之后饋入天線的發(fā)送功率、天線陣列中進行發(fā)射的陣元的個數(shù)和間距等。
可選地，在一個實施例中，當發(fā)送機處于移動狀態(tài)時，可以采用定位模塊2例如通過GPS來確定發(fā)送機所處的位置以記錄測量路線，并將位置信息傳遞給控制臺保存，以便與測量數(shù)據(jù)進行對應。
采用高精度時鐘源3來提供定時基準。時鐘管理單元4從高精度時鐘源3接收時鐘信號，并對其進行處理，以產(chǎn)生符合發(fā)送機的各個部分需要的時鐘信號。接著，時鐘管理單元4輸出時鐘到發(fā)送機中的各個模塊。
根據(jù)本發(fā)明的可配置單元5用于實現(xiàn)對發(fā)送機的靈活配置。其中，主控單元6從控制臺接收配置參數(shù)，并根據(jù)配置參數(shù)來配置寬帶信號發(fā)生器7、上變頻模塊8、功率放大器9和切換控制模塊10。
例如，所述配置參數(shù)可以根據(jù)測量場景、頻段和帶寬的要求來靈活設置。其中，術語“場景”指的是室內(nèi)、城區(qū)微小區(qū)或宏小區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村等。所考慮的場景特征可以包括地形地貌、建筑物的結構、密集程度、植被的覆蓋情況、道路、架設的天線高度等。在設置測量系統(tǒng)的參數(shù)時，需要預估計場景中的最大延時、相干時間等，以便折衷地設計寬帶測量信號的持續(xù)時間、收發(fā)天線陣元的個數(shù)、所能支持的移動速度等。根據(jù)“場景”的不同，所預估的這些參數(shù)的經(jīng)驗值就會有所不同。因此，在測量時，需要指出特定的場景。
主控單元6可以控制寬帶信號發(fā)生器7來產(chǎn)生適當?shù)膶拵y量信號。所產(chǎn)生的寬帶測量信號的序列應當具有良好的自相關特性，以使得在由接收機通過相關器得到信道沖激響應中引入的誤差最小。另外，所述寬帶測量信號的序列的長度應當滿足最大多徑時延以及信道相關時間的限制。在發(fā)送機中，可以根據(jù)測量目標來設計發(fā)送信號的帶寬。所采用的信號的形式可以是窄脈沖，也可以是偽隨機序列擴頻信號。
接著，由寬帶信號發(fā)生器7所產(chǎn)生的寬帶測量信號(基帶)被送到上變頻模塊8。上變頻模塊8將所述寬帶測量信號調(diào)制到適當?shù)陌l(fā)送頻率上。例如，可以由主控單元6來控制上變頻模塊8將所述寬帶測量信號轉(zhuǎn)換到所期望的頻段。
之后，經(jīng)過上變頻的信號被傳遞到功率放大器9中。功率放大器9根據(jù)主控單元6的配置來設置可變增益，從而調(diào)節(jié)饋入天線的發(fā)送功率。由于不同的頻段具有不同的損耗特性，因此，需要通過調(diào)節(jié)功率放大器的偏置改變信號功率的增益，從而調(diào)整饋入天線的功率。
切換控制模塊10根據(jù)主控單元1的配置，通過開關模塊11控制進行發(fā)送的天線陣元。切換控制模塊10可以用時分復用的方式指示開關模塊控制從多個天線陣元上依次發(fā)送射頻信號。由于切換控制模塊10可以通過開關模塊11靈活地控制天線陣元(例如，進行發(fā)送的天線陣元的間距以及天線陣元進行發(fā)送的時間長度等)，因此這種測量方法不僅適用于MIMO系統(tǒng)，也適用于單入多出(SIMO)系統(tǒng)、多入單出(MISO)系統(tǒng)、單入單出(SISO)系統(tǒng)等。
如圖1所示，在接收機側(cè)，由控制臺13來配置接收機。用戶可以通過控制臺13中的用戶操作接口來設置參數(shù)。例如，用戶可以根據(jù)所使用的寬帶測量信號的類型來設置進行相關接收的相關碼，可以設置進行接收(測量)的頻段、接收信號的天線以及每個天線陣元進行接收的時間長度，控制數(shù)據(jù)的存儲等。也可以由控制臺13自動設置所述參數(shù)。
可選地，在一個實施例中，當接收機處于移動狀態(tài)中時，可以采用定位模塊14例如通過GPS來確定接收機所處的位置以記錄測量路線，并將位置信息傳遞給控制臺13保存，以便與測量數(shù)據(jù)進行對應。
采用高精度時鐘源15來提供定時基準。時鐘管理單元16從高精度時鐘源15接收時鐘信號，并對其進行處理，以產(chǎn)生符合接收機的各個部分需要的時鐘信號。接著，時鐘管理單元16輸出時鐘到接收機中的各個模塊。
根據(jù)本發(fā)明的可配置單元17用于實現(xiàn)對接收機的靈活配置。其中，主控單元18從控制臺接收配置參數(shù)，并根據(jù)配置參數(shù)來配置數(shù)據(jù)存儲模塊22、相關器21、下變頻模塊20和切換控制模塊19。
根據(jù)主控單元18的配置，切換控制模塊19可以指示開關模塊23控制從多個天線陣元上依次接收射頻信號，例如，可以以時分復用的方式進行接收。
接收的信號經(jīng)過下變頻模塊20，由射頻信號轉(zhuǎn)換成基帶信號?？梢酝ㄟ^主控單元18來配置下變頻模塊20，下變頻模塊20根據(jù)所述配置來確定將哪個頻段的射頻信號轉(zhuǎn)換成基帶信號。
由下變頻模塊20輸出的基帶信號接著被傳遞到相關器21。在相關器21，根據(jù)主控單元的配置，通過由主控單元配置的相關碼對所述基帶信號進行相關接收，從而得到信道響應。在一個實施例中，所述相關器21可以通過對接收的數(shù)據(jù)信號進行兩次濾波，即，對寬帶測量信號和設備的固有響應分別進行濾波，將二者去除，從而得到最終的信道沖激響應。
在數(shù)據(jù)存儲模塊22，根據(jù)事先設定的文件存儲規(guī)則(例如，二進制文件存儲規(guī)則)來存儲所述得到的信道響應數(shù)據(jù)。在移動狀態(tài)下，由于需要存儲較長的時間的大量測量數(shù)據(jù)，因此，為了節(jié)省數(shù)據(jù)存儲模塊22的處理負荷，可以采用間歇的方式發(fā)送數(shù)據(jù)，即，在發(fā)送有限個MIMO測量周期信號后，發(fā)送機停止發(fā)送數(shù)據(jù)，此時接收機進行數(shù)據(jù)的存儲。
另外，在一個實施例中，由于信道的上下行鏈路之間存在互易性，且在接收機處設置有存儲單元，這使得接收機移動不方便，因此，在實際測量時，如果測量鏈路的一端需要固定，則可以選擇固定接收機，而讓發(fā)送機處于移動狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過控制臺實時監(jiān)控待測信道的狀態(tài)，從而能夠及時跟蹤信道的變化，保證所測數(shù)據(jù)的有效性。
圖2是是根據(jù)本發(fā)明的多天線寬帶信道測量系統(tǒng)采用的示例性TDM時序的示意圖。其中，假設發(fā)送天線陣元數(shù)為M，接收天線陣元數(shù)為N。
Ts為接收天線陣列中單個陣元的激活時間。其中，要求所發(fā)送的寬帶測量信號序列的長度大于傳播環(huán)境中典型的最大多徑時延，即，每個子信道上信號的激活時間要大于所測場景中的最大多徑時延，以保證測量的數(shù)據(jù)中包含信道中所有可能的散射徑。這是因為，在對接收數(shù)據(jù)進行相關接收時，所得到的信道沖激響應在延時域上應當包含所有可能的到達徑，這樣才能體現(xiàn)出散射環(huán)境中的全部特征。反之，如果信道沖激響應中包含的多徑數(shù)量小于實際存在的到達徑的數(shù)量，則會損失信道的部分特征，那么這種參數(shù)的設計就是不合理的。
Tg為發(fā)送機的天線開關在切換時需要的保護間隔。Tr表示接收天線陣元的激活時間和陣元間的切換時間的總和，滿足Tr≥Ts。
發(fā)射天線陣列中單個陣元激活的時間為Tt，滿足Tt＝Tg+tr·N。所有的發(fā)射天線陣與接收天線陣激活一次的時間為Tc，稱為一個測量周期。其中，要求測量周期小于傳播環(huán)境中信道的相干時間，以保證所有的MIMO子信道數(shù)據(jù)是準靜態(tài)的。這是因為，在實際的MIMO通信系統(tǒng)中，多個天線是同時發(fā)送和接收信號，那么MIMO信道矩陣中所有子信道的數(shù)據(jù)是相關的，或者是準靜態(tài)的。因此，對于信道測量來說，就要求在一個測量周期內(nèi)的信號是在信道的相干時間之內(nèi)的，以及利用不同的測量周期內(nèi)信號的差異來體現(xiàn)時變特性?！靶诺赖南喔蓵r間”是指在這段時間間隔內(nèi)，兩個到達信號有很強的幅度相關性。信道的相干時間是信道沖激響應維持不變的時間間隔的統(tǒng)計值。它和多普勒擴展都是描述時變特性的參數(shù)。在實際的工程應用中，一般采用大于0.5的相關函數(shù)，此時，相關時間近似為Tc≈916πfm,]]>其中fm表示多普勒頻移。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的多天線寬帶信道測量系統(tǒng)中用于校準的配置的框圖。在進行測量之前，需要對發(fā)送機和接收機進行校準，調(diào)整測量設備達到最佳工作點，完成時鐘的精確同步，并且獲得測量設備的固有響應，以用于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。通過讓信道測量數(shù)據(jù)時鐘精確同步，可以準確、實時地得到設備響應。圖3中的部件與圖1中的相應部件相同，對于所述相同的部件在這里不再重復描述其功能。
如圖3所示，發(fā)送機和接收機都處于固定狀態(tài)，用一根電纜將發(fā)送機和接收機相連，并在其中加入衰減器25，以防超出接收信號強度范圍。圖3的配置中的寬帶測量信號、發(fā)送頻段和發(fā)送功率等參數(shù)與圖1所示的測量系統(tǒng)中的參數(shù)相同。
在進行校準的時候，發(fā)送機中的寬度信號發(fā)生器7產(chǎn)生基帶信號?；鶐盘柾ㄟ^上變頻模塊8進行上變頻，然后進入功率放大器9進行放大。接著，經(jīng)過放大的信號通過衰減器25進入接收機。在接收機，由下變頻模塊20對所接收的信號進行下變頻，然后，由相關器21對基帶信號進行相關接收處理，從而得到用于校準的信號。
在一個實施例中，為了減小測量系統(tǒng)中相位噪聲對接收數(shù)據(jù)的影響，在實際測量過程中，每隔一定的時間就對設備進行校準，重新獲取設備的固有響應，以用于后續(xù)數(shù)據(jù)分析。
可以通過各種方式來實現(xiàn)本發(fā)明的方法及系統(tǒng)。例如，可以通過軟件、硬件、固件以及其任意組合來實現(xiàn)本發(fā)明的方法及系統(tǒng)。上面描述方法步驟的順序僅是為了說明性的目的而采用的，除非明確的說明，否則，本發(fā)明的方法的步驟不限于上面具體描述的順序。另外，在某些實施例中，本發(fā)明還可以體現(xiàn)為在記錄介質(zhì)上所記錄的程序，其包括用于實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的機器可讀指令。
盡管上面已經(jīng)通過例子對本發(fā)明的特定實施例進行了詳細描述，但是，本領域的普通技術人員應當理解，上述例子僅是說明性的而并非是對本發(fā)明的限制。本領域的普通技術人員應當明白，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對上述實施例做出修改。本發(fā)明的范圍由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種用于多天線寬帶信道測量的方法，包括在發(fā)送機，產(chǎn)生寬帶測量信號；對寬帶測量信號進行上變頻以產(chǎn)生射頻信號；對射頻信號進行功率放大以用于發(fā)送；通過發(fā)送天線陣列中的一個或多個天線陣元以時分復用的方式將射頻信號發(fā)送到接收機；在接收機，選擇接收天線陣列中的一個或多個天線陣元以時分復用的方式來接收信號；對接收的信號進行下變頻；以及對經(jīng)基帶信號進行相關接收處理，以得到信道響應；其特征在于，所述方法還包括在發(fā)送機，通過主控單元來控制寬帶測量信號的類型、上變頻信號的頻段、發(fā)送功率以及對發(fā)送天線陣元的選擇；以及在接收機，通過主控單元來控制對接收天線陣元的選擇、接收信號的頻段以及進行相關接收處理所需的相關碼。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述方法用于測量多入多出系統(tǒng)、單入多出系統(tǒng)、多入單出系統(tǒng)、單入單出系統(tǒng)。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括在進行測量之前，對接收機和發(fā)送機進行校準。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，每隔一段時間就對發(fā)送機和接收機進行重新校準，以減小相位噪聲對接收數(shù)據(jù)的影響。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括對接收機或者發(fā)送機或者二者進行定位。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，對于移動路線測量，接收機是固定的，而發(fā)送機是移動的。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括存儲所獲得的信道響應數(shù)據(jù)，其中，對于移動路線測量，發(fā)送機采用間歇方式來發(fā)送寬帶測量信號。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，每個子信道上信號的激活時間要大于所測場景中的最大多徑時延，以及測量周期小于傳播環(huán)境中信道的相干時間。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在進行相關接收處理的步驟中對寬帶測量信號和測量設備的固有響應進行濾波，以獲得信道響應。
10.一種用于多天線寬帶信道測量的系統(tǒng)，包括發(fā)送機，其包括寬帶信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生寬帶測量信號的，上變頻器，用于對寬帶測量信號進行上變頻以產(chǎn)生射頻信號，功率放大器，用于對射信號進行功率放大以用于發(fā)送，和第一切換控制模塊，用于通過開關模塊控制經(jīng)由發(fā)送天線陣列中的一個或多個天線陣元以時分復用的方式將射頻信號發(fā)送到接收機；以及接收機，其包括第二切換控制模塊，用于選擇接收天線陣列中的一個或多個天線陣元以時分復用的方式來接收信號，下變頻模塊，用于對接收的信號進行下變頻，和相關器，用于對基帶信號進行相關接收處理，以得到信道響應；其特征在于，所述系統(tǒng)還包括第一主控單元，用于控制寬帶測量信號的類型、上變頻信號的頻段、發(fā)送功率以及對發(fā)送天線陣元的選擇；以及第二主控單元，用于控制對接收天線陣元的選擇、接收信號的頻段以及進行相關接收處理所需的相關碼，以及數(shù)據(jù)的存儲。
11.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述用于多天線寬帶信道測量的系統(tǒng)用于測量多入多出系統(tǒng)、單入多出系統(tǒng)、多入單出系統(tǒng)、單入單出系統(tǒng)。
12.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，其中，在進行測量之前，對接收機和發(fā)送機進行校準。
13.根據(jù)權利要求12所述的系統(tǒng)，其中，每隔一段時間就對發(fā)送機和接收機的時鐘進行重新校準，以減小相位噪聲對接收數(shù)據(jù)的影響。
14.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，還包括定位模塊，用于對接收機或者發(fā)送機或者二者進行定位。
15.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，其中，對于移動路線測量，接收機是固定的，而發(fā)送機是移動的。
16.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，還包括數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲所獲得的信道響應數(shù)據(jù)，其中，對于移動路線測量，發(fā)送機采用間歇方式來發(fā)送寬帶測量信號。
17.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，其中，每個子信道上信號的激活時間要大于所測場景中的最大多徑時延，以及測量周期小于傳播環(huán)境中信道的相干時間。
18.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述相關器對寬帶測量信號和測量設備的固有響應進行濾波，以獲得信道響應。
全文摘要
公開了一種寬帶信道測量的方法和系統(tǒng)。該方法包括在發(fā)送機，產(chǎn)生寬帶測量信號；對寬帶測量信號進行上變頻以產(chǎn)生射頻信號；對射頻信號進行功率放大；通過發(fā)送天線陣列中的一個或多個天線陣元以時分復用的方式將射頻信號發(fā)送到接收機；在接收機，選擇接收天線陣列中的一個或多個天線陣元以時分復用的方式來接收信號；對接收的信號進行下變頻；和對基帶信號進行相關接收處理，以得到信道響應；該方法還包括在發(fā)送機，通過主控單元來控制寬帶測量信號的類型、上變頻信號的頻段、發(fā)送功率以及對發(fā)送天線陣元的選擇；和在接收機，通過主控單元來控制對接收天線陣元的選擇、接收信號的頻段以及進行相關接收處理所需的相關碼以及數(shù)據(jù)存儲等。
文檔編號H04B7/04GK101039497SQ200710098880
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月28日 優(yōu)先權日2007年4月28日
發(fā)明者張建華, 張平, 高新穎, 張煜, 徐鼎 申請人:北京郵電大學