本發(fā)明涉及無線通訊領(lǐng)域，尤其涉及一種兩徑無線信道相關(guān)時間的測量裝置及測量方法。

背景技術(shù)：

隨著第五代移動通信的快速發(fā)展，無線通信的速率將翻倍，其應(yīng)用也逐漸得到推廣。對于無線信道的測量也有很長的歷史，其經(jīng)歷了將近30多年的發(fā)展歷程，從第一代模擬移動通信系統(tǒng)對于電磁波傳播特性的研究，到第四代移動通信所建立的無線信道的各種理論模型，再到如今第五代移動通信對毫米波傳播特性的測量及信道模型的建立。對于第五代移動通信信道的測量需要新的測試方法及測試裝置，現(xiàn)有研究建立了很多對特定場景的實(shí)際信道測量，通過對這些實(shí)際信道測量得到大量數(shù)據(jù)，然后再次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出毫米波在特定場景下的傳播統(tǒng)計(jì)特性。

無線信道的關(guān)鍵參數(shù)有相關(guān)帶寬、相關(guān)時間等；其中，相關(guān)帶寬參數(shù)本質(zhì)是由于多徑傳播引發(fā)的，其直接關(guān)系到系統(tǒng)需要采用何種調(diào)制解調(diào)方式，或者說如何設(shè)計(jì)收發(fā)信機(jī)。相關(guān)時間概念來源于多普勒頻移，涉及到無線通信接收機(jī)最大的移動速度，比如步行速度與高速鐵路環(huán)境此參數(shù)變化極大，此值的大小涉及到如何進(jìn)行系統(tǒng)的編解碼及糾錯碼的設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)的無線信道相關(guān)時間的測量方式有：1)采取矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接固定收發(fā)天線，直接測試實(shí)際信道，此方式是建立統(tǒng)計(jì)模型的關(guān)鍵及常規(guī)的測量方式；2)采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接收發(fā)信機(jī)，且移動收發(fā)信機(jī)的方式，對無線信道做測量，此方式由于收發(fā)信機(jī)直接連接到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上面，當(dāng)收發(fā)信機(jī)移動時候不可避免的使連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀與收發(fā)信機(jī)的電纜移動，這種方式將嚴(yán)重影響測試精度，這是由于電纜的移動會引入相位誤差，同時需要較長的高性能的電纜，成本增加，另外，電纜的移動相當(dāng)于信道中有物體移動進(jìn)一步引入誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種兩徑無線信道相關(guān)時間的測量裝置與測量方法。

一種兩徑無線信道相關(guān)時間的測量裝置，其特征在于，包括信號收發(fā)處理裝置、正向移動反射裝置以及反向移動反射裝置，其中：

正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的移動路徑相互平行設(shè)置；

信號收發(fā)處理裝置包括信號發(fā)射端與信號接收端，信號發(fā)射端與正向移動反射裝置或反向移動反射裝置的移動路徑正對設(shè)置；信號接收端與正向移動反射裝置或反向移動反射裝置的移動路徑正對設(shè)置；

信號發(fā)射端發(fā)射信號，經(jīng)正向移動反射裝置與反向移動反射裝置分別反射，并由信號接收端接收，之后由信號收發(fā)處理裝置進(jìn)行處理。

進(jìn)一步的，正向移動反射裝置向靠近信號發(fā)射端及信號接收端方向移動；反向移動反射裝置向遠(yuǎn)離信號發(fā)射端及信號接收端方向移動。

進(jìn)一步的，設(shè)定正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的移動路徑之間的距離為l1，信號發(fā)射端或信號接收端與正向移動反射裝置之間的最小距離為l2，信號發(fā)射端或信號接收端與反向移動反射裝置之間的最大距離為l3，其中：

l2/l1的值大于等于10，l3/l2的值大于等于2。

進(jìn)一步的，正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的移動起點(diǎn)位于同一條起點(diǎn)線上。

進(jìn)一步的，測量裝置還包括計(jì)算機(jī)以及控制器，其中：

計(jì)算機(jī)與信號收發(fā)處理裝置連接，與其進(jìn)行通信及命令交互；

計(jì)算機(jī)通過控制器分別控制正向移動反射裝置與反向移動反射裝置工作。

進(jìn)一步的，正向移動反射裝置與反向移動反射裝置均由反射板、移動裝置以及軌道組成，其中：

發(fā)射板設(shè)置在移動裝置上，移動裝置沿軌道運(yùn)動；

移動裝置與控制器連接，移動裝置帶動反射板正向或者反向運(yùn)動；

信號發(fā)射端發(fā)射出的信號分別經(jīng)正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的反射板進(jìn)行反射，再由信號接收端接收。

進(jìn)一步的，測量裝置還包括測量平臺，測量平臺包括基板以及安裝在基板上的固定裝置，信號發(fā)射端、信號接收端通過固定裝置固定在基板上，正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的軌道通過固定裝置固定在基板上。

本發(fā)明的一種兩徑無線信道相關(guān)時間的測量裝置，將信號發(fā)射端與信號接收端的位置固定，與傳統(tǒng)測量方法相比，不會因?yàn)樾盘柦邮斩艘苿訋舆B接電纜移動而引入相位誤差，進(jìn)而影響測量精度，且本測量裝置對電纜性能的要求降低，在降低成本的基礎(chǔ)上，測量更加易于實(shí)現(xiàn)，測量精度也更高。

一種兩徑無線信道相關(guān)時間的測量方法，包括以下步驟：

(1)測量路徑設(shè)定：

設(shè)定正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的移動路徑之間的距離為l1，信號發(fā)射端或信號接收端與正向移動反射裝置之間的最小距離為l2，信號發(fā)射端或信號接收端與反向移動反射裝置之間的最大距離為l3；

(2)參數(shù)設(shè)定：

通過計(jì)算機(jī)設(shè)置信號收發(fā)處理裝置的工作頻率f、輸出功率p、掃描時間t；設(shè)置正向移動反射裝置向靠近信號發(fā)射端及信號接收端方向移動，且移動速率為v；設(shè)置反向移動反射裝置向遠(yuǎn)離信號發(fā)射端及信號接收端方向移動，且移動速率為v，其中掃描時間t結(jié)束后，正向移動反射裝置與反向移動反射裝置停止移動；

(3)進(jìn)行測量：

根據(jù)步驟(2)設(shè)定的參數(shù)，信號發(fā)射端發(fā)射信號，控制器控制正向移動反射裝置與反向移動反射裝置進(jìn)行運(yùn)動；

信號接收端測量信號傳輸?shù)膕參數(shù)；

其中，信號發(fā)射端發(fā)射的信號可用以時間為變量的函數(shù)s(t)表示；

信號接收端根據(jù)s參數(shù)，可得出正向移動反射裝置反射后的信號與時間的函數(shù)為r1(t)，反向移動反射裝置反射后的信號與時間的函數(shù)為r2(t)，信號接收端接收到的合成信號為r(t)，其中r(t)＝r1(t)+r2(t)；

(4)計(jì)算

根據(jù)合成信號r(t)的函數(shù)關(guān)系，設(shè)定合成信號r(t)的相位為δθ，當(dāng)δθ的值等于π的奇數(shù)倍，或者等于2π的整數(shù)倍時，合成信號r(t)的波形分別達(dá)到零點(diǎn)值與峰值，相鄰的峰值與零點(diǎn)值之間所經(jīng)歷的時間即為相關(guān)時間。

進(jìn)一步的，步驟(3)中，信號發(fā)射端發(fā)射信號的函數(shù)表達(dá)式為s(t)＝cos2πft；

由于l2/l1＞＞1，則正向移動反射裝置反射回的信號其中：r為信號從信號發(fā)射端發(fā)出至正向移動反射裝置反射后由信號接收端接收所經(jīng)歷的初始距離，α1為衰減系數(shù)，c為光速；反向移動反射裝置反射回的信號其中：r′為信號從信號發(fā)射端發(fā)出至反向移動反射裝置反射后由信號接收端接收所經(jīng)歷的初始距離，α2為衰減系數(shù)，c為光速；

信號接收端接收到的合成信號

進(jìn)一步的，步驟(4)中，由于信號的波長λ與光速c以及工作頻率f的關(guān)系為：λ＝c/f，故當(dāng)δθ≈2kπ時，合成信號r(t)達(dá)到峰值，δθ≈(2k+1)π時，合成信號r(t)達(dá)到零點(diǎn)值，其中：k＝0,1,2,3…；設(shè)定相鄰的峰值與零點(diǎn)值相對應(yīng)的時間分別為tmax與tmin，設(shè)定相關(guān)時間為tc，則tc＝tmax-tmin。

本發(fā)明的一種兩徑無線信道相關(guān)時間的測量方法，利用本發(fā)明中的測量裝置對信號傳輸?shù)南嚓P(guān)時間進(jìn)行測量，測量易于實(shí)現(xiàn)，且利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀以及計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得出精度較高的相關(guān)時間，與現(xiàn)有技術(shù)相比有很大的進(jìn)步。

附圖說明

為了更清楚的說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見的，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。

圖1為本實(shí)施例的一種兩徑無線信道相關(guān)時間的測量裝置的部件組成圖；

圖2為本實(shí)施例的一種兩徑無線信道相關(guān)時間的測量裝置的部件位置關(guān)系圖；

圖3為本實(shí)施例的一種兩徑無線信道相關(guān)時間的測量方法的結(jié)果分析圖(一)；

圖4為本實(shí)施例的一種兩徑無線信道相關(guān)時間的測量方法的結(jié)果分析圖(二)；

圖5為本實(shí)施例的一種兩徑無線信道相關(guān)時間的測量方法的結(jié)果分析圖(三)；

圖中：1-信號收發(fā)處理裝置、2-計(jì)算機(jī)、3-控制器、4-反射板、5-移動裝置、6-軌道。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示為本實(shí)施例的一種兩徑無線信道相關(guān)時間的測量裝置，包括信號收發(fā)處理裝置1、正向移動反射裝置以及反向移動反射裝置，其中正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的移動路徑相互平行設(shè)置。

信號收發(fā)處理裝置1包括信號發(fā)射端與信號接收端，信號發(fā)射端與正向移動反射裝置或反向移動反射裝置的移動路徑正對設(shè)置，信號接收端與正向移動反射裝置或反向移動反射裝置的移動路徑正對設(shè)置，所謂正對設(shè)置即信號發(fā)射端的發(fā)射信號方向與正向移動反射裝置或反向移動反射裝置的移動方向處在同一直線方向上，以及信號接收端的接收信號方向與正向移動反射裝置或反向移動反射裝置的移動方向處在同一直線方向上；信號發(fā)射端發(fā)射信號，經(jīng)正向移動反射裝置與反向移動反射裝置分別反射，并由信號接收端接收，之后由信號收發(fā)處理裝置1進(jìn)行處理。優(yōu)選的，本實(shí)施例中信號收發(fā)處理裝置1為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過信號發(fā)射端將信號發(fā)射出，經(jīng)過正向移動反射裝置與反向移動反射裝置反射與衰減后由信號接收端接收，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀根據(jù)發(fā)射信號與接收信號進(jìn)行比對分析得出相關(guān)時間。

具體的，正向移動反射裝置向靠近信號發(fā)射端及信號接收端方向移動；反向移動反射裝置向遠(yuǎn)離信號發(fā)射端及信號接收端方向移動。

具體的，本實(shí)施例的測量裝置還包括計(jì)算機(jī)2以及控制器3，其中計(jì)算機(jī)2與信號收發(fā)處理裝置1連接，與其進(jìn)行通信及命令交互；計(jì)算機(jī)2通過控制器3分別控制正向移動反射裝置與反向移動反射裝置工作。優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)2通過gpib線纜連接到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上，與其進(jìn)行通信及命令交互，計(jì)算機(jī)2發(fā)送gpib命令，可設(shè)置矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的各個工作參數(shù)；計(jì)算機(jī)2通過串口線與控制器3連接，并向控制器3發(fā)送命令，本實(shí)施例對控制器3的型號不錯具體限定，可選擇stm32系列的控制器3。

具體的，正向移動反射裝置與反向移動反射裝置均由反射板4、移動裝置5以及軌道6組成，其中發(fā)射板設(shè)置在移動裝置5上，移動裝置5沿軌道6運(yùn)動；移動裝置5與控制器3連接，移動裝置5帶動反射板4正向或者反向運(yùn)動。優(yōu)選的，移動裝置5包括電機(jī)、絲杠以及螺母，絲杠與軌道6平行設(shè)置，螺母套設(shè)在絲杠上且其部分結(jié)構(gòu)嵌于軌道6中，反射板4安裝在螺母上方，絲杠與電機(jī)同軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)電機(jī)帶動絲杠轉(zhuǎn)動時，螺母與反射板4沿軌道6向特定方向運(yùn)動；信號發(fā)射端、信號接收端以及正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的反射板4四者在同一高度；當(dāng)控制器3向電機(jī)發(fā)送運(yùn)轉(zhuǎn)指令后，電機(jī)開始帶動絲杠轉(zhuǎn)動，螺母與反射板4在軌道6上同步運(yùn)動，正向移動反射裝置的反射板4與反向移動反射裝置的反射板4向相反方向同速率運(yùn)動，信號發(fā)射端發(fā)射出的信號分別經(jīng)正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的反射板4進(jìn)行反射，再由信號接收端接收。本發(fā)明對正向移動反射裝置、反向移動反射裝置的具體結(jié)構(gòu)不做限定，本實(shí)施例僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式。

具體的，如圖2所示，信號發(fā)射端與信號接收端平行設(shè)置，且平齊設(shè)置，設(shè)定正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的移動路徑之間的距離為l1，信號發(fā)射端或信號接收端與正向移動反射裝置之間的最小距離為l2，信號發(fā)射端或信號接收端與反向移動反射裝置之間的最大距離為l3，其中為減小測量誤差，限定l2/l1的值大于等于10，l3/l2的值大于等于2。

具體的，正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的移動起點(diǎn)位于同一條起點(diǎn)線上，該起點(diǎn)線和信號發(fā)射端與信號接收端之間平齊設(shè)置的線相平行。

具體的，本實(shí)施例的測量裝置還包括測量平臺，測量平臺包括基板以及安裝在基板上的固定裝置，信號發(fā)射端、信號接收端通過固定裝置固定在基板上，正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的軌道6通過固定裝置固定在基板上。當(dāng)進(jìn)行相關(guān)時間的測量時，根據(jù)設(shè)定的距離關(guān)系將各部件通過固定裝置固定后進(jìn)行測量。

整個兩徑無線信道相關(guān)時間的測量裝置，將信號發(fā)射端與信號接收端的位置固定，與傳統(tǒng)測量方法相比，不會因?yàn)樾盘柦邮斩说囊苿訋舆B接電纜的移動而引入相位誤差，進(jìn)而影響測量精度，且本測量裝置對電纜性能的要求降低，在降低成本的基礎(chǔ)上，測量更加易于實(shí)現(xiàn)，測量精度也更高。

一種兩徑無線信道相關(guān)時間的測量方法,在上一實(shí)施例的測量裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行，步驟包括：

(1)測量路徑設(shè)定：

設(shè)定正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的移動路徑之間的距離為l1，信號發(fā)射端或信號接收端與正向移動反射裝置之間的最小距離為l2，信號發(fā)射端或信號接收端與反向移動反射裝置之間的最大距離為l3；

根據(jù)設(shè)定的測量路徑，將信號發(fā)射端、信號接收端、正向移動反射裝置、反向移動反射裝置進(jìn)行固定，各部件距離可選取為：l1＝10cm，l2＝100cm，l3＝300cm，本組數(shù)據(jù)只為本實(shí)施例的一種選取方法，并不能限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。優(yōu)選的，l1的值越小越好，可盡量減小測量誤差。

(2)參數(shù)設(shè)定：

通過計(jì)算機(jī)2設(shè)置信號收發(fā)處理裝置1的工作頻率f、輸出功率p、掃描時間t；設(shè)置正向移動反射裝置向靠近信號發(fā)射端及信號接收端方向移動，且移動速率為v；設(shè)置反向移動反射裝置向遠(yuǎn)離信號發(fā)射端及信號接收端方向移動，且移動速率為v，其中掃描時間t結(jié)束后，正向移動反射裝置與反向移動反射裝置停止移動；

根據(jù)上一步驟已經(jīng)確定的測量路徑，對移動速率v以及掃描時間t進(jìn)行限定，需滿足移動速率v與掃描時間t的乘積小于或者等于正向移動反射裝置或者反向移動反射裝置可移動的距離。

(3)進(jìn)行測量：

根據(jù)步驟(2)設(shè)定的參數(shù)，信號發(fā)射端發(fā)射信號，控制器3控制正向移動反射裝置與反向移動反射裝置進(jìn)行運(yùn)動；

信號接收端測量信號傳輸?shù)膕參數(shù)，且不斷更新；

其中，信號發(fā)射端發(fā)射的信號可用以時間為變量的函數(shù)s(t)表示；

信號接收端根據(jù)s參數(shù)，可得出正向移動反射裝置反射后的信號與時間的函數(shù)為r1(t)，反向移動反射裝置反射后的信號與時間的函數(shù)為r2(t)，信號接收端接收到的合成信號為r(t)，其中r(t)＝r1(t)+r2(t)；

信號傳輸時的函數(shù)表示一般選用正弦或者余弦函數(shù)，本實(shí)施例采用余弦函數(shù)對測量信號進(jìn)行表示。

(4)計(jì)算

根據(jù)合成信號r(t)的函數(shù)關(guān)系，設(shè)定合成信號r(t)的相位為δθ，當(dāng)δθ的值等于π的奇數(shù)倍，或者等于2π的整數(shù)倍時，合成信號r(t)的波形分別達(dá)到零點(diǎn)值與峰值，相鄰的峰值與零點(diǎn)值之間所經(jīng)歷的時間即為相關(guān)時間。

具體的，在步驟(3)中，設(shè)定信號發(fā)射端發(fā)射信號的函數(shù)表達(dá)式為s(t)＝cos2πft；由于l2/l1＞＞1，則正向移動反射裝置反射回的信號其中：r為信號從信號發(fā)射端發(fā)出至正向移動反射裝置反射后由信號接收端接收所經(jīng)歷的初始距離，α1為衰減系數(shù)，c為光速；反向移動反射裝置反射回的信號其中：r′為信號從信號發(fā)射端發(fā)出至反向移動反射裝置反射后由信號接收端接收所經(jīng)歷的初始距離，α2為衰減系數(shù)，c為光速；

信號接收端接收到的合成信號當(dāng)正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的移動起點(diǎn)位于同一條起點(diǎn)線上時，r＝r′。由于信道相關(guān)時間的測量與信號傳輸?shù)南辔唤怯嘘P(guān)，而與信號傳輸?shù)恼穹约八p程度無關(guān)，所以本發(fā)明對信號傳輸?shù)乃p系數(shù)α1以及α2的具體計(jì)算方法不做敘述。

具體的，步驟(4)中，由于信號的波長λ與光速c以及工作頻率f的關(guān)系為：λ＝c/f，故當(dāng)δθ≈2kπ時，合成信號r(t)達(dá)到峰值，δθ≈(2k+1)π時，合成信號r(t)達(dá)到零點(diǎn)值，其中：k＝0,1,2,3…；設(shè)定相鄰的峰值與零點(diǎn)值相對應(yīng)的時間分別為tmax與tmin，設(shè)定相關(guān)時間為tc，則tc＝tmax-tmin。當(dāng)正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的移動起點(diǎn)位于同一條起點(diǎn)線上時，r＝r′，此時可見，合成信號的相位與信號的波長λ、掃描時間t以及移動速率v相關(guān)。

具體的，如圖3至圖5所示，為根據(jù)本發(fā)明的測量裝置進(jìn)行測量所得的結(jié)果分析圖。設(shè)置l1＝10cm，l2＝100cm，l3＝300cm，工作頻率f＝19ghz，

其中圖3為移動速率v＝0時的測試結(jié)果，由圖可見，信道衰減約33.4db，且基本穩(wěn)定，同時，相位值為-167.5度左右，也基本穩(wěn)定。由此可見信道的相關(guān)時間幾乎為無窮大，分析其原因是由于信道中沒有任何移動物體。

其中圖4為移動速率v＝0.05m/s時的測量結(jié)果，由圖可見，信號接收端收到的信號發(fā)生了周期性的變化，且變化幅度接近20db，整個過程出現(xiàn)了約4個周期的大幅度變化，所以其相關(guān)時間tc約為100ms。

圖5中，另移動速率v＝0.15m/s時的測試結(jié)果，由圖可見，信號接收端收到的信號發(fā)生了周期性的變化且變化幅度接近20db，整個過程出現(xiàn)了約12個周期的大幅度變化，從而其相關(guān)時間約為33ms。

整個兩徑無線信道相關(guān)時間的測量方法，利用本發(fā)明中的測量裝置對信號傳輸?shù)南嚓P(guān)時間進(jìn)行測量，測量易于實(shí)現(xiàn)，且利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀以及計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得出精度較高的相關(guān)時間，與現(xiàn)有技術(shù)相比有很大的進(jìn)步。

以上借助具體實(shí)施例對本發(fā)明做了進(jìn)一步描述，但是應(yīng)該理解的是，這里具體的描述，不應(yīng)理解為對本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的限定，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員在閱讀本說明書后對上述實(shí)施例做出的各種修改，都屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。