无线传播特性是通信过程设计中的最基本因素。细致地了解无线传播环境, 对成功开发和研究一个无线系统是非常必要的。无线通信工程师有必要掌握信道的特性, 这样才能设计出高质量的无线通信系统。无线通信系统所能提供的业务的可行性与质量在很大程度上受到基站与移动用户间信道特性的影响。为了研究这些影响, 就需要在一定传播特性下进行实验。由于条件所限, 不可能在设备研制的全过程都进行现场实验, 这在技术和经费上都有问题, 所以采用一个有良好近似效果的信道模拟器是一个较好的解决方法。
一台无线通信设备可大致分为基带部分和射频部分。基带部分主要由数字电缆组成, 射频部分主要由模拟电缆组成。两部分电路的调试方法有很大区别。但在研发测试阶段, 一些重要参数涉及基带和射频两方面, 无法分割。如果采用射频信道模拟器, 在测试结果异常时, 就无法确定是基带部分出问题还是射频部分出问题。由此可见, 将两部分电路混合在一起的调试将大大增加调试的工作量和难度。因此, 需要在基带和射频上对信道分别进行模拟。下面简要介绍无线信道模拟器和基带衰落模拟器的使用。
1 无线信道模拟器
下面以TAS 4500 无线信道模拟器为例子, 简要介绍其使用方法。
1.1 信道通路BYPASS 功能检查
每台TAS 4500 可以配置为12 条路径。当信道( CHANNAL) BYPASS 设置激活后,信号可以直接通过相应的CHANNAL,而不经过调制和衰减( 图1) 。
根据测试需要, 信号发生器或频谱分析仪可以换成其他设备。
在TAS 4500 上完成下列步骤:
(1) 选择“FILE”功能;
(2) 选择“FILE RECALL ”子菜单并且恢复默认(default);
(3) 选择“CHANNEL 1”功能;
(4) 设置“BYPASS”。
1.2 路径衰减
在TAS 4500 中路径损耗是可编程的, 范围从30～50 dB (根据系统具体配置), 增量以0.1d B 为单位, 按照图1 连接测试系统。需要注意, 根据需要可以将频谱分析仪换成其他设备。
设置步骤为:
(1) 将TAS 4500 的本振输出端(LO OUT)连接到本振输入端(LO IN);
(2) 设置射频信号源、频谱分析仪;
(3) 在TAS 4500 上进行下列步骤:
·选择“FILE”功能;
·选择“ FILE RECALL ”子菜单并且恢复“DEFAULT”;
·选择“CHANNEL 1”功能;
·设置本振模式到“INTERNAL AUTO”;
·选择“CHANNEL 1”功能;
·选择“PATH1”,将“LOSS”设为需要的衰减值。
1.3 Rayleigh 衰落模拟结果( 频谱)
主要有以下操作步骤:
(1) 按照图1 连接测量系统;
(2) 在TAS 4500 上进行下列操作:
·选择“FILE”功能;
·选择“FILE RECALL”子菜单并且恢复“DEFAULT”;
·选择“CHANNEL 1”功能;
·设置本振模式到“INTERNAL AUTO”;
·选择“CHANNEL 1”功能;
·选择“PATH 1”并且将调制项(MODULATION)设置到瑞利(RAYLEIGH);
·设置速度(VELOCITY)。
1.4 Racian 衰落模拟结果
Rician 衰落是一个经过瑞利衰落的信号和LOS( Light of Sight) 信号的组合。用TAS 4500 的一个独立路径就可以很容易的模拟这样的信号。这项测试验证Rician 衰落功能是否工作正常。
操作步骤如下:
(1) 按照图1 连接测量系统;
(2) 在被校无线信道模拟器TAS 4500 上进行下列操作:
·选择“FILE”功能;
·选择“FILE RECALL ”子菜单并且恢复“DEFAULT”;
·选择“CHANNEL 1”功能;
·设置本振模式到“INTERNAL AUTO”;
·选择“CHANNEL 1”功能;
·选择“PATH 1”并且将调制项(MODULATION)设置到GSM_RICIAN;
·设置速度(VELOCITY)。
1.5 Frequency Shift 模拟结果
TAS 4500 具有模拟频移的功能。
操作步骤如下:
(1) 按照图1 连接测量系统;
(2) 在TAS 4500 上进行下列操作:
·选择“FILE”功能;
·选择“FILE RECALL ”子菜单并且恢复“DEFAULT”;
·选择“CHANNEL 1”功能;
·设置本振模式到“INTERNAL AUTO”;
·选择“CHANNEL 1”功能;
·选择“PATH 1”并且将调制项(MODULATION)设置到FREQ SHIFT, 设置DOPPLER 频移。
2 基带衰落模拟器ABFS
关于基带衰落模拟器ABFS 的应用见图2。
图2 中AMIQ 用来产生I/Q 调制信号, 输出在AMIQ 的前面板I 和Q 输出端口, 也可以使用其他信号发生器来产生I/Q 信号, 但需要注意最大输入电压不能超过±5V。
下图为ABFS的应用
ABFS 的后面板见图3。
测试GSM设备时, 应用ABFS 的例子如下:
[PRESET] 后, 选择[MODE GRP A], 然后选择[1CHANNEL/12PATH/1INPUT/1OUTPUT]; 选择[FSIM], 然后可以根据需要选择对应的移动通信标准, 更改频率、速度、衰落类型、时延和相移等, 然后选择STATE[RUN]。信道参数特性设置见图4。
STANDARD( 标准) :选择通信标准( 如GSM等) ;SPEED UNIT( 速度单位) :km/h; SHOWPATH( 选择路径) :1..6( 或7..12) ;
INSERTION LOSS SETTINGMODE ( 选择插入损耗设置模式) : AUTO(MAN:手动设置插入损耗); RF FREQUENCY( 射频频率) ;
CHANNEL1/PATH: 显示路径; STATE:ON[OFF]; PROFILE: 选择衰落类型; SPEED; PATHLOSS; DELAY;PHASE 等等参数设置完毕后即可。
当测试其他标准设备时, 更改STANDARD 后,根据规范或测试要求调整参数即可。
下面介绍一下路径的其他设置方式( 见图5) :
MODE - >1CHANNEL/12PATH/1INPUT/1OUTPUT:一个衰落通路, 12 个路径; CHANNEL/6PATH/2INPUT/1OUTPUT: 两个衰落通路, 每个通路各6 个路径, 一个输出, 即两个I/Q 输入, 一个IQ 输出; 2CHANNEL/6PATH/1INPUT/2OUTPUT: 两个衰落通路, 每个通路各6 个路径, 一个输入, 即一个I/Q 输入, 两个IQ 输出; 2CHANNEL/6PATH/2INPUT/2OUTPUT: 两个衰落通路, 每个通路各6 个路径, 每个通路有各自的输入输出。这样可以非常灵活地根据测试需要配置路径。
如果ABFS 有ABFS- B1 选件, 还可以添加加性高斯白噪声到输出的I/Q 信号( 见图6) 。
SIGNAL+NOISE: 添加加性高斯白噪声到输出的I/Q 信号; SIGNAL: 噪声信号发生器存在于信号路径中, 但噪声不添加到输出信号中;NOISE: I/Q输出端口输出噪声, I/Q 输入信号不输出到I/Q 输出;OFF: 关闭噪声信号发生器。LEVEL:噪声功率电平, 单位: dBfs(dBunder full scale),满量程电平为0.5 伏( I/Q输出电压的均方根值) 。
3 综述
综上所述, 根据应用需要, 我们可以选择在射频处理的无线信道模拟器或者在基带处理的基带衰落模拟器, 从而增加灵活性, 加快开发测试进度。另外需要注意的是各个移动通信标准有不同的参数特性, 尤其是第三代的移动通信标准, 需要熟悉特性后, 选择合适的信道模拟器配置合适的参数测试。