一種兩徑無線信道相關時間的測量裝置及測量方法與流程
本發明涉及無線通訊領域，尤其涉及一種兩徑無線信道相關時間的測量裝置及測量方法。
背景技術：
隨著第五代移動通信的快速發展，無線通信的速率將翻倍，其應用也逐漸得到推廣。對于無線信道的測量也有很長的歷史，其經歷了將近30多年的發展歷程，從第一代模擬移動通信系統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，現有研究建立了很多對特定場景的實際信道測量，通過對這些實際信道測量得到大量數據，然后再次進行統計分析，得出毫米波在特定場景下的傳播統計特性。
無線信道的關鍵參數有相關帶寬、相關時間等；其中，相關帶寬參數本質是由于多徑傳播引發的，其直接關系到系統需要采用何種調制解調方式，或者說如何設計收發信機。相關時間概念來源于多普勒頻移，涉及到無線通信接收機最大的移動速度，比如步行速度與高速鐵路環境此參數變化極大，此值的大小涉及到如何進行系統的編解碼及糾錯碼的設計。
傳統的無線信道相關時間的測量方式有：1)采取矢量網絡分析儀連接固定收發天線，直接測試實際信道，此方式是建立統計模型的關鍵及常規的測量方式；2)采用矢量網絡分析儀連接收發信機，且移動收發信機的方式，對無線信道做測量，此方式由于收發信機直接連接到矢量網絡分析儀上面，當收發信機移動時候不可避免的使連接矢量網絡分析儀與收發信機的電纜移動，這種方式將嚴重影響測試精度，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，電纜的移動相當于信道中有物體移動進一步引入誤差。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種兩徑無線信道相關時間的測量裝置與測量方法。
一種兩徑無線信道相關時間的測量裝置，其特征在于，包括信號收發處理裝置、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置；
信號收發處理裝置包括信號發射端與信號接收端，信號發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置；
信號發射端發射信號，經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，之后由信號收發處理裝置進行處理。
進一步的，正向移動反射裝置向靠近信號發射端及信號接收端方向移動；反向移動反射裝置向遠離信號發射端及信號接收端方向移動。
進一步的，設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位于同一條起點線上。
進一步的，測量裝置還包括計算機以及控制器，其中：
計算機與信號收發處理裝置連接，與其進行通信及命令交互；
計算機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：
發射板設置在移動裝置上，移動裝置沿軌道運動；
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動；
信號發射端發射出的信號分別經正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的反射板進行反射，再由信號接收端接收。
進一步的，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。
本發明的一種兩徑無線信道相關時間的測量裝置，將信號發射端與信號接收端的位置固定，與傳統測量方法相比，不會因為信號接收端移動帶動連接電纜移動而引入相位誤差，進而影響測量精度，且本測量裝置對電纜性能的要求降低，在降低成本的基礎上，測量更加易于實現，測量精度也更高。
一種兩徑無線信道相關時間的測量方法，包括以下步驟：
(1)測量路徑設定：
設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)參數設定：
通過計算機設置信號收發處理裝置的工作頻率f、輸出功率p、掃描時間t；設置正向移動反射裝置向靠近信號發射端及信號接收端方向移動，且移動速率為v；設置反向移動反射裝置向遠離信號發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)進行測量：
根據步驟(2)設定的參數，信號發射端發射信號，控制器控制正向移動反射裝置與反向移動反射裝置進行運動；
信號接收端測量信號傳輸的s參數；
其中，信號發射端發射的信號可用以時間為變量的函數s(t)表示；
信號接收端根據s參數，可得出正向移動反射裝置反射后的信號與時間的函數為r1(t)，反向移動反射裝置反射后的信號與時間的函數為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)計算
根據合成信號r(t)的函數關系，設定合成信號r(t)的相位為δθ，當δθ的值等于π的奇數倍，或者等于2π的整數倍時，合成信號r(t)的波形分別達到零點值與峰值，相鄰的峰值與零點值之間所經歷的時間即為相關時間。
進一步的，步驟(3)中，信號發射端發射信號的函數表達式為s(t)＝cos2πft；
由于l2/l1＞＞1，則正向移動反射裝置反射回的信號
信號接收端接收到的合成信號
進一步的，步驟(4)中，由于信號的波長λ與光速c以及工作頻率f的關系為：λ＝c/f，故
本發明的一種兩徑無線信道相關時間的測量方法，利用本發明中的測量裝置對信號傳輸的相關時間進行測量，測量易于實現，且利用矢量網絡分析儀以及計算機進行數據分析得出精度較高的相關時間，與現有技術相比有很大的進步。
附圖說明
為了更清楚的說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它附圖。
圖1為本實施例的一種兩徑無線信道相關時間的測量裝置的部件組成圖；
圖2為本實施例的一種兩徑無線信道相關時間的測量裝置的部件位置關系圖；
圖3為本實施例的一種兩徑無線信道相關時間的測量方法的結果分析圖(一)；
圖4為本實施例的一種兩徑無線信道相關時間的測量方法的結果分析圖(二)；
圖5為本實施例的一種兩徑無線信道相關時間的測量方法的結果分析圖(三)；
圖中：1-信號收發處理裝置、2-計算機、3-控制器、4-反射板、5-移動裝置、6-軌道。
具體實施方式
下面將結合本發明中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通的技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明的保護范圍。
如圖1所示為本實施例的一種兩徑無線信道相關時間的測量裝置，包括信號收發處理裝置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置。
信號收發處理裝置1包括信號發射端與信號接收端，信號發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置，所謂正對設置即信號發射端的發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；信號發射端發射信號，經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，之后由信號收發處理裝置1進行處理。優選的，本實施例中信號收發處理裝置1為矢量網絡分析儀，矢量網絡分析儀通過信號發射端將信號發射出，經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，矢量網絡分析儀根據發射信號與接收信號進行比對分析得出相關時間。
具體的，正向移動反射裝置向靠近信號發射端及信號接收端方向移動；反向移動反射裝置向遠離信號發射端及信號接收端方向移動。
具體的，本實施例的測量裝置還包括計算機2以及控制器3，其中計算機2與信號收發處理裝置1連接，與其進行通信及命令交互；計算機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。優選的，計算機2通過gpib線纜連接到矢量網絡分析儀上，與其進行通信及命令交互，計算機2發送gpib命令，可設置矢量網絡分析儀的各個工作參數；計算機2通過串口線與控制器3連接，并向控制器3發送命令，本實施例對控制器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，其中發射板設置在移動裝置5上，移動裝置5沿軌道6運動；移動裝置5與控制器3連接，移動裝置5帶動反射板4正向或者反向運動。優選的，移動裝置5包括電機、絲杠以及螺母，絲杠與軌道6平行設置，螺母套設在絲杠上且其部分結構嵌于軌道6中，反射板4安裝在螺母上方，絲杠與電機同軸轉動，當電機帶動絲杠轉動時，螺母與反射板4沿軌道6向特定方向運動；信號發射端、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；當控制器3向電機發送運轉指令后，電機開始帶動絲杠轉動，螺母與反射板4在軌道6上同步運動，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動，信號發射端發射出的信號分別經正向移動反射裝置與反向移動反射裝置的反射板4進行反射，再由信號接收端接收。本發明對正向移動反射裝置、反向移動反射裝置的具體結構不做限定，本實施例僅為本發明的一種實施方式。
具體的，如圖2所示，信號發射端與信號接收端平行設置，且平齊設置，設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位于同一條起點線上，該起點線和信號發射端與信號接收端之間平齊設置的線相平行。
具體的，本實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。當進行相關時間的測量時，根據設定的距離關系將各部件通過固定裝置固定后進行測量。
整個兩徑無線信道相關時間的測量裝置，將信號發射端與信號接收端的位置固定，與傳統測量方法相比，不會因為信號接收端的移動帶動連接電纜的移動而引入相位誤差，進而影響測量精度，且本測量裝置對電纜性能的要求降低，在降低成本的基礎上，測量更加易于實現，測量精度也更高。
一種兩徑無線信道相關時間的測量方法,在上一實施例的測量裝置的基礎上進行，步驟包括：
(1)測量路徑設定：
設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；
根據設定的測量路徑，將信號發射端、信號接收端、正向移動反射裝置、反向移動反射裝置進行固定，各部件距離可選取為：l1＝10cm，l2＝100cm，l3＝300cm，本組數據只為本實施例的一種選取方法，并不能限定本發明的保護范圍。優選的，l1的值越小越好，可盡量減小測量誤差。
(2)參數設定：
通過計算機2設置信號收發處理裝置1的工作頻率f、輸出功率p、掃描時間t；設置正向移動反射裝置向靠近信號發射端及信號接收端方向移動，且移動速率為v；設置反向移動反射裝置向遠離信號發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；
根據上一步驟已經確定的測量路徑，對移動速率v以及掃描時間t進行限定，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)進行測量：
根據步驟(2)設定的參數，信號發射端發射信號，控制器3控制正向移動反射裝置與反向移動反射裝置進行運動；
信號接收端測量信號傳輸的s參數，且不斷更新；
其中，信號發射端發射的信號可用以時間為變量的函數s(t)表示；
信號接收端根據s參數，可得出正向移動反射裝置反射后的信號與時間的函數為r1(t)，反向移動反射裝置反射后的信號與時間的函數為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)；
信號傳輸時的函數表示一般選用正弦或者余弦函數，本實施例采用余弦函數對測量信號進行表示。
(4)計算
根據合成信號r(t)的函數關系，設定合成信號r(t)的相位為δθ，當δθ的值等于π的奇數倍，或者等于2π的整數倍時，合成信號r(t)的波形分別達到零點值與峰值，相鄰的峰值與零點值之間所經歷的時間即為相關時間。
具體的，在步驟(3)中，設定信號發射端發射信號的函數表達式為s(t)＝cos2πft；由于l2/l1＞＞1，則正向移動反射裝置反射回的信號
信號接收端接收到的合成信號
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的關系為：λ＝c/f，故
具體的，如圖3至圖5所示，為根據本發明的測量裝置進行測量所得的結果分析圖。設置l1＝10cm，l2＝100cm，l3＝300cm，工作頻率f＝19ghz，
其中圖3為移動速率v＝0時的測試結果，由圖可見，信道衰減約33.4db，且基本穩定，同時，相位值為-167.5度左右，也基本穩定。由此可見信道的相關時間幾乎為無窮大，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時的測量結果，由圖可見，信號接收端收到的信號發生了周期性的變化，且變化幅度接近20db，整個過程出現了約4個周期的大幅度變化，所以其相關時間tc約為100ms。
圖5中，另移動速率v＝0.15m/s時的測試結果，由圖可見，信號接收端收到的信號發生了周期性的變化且變化幅度接近20db，整個過程出現了約12個周期的大幅度變化，從而其相關時間約為33ms。
整個兩徑無線信道相關時間的測量方法，利用本發明中的測量裝置對信號傳輸的相關時間進行測量，測量易于實現，且利用矢量網絡分析儀以及計算機進行數據分析得出精度較高的相關時間，與現有技術相比有很大的進步。
以上借助具體實施例對本發明做了進一步描述，但是應該理解的是，這里具體的描述，不應理解為對本發明的實質和范圍的限定，本領域內的普通技術人員在閱讀本說明書后對上述實施例做出的各種修改，都屬于本發明所保護的范圍。
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