[发明专利]一种基于FPGA的信道模拟器及其模拟方法

说明书

一种基于FPGA的信道模拟器及其模拟方法，该信道模拟器包括主机、基带和中频子系统、射频子系统、时钟和触发子系统以及电源管理子系统；主机分别通过不同的以太网接口与基带和中频子系统、射频子系统、时钟和触发子系统连接；时钟和触发子系统还与基带和中频子系统、射频子系统连接；基带和中频子系统与射频子系统连接；主机、基带和中频子系统、射频子系统、时钟和触发子系统均与电源管理子系统连接。本发明还包括基于FPGA的信道模拟器的模拟方法。本发明以4个FPGA通过Aurora总线高速互连，每个FPGA能够提供两个信道的输入输出接口，最大能实现8发8收的信道模拟，能够满足现有MIMO系统的最大模拟需求。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体是涉及一种基于FPGA的信道模拟器及其模拟方法。

背景技术

为了验证通信设备的性能，通常需要在一个接近实际传输特性的信道环境中对通信设备进行测试。常用的方法有外场试验法和测试仪法。外场试验法虽然测试结果可信度高，但是需要大量的人力物力，成本高；测试仪法中所采用的信道模拟器能够实现信道环境的仿真，方便对设备性能的测试，但是价格昂贵，技术垄断在国外几家著名的仪器公司手里。目前，国内没有一家拥有独立产权的信道模拟器的生产公司。现有论文中，大多的学者所设计的信道模拟器结构简单，大部分是基于一块FPGA板或加一块DSP芯片来设计的，这样往往不能满足模拟信道场景所需的硬件资源的消耗。而且，很多学者都是根据自己所要仿真的特定信道来设计相应的信道模拟器，所以只能仿真某种特定的信道场景，而不能满足现有4G通信系统的所有信道模拟需求（如：LTE系统最大能提供8发8收的MIMO通信系统）。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种工作可靠，能同时模拟多种信道环境的基于FPGA（现场可编程门阵列）的信道模拟器及其模拟方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案为：

一种基于FPGA的信道模拟器，包括主机、基带和中频子系统、射频子系统、时钟和触发子系统以及电源管理子系统。主机分别通过不同的以太网接口与基带和中频子系统、射频子系统、时钟和触发子系统连接；时钟和触发子系统还与基带和中频子系统、射频子系统连接；基带和中频子系统与射频子系统连接；主机、基带和中频子系统、射频子系统、时钟和触发子系统均与电源管理子系统连接。

所述主机提供人机界面和程控接口，根据用户设置的信道模拟参数生成基带和中频子系统、射频子系统以及时钟和触发子系统所需的参数，并通过以太网接口分别对基带和中频子系统、射频子系统以及时钟和触发子系统进行配置，控制整个信道模拟器的运行。

所述基带和中频子系统是信道模拟器的核心，提供最多可达8通道输入和8通道输出的中频接口，基带和中频子系统实现信道环境的实时模拟，产生模拟信道环境的中频数字信号；同时，基带和中频子系统接收从射频子系统输入的中频模拟信号，经模数转化后，与模拟信道环境的中频数字信号进行离散卷积，再经数模转化后输出，得到信道模拟后的中频模拟信号。

所述射频子系统是对外的信号输入输出接口，提供最多可达8通道上变频和8通道下变频功能。所述射频子系统对输入的多组模拟信号即射频信号分别进行下变频，转换为中频模拟信号后输出至基带和中频子系统；并接收基带和中频子系统进行信道模拟后的中频模拟信号，进行上变频后输出，得到最终的模拟信号。

所述时钟和触发子系统是整个信道模拟器的时钟基准，提供射频子系统的参考时钟，并提供多路同步的采样时钟和触发信号来控制多个基带和中频收发模块之间的同步操作，以确保多个模块之间的信号节拍和时延一致。

所述电源管理子系统为信道模拟器的各子系统供电，并实现不同子系统的上电时序控制，并提供内置式电源优化和管理功能。