采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)模擬信道的一種方法

如圖2所示，在信道模擬數(shù)字處理中，首先由插值濾波器對(duì)基帶輸入信號(hào)進(jìn)行插值，由源數(shù)據(jù)隊(duì)列進(jìn)行暫存，同時(shí)信道模型運(yùn)算單元將運(yùn)算完成的信道參數(shù)(如衰減因子、延時(shí)、多普勒頻偏等)存放到信道參數(shù)緩沖區(qū)；信道模擬運(yùn)算單元獲取輸入信號(hào)、信道參數(shù)和WGN進(jìn)行運(yùn)算，再送入到降采樣濾波器，最后輸出基帶信號(hào)。
另外，維護(hù)系統(tǒng)、信道配置系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)是后臺(tái)用戶接口，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)(如系統(tǒng)升級(jí)、校準(zhǔn)補(bǔ)償?shù)?、信道配置、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)控制等，可根據(jù)實(shí)際情況和需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，這里不再進(jìn)行闡述。插值濾波器和降采樣濾波器資料比較多，這里也不再進(jìn)行說(shuō)明，但原則上是產(chǎn)生的系統(tǒng)時(shí)延越小越好。
下面分別對(duì)其他各部分進(jìn)行說(shuō)明。
源數(shù)據(jù)隊(duì)列的主要功能是對(duì)插值后的基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖，采用雙口RAM實(shí)現(xiàn)。為了提高系統(tǒng)對(duì)時(shí)延的支持能力和分辨率，原則上隊(duì)列容量越大越好。以5μs時(shí)延、1 ns分辨率和12位數(shù)模數(shù)為例：(5 000÷1)×2=10 000字節(jié)?？梢钥闯?，通過(guò)加大雙口RAM的容量可以模擬更長(zhǎng)的路徑時(shí)延，而不需要占用處理器的資源。
信道模型運(yùn)算單元對(duì)所配置的模型進(jìn)行運(yùn)算，生成衰減因子、時(shí)延和多普勒頻偏等信道參數(shù)，放入信道參數(shù)緩沖區(qū)。由于信道模型運(yùn)算量大，采用DSP高速處理器+FPGA進(jìn)行主要運(yùn)算單元，并對(duì)信道模型運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，視具體支持的信道模型而定。
信道參數(shù)緩沖區(qū)主要是存放計(jì)算生成的信道參數(shù)。該緩沖區(qū)分兩塊，采用乒乓機(jī)制，每塊緩沖區(qū)空間大小根據(jù)數(shù)據(jù)處理速度進(jìn)行計(jì)算。
信道模擬運(yùn)算單元由一系列運(yùn)行單元構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3中，每個(gè)運(yùn)算單元負(fù)責(zé)計(jì)算一條路徑的信道，運(yùn)算單元的個(gè)數(shù)也就是所支持路徑數(shù)，每個(gè)運(yùn)算單元相互獨(dú)立，且并行計(jì)算(減小系統(tǒng)時(shí)延)，求和后得到輸出結(jié)果。其中，每個(gè)運(yùn)算單元根據(jù)時(shí)延參數(shù)從輸入信號(hào)獲取信號(hào)數(shù)據(jù)。另外，每個(gè)運(yùn)算單元可以根據(jù)實(shí)際的路徑數(shù)按需配置。
以上給出了信道模擬數(shù)字處理的總體設(shè)計(jì)思路，具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)需要考慮的內(nèi)容很多，如時(shí)鐘同步系統(tǒng)、定點(diǎn)精度、算法優(yōu)化等等。最好在做實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)之前，對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行仿真，作為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。

4 結(jié)論
數(shù)字信號(hào)處理方法實(shí)現(xiàn)方法靈活，特別是能夠產(chǎn)生精確的時(shí)延，可以對(duì)多徑信道模型進(jìn)行模擬，給無(wú)線通信的研發(fā)人員帶來(lái)極大的便利；采用數(shù)字信號(hào)處理的方法是無(wú)線信道模擬的發(fā)展方向，隨著硬件技術(shù)的不斷升級(jí)，可以模擬越來(lái)越復(fù)雜的信道模型。
相比通過(guò)延時(shí)器模擬多徑的實(shí)現(xiàn)方法，文中所采用的方法器件要求更低的情況下可以模擬更長(zhǎng)的時(shí)延和路徑數(shù)。
但這種方法目前也會(huì)引入較大的系統(tǒng)時(shí)延，一般在2μs左右，在某些特定的應(yīng)用場(chǎng)景下，會(huì)帶來(lái)一些不便。