仿真信号生成设备、波束成形仿真系统及仿真方法

摘要

本发明提供了一种仿真信号生成设备、波束成形仿真系统及仿真方法，所述仿真信号生成设备包括屏蔽箱，第一射频功分器、第二射频功分器和若干的射频合路器；其中，所述第一射频功分器用于接收有用信号并均分输出N路功率相等的有用分路信号；所述第二射频功分器用于接收干扰信号并均分输出N路功率相等的干扰分路信号，本发明的仿真信号生成设备只需要将各个射频合路器与第一射频功分器连接的第一射频线以及将各个射频合路器与第二射频功分器连接的第二射频线调整成不同的长度规律就可以模拟出不同类型的天线阵列，无需用到微波暗室，降低了波束成形仿真的难度以及成本。

说明书

技术领域

本发明涉及波束成形仿真技术领域，特别涉及一种仿真信号生成设备、波束成形仿真系统及仿真方法。

背景技术

多天线波束成形是无线通信中常用的技术。该技术利用不同的信号从不同的方向进入天线阵的特点，通过调整各天线上信号的幅度和相位改变天线方向图，使得不同方向进入天线阵的信号有不同的增益，从而达到增强有用信号或需要方向的信号，抑制干扰信号或不需要方向的信号的目的。

多天线波束成形技术的验证需要的环境比较苛刻。由于无线环境中存在如信号多径、多普勒扩展、同频干扰等不确定因素，采用天线接收到的无线电信号的幅度和角度与设计常常存在偏差，导致多天线技术波束成形技术的指标测试存在偏差。针对这种情况，一般会在微波暗室中对多天线波束成形技术进行验证。但是使用微波暗室进行环境仿真的成本较高，尤其在通信频率较低的频段(如短波和超短波频段)，由于信号波长较大，需要的微波暗室空间很大，微波暗室的建设成本太高，很难实现。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明提供一种仿真信号生成设备、波束成形仿真系统及仿真方法，旨在解决现有波束成形仿真方法成本高，难以实现的技术问题。

本发明的技术方案如下：

本发明第一方面提供了一种仿真信号生成设备，包括屏蔽箱，以及设置在所述屏蔽箱内的第一射频功分器、第二射频功分器和若干的射频合路器；所述第一射频功分器的信号输入口、所述第二射频功分器的信号输入口以及各个所述射频合路器的信号输出口均露出所述屏蔽箱设置；

其中，所述第一射频功分器用于接收有用信号并均分输出N路功率相等的有用分路信号；所述第二射频功分器用于接收干扰信号并均分输出N路功率相等的干扰分路信号；

各个所述射频合路器用于通过相同长度或不同长度的第一射频线从所述第一射频功分器获取所述有用分路信号，以及用于通过相同长度或不同长度的第二射频线从所述第二射频功分器获取所述干扰分路信号，以及将获取到的所述有用分路信号和所述干扰分路信号合路后输出。

在本发明第一方面一种可选的实施方式中，所述第一射频功分器和所述第二射频功分器均为一分四射频功分器；所述射频合路器设置有4个，4个所述射频合路器均为二合一射频合路器。

本发明第二方面提供了一种波束成形仿真系统，包括第一信号发生设备、第二信号发生设备、上述任一项所述的仿真信号生成设备、波束成形设备和频谱仪；

所述第一信号发生设备与所述仿真信号生成设备的第一射频功分器的信号输入口相连，所述第一信号发生设备用于生成有用信号；所述第二信号发生设备与所述仿真信号生成设备的第二射频功分器的信号输入口相连，所述第二信号发生设备用于生成干扰信号；所述频谱仪和所述仿真信号生成设备的各个射频合路器的信号输出口均与所述波束成形设备相连。

本发明第三方面提供了一种波束成形仿真方法，所述波束成形仿真方法包括：

准备第一信号发生设备、第二信号发生设备、上述任一项所述的仿真信号生成设备、波束成形设备和频谱仪；

建立所述第一信号发生设备、所述第二信号发生设备、所述仿真信号生成设备、所述波束成形设备和所述频谱仪之间的线路连接；

按照仿真要求对所述仿真信号生成设备内部各根第一射频线的长度和各根第二射频线的长度进行调整；

使所述第一信号发生设备输出实验所需的有用信号，并记录所述有用信号的第一初始信号强度p1；使所述第二信号发生设备输出实验所需的干扰信号，并记录所述干扰信号的第二初始信号强度p2；

通过所述波束成形设备对各个所述射频合路器输出的合路信号进行波束成形，并在所述频谱仪显示波束成形后得到的频谱数据，所述频谱数据包括有用信号对应的第一仿真信号强度q1和干扰信号对应的第二仿真信号强度q2。

在本发明第三方面一种可选的实施方式中，所述通过所述波束成形设备对各个所述射频合路器输出的合路信号进行波束成形，并在所述频谱仪显示波束成形后得到的频谱数据之后包括：

计算波束成形增益G,所述波束成形增益G＝(所述第一仿真信号强度q1-所述第一初始信号强度p1)-(所述第二仿真信号强度q2-所述第二仿真信号强度p2)。

在本发明第三方面一种可选的实施方式中，所述按照仿真要求对所述仿真信号生成设备内部各根第一射频线的长度和各根第二射频线的长度进行调整包括：

若需要仿真的天线类型为天线单元等间距的线阵天线，且有用信号和干扰信号的入射角均需为90°，则将各根所述第一射频线的长度设置成相同，以及将各根所述第二射频线的长度也设置成相同。

在本发明第三方面一种可选的实施方式中，所述按照仿真要求对所述仿真信号生成设备内部各根第一射频线的长度和各根第二射频线的长度进行调整还包括：

若需要仿真的天线类型为天线单元等间距的线阵天线，且有用信号和干扰信号的入射角均需小于90°，则将各根所述第一射频线的长度设置成等差为非零的等差数列，以及将各根所述第二射频线的长度也设置成等差为非零的等差数列。

在本发明第三方面一种可选的实施方式中，所述按照仿真要求对所述仿真信号生成设备内部各根第一射频线的长度和各根第二射频线的长度进行调整还包括：

若需要仿真的天线类型为天线单元非等间距的线阵天线，则将各根所述第一射频线的长度设置成无规律，以及将各根所述第二射频线的长度也设置成无规律。

有益效果为：本发明提供了一种仿真信号生成设备、波束成形仿真系统及仿真方法，所述仿真信号生成设备包括屏蔽箱，第一射频功分器、第二射频功分器和若干的射频合路器；其中，所述第一射频功分器用于接收有用信号并均分输出N路功率相等的有用分路信号；所述第二射频功分器用于接收干扰信号并均分输出N路功率相等的干扰分路信号，本发明的仿真信号生成设备只需要将各个射频合路器与第一射频功分器连接的第一射频线以及将各个射频合路器与第二射频功分器连接的第二射频线调整成不同的长度规律就可以模拟出不同类型的天线阵列，无需用到微波暗室，降低了波束成形仿真的难度以及成本。

附图说明

图1为本发明一种仿真信号生成设备的结构示意图。

图2为本发明一种波束成形仿真系统的结构示意图。

图3为本发明一种波束成形仿真方法的流程框图。

附图标号如下：

10-屏蔽箱；20-第一射频功分器；30-第二射频功分器；40-射频合路器；50-第一射频线；60-第二射频线；70-第一信号发生设备；80-第二信号发生设备；90-波束成形设备；100-频谱仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明第一方面提供了一种仿真信号生成设备，包括屏蔽箱10，以及设置在所述屏蔽箱10内的第一射频功分器20、第二射频功分器30和若干的射频合路器40；所述第一射频功分器20的信号输入口、所述第二射频功分器20的信号输入口以及各个所述射频合路器40的信号输出口均露出所述屏蔽箱10设置；

其中，所述第一射频功分器20用于接收有用信号并均分输出N路功率相等的有用分路信号；所述第二射频功分器30用于接收干扰信号并均分输出N路功率相等的干扰分路信号；

各个所述射频合路器40用于通过相同长度或不同长度的第一射频线50从所述第一射频功分器20获取所述有用分路信号，以及用于通过相同长度或不同长度的第二射频线60从所述第二射频功分器30获取所述干扰分路信号，以及将获取到的所述有用分路信号和所述干扰分路信号合路后输出。

具体来说，本发明的一种仿真信号生成设备，包括：2个1分N射频功分器(例如可以采用芯启源型号为PS4-5/1000-SE的1分4射频功分器)、N个2合1射频合路器(例如可以采用芯启源型号为XQY-PS2-0.6/6-SE的2和1射频合路器)，以及多根射频连接线组成，该设备有两个输入信号，这两个信号分别表示有用信号和干扰信号，这两个信号通过馈线连接到2个1分N射频功分器上分成N个信有用信号和N个干扰信号，分路后的有用信号和干扰信号功率是原有用信号和干扰信号的1/N，将分路后的N个有用信号通过长度为a1,a2,…,aN的第一射频线和N个2合1的射频合路器相连，将分路后的N个干扰信号通过长度为b1,b2,…,bN的第二射频线和N个2合1的射频合路器相连，合路后输出N个仿真信号，这N个仿真信号提供给多天线波束成形设备进行技术验证。N个仿真信号的幅度是相同的，相位是不同的，可以通过调节射频线长度a1,a2,…,aN和b1,b2,…,bN来调整N个仿真信号的相位。第一射频线的长度a1,a2,…,aN和第二射频线b1,b2,…,bN的不同模拟了天线的不同阵型和有用信号的不同入射角度。若a1,a2,…,aN的长度相等，则表示天线阵列为天线单元间距相等的线阵阵列，且有用信号的入射角为90°；若a1,a2,…,aN为长度不同的等差数列，则表示天线阵列为天线单元间距相等的线阵阵列，但有用信号的入射角小于90°；若a1,a2,…,aN的长度无规律，则表示天线阵列为天线单元非等间距的线阵阵列，且有用信号的入射角为一个特定的角度。同样射频线长度b1,b2,…,bN的不同也代表了对干扰信号而言不同的天线阵型和干扰信号入射角。

在本发明第一方面一种可选的实施方式中，所述第一射频功分器20和所述第二射频功分器30均为一分四射频功分器；所述射频合路器40设置有4个，4个所述射频合路器40均为二合一射频合路器。

参见图2，本发明第二方面提供了一种波束成形仿真系统，包括第一信号发生设备70、第二信号发生设备80、上述任一项所述的仿真信号生成设备、波束成形设备90和频谱仪100；

所述第一信号发生设备70与所述仿真信号生成设备的第一射频功分器20的信号输入口相连，所述第一信号发生设备70用于生成有用信号；所述第二信号发生设备80与所述仿真信号生成设备的第二射频功分器30的信号输入口相连，所述第二信号发生设备80用于生成干扰信号；所述频谱仪100和所述仿真信号生成设备的各个射频合路器40的信号输出口均与所述波束成形设备90相连。

本发明示例性的一种波束成形仿真系统，其中的仿真信号生成设备由2个1分4射频功分器、4个2合1射频合路器、14根射频连接线和1个屏蔽箱组成。该仿真信号生成设备有两个输入信号，这两个信号分别表示有用信号和干扰信号，这两个信号通过馈线连接到2个1分4射频功分器上分成4个信有用信号和4个干扰信号，分路后的有用信号和干扰信号功率是原有用信号和干扰信号的1/4，将分路后的4个有用信号通过长度为a1＝a2＝a3＝a4＝50cm的射频线和4个2合1的射频合路器相连，将分路后的4个干扰信号通过长度为b1＝20cm,b2＝40cm,b3＝60cm,b4＝80cm的射频线和4个2合1的射频合路器相连，合路后输出4个仿真信号，这4个仿真信号提供给波束成形设备进行技术验证，由于a1,a2,a3,a4(等差为零)和b1,b2,b3,b4都为等差数列，因此仿真的天线阵列等效为天线单元等间距的线阵阵列，又由于a1＝a2＝a3＝a4，因此有用信号的入射角为90°，而b1，b2,b3,b4之间互不相等，所以干扰信号的入射角＜90°，由此形成了针对四个天线单元为等间距的线阵天线时的波束成形仿真环境。

参见图3，本发明第三方面提供了一种波束成形仿真方法，所述波束成形仿真方法包括：

S100、准备第一信号发生设备、第二信号发生设备、本发明第一方面任一项所述的仿真信号生成设备、波束成形设备和频谱仪；

S200、建立所述第一信号发生设备、所述第二信号发生设备、所述仿真信号生成设备、所述波束成形设备和所述频谱仪之间的线路连接；

S300、按照仿真要求对所述仿真信号生成设备内部各根第一射频线的长度和各根第二射频线的长度进行调整；

S400、使所述第一信号发生设备输出实验所需的有用信号，并记录所述有用信号的第一初始信号强度p1；使所述第二信号发生设备输出实验所需的干扰信号，并记录所述干扰信号的第二初始信号强度p2；

S500、通过所述波束成形设备对各个所述射频合路器输出的合路信号进行波束成形，并在所述频谱仪显示波束成形后得到的频谱数据，所述频谱数据包括有用信号对应的第一仿真信号强度q1和干扰信号对应的第二仿真信号强度q2。

在本发明第三方面一种可选的实施方式中，所述通过所述波束成形设备对各个所述射频合路器输出的合路信号进行波束成形，并在所述频谱仪显示波束成形后得到的频谱数据之后包括：

计算波束成形增益G,所述波束成形增益G＝(所述第一仿真信号强度q1-所述第一初始信号强度p1)-(所述第二仿真信号强度q2-所述第二仿真信号强度p2)。

具体来说，波束成形仿真系统第一信号发生设备和第二信号发生设备会分别产生不同频率的信号，其中有用信号的频率为f1，干扰信号的频率为f2，记录下有用信号和干扰信号的信号强度p1和p2。将各个射频合路器的输出端连接到波束成形设备上，并将波束成形设备的输出连接到频谱仪上观察频率f1和f2时的信号强度q1和q2。(q1-p1)-(q2-p2)则表示了多天线波束成形设备在某一种仿真环境下的的波束成形增益。更改a1,a2,…,aN以及b1,b2,…,bN的大小可以得到波束成形设备在不同仿真环境下的波束成形增益。通过本发明的仿真信号生成设备可以轻松快捷的模拟出不同的天线阵型以及有用信号和干扰信号的入射角，从而可以快速的对波束成形设备进行验证。

在本发明第三方面一种可选的实施方式中，所述按照仿真要求对所述仿真信号生成设备内部各根第一射频线的长度和各根第二射频线的长度进行调整包括：

若需要仿真的天线类型为天线单元等间距的线阵天线，且有用信号和干扰信号的入射角均需为90°，则将各根所述第一射频线的长度设置成相同，以及将各根所述第二射频线的长度也设置成相同。

在本发明第三方面一种可选的实施方式中，所述按照仿真要求对所述仿真信号生成设备内部各根第一射频线的长度和各根第二射频线的长度进行调整还包括：

若需要仿真的天线类型为天线单元等间距的线阵天线，且有用信号和干扰信号的入射角均需小于90°，则将各根所述第一射频线的长度设置成等差为非零的等差数列，以及将各根所述第二射频线的长度也设置成等差为非零的等差数列。

在本发明第三方面一种可选的实施方式中，所述按照仿真要求对所述仿真信号生成设备内部各根第一射频线的长度和各根第二射频线的长度进行调整还包括：

若需要仿真的天线类型为天线单元非等间距的线阵天线，则将各根所述第一射频线的长度设置成无规律，以及将各根所述第二射频线的长度也设置成无规律。

综上所述，本发明提供了一种仿真信号生成设备、波束成形仿真系统及仿真方法，所述仿真信号生成设备包括屏蔽箱，第一射频功分器、第二射频功分器和若干的射频合路器；其中，所述第一射频功分器用于接收有用信号并均分输出N路功率相等的有用分路信号；所述第二射频功分器用于接收干扰信号并均分输出N路功率相等的干扰分路信号，本发明的仿真信号生成设备只需要将各个射频合路器与第一射频功分器连接的第一射频线以及将各个射频合路器与第二射频功分器连接的第二射频线调整成不同的长度规律就可以模拟出不同类型的天线阵列，无需用到微波暗室，降低了波束成形仿真的难度以及成本。

虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。