無(wú)線設(shè)備測(cè)試的衰落概念詳解

從WLAN到W-CDMA，所有無(wú)線設(shè)備有一點(diǎn)是共同的，即沒(méi)有有線連接。通過(guò)空氣傳送的信號(hào)會(huì)因大氣損傷而失真，會(huì)因自然的和人為的障礙而中斷，也會(huì)因發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的相對(duì)移動(dòng)而進(jìn)一步變化。這種過(guò)程稱(chēng)為衰落。衰落在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中是不可避免的，因此無(wú)線通信系統(tǒng)必須能夠在處理這個(gè)問(wèn)題的同時(shí)，保持準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸能力。

對(duì)實(shí)際信道的衰落損傷進(jìn)行仿真對(duì)無(wú)線設(shè)備的測(cè)試非常關(guān)鍵。為精確地進(jìn)行信道仿真，必須理解不同的衰落情形及其影響，并創(chuàng)建這些衰落效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。安捷倫科技提供了一個(gè)新型解決方案，用來(lái)在無(wú)線設(shè)備測(cè)試過(guò)程中仿真衰落，緩和信道仿真中某些最困難的、成本高昂的挑戰(zhàn)。

在考慮解決方案之前，理解衰落的不同表現(xiàn)非常重要，衰落的不同表現(xiàn)有不同的成因，它們以各種方式影響著信道。

衰落的成因

發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間要能夠成功地進(jìn)行通信，在一定程度上取決于信號(hào)在其中傳播的信道的衰落特性。大范圍衰落包括信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳播的效應(yīng)（幾百個(gè)波長(zhǎng)或更多波長(zhǎng)）。小范圍衰落機(jī)制則影響著接收機(jī)附近的信號(hào)。

大范圍衰落包括信號(hào)經(jīng)過(guò)一段距離時(shí)信號(hào)的平均衰減（在理想的視距傳播（LOS）條件下，它與距離的平方成正比），以及大型物體（如山脈或摩天大樓）導(dǎo)致的信號(hào)衍射。

小范圍衰落是多徑傳播和多普勒頻移兩者作用的結(jié)果。由于被發(fā)送信號(hào)在遇到信箱、樹(shù)木和正在移動(dòng)的車(chē)輛時(shí)導(dǎo)致反射、衍射和局部散射，而通過(guò)不同的路徑到達(dá)接收機(jī)，所以會(huì)發(fā)生多徑衰落。因此，接收機(jī)在不同的到達(dá)時(shí)間獲得信號(hào)的多個(gè)拷貝（如圖1）。這些拷貝以不同的相位和功率電平進(jìn)行接收，導(dǎo)致信號(hào)互相干擾而發(fā)生功率波動(dòng)。

圖1. 當(dāng)發(fā)送信號(hào)在到達(dá)接收機(jī)的路徑上遇到各種物體時(shí)，會(huì)發(fā)生多徑衰落，導(dǎo)致其在略微不同的多個(gè)時(shí)間到達(dá)接收機(jī)。

多普勒頻移衰落是移動(dòng)的結(jié)果。如果接收機(jī)相對(duì)于發(fā)射機(jī)正在移動(dòng)，那么進(jìn)入接收機(jī)的信號(hào)頻率會(huì)發(fā)生變化，具體取決于接收機(jī)相對(duì)于發(fā)射機(jī)移動(dòng)的方向和速度。沿著接收機(jī)正前方的路徑到達(dá)的信號(hào)拷貝，其檢測(cè)到的頻率將高于發(fā)送的信號(hào)，而沿著移動(dòng)接收機(jī)后方的路徑到達(dá)的信號(hào)拷貝，其檢測(cè)到的頻率將較低。

因此，多徑反射和多普勒頻移會(huì)改變（衰落）發(fā)送的信號(hào)，使得接收機(jī)很難精確地理解該信號(hào)。根據(jù)信道環(huán)境（市區(qū)或農(nóng)村）、信號(hào)波長(zhǎng)和發(fā)射機(jī)/接收機(jī)及環(huán)境中物體的相對(duì)移動(dòng)，這些效應(yīng)會(huì)有所不同。

衰落分類(lèi)

多徑傳播的影響之一是信號(hào)的時(shí)間展寬，這樣從接收機(jī)得到最短路徑上的第一個(gè)信號(hào)拷貝到它收到最長(zhǎng)路徑上的最后一個(gè)信號(hào)拷貝，其間的時(shí)延是有限的。最大時(shí)延用Tm 表示 （如圖2a）。

在頻域中，時(shí)間展寬可以描述為頻率相關(guān)函數(shù)。這個(gè)函數(shù)表示兩個(gè)信號(hào)的脈沖響應(yīng)之間的相關(guān)程度。相干帶寬（f0）是信道的信號(hào)損傷不會(huì)明顯變化的頻率范圍（圖2b）。F0與Tm成反比。

圖2. 時(shí)間分布對(duì)信道的影響：a） 最大時(shí)延；b） 相干帶寬。

多徑衰落可以影響移動(dòng)接收機(jī)或固定接收機(jī)。移動(dòng)接收機(jī)以及在包含移動(dòng)物體的信道中工作的接收機(jī)還必須處理影響信號(hào)幅度和相位的其它因素。這些效應(yīng)可以描述為時(shí)間變化或空間變化的函數(shù)。如果接收機(jī)以恒定的速度移動(dòng)，在不同時(shí)間上發(fā)送脈沖與在不同位置發(fā)送脈沖完全相同。

在變化的信道發(fā)送信號(hào)時(shí)，知道這些條件在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是穩(wěn)定的非常重要。這稱(chēng)為相干時(shí)間（T0）（如圖3a）。T0 也可以視為與信道的脈沖響應(yīng)高度相關(guān)的時(shí)間長(zhǎng)度。

我們還可以在頻域中查看時(shí)間變化。一直移動(dòng)的接收機(jī)會(huì)經(jīng)受頻移，而這取決于接收信號(hào)的到達(dá)角度。時(shí)間展寬會(huì)導(dǎo)致信號(hào)在時(shí)間上展寬；而時(shí)間（或空間）上的變化會(huì)導(dǎo)致信號(hào)在頻率上展寬。接收機(jī)并不是在一個(gè)頻率上得到一個(gè)信號(hào)，而是在不同頻率上得到信號(hào)的不同部分。這種多普勒展寬（fd）與相干時(shí)間T0 （如圖3b）成負(fù)相關(guān)的關(guān)系。

圖3. 時(shí)間變化對(duì)信道的影響：a） 相干時(shí)間；b） 多普勒展寬。

總之，小范圍衰落表現(xiàn)為時(shí)間展寬（時(shí)延展寬）或時(shí)間變化（多普勒展寬）。（如果接收機(jī)在移動(dòng)，信號(hào)可能會(huì)同時(shí)經(jīng)歷這兩種衰落。） 根據(jù)衰落隨頻率或時(shí)間的不同變化情況，可以對(duì)這兩種衰落進(jìn)一步分類(lèi)。下面列明了這些衰落的特點(diǎn)。

時(shí)間展寬：平衰落

· 傳送一個(gè)符號(hào)的時(shí)間大于最大時(shí)延展寬（Ts 》 Tm）。

· 信號(hào)帶寬小于相干帶寬（B 《 f0）。

· 在一個(gè)符號(hào)的周期內(nèi)收到所有多徑分量。

時(shí)間展寬：頻率選擇性衰落

· 傳送一個(gè)符號(hào)的時(shí)間小于最大時(shí)延展寬（Ts 《 Tm）。

· 信號(hào)帶寬大于相干帶寬（f0 》 B）。

· 信道以不同方式改變信號(hào)的不同頻譜成分，因此寬帶信號(hào)的接收功率可能會(huì)在其帶寬范圍內(nèi)隨頻率發(fā)生大的變化。

時(shí)間變化：快衰落

· 符號(hào)周期長(zhǎng)于相干時(shí)間（Ts 》 T0）。

· 信號(hào)帶寬小于多普勒展寬（B 《 fd）。

· 信道衰落條件的變化速度快于符號(hào)發(fā)送的速度。

時(shí)間變化：慢衰落

· 符號(hào)周期短于相干時(shí)間（Ts 《 T0）。

· 信號(hào)帶寬大于多普勒展寬（B 》 fd）。

· 在符號(hào)發(fā)送過(guò)程中，信道條件穩(wěn)定、可以預(yù)測(cè)。

衰落的影響

大范圍衰落主要會(huì)導(dǎo)致整體信號(hào)的電平衰落。路徑衰減極其依賴(lài)于距離。它對(duì)設(shè)備的影響是，由于降低了接收的信號(hào)功率，從而降低了信噪比（SNR）。陰影效應(yīng)和大范圍反射表現(xiàn)為在這種平均路徑衰減上的偏差。

多徑和多普勒效應(yīng)導(dǎo)致的小范圍衰落可能對(duì)通信的破壞力最強(qiáng)。頻率選擇性衰落會(huì)導(dǎo)致碼間干擾（ISI），使得精確地理解收到的符號(hào)變得更加困難。平衰落會(huì)使SNR惡化，因?yàn)榉瓷鋾?huì)導(dǎo)致矢量成分互相抵消?？焖ヂ鋾?huì)使發(fā)送的基帶數(shù)據(jù)脈沖失真，可能會(huì)導(dǎo)致鎖相環(huán)同步問(wèn)題。慢衰落也會(huì)降低SNR。SNR的降低要求無(wú)線設(shè)備的設(shè)計(jì)人員在確定鏈路要求時(shí)要增加“衰落余量”；信號(hào)功率必須足夠強(qiáng)，或者接收機(jī)的靈敏度要足夠高，以便在衰落情形下能夠正常工作。

降低衰落的影響

只有在沒(méi)有信道損傷時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)理想的無(wú)線鏈路性能。但是加性白色高斯噪聲（AWGN）的存在則會(huì)使得無(wú)線信道不可能完全沒(méi)有干擾。不過(guò)，在設(shè)計(jì)無(wú)線設(shè)備時(shí)可以采用許多技術(shù)，來(lái)降低衰落的影響。這些技術(shù)降低了最壞情況下的衰落曲線的誤碼概率，使其更接近最好情況下的AWGN曲線。不同形式的衰落對(duì)誤碼率有不同的影響。頻率選擇性衰落和快衰落會(huì)明顯影響誤碼率，而平衰落和慢衰落對(duì)誤碼率的影響較小。在設(shè)計(jì)可以容忍衰落對(duì)信號(hào)惡化的無(wú)線鏈路時(shí)，確定信道中的衰落類(lèi)型非常重要。然后，可以選擇信息速率，減少能夠避免的誤碼。

由于符號(hào)頻率與符號(hào)周期呈倒數(shù)的關(guān)系，因此改變信號(hào)速率以補(bǔ)償頻率選擇性衰落也會(huì)改變其在衰落速度方面的性能。為避免頻率選擇性衰落，傳輸速率應(yīng)低于信道的相干帶寬（B 《 f0）。但為了降低快衰落導(dǎo)致的失真，重要的是把傳輸速率設(shè)成大于信道衰落速率（B 》 fd）。換句話說(shuō)，頻率選擇性衰落確定了信號(hào)帶寬的上限，快衰落則確定了信號(hào)帶寬的下限。

均衡是一種常用技術(shù)，它用來(lái)消除頻率選擇性衰落導(dǎo)致的ISI。這個(gè)過(guò)程是調(diào)用一個(gè)脈沖響應(yīng)與傳播信道相反的濾波器。因此，傳輸通道與接收濾波器相結(jié)合，產(chǎn)生平坦的線性響應(yīng)。例如，GSM采用自適應(yīng)均衡技術(shù)，來(lái)緩和失真。

CDMA技術(shù)使用Raker接收機(jī)減輕ISI的影響。Raker接收機(jī)使用專(zhuān)用濾波器，檢測(cè)展寬信號(hào)里的成分，將這些成分收集起來(lái)，并將它們相干地疊加起來(lái)（對(duì)早到路徑采用比晚到路徑更多的延時(shí)）。

我們還可以使用交織技術(shù)和編碼技術(shù)，降低準(zhǔn)確檢測(cè)信號(hào)所要求的Eb/No（能噪比）。編碼技術(shù)通過(guò)在正交碼道上發(fā)送多個(gè)信號(hào)拷貝，提供了冗余性。交織技術(shù)通過(guò)把誤碼分布到不同的時(shí)間，在鏈路中增加了穩(wěn)定性，從而避免了大量連續(xù)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象的發(fā)生，而這種現(xiàn)象可能會(huì)切斷無(wú)線鏈路。

某些傳輸技術(shù)具備的信號(hào)特性，可以避免衰落最常見(jiàn)的影響。例如，超寬帶傳輸技術(shù)，它傳送的脈沖周期如此之短，以致其不會(huì)受到信道時(shí)延展寬的影響。正交頻分復(fù)用技術(shù)通過(guò)把載波信號(hào)劃分成信息速率較低的子載波，來(lái)避免頻率選擇性衰落。

衰落曲線

衰落以某種方式對(duì)通過(guò)無(wú)線信道傳播的信號(hào)進(jìn)行阻礙。為設(shè)計(jì)能夠容忍這種損傷的設(shè)備，重要的一點(diǎn)是需要使用可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中仿真衰落的工具。這些工具通過(guò)以數(shù)學(xué)方式生成仿真大范圍衰落和小范圍衰落的條件，創(chuàng)建實(shí)際環(huán)境中的衰落效應(yīng)。這些數(shù)學(xué)表達(dá)式基于某些數(shù)學(xué)模型，它們使用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)電磁波在傳播過(guò)程中的行為方式。下面介紹了部分典型的衰落模型。

通過(guò)在與距離相關(guān)的平均路徑衰減上疊加對(duì)數(shù)正態(tài)分布的信號(hào)波動(dòng)，可以用數(shù)學(xué)方式仿真大范圍衰落。對(duì)大范圍衰落，最精確的信道仿真方程來(lái)源于經(jīng)驗(yàn)公式，這些經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)自在特定的市區(qū)進(jìn)行測(cè)量并獲得的結(jié)果。

當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間沒(méi)有很強(qiáng)的視距傳播路徑時(shí)，瑞利分布是一個(gè)很好的信道傳播模型。它可以適當(dāng)?shù)乇硎臼袇^(qū)中的信道條件，其中大樓會(huì)阻礙視距傳播路徑，而且信號(hào)被各種物體反射后，在接收端時(shí)間上被展寬。在時(shí)域中，瑞利衰落在40 dB或更深的槽之間有不高于10 dB的周期峰值 （深度衰落） （如圖4a）。

在頻域中，瑞利分布生成一條U形曲線（如圖4b）。密集散射模型可以用來(lái)描述蜂窩通信的情況，這意味著多徑信號(hào)的幅度將呈現(xiàn)瑞利分布，而到達(dá)角度 （多徑相位） 將呈現(xiàn)正態(tài)分布。

圖4. 瑞利分布：a） 時(shí)域；b） 頻域。

在農(nóng)村環(huán)境中，阻礙信號(hào)的物體較少，多徑信號(hào)包括一條很強(qiáng)的視距傳播路徑以及少量的反射路徑，頻譜功率呈萊斯（Rician）分布。直射路徑的到達(dá)角度和直射路徑與其它路徑之間的功率之比相結(jié)合，決定了來(lái)自直射路徑的能量對(duì)多徑衰落的正態(tài)瑞利模型會(huì)有多大影響。頻域中的圖看起來(lái)象瑞利分布，但是直射路徑引起的頻移處，功率有一個(gè)峰值。（如圖5）

圖5. 萊斯分布（頻域）。

Suzuki衰落曲線把多徑傳播引起的小范圍衰落與反射和衍射引起的大范圍衰落結(jié)合在一起。大范圍衰落呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布，小范圍衰落呈瑞利分布（圖6）。

圖6. Suzuki曲線。

衰落曲線取決于信號(hào)環(huán)境

傳播信道的脈沖響應(yīng)嚴(yán)重依賴(lài)于用戶(hù)環(huán)境。當(dāng)信號(hào)通過(guò)空氣傳播時(shí)，它會(huì)遇到各種大小物體，因此會(huì)通過(guò)各種路徑到達(dá)接收機(jī)。每條路徑有不同的距離，因此接收的信號(hào)在幅度和相位上是波動(dòng)的。當(dāng)發(fā)送的能量遇到阻礙時(shí)，之后的情形取決于與入射信號(hào)的波長(zhǎng)相比，阻礙物的大小及密度。當(dāng)電磁波遇到遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的大型平滑物體時(shí)（如混凝土筑造的大樓），信號(hào)被反射或衍射。如果電磁波遇到其大小是波長(zhǎng)級(jí)的物體（如街道指示牌、樹(shù)葉或一縷煙霧），它會(huì)在所有方向上均勻地散射。全向天線能夠接收似乎來(lái)自各個(gè)方向的的散射信號(hào)的少量比特。這些散射信號(hào)的幅度遵循瑞利分布描述的概率密度函數(shù)。

當(dāng)有很強(qiáng)的直射路徑時(shí)，幅度會(huì)更接近萊斯分布曲線。這在農(nóng)村環(huán)境中最為準(zhǔn)確。在農(nóng)村環(huán)境中，障礙物相對(duì)較少，因此允許從基站到移動(dòng)臺(tái)建立一條很強(qiáng)的直射路徑。萊斯模型對(duì)衛(wèi)星通信測(cè)試也是一個(gè)很好的選擇，因?yàn)檫@些系統(tǒng)包括很強(qiáng)的直射路徑以及大氣衰減和散射。

如果接收機(jī)正在移動(dòng)，它會(huì)使到達(dá)接收機(jī)的多徑信號(hào)的頻率展寬。隨著速度提高，頻移也會(huì)增加。多徑信號(hào)的頻移集合導(dǎo)致了頻率展寬，或稱(chēng)衰落速率fd。

如果天線在室內(nèi)環(huán)境中移動(dòng)，它也會(huì)經(jīng)歷多普勒展寬。但是，得到的功率頻譜并不是正態(tài)U形曲線，而是平坦曲線，看上去類(lèi)似一個(gè)長(zhǎng)直角。這種變化的形狀主要是天花板多通道反射的結(jié)果，很明顯，在室外環(huán)境中不會(huì)發(fā)生這種情況。

衰落測(cè)試

測(cè)試無(wú)線系統(tǒng)（包括移動(dòng)臺(tái)和基站）在衰落情形下是否能夠成功地收發(fā)數(shù)據(jù)，是檢測(cè)過(guò)程的重要組成部分。無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)一般會(huì)規(guī)定廣泛而詳細(xì)的衰落測(cè)試。當(dāng)前，為實(shí)現(xiàn)衰落測(cè)試而采用的信道仿真方法是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的過(guò)程。

圖7. 當(dāng)前信道仿真方法在模數(shù)變換過(guò)程中降低了精度。

當(dāng)前的信道仿真方法從RF信號(hào)開(kāi)始，到RF信號(hào)結(jié)束（如圖7）。需要仿真衰落的測(cè)試信號(hào)被下變頻以及數(shù)字化。然后在數(shù)字信號(hào)中結(jié)合衰落曲線，其結(jié)果再上變頻回到RF。最后增加噪聲。（注：AWGN獨(dú)立于多徑效應(yīng)，因此必須單獨(dú)增加。）

這種方法包括兩個(gè)過(guò)程：轉(zhuǎn)換損耗和噪聲校準(zhǔn)。這兩個(gè)過(guò)程導(dǎo)致效率低下、準(zhǔn)確性差。當(dāng)仿真信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)或數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成仿真信號(hào)時(shí)，測(cè)試設(shè)備（而不是信道或被測(cè)設(shè)備）會(huì)引入誤差。這種轉(zhuǎn)換損耗增加了測(cè)量不確定性。

確定要增加相應(yīng)噪聲的數(shù)量，以獲得某個(gè)載噪比（C/N）是一個(gè)困難的過(guò)程。我們要求必須在仿真衰落后，在信號(hào)中增加AWGN，這樣它不會(huì)被衰減掉而偏離希望的信號(hào)電平。但是，增加這種噪聲使總功率電平偏離了衰落后的總功率電平，同時(shí)改變了C/N比率。因此必需在衰落后計(jì)算載波功率，以確定輸入信號(hào)功率一定時(shí)要增加的相應(yīng)噪聲電平，這是一個(gè)復(fù)雜、耗時(shí)、代價(jià)高昂的過(guò)程。

信道仿真集成技術(shù)

安捷倫為進(jìn)行無(wú)線設(shè)備的數(shù)字設(shè)計(jì)的研發(fā)工程師研制出一種新的信道仿真技術(shù)。它通過(guò)更快、更準(zhǔn)確的信道仿真，減少設(shè)計(jì)檢測(cè)時(shí)間。這種新方法增強(qiáng)了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的E4438C ESG矢量信號(hào)發(fā)生器的功能，為它提供了一個(gè)直觀的軟件界面，同時(shí)提供了一流的基帶發(fā)生硬件。ESG使用內(nèi)置的蜂窩通信模式、Signal Studio應(yīng)用軟件、或通過(guò)數(shù)學(xué)建模工具（如安捷倫Eesof的高級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)（ADS）或MATLAB？）創(chuàng)建的定制波形，創(chuàng)建數(shù)字基帶IQ信號(hào)。這些數(shù)字基帶信號(hào)發(fā)送到包含Baseband Studio PCI卡和Baseband Studio衰落軟件的PC上，用戶(hù)可以通過(guò)簡(jiǎn)便易用的軟件界面，在PC上配置信道仿真參數(shù)。基帶信號(hào)在Baseband Studio PCI卡中以數(shù)字方式衰落，然后發(fā)回到ESG，轉(zhuǎn)換成仿真I/Q或RF信號(hào)輸出。

對(duì)不同衰落曲線進(jìn)行仿真是在各種環(huán)境中評(píng)估接收機(jī)性能的基本要求。Baseband Studio衰落軟件可以仿真大范圍衰落、小范圍衰落、或兩者的組合。它可以仿真由于接收機(jī)很小的位移導(dǎo)致的信號(hào)迅速波動(dòng)以及由于遠(yuǎn)程物體的陰影效應(yīng)導(dǎo)致的平均功率的緩慢變化。其支持的衰落曲線包括：

· 對(duì)數(shù)正態(tài)分布 - 大范圍直射路徑損耗

· 瑞利分布 - 小范圍多徑散射

· 萊斯分布 - 含直射路徑的瑞利分布

· Suzuki分布 - 呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布的瑞利分布

· 純多普勒效應(yīng) - 由于移動(dòng)導(dǎo)致的多普勒頻移

用戶(hù)定義的衰落曲線可以靈活地滿(mǎn)足特定的測(cè)試需求。您可以調(diào)節(jié)多徑數(shù)量與可用帶寬的關(guān)系，使處理能力達(dá)到最大，實(shí)現(xiàn)測(cè)試的靈活性。它在異常精確的儀器平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，整個(gè)衰落過(guò)程在數(shù)字基帶上實(shí)現(xiàn)，提高了測(cè)試精度。您也可以增加兩個(gè)通道，仿真分集天線或干擾信號(hào)。您可以使用預(yù)先配置的W-CDMA、TD-SCDMA、cdma2000、cdmaOne、1xEV-DO、1xEV-DV、GSM、EDGE和WLAN等標(biāo)準(zhǔn)衰落曲線，簡(jiǎn)化初始設(shè)置。

另外，安捷倫還為常用的蜂窩制式提供了預(yù)先定義的設(shè)置，這同樣簡(jiǎn)化了測(cè)試準(zhǔn)備工作。這些曲線可以修改，為仿真特定環(huán)境提供量身定制的配置。預(yù)先定義的設(shè)置中還包括了3GPP W-CDMA獨(dú)有的移動(dòng)傳播條件和生滅衰落曲線。

圖8. 新的安捷倫衰落方案支持用戶(hù)定義的靈活性。

圖8是安捷倫新推出的衰落解決方案的通用方框圖。一對(duì)I/Q輸入信號(hào)被引到最多N條不同的信號(hào)處理路徑上，仿真最多N條不同的RF傳播路徑。時(shí)延模塊以非常精細(xì)的增量（幾分之一納秒）在每條路徑上增加用戶(hù)自定義的時(shí)延。復(fù)數(shù)乘法模塊把時(shí)延信息與DSP中的衰落算法提供的衰落信息結(jié)合在一起。衰落算法對(duì)輸入I和Q數(shù)據(jù)使用用戶(hù)指定的衰落曲線。最后，這些路徑進(jìn)行疊加，生成一個(gè)I/Q基帶數(shù)據(jù)流，然后輸入至ESG，由ESG上變頻到RF。

圖9. DSP衰落算法方框圖。

圖9說(shuō)明了使用噪聲濾波的方法形成衰落的DSP算法。呈高斯分布的復(fù)數(shù)隨機(jī)噪聲具有瑞利分布的幅度。幅度表把隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的正態(tài)分布噪聲轉(zhuǎn)換成瑞利分布。相位表把表示相位的正態(tài)分布噪聲輸入轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)腎和Q值，生成該相位的單位矢量。

萊斯衰落只是瑞利衰落外加一條額外的未衰落的直射路徑，這條路徑相對(duì)于瑞利衰落信號(hào)發(fā)生多普勒頻移。對(duì)萊斯衰落曲線而言，在其進(jìn)入復(fù)數(shù)乘法模塊之前，除了多普勒展寬外，多普勒模塊還在衰落信號(hào)中增加了一個(gè)旋轉(zhuǎn)的恒定幅度的矢量（多普勒頻移）。

降低差錯(cuò)的全數(shù)字衰落仿真

如前所述，衰落仿真的傳統(tǒng)過(guò)程是對(duì)輸入RF信號(hào)數(shù)字化，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰落，然后上變頻回至RF。這給整個(gè)過(guò)程增加了非常大的不確定性。這種不確定性是由于DAC中的非線性失真、平衡誤差、削波、取樣理解錯(cuò)誤、載波饋通和其它問(wèn)題引起的。在測(cè)試新的無(wú)線設(shè)備時(shí)，必須考慮所有這些潛在錯(cuò)誤。

降低數(shù)字化差錯(cuò)的一種方法是提高數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率、使用更高的數(shù)據(jù)速率，以更好地近似原始的模擬信號(hào)。但最好的解決方案是避免不必要的模數(shù)變換。如果使用信號(hào)發(fā)生器的原始數(shù)字I/Q輸出，以數(shù)字方式完成整個(gè)過(guò)程，那么可以明顯減少這些誤碼。用全數(shù)字的處理過(guò)程進(jìn)行信號(hào)衰落，降低了普通模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程增加的差錯(cuò)。

內(nèi)置AWGN發(fā)生器降低了成本

傳統(tǒng)的衰落仿真器沒(méi)有內(nèi)置的AWGN功能，要求額外地校準(zhǔn)信號(hào)電平。在衰落信號(hào)中增加AWGN通常會(huì)在設(shè)置希望的信噪比時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，因?yàn)槲覀儽仨毥M合兩種不同的RF信號(hào)，才能實(shí)現(xiàn)希望的整個(gè)信號(hào)電平和比率。

通過(guò)Baseband Studio衰落軟件，在用戶(hù)界面上輸入C/N或Eb/No值，就可以改變?cè)肼曋?，而同時(shí)，C， N， C/N或C+N可以保持不變，簡(jiǎn)化了接收機(jī)性能的測(cè)試。Baseband Studio衰落軟件從ESG中獲得功率電平和數(shù)據(jù)速率信息，自動(dòng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行改變，而不要求單獨(dú)調(diào)節(jié)載波和噪聲功率。

Baseband Studio衰落軟件無(wú)縫地和E4438C ESG集成在一起，消除了與傳統(tǒng)衰落仿真器有關(guān)的校準(zhǔn)問(wèn)題。來(lái)自ESG的基帶信號(hào)（16位的數(shù)字信號(hào)）發(fā)送到Baseband Studio衰落軟件上，Baseband Studio在原始基帶數(shù)據(jù)中增加多徑衰落和AWGN，所有這些都在數(shù)字域中進(jìn)行。事實(shí)上，整個(gè)信道仿真過(guò)程一直保持?jǐn)?shù)字形式，直到信號(hào)上變頻到RF。它可以實(shí)現(xiàn)杰出的載噪比精度，因?yàn)樗呀?jīng)消除了與增加仿真信號(hào)有關(guān)的不確定性。

精確、經(jīng)濟(jì)地仿真衰落對(duì)有效測(cè)試無(wú)線設(shè)備至關(guān)重要。集成環(huán)境中的安捷倫Baseband Studio衰落軟件可以簡(jiǎn)化無(wú)線測(cè)試，幫助您更快地向市場(chǎng)推出產(chǎn)品。