高分辨率信道探测理论的研究与实时高精度设备的研制

Along with the increasing of the channel bandwidths and the moving speeds of mobile station in wireless communication systems, even higher performance receiver is required. It is most important to have high resolution, high precision, real-time channel response measurement. However the existing measurement instruments can't meet all the requirements at the same time. This research work will provide new theoretical solution on the channel measurement, as well as the hardware implementation. The work will concentrate on the following topics: 1. We will construct an optimized zero-correlated windows sequence based on the theoretical boundary and propose the new method of real-time measurement using genetic algorithm. 2. The disadvantages of conventional methods of RF integrated circuit design are reduced by optimized design based on the numerical solution of Maxwell's equations. Also we adopt the noise isolation technology in high performance RF front end design. 3. We try to design a wideband wireless channel measurement instruments which is the international advanced level and low cost. It bases on multi-level joint simulation and design method and innovates on existing architecture of measuring system. 4. We will complete the field test and calibration the existing models for wideband wireless channel small-scale fading. The modified model will be proposed for the new applications and requirements. Our research results will not only give the new real time measuring method, and also the international advanced level low cost wideband wireless channel measurement instruments. It can avoid the loss of scientific budgets and break the technical barriers and commercial monopolies in this area.

随着通信系统带宽的增加、移动台移动速度的加大，系统要求接收机具有更高的性能指标，而高精度、高分辨率、实时的通道响应测试结果是构成高质量接收机的关键。然而现有国内外通道测试仪表很难同时满足这些指标要求。本课题将给出一种新的通道测试理论和测试方法以及相应的硬件实现。研究内容为：1）根据最优零相关的理论界，构造优化的零相关窗序列，应用遗传算法对序列进行优选，并给出新的实时信道测量方法。2）引入基于麦克斯韦方程数值解进行射频电路设计，克服传统设计方法中射频指标随机偏差的问题。采用噪声隔离的射频电路设计技术，达到高性能射频前端。3）基于多层次联合设计进行测试仪器系统体系架构的创新设计，实现具有国际领先指标的信道测量系统。4）完成实际场景测试，提出符合我国建筑材料与应用场景的通道参数修正模型。课题的成果不但给出新的信道实时测量理论与方法，同时可望打破我国高精度通信仪表严重依赖进口的局面，填补国家空白。

本课题致力于高精度通道测试设备的理论研究与实际系统的研制工作，主要研究成果包括：1）提出了一种基于混沌序列的高精度无线通道测量方法，达到了将码字数量与码长解耦的目的；给出了适合多种场景的混沌系列的生成方法，以及将混沌系列引入到大规模天线阵列的信道测量的算法。2）提出了一种两级结构的根奈奎斯特滤波器的结构；该结构可针对实际系统对阻带衰减、残余符号间干扰的要求进行设计，可以完全满足高精度通道测量设备对滤波器的要求。理论分析与硬件实现表明，给出的两级结构滤波器在保持同样精度的条件下，其实现复杂度低于现有的线性相位根奈奎斯特滤波器。3）为了提高设备采样速率，本课题给出了一种基于参考信号的高速时间交织模数变换器（ADC）的采样时偏失配估计方法，将采样偏差的估计误差降低到采样时钟的抖动量级。该方法可以打破国际上高采样率、高精度ADC对我国的禁运，对于提高通道测量设备精度具有重要意义。4）论证了将直接射频采样发射机/接收机引入到信道测量系统中的优势，并推导出了保证整机抗扰性指标的射频采样设计参数及其门限。给出的设计参数门限可大大提高射频直采接收机的精度。5）基于信道测量平台设计需求，研制了数据辅助的时偏和频偏纠正模块。基于本课题给出的多项关键技术，即两级结构滤波器组、高精度ADC模块、以及射频采样接收机设计准则，完成了通道测试实验系统的搭建。通过实验采集了多组无线信道数据，并对信号进行了校正与分析。.本课题不仅研制了高精度无线通道测试设备，作为其主要成果的多种高精度关键模块、以及高精度射频前端设计系统等关键技术，在其他高精度无线通信系统中也发挥了巨大的作用。特别是，本课题成果已经应用于专用跳频电台综合射频前端、为飞机提供航向下滑通道指示的仪表着陆系统综合射频前端、以及数字集群基站综合射频前端等系统与设备，部分设备已经实际投入使用，为我国航空、专用通信系统的研究与产业化做出了重要的贡献。