标签: 仿真仪

再跟很多客户交流过程中，发现仿真是一个很有意思的话题。因为每种方案都想尽量去接近真实情景。俗话说，理想很丰满，现实很骨感，我们经常需要在仿真的精度和代价上找到平衡点。怎样测试外场复杂的电磁环境，甚至把外场的复杂环境挪到实验室重现出来，这些课题都是可以无限追求又学无止境的。最近的一些交流重点放在了航空航天和卫星通信的应用上，看看信道仿真仪能玩出些什么花样。 随着航天应用中宽带数据量的增长，日益复杂的新式通信系统被开发出来以提供所需服务。这给开发人员提出了挑战，空中和太空应用遇到越来越复杂情景时，我们怎样才能在实验室条件下对通信链路进行可靠测试？ 问题提出来了：1）怎么样达到仿真的高精度  2）保证在实验室能情景重现，重复性很重要 3）适用各种场景：空间信道，陆地信道，起飞场景，着陆场景。 航天应用中，制导或跟踪等应用中需要极高的准确度，不仅需要了解信号发出时设备所在的位置，而且需要对其新位置做出估计。F8可以在极高的精度下对移动目标与反射器之间的时延和位置进行仿真。最大允许距离误差可以作为信道模型编译程序的输入参数使用。对无线信道的所有相关情景进行真实仿真，例如：高多普勒：多普勒与所采用的速度和载波频率成正比。频率和速度越高，多普勒频移就越高。F8可以为信道的每个路径独立地对各种多普勒情景进行仿真，同时在动态时延变化中始终保持相位的连续性。这样可以保持卫星接收器的性能测试中必备的真实码片速率变化。长时延：与陆上通信链路相比，航天通信链路的链路跨距一般较长，F8一般能到1300ms。对时延的精确仿真对于距离遥测应用非常重要。距离变化率：高距离变化率会对无线通信链路的幅度、时延和多普勒值造成动态影响。由于应用的不同，距离变化率可能是线性的，也可能是正弦式或完全随意的，就如操纵战斗机一样。运动加速度和不断变化的方向会导致多普勒、时延和幅度值发生突然变化。F8可以准确而同步地对无线通信链路进行仿真，其中多普勒值最高可达1.5MHz，加速度最高可达50G。而且航天无线通信设备的可靠性要求极高，因为万一通信链路发生故障，那么至关重要的数据就可能丢失，或者给用户造成严重后果。这类设备修理起来非常困难且代价很高，有时甚至几乎无法修理。因此，在实验室测试中，尽可能准确地在最终环境下对影响无线通信设备的各种情景进行仿真就显得极为重要了。毕竟，这是保证无线信道可靠性的唯一途径。 F8航天解决方案实现了高的信道仿真性能和精度、迄今为止最先进的测试环境以及100％的测试情景可重复性。F8航天解决方案的独特之处在于它将高级陆上信道仿真仪和卫星信道仿真仪的功能整合到紧凑式设备中。 仿真的模型需要精确，建模的方式要求灵活，比如F8可以通过坐标的方式定义发射和接受点的位置，加上时间片段信息，就能建模，或者在基于函数的模型中，多普勒值是根据线性、正弦形或三角形功能来定义的，而时延是根据多普勒值计算的。用户可以定义最小和最大增益值。也可以任意模型，只要包含了多普勒值、时延和时间增益值，其数值是针对发送器、接收器和反射器分别给出的。简单的三个步骤来实现， 用编辑工具或数据输入功能创建航天情景。 编辑工具支持动态多路径情景的创建。它有一个文件接口，可以输入特定于客户的数据。 确定测试设置。 编辑工具最多支持每台仿真仪的8个独立信道。在编辑工具中，这些信道是相互同步，而且射频相位也是一致的。可以独立地为各信道配置干扰。 在仿真仪中运行模型。 由于F8是在数字文件的基础上实施的，结果的完全可重复性得到了保证。由此实现了测量结果的可靠性和回归测试的统计可靠性。   特定的客户数据可以是通用的一些仿真软件的格式，比如射线追踪的仿真软件，比如航天专用软件，抑或通用matlab软件的格式。这个方案支持周期性模型的任何自定义路线和内置功能。基于开放性文本的文件格式可以输入特定于客户的无线信道和位置参数，例如卫星轨道信息或任何空中路线信息。可以按两种不同的信道模型数据格式接受输入，例如从软件模拟工具输入。这可以让开发人员定义并仿真其飞行路线的通信链路，或者在虚拟链路或已录入的链路数据库的基础上凭借链路仿真对飞行器上的无线连接进行测试。   凭借重放功能，用户可以通过时间序列演示查看模型演进情况。可以根据需要多次重复这些模型。例如，开发人员可以一次性创建一个无线信道环境，在实验室中进行重放并以不同的巡航幅度改进正在运行的无线网络的性能和功能。我们大胆的设想，这个仿真可以用到如下的场景。          

        随着无线通信环境越来越复杂，对测试技术提出了越来越高的要求，尤其涉及仿真，半实物仿真，软件仿真，各种方式都是为了尽可能的在大规模商用之前，把问题放在实验室解决，因为，我们都清楚，一旦商用之后，解决问题的成本和时间将是实验室里不可比拟的 。 现场测试是验证无线网络设备性能的不可或缺的手段之一。其优点在于能够检测设备在真实环境中的运行情况，缺点则包括需要大量时间的准备工作、耗费人力物力等，特别是由于外部干扰或其它不确定因素的影响，测试结果往往不可重复。因此，测试的最佳方案为在现场测试之前，在实验室中搭建仿真环境，进行充分的验证工作。使设备在仿真环境下，通过必要的测试后，再进行现场测试。这样既提高了效率，同时也可为用户节省大量成本。 显然，仿真环境与实际环境越接近，就越能够实际反映被测系统的性能。为了使仿真更接近真实的环境，路测数据是十分必要的。 我们拿一个特殊的无线环境作为案例来探讨一下。 比如沿着高铁的无线通信环境。其无线环境相对固定，但场景却可能涉及到平原、山地、隧道、桥梁等等，非常复杂。因此，可以应用路测设备，对特定铁路沿线的无线环境进行测量，分析测量数据就能得到真实无线网络环境的传输情况。因此，仿真的实现需要基于路测数据； 然而，仅仅取得路测数据是不够的，在实际的无线通信网络环境中，信号经由无线信道传输，而无线信道是无时无刻不在 变化的。在列车的行进过程中，由于高速运动带来的多普勒偏移、快衰落；由山体或建筑物带来的阴影效应（慢衰落）以及轨道周围的反射体带来的多径传输等，都影响着通信系统的传输。也就是说，无线信道是制约无线系统传输性能的关键要素。因此，仿真环境必须包含对无线信特性道的仿真。 所以，最佳的仿真环境是能够基于路测数据，对无线系统的传输环境作实时的硬件仿真，从而在实验室中实现虚拟路测。仿真平台应包含两个部分：1）兼容性良好的软件平台，能够便捷地导入路测设备测量的数据，最大可能性地重现路测环境；2）高性能的射频接口硬件平台，使待测设备和仪器仪表能够方便地接入平台，同时保证最大程度地实现模拟测试环境，从而验证设备性能。 这里介绍一个EB公司的F8的无线环境仿真解决方案（EB WES）就是基于实际现场测试结果，轻松在实验室中完成无线环境的仿真的解决方案。这个方案的关键就在于利用EB Propsim F8多信道仿真仪，同时仿真实际无线网络环境中的多径传输、快衰落、慢衰落、信号级突变、多普勒现象及干扰等等。EB WES软件可运行在EB Propsim F8内置的PC平台上。 下图是EB公司三步法来实现的仿真解决方案： 路测 ---- 建模/仿真------- 验证 ：   EB 的仿真仪 F8的每一个通道都可以独立地仿真各种物理信道的特征参数，如频率、多径传输、快衰落、动态时延、衰减、噪声、干扰及阴影衰落等等。用户可以直接调用所有标准的信道模型，或者通过功能强大的信道建模工具箱创建自定义的无线信道模型。这些工具可以完成复相关矩阵下的MIMO建模、DoA/DoD角度设置、DoA/DoD 角度扩散、智能天线应用下的几何分布波束赋形的空间信道仿真。 除了上述统计信道模型和空间信道模型外，用户还可以利用信道测量数据（如EB Propsound CS信道测量系统采集的数据）或EB WES支持的其它测量工具（如环境扫描仪或其它路测工具）采集的数据来进行信道建模。 EB Propsim F8 每射频通道可仿真的最大多径数是48径，最大支持125MHz的射频带宽。全数字化处理的EB Propsim F8可以灵活实现信号内部的分路和合路，由此降低了对外部射频分路器、合路器的依赖。EB Propsim F8无线信道仿真仪可以同时仿真多组SISO、MISO、SIMO及MIMO无线信道。每一个物理通道都能设置成不同的中心频率。这样用户就可以进行不同系统间的切换测试，或同时对多系统进行仿真。 作为高端的信道仿真测试设备，EB Propsim F8 内置AWGN噪声源（支持8个独立的AWGN源），同样也支持CW干扰源，明显地简化了测试过程（在每次测试之前，不需要消耗时间的校准过程）。 EB 的 F8可灵活地通过软件升级的方式增加各种新出现的信道模型和测试例, EB Propsim F8也允许同时进行慢衰落和快衰落的仿真。F8内置主流PC，WIN-XP操作系统，明显地提高了硬件的稳定性和可靠性。  生命不息，创新不止。F8将随着越来越复杂的测试需求，不断创造仿真和建模的惊喜！   版权所有 欢迎转载，转载请注明出处  

传统的一月份，是个让人兴奋的时间，仿佛一切都慢下来脚步，尾牙，晚宴，team building，各种名目的觥筹交错。这一年，终于有机会放慢脚步，在博客上涂点鸦，留下点脚印。 好多人问我们，你们的F8到底是什么东东。我总是试图一句话讲清楚，经常失败。但是说复杂了别人又干脆当没听听见。很犯难，所以我总是先说，你知道F1吧？你知道F4吧？其实我们的F8就相当于两个F4组合，速度比F8再快些。 这个东东和F1，F4确实很穿越。F1是速度和激情，F4是赏心悦目。我要说F8是酷。好了，不卖关子了。我们的产品是个仿真仪，大范围属于测试仪器类，但是又和测试仪器不太像，不是标准仪器，更像测试系统，或者说更像软件和硬件系统。在无线领域，发射机和接收机技术已经炉火纯青，有大的像基站，小的像智能手机，由于需求量大，技术也更新换代飞快，有巨大的市场需求和容量支撑，都是巨无霸的公司了。测试领域作为无线通信的细分领域，很难和这些巨无霸相比，我们相对又只关注中间的信道部分，这部分的性能看不见摸不着，场景复杂，算法难度大。这个领域是最能出科学家的领域，论文质量也高。测试仪器也很难覆盖全部性能。 F8能用来做什么？ 通俗讲是把复杂外场环境在实验室用射频技术仿真出来。我们通常理解发射信号和传输函数的卷积，加上噪声干扰就是收信机的信号了。F8（无线信道仿真仪）的核心价值在于两个能力，一个是传输函数的建模能力，一个是射频实现能力，满足这两个要求，就能把再复杂的通信链路环境也能搬到实验室来。射频实现能力我们还是非常引以为豪的，EVM-48dB,base noise -167dB,frequency range cover 220MHz--6000MHz,bandwidth 125MHz 还是眼见为实吧。