面向车联网的车载通信设备测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种面向车联网的车载通信设备测试装置及测试方法，包括性能测试评估子系统、信号采集处理子系统和信道模拟叠加子系统；性能测试评估子系统包括测试场景配置单元和测试分析评估单元，信号采集处理子系统包括信号同步单元和多个信号转换单元，信道模拟叠加子系统包括信道生成单元和信道叠加单元；测试场景配置单元的输出接口与所述信道生成单元以及信号同步单元的输入接口以PCIE总线相连，信道生成单元的输出接口与所述信道叠加单元的输入接口相连，信号同步单元的输出接口与信号转换单元的输入接口相连，信号转换单元的输出接口与所述信道叠加单元的输入接口相连，信道叠加单元的输出接口与所述测试分析评估单元的输入接口以PCIE总线相连。

Test device and method of vehicle communication equipment for Internet of vehicles

【技术实现步骤摘要】
面向车联网的车载通信设备测试装置及测试方法
：本专利技术涉及一种面向车联网的车载通信设备测试装置及测试方法，属于无线信息传输领域，特别针对复杂城市场景下车载通信设备的测试方法及实现装置。
技术介绍
：车联网旨在建立以车辆为中心的网络通信系统，从而实现交通智能管理及车辆智能控制，可有效减少道路拥堵并提高道路安全。车载通信设备是车联网中车与车(Vehicle-to-Vehicle，V2V)链接的纽带，也是保证整个车载网络正常运行的关键，其通信功能的可靠性与稳定性是用户和研究人员关注的重点。目前，单纯针对传统通信设备的测试和检测方法的相关软硬件已经非常成熟和完善。然而，不同于传统通信设备的是，车载通信设备安装于行车环境，由于汽车运动、地势起伏、气候状况等因素，导致V2V通信环境比传统移动通信环境更为复杂，传统测试方案也因此难以延用。外场实测虽然是作为测试车载通信设备的一种有效手段，但测试过程中成本高昂且发现问题也很难复现相同场景，因此有必要研制一种能够在实验室环境下对车载通信设备进行测试的装置。想要实现车载通信设备的可靠有效测试，关键在于精确地模拟复现V2VMIMO无线通信场景。V2VMIMO通信场景不同于传统移动通信场景，其收发端都处于快速移动状态，车辆间通信距离较短、障碍物距离移动终端较近。此外，大部分针对V2VMIMO通信场景的建模只考虑直行环境，然而，在实际交通环境中，由于周围车辆和设施以及交通灯等的影响，车辆在移动过程中会经历加速或者减速的过程，并且在转弯和路面不平地段，车辆会改变其运动方向。因此，结合车辆行驶参数和场景，本专利提出一种针对复杂城市场景下车载通信设备的测试方案及硬件实现装置方案，用于解决未来车载通信设备的快速有效的测试。
技术实现思路
：为了有效测试车载通信设备在复杂运动场景下的设备性能，本专利技术提出了一种面向车联网的车载通信设备测试装置及测试方法，该装置可以根据车辆行驶参数和场景精确模拟V2VMIMO通信信道的状况并对车载通信设备的性能进行测试。本专利技术采用如下技术方案：一种面向车联网的车载通信设备测试装置，包括性能测试评估子系统、信号采集处理子系统和信道模拟叠加子系统；所述性能测试评估子系统包括测试场景配置单元和测试分析评估单元，所述信号采集处理子系统包括信号同步单元和多个信号转换单元，所述信道模拟叠加子系统包括信道生成单元和信道叠加单元；所述测试场景配置单元的输出接口与所述信道生成单元以及信号同步单元的输入接口以PCIE总线相连，所述信道生成单元的输出接口与所述信道叠加单元的输入接口相连，所述信号同步单元的输出接口与信号转换单元的输入接口相连，所述信号转换单元的输出接口与所述信道叠加单元的输入接口相连，所述信道叠加单元的输出接口与所述测试分析评估单元的输入接口以PCIE总线相连。本专利技术还采用如下技术方案：一种面向车联网的车载通信设备测试方法，包括如下步骤：第一步，用户在性能测试评估子系统上，通过测试场景配置单元设置通信场景，并分别设定移动发射端(mobiletransmitter，MT)和移动接收端(mobilereceiver，MR)的行驶轨迹参数，系统据此完成三维信道环境重构以及信道特征参数估计；第二步，通过PCIE总线，将测试场景配置单元输出的信道特征参数传输到信道生成单元，信道生成单元根据信道特征参数进行V2VMIMO信道建模并计算MIMO各子信道衰落因子及信道噪声；第三步，通过PCIE总线，测试场景配置单元将开始采集信号的指令传输到信号同步单元，信号同步单元产生使能信号并传输至多个信号转换单元；第四步，多个信号转换单元接收使能信号后同时工作，将待测车载通信设备天线发射的模拟信号处理成为数字信号；第五步，信道叠加单元依据信道参数将数字信号延时后与衰落信道进行相乘累加并叠加信道噪声，得到信道输出信号的数字分量；第六步，通过PCIE总线，将信道叠加单元输出的信道输出信号回传至测试分析评估单元，测试分析评估单元对信号经过实时解调分析后，进行星座图分析、信道特性统计以及误码/帧率的统计计算。进一步地，第二步具体产生步骤如下：1)计算MT和MR移动的速度vi(l)和方向描述参数，方法如下：其中，l表示时域离散时间序号，时间间隔记为Tu；和i∈{MT,MR}分别表示MT及MR初始的速度和角度；和分别表示加速度和角度的变化率；2)计算第k条路径第m条散射支路的多普勒频率fk,m(l)，方法如下：其中，式中为第k条传播路径中第m条散射支路的离开角或到达角；为MT和第k条传播路径上的第一个散射体(MR和第k条传播路径上最后一个散射体)之间的初始距离；波长λ＝c0/f0，f0和c0分别为载波和光速；3)线性内插多普勒频率，方法如下其中，f'[uI+a]为内插后的实时多普勒频率；f[uI]和f[(u+1)I]为内插前相邻两时刻的多普勒频率；I为内插倍数；a＝0,1,...I-1；4)计算车辆及散射体的位置矢量，通过位置矢量计算各径时变的路径时延τk(l)，方法如下：其中，表示的位置矢量；Di(l)表示MT或MR的位置矢量；表示虚拟链路的时延；Di(l)＝Di+vi(l)·l(7)Di为MT或MR初始的位置矢量；vi(l)为MT或MR的速度矢量；5)计算路径增益ck(l)，方法如下：其中，ξk表示高斯随机变量；rDS和σDS分别表示延迟分布和延迟扩展；6)计算MT的第q根发射天线与MR的第p根接收天线之间的第k条传播路径的衰落因子hp,q,k(l)，方法如下：其中，M为散射支路的数目；Ts为采样间隔；θk,m为相位，服从[-π,π)的均匀分布；7)计算信道噪声n(l)，方法如下：其中，snr为信噪比系数；和分别为一端固定时间内传输信号和高斯随机数的平均功率；g(l)为高斯随机数；U1(l)和U2(l)为两路独立随机变量且服从均匀分布；进一步地，第五步具体产生步骤如下：1)将数字信号输入双端口RAM进行粗延时；2)将双端口RAM输出的信号输入多相滤波延迟器(相数为R)进行细延时；3)将信道衰落因子hp,q,k(l)以系统时钟f进行内插，并进行抗镜像滤波；4)根据延时后的信号及内插后的信道衰落因子计算信道输出信号，方法如下：其中，表示时延域离散时间序号；yp(l)和np(l)分别为经过信道传播后第p根接收天线接收到的离散信号及对应的信道噪声；X(l)＝[x1(l)，x2(l),…,xQ(l)]T为待测车载通信设备发射的离散信号；cp,q,k和τp,q,k(l)分别为第q根发射天线与第p根接收天线之间的第k条传播路径的路径增益和时延；K(t)为多径数目；表示对离散时延取整。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术将车辆行驶轨迹和场景引入V2VMIMO信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向车联网的车载通信设备测试装置，其特征在于：包括性能测试评估子系统、信号采集处理子系统和信道模拟叠加子系统；/n所述性能测试评估子系统包括测试场景配置单元(1-1)和测试分析评估单元(1-2)，所述信号采集处理子系统包括信号同步单元(1-3)和多个信号转换单元(1-4)，所述信道模拟叠加子系统包括信道生成单元(1-5)和信道叠加单元(1-6)；/n所述测试场景配置单元(1-1)的输出接口与所述信道生成单元(1-5)以及信号同步单元(1-3)的输入接口以PCIE总线相连，所述信道生成单元(1-5)的输出接口与所述信道叠加单元(1-6)的输入接口相连，所述信号同步单元(1-3)的输出接口与信号转换单元(1-4)的输入接口相连，所述信号转换单元(1-4)的输出接口与所述信道叠加单元(1-6)的输入接口相连，所述信道叠加单元(1-6)的输出接口与所述测试分析评估单元(1-2)的输入接口以PCIE总线相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向车联网的车载通信设备测试装置，其特征在于：包括性能测试评估子系统、信号采集处理子系统和信道模拟叠加子系统；
所述性能测试评估子系统包括测试场景配置单元(1-1)和测试分析评估单元(1-2)，所述信号采集处理子系统包括信号同步单元(1-3)和多个信号转换单元(1-4)，所述信道模拟叠加子系统包括信道生成单元(1-5)和信道叠加单元(1-6)；
所述测试场景配置单元(1-1)的输出接口与所述信道生成单元(1-5)以及信号同步单元(1-3)的输入接口以PCIE总线相连，所述信道生成单元(1-5)的输出接口与所述信道叠加单元(1-6)的输入接口相连，所述信号同步单元(1-3)的输出接口与信号转换单元(1-4)的输入接口相连，所述信号转换单元(1-4)的输出接口与所述信道叠加单元(1-6)的输入接口相连，所述信道叠加单元(1-6)的输出接口与所述测试分析评估单元(1-2)的输入接口以PCIE总线相连。


2.一种面向车联网的车载通信设备测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，用户在性能测试评估子系统上，通过测试场景配置单元(1-1)设置通信场景，并分别设定移动发射端(mobiletransmitter，MT)和移动接收端(mobilereceiver，MR)的行驶轨迹参数，系统据此完成三维信道环境重构以及信道特征参数估计；
第二步，通过PCIE总线，将测试场景配置单元(1-1)输出的信道特征参数传输到信道生成单元(1-5)，信道生成单元(1-5)根据信道特征参数进行V2VMIMO信道建模并计算MIMO各子信道衰落因子及信道噪声；
第三步，通过PCIE总线，测试场景配置单元(1-1)将开始采集信号的指令传输到信号同步单元(1-3)，信号同步单元(1-3)产生使能信号并传输至多个信号转换单元(1-4)；
第四步，多个信号转换单元(1-4)接收使能信号后同时工作，将待测车载通信设备天线发射的模拟信号处理成为数字信号；
第五步，信道叠加单元(1-6)依据信道参数将数字信号延时后与衰落信道进行相乘累加并叠加信道噪声，得到信道输出信号的数字分量；
第六步，通过PCIE总线，将信道叠加单元(1-6)输出的信道输出信号回传至测试分析评估单元(1-2)，测试分析评估单元(1-2)对信号经过实时解调分析后，进行星座图分析、信道特性统计以及误码/帧率的统计计算。


3.如权利要求2所述的面向车联网的车载通信设备测试方法，其特征在于：第二步具体产生步骤如下：
1)计算MT和MR移动的速度vi(l)和方向描述参数，方法如下：



其中，l表示时域离散时间序号，时间间隔记为Tu；和i∈{MT,MR}分别表示MT及MR初始的速度和角度；...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱秋明，黄文清，李伟东，毛开，张冬洋，仲伟志，陈小敏，徐大专，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32