DE4108095A1

DE4108095A1 - Noise generator for radio channel simulator - uses summated weighted outputs of shift register stages to provide Doppler spectrum

Info

Publication number: DE4108095A1
Application number: DE4108095A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Schoeffel
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1992-09-17

Abstract

The noise generator uses a feedback shift register (SR), with each of its output signals (A1...An) multiplied by a weighting factor (G1...Gn), before being summated by an adder (A). The weighting factors (G1...Gn) correspond to the inverse Fourier transformations of the doppler spectrum. The doppler frequency is varied by varying the clock frequency (T) supplied to the shift register (SR), or by varying the weighting factors (G1...Gn). Pref. the output of the adder (A) is fed through a low-pass filter (F). ADVANTAGE - Reduced complexity, allowing reproducible measurements.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rauschgenerator zur Erzeu gung eines Doppler-Spektrums mit einer Dopplerfrequenz, insbesondere für einen Funkkanalsimulator, mit einem rückgekoppelten Schieberegister mit Schieberegisterele menten, deren Ausgangssignale jeweils mit Gewichtungs faktoren gewichtet zu einem Summensignal addiert werden.The invention relates to a noise generator for generating a Doppler spectrum with a Doppler frequency, especially for a radio channel simulator, with a feedback shift register with shift register element ment, the output signals of each with weighting factors weighted can be added to a sum signal.

Bei der Entwicklung mobiler Funkkommunkationsanlagen ist es erforderlich, den Einfluß der Eigenschaften des Funk feldes auf die verwendeten Übertragungsverfahren zu un tersuchen. Hierzu besteht neben der Möglichkeit einer Rechnersimulation und einer Untersuchung des Systems im Feld auch die Möglichkeit der Untersuchung des Systems im Labor, wobei durch einen sogenannten Funkkanalsimulator die Funkfeldeigenschaften nachgebildet werden können. Die Rechnersimulation des Systems ist in einem frühen Stadium der Entwicklung mobiler Funkkommunikationsanlagen nütz lich, kann jedoch die Überprüfung der Systemeigenschaften im Feld nicht ersetzen. Derartige Felduntersuchungen sind allerdings zeitraubend und aufwendig, zudem sind die ge wonnenen Ergebnisse wegen der statistischen Natur der Funkfeldeigenschaften nur schwer reproduzierbar. Aus die sem Grund werden in zunehmendem Maße Funkkanalsimulatoren eingesetzt. Hierdurch wird der Zeitaufwand verringert und es werden reproduzierbare Messungen erhalten.In the development of mobile radio communication systems it required the influence of the properties of the radio field to the transmission methods used search. In addition to the possibility of a Computer simulation and an investigation of the system in Field also the possibility of examining the system in the field Laboratory, using a so-called radio channel simulator the radio field properties can be simulated. The Computer simulation of the system is at an early stage the development of mobile radio communication systems useful Lich, however, can check the system properties do not replace in the field. Such field studies are however, it is time-consuming and complex, and the ge results because of the statistical nature of the Radio field properties are difficult to reproduce. From the For this reason, radio channel simulators are becoming increasingly common used. This reduces the time and effort reproducible measurements are obtained.

Die Funkkanaleigenschaften, die ein Funkkanalsimulator nachbilden muß, lassen sich am Ort des Empfängers durch eine Überlagerung beliebig vieler Streuwellen beschrei ben, die aus allen Richtungen einfallen. Die Amplituden statistik dieses sogenannten Funkfeldes wird durch die Rayleigh-Verteilung beschrieben. Sendet eine Feststation einen unmodulierten Träger, so wird im "Rayleigh-Feld" dieser Träger von der Mobilstation nur dann als eine ein zige Spektrallinie empfangen, wenn sich die Mobilstation nicht bewegt. Fährt sie jedoch mit einer Geschwindigkeit in eine beliebige Richtung, so empfängt sie statt einer einzelnen Spektrallinie ein sogenanntes Dopplerspektrum Dabei enthält die Funktion des mit Hilfe des Rauschgene rators zu erzeugenden Dopplerspektrums den Parameter "Dopplerfrequenz", der eine einer Fahrgeschwindigkeit entsprechende Frequenz kennzeichnet.The radio channel properties that a radio channel simulator must be reproduced at the recipient's site describe an overlay of any number of stray waves that come in from all directions. The amplitudes Statistics of this so-called radio field is provided by the Rayleigh distribution described. Sends a base station an unmodulated carrier, so in the "Rayleigh field" this carrier from the mobile station only as one umpteenth spectral line received when the mobile station not moved. However, it drives at a speed in any direction, it receives instead of one single spectral line a so-called Doppler spectrum The function contains the with the help of the noise genes Doppler spectrum to be generated the parameter "Doppler frequency", which is a driving speed indicates the corresponding frequency.

Aus der "Kurzbeschreibung und Bedienungsanleitung der Re dar-Funkkanal-Simulatoren", Stand 3/84 der Firma REDAR Nah-Ortungstechnik GmbH, Darmstadt, ist ein Rauschgenera tor für einen Funkkanal-Simulator bekannt. Auf Seite 20 ist unter 9. technischer Anhang beschrieben, daß bei dem Funkkanalsimulator ein rückgekoppeltes Schieberegister zur Anwendung kommt. Die Ausgangssignale der einzelnen Schieberegisterelemente werden über eine Widerstandskette zu einem Summensignal gewichtet addiert. Hierbei erfolgt eine sinx/x-förmige Gewichtung der Ausgangssignale der Schieberegisterelemente. Zur Formung des gewünschten Spektrums wird das Summensignal einem zweistufigen Tief paßfilter zugeführt, dessen Parameter so gewählt sind, daß die Signalanteile in der Nähe der Eckfrequenz des Tiefpaßfilters des angehoben werden. Eine mit der Ände rung der simulierten Fahrgeschwindigkeit einhergehende Verschiebung der Dopplerfrequenz des wird durch ein soge nanntes "Switched-capacitor-filter" erreicht. Zur Be freiung von noch vorhandenen Steuerfrequenzanteilen wird das Ausgangssignal schließlich noch über ein weiteres aktives Tiefpaßfilter geführt.From the "Brief description and operating instructions of Re dar radio channel simulators ", booth 3/84 of REDAR Nah-Ortungstechnik GmbH, Darmstadt, is a noise genera Tor known for a radio channel simulator. On page 20 is described under 9. technical appendix that the Radio channel simulator a feedback shift register is used. The output signals of each Shift register elements are via a resistor chain weighted added to a sum signal. This is done a sinx / x-shaped weighting of the output signals of the Shift register elements. To form the desired one Spectrum, the sum signal becomes a two-stage low pass filter, whose parameters are selected so that the signal components near the corner frequency of the Low pass filter to be raised. One with the change simulation of the simulated driving speed The Doppler frequency is shifted by a so-called named "Switched capacitor filter" reached. For loading exemption from still existing control frequency shares the output signal finally over another active low-pass filter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rausch generator der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem auf einfache und kostengünstige Weise ein Doppler-Spek trum erzeugbar ist, dessen Dopplerfrequenz auf einfache Weise einstellbar ist.The invention has for its object a high generator of the type mentioned with the a Doppler spotting in a simple and inexpensive way can be generated, whose Doppler frequency is simple Way is adjustable.

Diese Aufgabe wird bei einem Rauschgenerator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Gewichtungsfaktoren der inversen Fourier-Transformierten des Doppler-Spekt rums entsprechen und daß eine Veränderung der Dopplerfre quenz durch eine Variation der Taktfrequenz des Schiebe registers und/oder eine Variation der Gewichtungsfaktoren erfolgt.This task is the beginning of a noise generator mentioned type in that the weighting factors the inverse Fourier transform of the Doppler spectrum rums correspond and that a change in Dopplerfre sequence by varying the clock frequency of the slide registers and / or a variation of the weighting factors he follows.

Dabei wird durch die so gewählte Gewichtung entsprechend der inversen Fourier-Transformierten des Dopplerspek trums, welche die Besselfunktion erster Ordnung der Art Null ist, das geforderte Spektrum direkt erzeugt, ohne daß zusätzliche Filter, beispielsweise zur Hervorhebung bestimmter Signalanteile benötigt werden. Eine Verände rung der Dopplerfrequenz ist ohne zusätzliche Filter lediglich durch entsprechende Gewichtung und/oder durch eine Veränderung der Taktfrequenz des Schieberegisters möglich. Somit wird ein Rauschgenerator angegeben, der ein Dopplerspektrum bei minimalem schaltungstechnischen Aufwand erzeugt.In doing so, the weighting chosen accordingly the inverse Fourier transform of the Doppler spec trums, which have the first order Bessel function of Art Is zero, the required spectrum is generated directly without that additional filters, for example for highlighting certain signal components are required. A change Doppler frequency is without additional filters only by appropriate weighting and / or by a change in the clock frequency of the shift register possible. A noise generator is thus specified which a Doppler spectrum with minimal circuitry Effort created.

Bei einer Ausgestaltungsform wird das Summensignal einem Tiefpaß mit fester Grenzfrequenz zugeführt. Die Grenzfre quenz des Tiefpasses entspricht dabei der maximalen Dopp lerfrequenz. Durch die Verwendung lediglich eines Tief passes mit fester Grenzfrequenz kann gegenüber einer Realisierung mit einem Tiefpaß mit variabler Grenzfre quenz der schaltungstechnische Aufwand vermindert werden. In one embodiment, the sum signal is one Low-pass filter supplied with a fixed cut-off frequency. The Grenzfre The low pass frequency corresponds to the maximum double lerfrequency. By using only one low passes with a fixed cutoff frequency can be compared to a Realization with a low pass with variable limit fre quenz the circuit complexity can be reduced.

Bei einer weiteren Ausgestaltungsform erfolgt die Reali sierung des Schieberegisters und die Einstellung der Ge wichtungsfaktoren durch einen Mikroprozessor. Hierdurch ist eine Änderung der Gewichtungsfaktoren auf einfache Weise durchführbar.In a further embodiment, the reali takes place the shift register and the setting of the Ge weighting factors through a microprocessor. Hereby is a change in weighting factors to simple Way feasible.

Bei einer Ausgestaltungsform wird einer die Gewichtungs faktoren bestimmenden Gewichtungsfunktion eine Fenster funktion überlagert. So können beispielsweise durch zu sätzliche Überlagerung eines sogenannten Hamming-Fensters die Effekte, die durch die endliche Länge des Schiebere gisters hervorgerufen werden, verringert werden. Dabei ändert die hierdurch bewirkte Formung des Spektrums nichts an der Normalverteilung der Amplituden.In one embodiment, one becomes the weighting factor determining weighting function a window function overlaid. For example, through additional overlay of a so-called Hamming window the effects caused by the finite length of the slider gisters are caused, reduced. Here changes the resulting shaping of the spectrum nothing about the normal distribution of the amplitudes.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is described below with reference to the figures illustrated embodiments explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Rauschgenerators und Fig. 1 is a block diagram of a noise generator and

Fig. 2a, 3a Diagramme zur Einstellung der Eckfrequenz von in Fig. 2b, 3b dargestellten Dopplerspekten. Fig. 2a, 3a diagrams for adjusting the cutoff frequency of in Fig. 2b, 3b Dopplerspekten shown.

Der in Fig. 1 dargestellte Rauschgenerator weist ein Schieberegister SR auf, welches aus Schieberegisterele menten 1, 2, 3, 4,..., n gebildet wird. Das über ein EX-OR-Gatter E rückgekoppelte Schieberegister SR wird mit einem Takt T getaktet. An den Schieberegisterelementen 1...n liegen Ausgangssignale A1..., An, die mit Hilfe eines Addierers A zu einem Summensignal S gewichtet addiert werden. Das Summensignal wird einem Tiefpaß F zu geführt, an dessen Ausgang ein Rauschsignal R anliegt. The noise generator shown in Fig. 1 has a shift register SR, which is formed from shift register elements 1 , 2 , 3 , 4 , ..., n. The shift register SR fed back via an EX-OR gate E is clocked with a clock T. Output signals A 1 ..., are present at the shift register elements 1 ... n and are added to a sum signal S in a weighted manner with the aid of an adder A. The sum signal is fed to a low-pass filter F, at the output of which a noise signal R is present.

Durch die Gewichtung der einzelnen Schieberregisterstufen 1...5 mit den Gewichtungsfaktoren G1...G5 und die Summie rung der durch sie fließenden Ströme, d. h. der Ausgangs signale A1...A5 der Schieberegisterelemente, wird aus der digitalen Pseudozufallsfolge des Schieberegisters SR in form des Summensignals S eine Rauschspannung gewonnen. Die spektrale Verteilung des so gewonnenen Summensignals S ist von der Gewichtung der Gewichtungsfaktoren G1...Gn abhängig. Werden die Gewichtungsfaktoren G1...Gn so ge wählt, daß diese der inversen Fourier-Transformierten des Doppler-Spektrums entsprechen, so wird allein durch diese geeignete Gewichtung bereits ein Dopplerspektrum erzeugt, ohne daß zur Formung des erhaltenen Spektrums noch spe zielle Filter nachgeschaltet werden müssen. Das in Fig. 1 dargestellte Tiefpaßfilter F ist mit einem minimalen schaltungstechnischen Aufwand realisierbar, da es eine feste Grenzfrequenz aufweist. Hierdurch sollen lediglich störende Signalanteile in der Nähe der Eckfrequenz des gewünschten Spektrums ausgeblendet werden. Um ein Dopp lerspektrum zu erhalten, ist es also lediglich erforder lich, eine geeignete die Gewichtungsfaktoren G1...Gn be stimmende Gewichtsfunktion zu wählen. Diese kann bei spielsweise aus den Korrespondenztabellen der Fourier- Transformation entnommen werden. Dabei ist die inverse Fourier-Transformierte des Doppler-Spektrums die Bessel funktion erster Art der Ordnung Null. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel können die Effekte, die durch die endliche Länge des Schieberegisters SR hervor gerufen werden, durch eine zusätzliche Überlagerung der die Gewichtungsfaktoren G1...Gn bestimmenden Gewichtungs funktion mit einer Fensterfunktion, z. B. eines Hamming- Fensters, verringert werden. Eine hierdurch bewirkte wei tere Formung des Spektrums des entstehenden Zufallssig nals ändert dabei nichts an der Normalverteilung seiner Amplituden. By weighting the individual slide register stages 1 ... 5 with the weighting factors G 1 ... G 5 and the summation of the currents flowing through them, ie the output signals A 1 ... A 5 of the shift register elements, the digital pseudo-random sequence becomes of the shift register SR in the form of the sum signal S obtained a noise voltage. The spectral distribution of the sum signal S obtained in this way depends on the weighting of the weighting factors G 1 ... Gn. If the weighting factors G 1 ... Gn are selected so that they correspond to the inverse Fourier transform of the Doppler spectrum, a Doppler spectrum is already generated by this suitable weighting alone, without any special filters being connected downstream to form the spectrum obtained Need to become. The low-pass filter F shown in FIG. 1 can be implemented with minimal circuit complexity, since it has a fixed cut-off frequency. This is only intended to suppress interfering signal components in the vicinity of the corner frequency of the desired spectrum. In order to obtain a double spectrum, it is therefore only necessary to select a suitable weighting function which determines the weighting factors G 1 ... Gn. For example, this can be found in the correspondence tables of the Fourier transformation. The inverse Fourier transform of the Doppler spectrum is the Bessel function of the first order zero order. In the embodiment shown in Fig. 1, the effects caused by the finite length of the shift register SR, by an additional superposition of the weighting factors G 1 ... Gn determining weighting function with a window function, for. B. a Hamming window can be reduced. A further shaping of the spectrum of the resulting random signal caused thereby does not change the normal distribution of its amplitudes.

Eine Veränderung der Dopplerfrequenz kann nun auf zwei Wegen erreicht werden. Eine Möglichkeit besteht darin, die Taktfrequenz T des Schieberegisters SR zu verändern. Die zweite Möglichkeit liegt in der Variation der Gewich tungsfaktoren G1...Gn. Das Schieberegister SR sowie die Erzeugung der Gewichtungsfaktoren G1...Gn kann beispiels weise mit Hilfe eines Mikroprozessors auf einfache Weise realisiert werden, wobei hierdurch auch eine einfache Möglichkeit zur Änderung der Gewichtungsfaktoren G1..Gn besteht. Durch eine geeignete Kombination einer Variation von Taktfrequenz T und Gewichtungsfaktoren G1...Gn läßt sich erreichen, daß der zur Unterdrückung der Harmoni schen der Taktfrequenz T erforderliche Tiefpaß F eine feste Grenzfrequenz haben kann. Hierdurch läßt sich der schaltungstechnische Aufwand unter Erhaltung eines großen Variationsbereiches der einstellbaren Dopplerfrequenz gering halten.A change in the Doppler frequency can now be achieved in two ways. One possibility is to change the clock frequency T of the shift register SR. The second possibility is to vary the weighting factors G 1 ... Gn. The shift register SR and the generation of the weighting factors G 1 ... Gn can, for example, be implemented in a simple manner with the aid of a microprocessor, whereby there is also a simple possibility for changing the weighting factors G 1 .. Gn. By a suitable combination of a variation of the clock frequency T and weighting factors G 1 ... Gn it can be achieved that the low-pass filter F required to suppress the harmonics of the clock frequency T can have a fixed cut-off frequency. As a result, the circuitry complexity can be kept low while maintaining a large variation range of the adjustable Doppler frequency.

Fig. 2a, 3a zeigen jeweils ein Beispiel für den Verlauf einer Gewichtungsfunktion G zur Erzeugung der in Fig. 1 beschriebenen Gewichtungsfaktoren G1...Gn. Dabei ent spricht eine Veränderung der Frequenz der Gewichtungs funktion G einer Veränderung der Taktfrequenz T des in Fig. 1 dargestellten Schieberegisters SR. In den Fig. 2b, 3b sind jeweils zugehörige Dopplerspektren U(f) darge stellt. Fig. 2a, 3a each showing an example of the profile of a weighting function G for generating the weighting factors G 1 described in FIG. 1 ... Gn. A change in the frequency of the weighting function G corresponds to a change in the clock frequency T of the shift register SR shown in FIG. 1. In FIGS. 2b, 3b associated Doppler spectra U (f) Darge each represents.

Wie bereits erwähnt, sind aus der Gewichtungsfunktion G die im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits beschriebenen Ge wichtungsfaktoren G1...Gn ableitbar. Eine Veränderung der Dopplerfrequenz f_D kann auf zwei Wegen erreicht wer den. Einmal durch eine Veränderung der Frequenz der Ge wichtungsfunktion G, d. h. durch eine Veränderung der Taktfrequenz T des Schieberegisters SR (Fig. 1). Dabei ergibt die Gegenüberstellung der Fig. 3a und zugehöriger Fig. 3b mit den Fig. 2a und der zugehörigen Fig. 2b, daß eine Erhöhung der Frequenzen der Gewichtungsfunktion G mit einer Erhöhung der Dopplerfrequenz f_D einhergeht. Eine weitere Möglichkeit zur Variation der Dopplerfre quenz f_D kann dadurch erreicht werden, daß der Abstand der durch die Schieberegisterstufen repräsentierten Ab tastungen der Gewichtungsfunktion G verändert wird. Somit ist eine Veränderung der Dopplerfrequenz U(f) ohne zu sätzliche Filter, lediglich durch entsprechende Gewich tung und/oder durch eine Veränderung der Taktfrequenz des Schieberegisters möglich.As already mentioned, the weighting factors G 1 ... Gn already described in connection with FIG. 1 can be derived from the weighting function G. A change in the Doppler frequency f _D can be achieved in two ways. First, by changing the frequency of the weighting function G, ie by changing the clock frequency T of the shift register SR ( FIG. 1). The comparison of FIG. 3a and associated FIG. 3b with FIG. 2a and the associated FIG. 2b shows that an increase in the frequencies of the weighting function G is accompanied by an increase in the Doppler frequency f _D. A further possibility for varying the Dopplerfre quency f _D can be achieved in that the distance between the samples of the weighting function G represented by the shift register stages is changed. A change in the Doppler frequency U (f) is thus possible without additional filters, only by appropriate weighting and / or by changing the clock frequency of the shift register.

Claims

1. Noise generator for generating a Doppler spectrum (U (f)) with a Doppler frequency (f _D ), in particular for a radio channel simulator, with a feedback shift register (SR) with shift register elements ( 1 ... n), the output signals (A 1 .. .An) weighted with weighting factors (G 1 ... Gn) are added to a sum signal, characterized in that the weighting factors (G 1 ... Gn) of the inverse Fourier transform of the Doppler spectrum (U (f) ) speak accordingly, and that a change in the Doppler frequency (f _D ) takes place by varying a clock frequency (T) of the shift register (SR) and / or by varying the weighting factors (G 1 ... Gn).

2. Noise generator according to claim 1, characterized, that the sum signal (S) a low-pass filter (F) with fixed Cutoff frequency is supplied.

3. Noise generator according to one of claims 1 or 2, characterized in that the shift register (SR) and the setting of the weighting factors (G 1 ... Gn) are implemented by a microprocessor.

4. Noise generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that a weighting function (G 1 ... Gn) determining weighting function (G) is superimposed on a window function.