实际信道结合计算机仿真测试信道传输性能的系统及方法

摘要

本发明提供一种实际信道结合计算机仿真测试信道传输性能的系统及方法。采用开环模式，通过计算机仿真发送数据包信息，通过校验获得数据信息传输前后的变化，从而测试传输信道的传输性能。本发明的优点在于：采用实际信道结合计算机仿真的方法测试信道的传输性能，能够获得真实的信道传输特性，同时支持一对多/多对多的通信模式，可应用于不同类型的传输信道，并具有手段灵活、成本低的优点，能够满足高速率、一对多/多对多的复杂通信系统测试对实时性的要求，并能避免引入复杂的应答机制而造成的时延。

说明书

技术领域

本发明涉及通信系统中数据传输，特别涉及一种实际信道结合计算机仿真测试信道传输性能的系统及方法。

背景技术

传输信道的性能是通信系统的关键因素。信道传输性能的分析与测试是设计、规划及部署通信系统的必要手段。目前信道传输性能的分析及测试方法主要有以下几种：

1)理论模型及仿真分析

依据现有传输信道的理论模型，如瑞利统计模型、莱斯统计模型、Hata模型等，利用计算机进行信道建模，仿真传输信道，获得不同信噪比下的性能曲线。这种方法的优点在于：不需要购买专用的测试仪器和设备，成本较低；构建通信系统前就可以展开系统的理论分析及仿真工作，非常适用于系统的前期预言；大量的仿真平台和软件可供选择，可根据实际系统的需求编制仿真软件，测试方法、测试手段、测试范围，测试数据的记录方式也灵活多变；数据的发送和接收在一台计算机内部完成，处理简单，不需要发送端与接收端额外的协商和同步。

但是，该方法也存在以下缺陷：信道模型只是反映了在特定环境下传输信道的一阶或高阶统计特性，与实际的信道特性存在一定的差异，仿真所获得的性能曲线需要结合现场测试所获得的数据来分析具体通信系统中特定信道的传输性能；无法结合具体设备分析特定传输信道的稳定性；信道模型、数据发送、接收流程全部通过软件实现，编程工作量较大。

2)实际信道采用自环模式结合专用测试仪器的方法

如图1所示，将实际传输信道的两端连接到同一台专用测试仪器上，利用该设备同时模拟通信系统中的发送端和接收端。专用测试仪器按系统要求发送指定速率的数据包，经由实际信道传输后，专用测试仪器接收数据包，判断数据包经信道传输后能否正确接收，统计误码率、丢包率，生成性能曲线。在一台专用测试仪器内部同时处理数据的发送与接收，记录、统计、分析实际信道的传输性能。其优点在于：采用自环模式只需要一台专用测试仪器；无需信道建模，只需设置专用测试仪器的参数或编制相应的脚本文件，简化了测试软件的编程工作；能够获得实际传输信道的性能；数据的发送和接收在一台专用测试仪器的内部完成，不需要发送端与接收端额外的协商和同步。

但是，该方法也存在以下缺陷：由于传输信道的特点，自环方式可能无法反映其真实特性。例如对于无线信道，发送端必须与接收端间隔一定的距离，以反映信道的路径损耗和多径衰落。并且对于现场已部署的信道，难以采用自环模式测试其性能；需要购置专用测试仪器导致成本增加，并且可能需要针对不同的信道购买相应的专用测试仪器；需要专用测试仪器支持自环模式；测试手段、测试方法、测试范围和测试数据的记录方式受专用测试仪器所支持的功能限制；难以对一发多收的情况进行测试。

3)实际信道采用开环模式结合专用测试仪器的方法

如果自环模式不能反映信道的特性，或者难以采用自环模式测试信道的性能，可采用开环模式，如图2所示，将实际的传输信道与两台或多台专用测试仪器相连，利用一台或多台专用测试仪器模拟通信系统中的发送端，利用一台或多台专用测试仪器模拟通信系统中的接收端。专用测试仪器，即发送端按系统要求发送指定速率的数据包，经由实际信道传输后，专用测试仪器，即接收端接收数据包，判断数据包经信道传输后能否正确接收，统计误码率、丢包率，生成性能曲线。其优点在于：无需信道建模，只需设置专用测试仪器的参数或编制相应的脚本文件，简化了测试软件的编程工作；专用测试仪器无需支持自环模式；能够对一发多收、多发多收的情况进行测试；可用于现场已部署的信道、无线衰落信道的测试。

但是，该方法也存在以下缺陷：需要购置专用的测试仪器，对于点到多点，多点到多点的传输需要购置多台专用测试仪器，导致成本的急剧增加；测试手段、测试方法、测试范围和测试数据的记录方式受专用测试仪器所支持的功能限制；发送端和接收端位于不同的专用测试仪器中，收发双方需要协商和同步。

4)实际信道采用自环模式结合计算机仿真的方法

将实际传输信道的两端连接到同一台计算机上，利用该计算机同时模拟通信系统中的发送端和接收端。编制仿真软件，按照系统要求，在该计算机上完成编码、交织、调制等一系列发送流程，产生指定速率的数据包，经由实际信道传输后，计算机接收数据包，完成解调、解交织、译码等一系列接收流程，并比较译码后的数据包与编码前的数据包是否一致，统计误码率、丢包率，生成性能曲线。其优点在于：不需要购买专用测试仪器，成本较低；能够获得实际传输信道的性能；大量的仿真平台和软件可供选择，可根据实际系统的需求编制仿真软件，测试方法、测试手段、测试范围和测试数据的记录方式灵活可变；数据的发送和接收在一台专用测试仪器的内部完成，不需要发送端与接收端额外的协商和同步。

但是，该方法也存在以下缺陷：自环方式可能无法反映被测信道的真实特性。对于现场已部署的信道，难以采用自环方式测试其性能；难以对一发多收的情况进行测试；数据发送、接收流程全部通过软件实现，编程工作量较大。

5)实际信道采用开环模式结合计算机仿真的方法

将实际的传输信道与两台或多台计算机相连，利用一台或多台计算机模拟通信系统中的发送端，利用一台或多台专用测试仪器模拟通信系统中的接收端。计算机模拟的发送端按系统要求完成编码、交织、调制等一系列发送流程，产生指定速率的数据包，经由实际信道传输后，计算机模拟的接收端接收数据包，完成解调、解交织、译码等一系列接收流程，并比较译码后的数据包与编码前数据包，统计误码率、丢包率，生成性能曲线。其优点在于：不需要购买专用的测试仪器，成本较低；能够获得实际传输信道的性能；能够对一发多收、多发多收的情况进行测试；可用于现场已部署的信道、无线衰落信道的测试；测试方法、测试手段、测试范围和测试数据的记录方式灵活可变。

但是，该方法也存在以下缺陷：数据发送、接收流程全部通过软件实现，编程工作量较大；发送端和接收端在不同的计算机内实现，收发双方需要协商和同步。

综合考虑上述五种测试方法的优点与缺陷，可以看出开环模式下，实际信道结合计算机仿真的方法是较理想的一种，它避免了购入专用的测试设备从而导致成本的增加，测试方法、测试手段、测试范围具有很高的灵活性，适用于多种传输信道并存的数据通信系统，能够在室内对传输信道进行测试，同时也能够对现场已部署的信道进行测试。

发明内容

本发明的主要目的，在于解决上述缺陷，避免缺陷存在，提供一种实际信道结合计算机仿真测试信道传输性能的系统，包含发送装置和接收装置，其中，发送装置包含：随机数发生器模块，随机地产生指定长度的数据信息；发送流程处理模块，对随机数发生器模块输出的数据信息完成发送流程的操作，生成待发送的数据包信息，；写文件模块，将发送流程处理模块输出的待发送数据包信息写入所述文件；读文件模块，从所述文件中读取待发送的数据包信息；发送模块，在传输数据前形成握手信息，重复发送相同的握手信息；以指定的时间间隔发送读文件模块输出的数据包信息；形成传输终止信息，重复发送相同的传输终止信息。

接收装置包含：接收模块，根据接收到的握手信息内容建立文件，同时接收数据包信息、传输终止信息，根据传输终止信息关闭所述文件；写文件模块，将接收模块输出的数据包信息写入所述文件；读文件模块，从所述文件中读取数据包信息；接收流程处理模块，对读文件模块输出的数据包信息完成接收流程的操作，输出接收的数据信息；对比统计模块，对比发送信息和接收信息内容，统计误码率、丢包率，生成性能曲线。

本发明还提供一种实际信道结合计算机仿真测试信道传输性能的方法，包含发送端实现方法与接收端实现方法，其中，发送端实现方法包含：生成指定长度的数据信息；对数据信息完成发送流程的操作，写入特定的文件；形成握手信息，并向接收端重复发送握手信息；从所述文件中读取数据包信息；

以指定的时间间隔发送数据包信息；形成传输终止信息，并向接收端重复发送传输终止信息。

接收端实现方法包含：接收握手信息，根据握手信息建立特定的文件，将握手信息写入该文件起始位置；接收数据包信息，将数据包信息写入所述文件；接收传输终止信息，将传输终止信息写入所述文件的结束位置，关闭该文件；从所述文件读取数据包信息，对数据包完成接收流程的操作，生成接收信息；通过校验，统计误码率、丢包率，生成性能曲线。

一种测试方法，发送端对数据信息完成发送流程的操作进一步包含：加数据包头、加CRC、编码、打孔、加标志位、交织、调制和插入导频，或发送端根据数据包大小、编码方式、调制方式将待发送数据包信息写入特定的文件。

一种测试方法，发送端根据测试对数据包大小、编码方式、交织方式、调制方式的要求形成握手信息。

一种测试方法，发送端根据信道测试对数据包大小、编码方式、调制方式的要求，从所述文件中读取待发送的数据包信息。

一种测试方法，发送端根据信道测试对传输速率的要求，以指定的时间间隔发送数据包信息。

一种测试方法，发送端根据信道测试对数据包大小、编码方式、交织方式、调制方式的要求形成传输终止信息。

一种测试方法，接收端提取一个通过CRC校验的正确的握手信息，根据信息的内容建立特定的文件，将正确接收的握手信息写入文件的起始位置，或接收端根据数据包中包头所含信息源地址、数据包大小、传输速率信息的内容，将接收数据包写入所述文件。

一种测试方法，接收端提取一个通过CRC校验的正确的传输终止信息，根据信息包含的信息源地址、数据包大小、传输速率信息关闭所述文件。

一种测试方法，或接收端根据结果分析对数据包大小、编码方式、调制方式和传输速率的要求从所述文件中读取接收的数据包信息。一种测试方法，接收端根据握手信息的内容，对输出的数据包进行信道均衡、解调、去交织、去标志位、打孔位插零、译码、CRC校验、移除数据包头。

一种测试方法，一系列接收流程的操作，生成接收信息，或接收端利用CRC校验结果或对比接收信息和发送信息的内容，统计误码率、丢包率，生成性能曲线。

本发明的优点在于：采用实际信道结合计算机仿真的方法测试信道的传输性能，能够获得真实的信道传输特性，同时支持一对多/多对多的通信模式，可应用于不同类型的传输信道，并具有手段灵活、成本低的优点。信息包的产生及对信息包所进行的发送流程的操作在测试开始前完成，传输过程中，发送端只需从特定的文件读取并发送数据包，能够满足高速率、一对多/多对多的复杂通信系统测试对实时性的要求。发送端重复多次发送握手信息帧实现与接收端的同步，避免一对多/多对多的通信系统引入复杂的应答机制及因此而引入的时延。接收端根据帧标志位，接收握手信息帧、数据信息帧和传输终止信息帧。对接收数据包所进行的接收流程的操作在测试结束后完成，传输过程中，接收端只需将接收数据包写入特定的文件，能够满足高速率、一对多/多对多通信系统测试对实时性的要求。发送端重复多次发送传输终止信息帧，通知接收端测试结束，避免引入复杂的应答机制及因此而引入的时延。

附图说明

图1为实际信道结合专用测试仪器，采用自环模式测试信道性能的系统示意图；

图2为实际信道结合专用测试仪器，采用开环模式测试信道性能的系统示意图；

图3为本发明发送装置结构示意图；

图4为本发明接收装置结构示意图；

图5为本发明的测试方法流程图；

图6为本发明三种类型信息帧结构示意图。

具体实施方式

有关本发明的技术内容及详细说明，现配合附图说明如下：

本发明针对通信系统中的传输信道，提出了一种实际信道结合计算机仿真测试信道传输性能的系统，包含发送装置与接收装置。如图3所示，其中发送装置包含：随机数发生器模块、发送流程处理模块、写文件模块、读文件模块、发送模块。

随机数发生器模块，随机地产生指定长度的数据信息，模拟测试系统的信息源。发送流程处理模块，对随机数发生器模块输出的数据信息完成加数据包头、加循环冗余效验码(CRC-Cyclic Redundancy Check)、编码、打孔、加标志位、交织、调制和插入导频一系列发送流程的操作，生成待发送的数据包信息；写文件模块，根据数据包大小、编码方式、调制方式，将发送流程处理模块输出的待发送数据包信息写入特定的文件。读文件模块，根据信道测试对数据包大小、编码方式、调制方式的要求，从特定的文件中读取待发送的数据包信息。发送模块在传输数据前根据测试对数据包大小、编码方式、调制方式的要求形成握手信息，重复发送多个相同的握手信息；然后根据信道测试对传输速率的要求，以指定的时间间隔发送读文件模块输出的数据包信息；之后，再根据测试对数据包大小、编码方式、调制方式的要求形成传输终止信息，重复发送多个相同的传输终止信息。

如图4所示，所述接收装置包含：接收模块、写文件模块、读文件模块、接收流程处理模块、对比统计模块。

接收模块，根据接收到的握手信息内容，提取其中一个通过CRC校验的正确信息，并同时接收数据包信息、传输终止信息，提取其中一个通过CRC校验的正确传输终止信息，。写文件模块将接收模块输出的数据包信息写入特定的文件。读文件模块根据结果分析对源地址、数据包大小、编码方式、调制方式和传输速率的要求，从特定的文件中读取数据包信息。接收流程处理模块，对读文件模块输出的数据包信息完成信道均衡、解调、去交织、去标志位、打孔位插零、译码、CRC校验、移除数据包头一系列接收流程的操作，输出接收的数据信息。对比统计模块，利用CRC校验结果或对比接收流程处理模块输出的接收信息和发送信息的内容，统计误码率、丢包率，生成性能曲线。

本发明还提供了一种实际信道结合计算机仿真测试信道传输性能的方法，包含发送端实现方法与接收端实现方法。如图5所示，其中，发送端测试实现方法包含：

生成大量指定长度的数据信息；

按照系统设计要求对数据信息完成发送流程的操作，写入特定的文件；

生成握手信息，并向指定的接收端重复发送握手信息；

从特定的文件中读取数据包信息；

以指定的时间间隔发送数据包信息；

生成传输终止信息，并向指定接收端重复发送传输终止信息。

接收端测试实现方法包含：

接收握手信息，根据握手信息建立特定的文件，将握手信息写入该文件起始位置；

接收数据包信息，将数据包信息写入特定的文件；

接收传输终止信息，将传输终止信息写入特定的文件结束位置，关闭特定的文件；

从特定的文件读取数据包信息，按照系统设计要求对数据包完成接收流程的操作，生成接收信息；

通过校验，统计误码率、丢包率，生成性能曲线。

在实际操作过程中，是按照如下方法实现的：

开始测试前，发送端利用随机数发生器模块产生大量长度为n Byte的数据信息。然后，发送流程处理模块根据系统设计要求对数据信息进行加数据包头、加CRC、编码、打孔、加标志位、交织、调制和插入导频一系列发送流程的操作，形成待发送的数据包写文件模块根据数据包大小、编码方式和调制方式将发送流程处理模块输出的待发送数据包信息写入特定的文件。发送模块在传输数据前根据测试对数据包大小、编码方式、交织方式、调制方式的要求形成握手信息，重复发送n(n＞1)个相同的握手信息。考虑到应用于一发多收或多发多收的情况，为避免引入复杂的应答机制，本发明采用重复多次发送握手信息的方法，采用CRC效验，而不是采用自动重传请求(ARQ-Automatic Retransmission request)或混合自动重传请求(HARQ-Hybrid Automatic Retransmission reQuest)的方法。然后，读文件模块根据信道测试对数据包大小、编码方式、调制方式的要求，从特定的文件中读取待发送的数据包信息。发送模块再根据信道测试对传输速率的要求，以指定的时间间隔发送读文件模块输出的数据包。之后，发送模块再根据信道测试对数据包大小、编码方式、交织方式、调制方式的要求形成传输终止信息，重复发送n(n＞1)个相同的传输终止信息。考虑到应用于一发多收或多发多收的情况，为避免引入复杂的应答机制，本发明采用重复多次发送传输终止信息的方法采用CRC效验而不是采用ARQ或HARQ的方法。

在传输过程中，通过帧标志位指明所传输信息帧的类型如图6所示，存在以下三种类型的信息帧：

1、握手信息帧

帧标志位为’7F’，则表明为握手信息帧。握手信息帧由帧标志位和握手信息构成。其中，握手信息采用固定长度、固定的编码和调制方式。握手信息包含以下内容：

a、信息源地址，指明握手信息帧的发送端地址；

b、数据包长度，指明发送数据包的长度，数据包由数据包头和数据信息构成；

c、数据包头长度，指明数据包头的长度，数据包头由数据包序号和CRC构成；

d、数据包头CRC长度，指明数据包头中所采用CRC长度；

e、数据包头CRC类型，指明数据包头中所采用CRC类型；

f、数据包编码方式，指明数据包所采用的编码方式；

g、数据包调制方式，指明数据包所采用的调制方式；

h、传输开始时间；

i、起始数据包序号，指明第一个发送数据包的序号；

j、传输速率；

k、填充位。

2、传输终止信息帧

帧标志位为’F7’，则表明为传输终止信息帧。传输终止信息帧由帧标志位和终止信息构成。其中，终止信息采用固定长度、固定的编码和调制方式。终止信息包含以下内容：

a、信息源地址，指明传输信息帧的发送端的地址；

b、数据包长度，指明发送数据包的长度，数据包由数据包头和数据信息构成；

c、数据包头长度，指明数据包头的长度，数据包头由数据包序号和CRC构成；

d、数据包头CRC长度，指明数据包头中所采用CRC的长度；

e、数据包头CRC类型，指明数据包头中所采用CRC的类型；

f、数据包编码方式，指明数据包所采用的编码方式；

g、数据包调制方式，指明数据包所采用的调制方式；

h、传输终止时间；

i、终止数据包序号，指明最后一个发送数据包的序号；

j、传输速率；

k、填充位。

3、数据信息帧

帧标志位为’FF’，则表明为数据信息帧。数据信息帧由帧标志位和数据包构成。数据包由数据包头和数据信息构成。数据包头包含以下内容：

a、信息源地址，指明数据信息帧的发送端的地址；

b、数据包序号，指明数据包的序号；

c、CRC，数据包头的CRC校验，用于判断数据包头在传输过程中是否出现了差错。

接收端的接收模块接收到m(m≤n)个重复的握手信息，提取其中一个通过CRC校验的正确信息，写文件模块将正确接收的握手信息写入文件的起始位置。接收模块接收数据包信息，根据数据包中包头所含信息源地址、数据包大小、传输速率信息的内容，写文件模块将接收数据包写入特定的文件。接收模块接收到k(k≤n)个重复的传输终止信息，提取其中一个通过CRC校验的正确信息，。读文件模块根据结果分析对数据包大小、编码方式、调制方式和传输速率的要求从特定的文件中读取接收的数据包信息。之后，接收流程处理模块根据特定的文件起始位置存储的握手信息内容，如：数据包长度、CRC长度、编码方式、调制方式等信息，对读文件模块输出的数据包进行信道均衡、解调、去交织、去标志位、打孔位插零、译码、CRC校验、移除数据包头一系列接收流程的操作，形成接收信息。最后，对比统计模块利用CRC校验结果或对比接收流程处理模块输出的接收信息和发送信息的内容，统计误码率、丢包率，生成性能曲线。

上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施范围。即凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。