多徑陰影復(fù)合衰落信道模擬裝置及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多徑陰影復(fù)合衰落信道模擬裝置及其工作方法，首先綜合考慮路徑損耗、陰影衰落和多徑衰落的復(fù)合影響提出一種通用的復(fù)合衰落數(shù)學(xué)模型，后將模型中的多徑衰落、陰影衰落和信道噪聲分解為高斯隨機(jī)過(guò)程表達(dá)形式，并統(tǒng)一采用SoS定點(diǎn)模型模擬產(chǎn)生，該模擬方法符合FPGA定點(diǎn)運(yùn)算特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)。模擬系統(tǒng)支持上、下行鏈路同時(shí)模擬；有兩個(gè)輸入接口可供選擇，包括射頻模擬信號(hào)或中頻模擬信號(hào)；用戶通過(guò)PC輸入通信場(chǎng)景等參數(shù)，DSP實(shí)時(shí)計(jì)算該場(chǎng)景下復(fù)合衰落信道的特征參數(shù)，F(xiàn)PGA利用該特征參數(shù)進(jìn)行硬件模擬；輸出模擬通過(guò)無(wú)線信道后的信號(hào)也包括中頻和射頻信號(hào)兩種，應(yīng)用于陸-陸移動(dòng)通信場(chǎng)景，也可應(yīng)用于空-地(地-空)和空-空通信衰落信道場(chǎng)景。
【專利說(shuō)明】多徑陰影復(fù)合衰落信道模擬裝置及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明是一種針對(duì)多徑陰影復(fù)合衰落的無(wú)線信道模擬裝置及其工作方法，特別針對(duì)普通環(huán)境下的無(wú)線衰落信道模擬系統(tǒng)及方法，其屬于無(wú)線信息傳輸領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】:
[0002]在過(guò)去的二十年里，無(wú)線通信技術(shù)迅猛發(fā)展，無(wú)線通信已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。與有線通信不同，無(wú)線通信無(wú)論是在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，還是在通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃部署，都要考慮無(wú)線通信環(huán)境的影響。
[0003]無(wú)線信號(hào)在傳播過(guò)程中受地形、地貌及傳輸距離的影響存在路徑損耗，同時(shí)會(huì)發(fā)生電波的反射、散射及繞射等，使得到達(dá)接收端的信號(hào)是由許多路徑來(lái)的眾多反射波合成的。由于電波通過(guò)各個(gè)路徑的距離不同，因而各路徑來(lái)的反射波到達(dá)時(shí)間不同，相位也就不同。不同相位的多個(gè)信號(hào)在接收端迭加，有時(shí)同相迭加而加強(qiáng)，有時(shí)反向迭加而減弱。因此，接收信號(hào)的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生多徑衰落。同吋，由于收發(fā)端的移動(dòng)性使信號(hào)產(chǎn)生多普勒頻移，此外，受周圍建筑物及地貌遮擋的影響，還存在陰影衰落。
[0004]為了有效地評(píng)估和驗(yàn)證無(wú)線通信系統(tǒng)的性能，同時(shí)減少研發(fā)成本、縮短開發(fā)測(cè)試周期，需要在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬復(fù)雜的無(wú)線通信環(huán)境。根據(jù)傳播場(chǎng)景分析和實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，移動(dòng)無(wú)線信道己有多種不同的數(shù)學(xué)模型。然而，由于無(wú)線信道的復(fù)雜性，不可能建立単一的模型涵蓋所有的條件。所以，有必要總結(jié)歸納出ー種相對(duì)應(yīng)用廣泛的信道模型，并據(jù)此完成具備實(shí)時(shí)信道模擬功能的硬件模擬器。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明提供一種針對(duì)多徑陰影復(fù)合衰落信道的模擬裝置及其工作方法，該方法可以對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸中所用的射頻或中頻信號(hào)進(jìn)行信道模擬，而且該模擬方法可以使得多徑衰落與陰影衰落相互獨(dú)立，同時(shí)使得各簇復(fù)合衰落互不相關(guān)，并且保證同一簇路徑信號(hào)不同時(shí)刻的復(fù)合衰落存在相關(guān)性。該方法適用于無(wú)線通信系統(tǒng)性能的測(cè)試和驗(yàn)證領(lǐng)域。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種多徑陰影復(fù)合衰落信道模擬裝置，支持上/下行鏈路信道同時(shí)模擬功能，所述上行鏈路包括主控PC機(jī)中的參數(shù)輸入?yún)g元，DSP芯片中的參數(shù)計(jì)算單元，F(xiàn)PGA芯片中的信道模擬單元，數(shù)模變換単元和模數(shù)變換單元，上混頻單元和下混頻單元，信號(hào)輸入輸出接ロ包括射頻輸入和中頻輸入，射頻輸出和中頻輸出，所述下行鏈路組成和實(shí)現(xiàn)過(guò)程與所述上行鏈路一致，所述參數(shù)輸入單元的輸出接ロ與所述參數(shù)計(jì)算單元的輸入接ロ以CPCI總線相連；所述參數(shù)計(jì)算單元的輸出接ロ與所述信道模擬單元的輸入接ロ以EMIF總線相連；所述射頻輸入接ロ與下混頻單元輸入相連；所述下混頻單元輸出與模數(shù)變換單元輸入相連；所述模數(shù)變換單元輸出與信道模擬單元的輸入接ロ相連；若系統(tǒng)輸入為中頻信號(hào)則直接與模數(shù)變換單元輸入相連；所述信號(hào)中頻輸出単元的輸入接ロ與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片輸出相連；若系統(tǒng)輸出為射頻信號(hào)，則中頻輸出信號(hào)與上混頻單元輸入端相連；上混頻器單元輸出端與射頻輸出接ロ相連。[0007]所述模擬程序如下:復(fù)合衰落信道模擬運(yùn)算采用FPGA硬件程序?qū)崿F(xiàn)，F(xiàn)PGA接收參數(shù)計(jì)算單元輸入的信道參數(shù)，然后完成模擬疊加多徑陰影復(fù)合衰落過(guò)程，復(fù)合衰落r(t)產(chǎn)生方法如下:
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種多徑陰影復(fù)合衰落信道模擬裝置，支持上/下行鏈路信道同時(shí)模擬功能，所述上行鏈路包括主控PC機(jī)中的參數(shù)輸入單元(3-1 )，DSP芯片中的參數(shù)計(jì)算單元(3-2)，F(xiàn)PGA芯片中的信道模擬單元(3-3)，數(shù)模變換単元(3-14)和模數(shù)變換單元(3-9)，上混頻單元(3-15)和下混頻單元(3-8)，信號(hào)輸入輸出接ロ包括射頻輸入(3-4)和中頻輸入(3-5)，射頻輸出(3-6)和中頻輸出(3-7)，所述下行鏈路組成和實(shí)現(xiàn)過(guò)程與所述上行鏈路一致，其特征在于:所述參數(shù)輸入單元(3-1)的輸出接ロ與所述參數(shù)計(jì)算單元(3-2)的輸入接ロ以CPCI總線相連；所述參數(shù)計(jì)算單元(3-2)的輸出接ロ與所述信道模擬單元(3-3)的輸入接ロ以EMIF總線相連；所述射頻輸入(3-4)接ロ與下混頻單元(3-8)輸入相連；所述下混頻單兀(3-8)輸出與模數(shù)變換單兀(3-9)輸入相連；所述模數(shù)變換單兀(3-9)輸出與信道模擬單元(3-3)的輸入接ロ相連；若系統(tǒng)輸入為中頻信號(hào)則直接與模數(shù)變換單元(3-9)輸入相連；所述信號(hào)中頻輸出単元(3-7)的輸入接ロ與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(3-14)輸出相連；若系統(tǒng)輸出為射頻信號(hào)，則中頻輸出信號(hào)(3-7)與上混頻單元(3-15)輸入端相連；上混頻器單元(3-15)輸出端與射頻輸出(3-6)接ロ相連。
2.如權(quán)利要求1所述的多徑陰影復(fù)合衰落信道模擬裝置，其特征在于:所述模擬程序如下:復(fù)合衰落信道模擬運(yùn)算采用FPGA硬件程序?qū)崿F(xiàn)，F(xiàn)PGA接收參數(shù)計(jì)算單元(3-2)輸入的信道參數(shù)，然后完成模擬疊加多徑陰影復(fù)合衰落過(guò)程，復(fù)合衰落r(t)產(chǎn)生方法如下:
3.—種如權(quán)利要求1所述的多徑陰影復(fù)合衰落信道模擬裝置的工作方法包括如下步驟: 第一歩:用戶通過(guò)PC機(jī)(3-1)輸入通信場(chǎng)景參數(shù)，通過(guò)CPCI總線將用戶輸入?yún)?shù)發(fā)送到DSP芯片中的參數(shù)計(jì)算單元(3-2)； 第二步:參數(shù)計(jì)算單元(3-2)根據(jù)用戶輸入收發(fā)機(jī)的位置、速度、信號(hào)頻率、信號(hào)入射角分布和環(huán)境參數(shù)計(jì)算信道參數(shù)，并對(duì)信道參數(shù)進(jìn)行定點(diǎn)量化，再通過(guò)EMIF高速數(shù)據(jù)總線接ロ傳送到FPGA芯片中的信道模擬單元(3-3 )，計(jì)算步驟為: 1)根據(jù)收發(fā)機(jī)的位置及公式(6)計(jì)算某時(shí)刻的路徑損耗a(t)，并進(jìn)行定點(diǎn)量化， a (t) = 32.44+20^(^)+20^(4,) (6) 式中，fmz, dkm分別表示頻率和通信距離且單位采用MHz和km ； 2)根據(jù)收發(fā)機(jī)的位置計(jì)算信號(hào)傳播時(shí)延T(t)，并進(jìn)行定點(diǎn)量化； 3)根據(jù)收發(fā)機(jī)的位置、速度及公式(7)計(jì)算多普勒頻率，
4.如權(quán)利要求3所述的多徑陰影復(fù)合衰落信道模擬裝置的工作方法，其特征在于:所述信道模擬單元(3-2)接收模數(shù)變換芯片(3-9)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，首先經(jīng)過(guò)下變頻(3-10)后得到兩路正交基帶信號(hào)Xc;(t)，xs(t)，然后在復(fù)基帶域模擬信道疊加的過(guò)程，并獲得經(jīng)過(guò)信道后輸出的正交基帶信號(hào)Ic (t)，ys (t)，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下: .1)信道模擬單元(3-3)通過(guò)EMIF高速數(shù)據(jù)總線接ロ與所述參數(shù)計(jì)算單元(3-2)相連，接收所述參數(shù)計(jì)算單元中的信道參數(shù)； .2)根據(jù)所述參數(shù)計(jì)算單元(3-2)傳輸?shù)腟oS模型參數(shù)包括入射角和初始相位，利用式(10)產(chǎn)生查找表原始地址，
.2 3ifi；dtcosai；n+(j5i；n (10) 經(jīng)過(guò)截?cái)嗪?，再疊加ー個(gè)隨機(jī)微小的偏移量獲得最終的查找表地址，查表疊加后產(chǎn)生零均值高斯隨機(jī)變量； .3)根據(jù)公式(2)模型及所述參數(shù)計(jì)算單元(3-2)傳輸?shù)年幱八ヂ涞臉?biāo)準(zhǔn)偏差Oe和區(qū)域均值ii e，利用步驟2)方法產(chǎn)生獨(dú)立高斯隨機(jī)變量，結(jié)合查表法產(chǎn)生對(duì)數(shù)正態(tài)分布隨機(jī)變量P⑴； .4)根據(jù)公式(3)模型及所述參數(shù)計(jì)算單元傳輸?shù)母黜?xiàng)加權(quán)系數(shù)a，3，I，利用步驟2)方法產(chǎn)生獨(dú)立高斯隨機(jī)變量后，產(chǎn)生Nakagami隨機(jī)變量Y (t)； .5)重復(fù)步驟2)至4)，產(chǎn)生各簇的多徑和陰影衰落； .6)利用步驟2)產(chǎn)生兩路獨(dú)立的高斯隨機(jī)變量，作為信道高斯噪聲ns(t)； .7)根據(jù)公式(11)得到復(fù)基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑陰影復(fù)合衰落信道后的模擬結(jié)果，
【文檔編號(hào)】H04W16/18GK103532644SQ201310471006
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】朱秋明, 周生奎, 黃攀, 戴秀超, 王成華, 陳小敏, 劉星麟 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)