一種無線多徑衰落信道仿真方法及信道仿真器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無線多徑衰落信道仿真方法及信道仿真器，屬于無線通信的技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、高清多媒體、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用出現(xiàn)，移動數(shù)據(jù)流量在未來將會發(fā)生 爆炸式增長。為了解決這一問題，國內(nèi)的第四代移動通信系統(tǒng)（4G)已經(jīng)投入商用，第五代 移動通信系統(tǒng)（5G)的研發(fā)也已開展。與此同時，為了提升系統(tǒng)容量，4G和5G系統(tǒng)在室內(nèi) 將采用密集小蜂窩的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。因此，在4G和5G中，室內(nèi)特定場景下的信道傳播特性直接 影響到通信系統(tǒng)的性能，它對通信信號的設(shè)計起到?jīng)Q定性的作用。然而，現(xiàn)有的衰落信道仿 真器主要是通過假設(shè)信道的衰落特性，人為設(shè)定相關(guān)的參數(shù)，實現(xiàn)信道仿真的功能。這種 方法所產(chǎn)生的信道環(huán)境與實際信道環(huán)境有較大差別，并且不能表征特定室內(nèi)場景的傳播特 性。因此，一種基于實際測量數(shù)據(jù)建模，可應(yīng)用于特定室內(nèi)場景的衰落信道仿真器，對于現(xiàn) 有4G系統(tǒng)的室內(nèi)組網(wǎng)規(guī)劃，以及未來5G系統(tǒng)的通信信號、編碼方式、接收機的設(shè)計都具有 重要的實際價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無線多徑衰落信 道仿真方法及信道仿真器，以解決現(xiàn)有的仿真過程所產(chǎn)生的信道環(huán)境與世界環(huán)境存在較大 差別的問題。
[0004] 本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：
[0005] 一種無線多徑衰落信道仿真方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟（1)對實際環(huán)境中發(fā)送天線和接收天線之間的信道進行測量，通過掃頻測得 實測信道頻率響應(yīng)；
[0007] 步驟（2)對實測的信道頻率響應(yīng)進行傅里葉反變換，獲得實測信道單位脈沖響 應(yīng)；
[0008] 步驟（3)分離實測信道單位脈沖響應(yīng)中的多徑數(shù)、時延、幅度和角度，并分別進行 建模獲得模型；
[0009] 步驟⑷使用極大似然估計法提取步驟⑶得到的幅度和相位模型中的參數(shù)，再 將所有模型的參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫；
[0010] 步驟（5)從所述數(shù)據(jù)庫讀取所有模型的參數(shù)，生成仿真的信道單位脈沖響應(yīng)；
[0011] 步驟（6)生成隨機發(fā)送信號，利用蒙特卡洛仿真方法對信道傳輸過程進行仿真， 計算接收信號在實測信道單位脈沖響應(yīng)和仿真的信道單位脈沖響應(yīng)下傳輸?shù)恼`比特率，通 過誤比特率驗證實際環(huán)境下的信道得到仿真。
[0012] 進一步地，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述步驟（2)獲得實測信道單位脈 沖響應(yīng)為
【主權(quán)項】
1. 一種無線多徑衰落信道仿真方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟（1)對實際環(huán)境中發(fā)送天線和接收天線之間的信道進行測量，通過掃頻測得實測 信道頻率響應(yīng)； 步驟（2)對實測的信道頻率響應(yīng)進行傅里葉反變換，獲得實測信道單位脈沖響應(yīng)； 步驟（3)分離實測信道單位脈沖響應(yīng)中的多徑數(shù)、時延、幅度和角度，并分別進行建模 獲得模型； 步驟（4)使用極大似然估計法提取步驟（3)得到的幅度和相位模型中的參數(shù)，再將所 有模型的參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫； 步驟（5)從所述數(shù)據(jù)庫讀取所有模型的參數(shù)，生成仿真的信道單位脈沖響應(yīng)； 步驟（6)生成隨機發(fā)送信號，利用蒙特卡洛仿真方法對信道傳輸過程進行仿真，計算 接收信號在實測信道單位脈沖響應(yīng)和仿真的信道單位脈沖響應(yīng)下傳輸?shù)恼`比特率，通過誤 比特率驗證實際環(huán)境下的信道得到仿真。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述無線多徑衰落信道仿真方法，其特征在于：所述步驟（2)獲得 實測信道單位脈沖響應(yīng)為：
其中N為多徑數(shù)，^為信道的時延，a k為實測信道的幅度，Θ 信道的相位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述無線多徑衰落信道仿真方法，其特征在于：所述步驟（3)建模 獲得模型如下： 多徑數(shù)模型為N = Ttl/%，其中Ttl為觀察窗口的時間長度，τ ^為信道測量系統(tǒng)的時間 分辨率； 時延模型為 τ,= τ Q(k_l)，其中 k= 1，2，···，Ν; 信道的幅度ak模型為
^ 20,其中，ak表示信道幅度的尺度參 數(shù)，f3k表示信道幅度的形狀參數(shù)； 信道的相位Θ k模型為
；其中，Uk表示信道的相位的均勻分布上 界，Ik表示信道的相位的均勻分布下界。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述無線多徑衰落信道仿真方法，其特征在于：所述步驟（5)生成 仿真的信道單位脈沖響應(yīng)過程為：從數(shù)據(jù)庫讀取模型的參數(shù)；對每一徑根據(jù)信道幅度的尺 度參數(shù)和形狀參數(shù)產(chǎn)生一個Weibull分布的隨機變量作為仿真的信道單位脈沖響應(yīng)的幅 度A k，并根據(jù)信道的相位的均勻分布上界和下界產(chǎn)生一個均勻分布的隨機變量作為仿真的 信道單位脈沖響應(yīng)的相位?k，并讀取參數(shù)多徑數(shù)N和時延T k直接作為仿真的信道單位脈 沖響應(yīng)的多徑數(shù)和時延，根據(jù)公S
生成仿真的信道單位脈沖響應(yīng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述無線多徑衰落信道仿真方法，其特征在于：所述步驟（6)計算 誤比特率的步驟包括隨機生成一串較長的發(fā)送序列并發(fā)送，其長度為 n(1;經(jīng)信道傳輸后獲 得接收信號，統(tǒng)計發(fā)送序列和接收序列中不相同的位的個數(shù)為，計算得到誤比特率Pe = ne/n〇〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述無線多徑衰落信道仿真方法，其特征在于：所述步驟（1)通過 掃頻測得實測信道頻率響應(yīng)包括以下步驟， 步驟（a)設(shè)置實際環(huán)境下接收天線的Stl個移動區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)測量Ltl個空間網(wǎng)格 占 . 步驟（b)每個網(wǎng)格點上測量Mtl組信道頻率響應(yīng)，每組信道頻率響應(yīng)由K ^個掃頻點組 成，獲得SciLtlMc^i實測信道頻率響應(yīng)。
7. -種基于權(quán)利要求1所述無線多徑衰落信道仿真方法的信道仿真器，其特征在于， 包括： 信道測量模塊，用于對實際環(huán)境中發(fā)送天線和接收天線之間的信道進行測量獲得實測 信道頻率響應(yīng)； 實測信道單位脈沖響應(yīng)提取模塊，用于對實測信道頻率響應(yīng)進行傅里葉反變換，生成 實測信道單位脈沖響應(yīng)； 模型建立模塊，用于對實測信道單位脈沖響應(yīng)的多徑數(shù)、時延、幅度、相位進行建模獲 得對應(yīng)模型； 模型參數(shù)提取模塊，用于對建立的每個模型提取參數(shù)及將所提取的各個參數(shù)存入數(shù)據(jù) 庫； 仿真信道產(chǎn)生模塊，用于讀取所述數(shù)據(jù)庫中存儲的模型參數(shù)，生成仿真的信道單位脈 沖響應(yīng)； 仿真信道驗證模塊，用于隨機生成發(fā)送信號及分別計算接收信號在實測信道單位脈沖 響應(yīng)和仿真的信道單位脈沖響應(yīng)下傳輸?shù)恼`比特率，通過誤比特率驗證實際環(huán)境下的信道 得到仿真。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述無線多徑衰落信道信道仿真器，其特征在于：還包括信道特性 顯示模塊，用于顯示實測的信道參數(shù)和仿真的信道參數(shù)，以及生成實測信道單位脈沖響應(yīng) 和仿真信道單位脈沖響應(yīng)的圖形。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線多徑衰落信道仿真方法及信道仿真器，方法包括：對實際環(huán)境中發(fā)送天線和接收天線之間的信道進行測量，通過掃頻測得實測信道頻率響應(yīng)；對實測的信道頻率響應(yīng)進行傅里葉反變換，獲得實測信道單位脈沖響應(yīng)；分離實測信道單位脈沖響應(yīng)中的參數(shù)，并進行建模獲得參數(shù)模型；將模型的參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫；讀取模型的參數(shù)，生成仿真的信道單位脈沖響應(yīng)；利用蒙特卡洛仿真計算誤比特率，完成實際環(huán)境下信道的仿真；仿真器包括信道測量模塊、實測信道單位脈沖響應(yīng)提取模塊、模型建立模塊、模型參數(shù)提取模塊、仿真信道產(chǎn)生及驗證模塊。本發(fā)明可實測數(shù)據(jù)和建立模型，分析不同通信過程的誤比特性能，仿真得到的信道更符合實際環(huán)境。
【IPC分類】H04B17-391
【公開號】CN104683051
【申請?zhí)枴緾N201510072438
【發(fā)明人】朱洪波, 呂文俊, 余雨, 劉洋
【申請人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月11日