動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下無線信道實(shí)時(shí)模擬方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下無線信道實(shí)時(shí)模擬方法及裝置。首先，用戶輸入收發(fā)端運(yùn)動(dòng)軌跡、通信場(chǎng)景及輸出信道狀態(tài)更新速率等信道動(dòng)態(tài)場(chǎng)景參數(shù)；據(jù)此，信道參數(shù)估計(jì)單元1-2對(duì)各個(gè)信道狀態(tài)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，包括最大多普勒頻移、多徑時(shí)延和傳播損耗等；然后，信道參數(shù)內(nèi)插單元1-3根據(jù)用戶設(shè)置，對(duì)估計(jì)后的信道狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行確定和隨機(jī)性混合內(nèi)插；最后，信道實(shí)時(shí)模擬單元1-4根據(jù)內(nèi)插后的信道參數(shù)實(shí)時(shí)模擬產(chǎn)生時(shí)變信道，通過延遲抽頭線模型產(chǎn)生信道沖擊響應(yīng)并疊加于經(jīng)過A/D單元1-5采樣后的輸入信號(hào)，最終輸出信號(hào)通過D/A單元1-6變換后輸出。
【專利說明】動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下無線信道實(shí)時(shí)模擬方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下無線信道模擬方法及裝置，屬于無線信息傳輸領(lǐng)域，特別 針對(duì)動(dòng)態(tài)移動(dòng)環(huán)境下的時(shí)變無線信道模擬方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 無線衰落信道建模仿真是指在信道特征分析的基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)模型，在實(shí)驗(yàn)室環(huán) 境下進(jìn)行與實(shí)際信道類似的模擬。相比傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，該方法可大大降低通信系統(tǒng)測(cè)試的 難度和費(fèi)用而得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 無線信號(hào)在傳播過程中遇到起伏的地形，會(huì)引起能量的吸收和穿透以及電波的反 射、散射及繞射等，到達(dá)移動(dòng)臺(tái)天線的信號(hào)不是單一路徑來的，而是許多路徑來的眾多反射 波的合成。由于電波通過各個(gè)路徑的距離不同，因而各路徑來的反射波到達(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衰落。
[0004] 對(duì)于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都處于移動(dòng)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景而言，不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)于不同的信 道狀態(tài)，每個(gè)信道狀態(tài)都呈現(xiàn)各自的隨機(jī)衰落。對(duì)移動(dòng)信道進(jìn)行研究包括理論分析，現(xiàn)場(chǎng)電 波傳播實(shí)測(cè)和計(jì)算機(jī)模擬等方面。目前，大部分移動(dòng)信道模擬方法只針對(duì)靜態(tài)場(chǎng)景下的信 道仿真或模擬，該類方法若直接應(yīng)用于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，將導(dǎo)致信道狀態(tài)參數(shù)突變和信號(hào)相位不 連續(xù)性等問題，這與實(shí)際信道狀態(tài)的連續(xù)特性不符。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題：本發(fā)明提出了一種針對(duì)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下的無線信道模擬方法及裝置。該方 法可以模擬信道參數(shù)的連續(xù)隨機(jī)變化，保證不同信道狀態(tài)之間的隨機(jī)平穩(wěn)過渡以及信道相 位連續(xù)性；另外，該方法還可以在更短的仿真時(shí)間內(nèi)，獲得與理論模型一致的統(tǒng)計(jì)特性。
[0006] 無線接收信號(hào)通常是多簇可分辨路徑信號(hào)的疊加，每簇信號(hào)由不可分辨散射支路 構(gòu)成，t時(shí)刻下信道沖擊響應(yīng)理論模型可表示為
[0007]

【權(quán)利要求】
1. 一種動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下無線信道實(shí)時(shí)模擬裝置，包括信道動(dòng)態(tài)場(chǎng)景輸入單元（1-1)、信道 狀態(tài)參數(shù)估計(jì)單元（1-2)、信道狀態(tài)參數(shù)內(nèi)插單元（1-3)、信道實(shí)時(shí)模擬單元（1-4)、D/A單 元（1-5)和A/D單元（1-6);其特征在于：所述的信道動(dòng)態(tài)場(chǎng)景輸入單元（1-1)和信道狀態(tài) 參數(shù)估計(jì)單元（1-2)相連接，所述的信道狀態(tài)參數(shù)估計(jì)單元（1-2)還同信道狀態(tài)參數(shù)內(nèi)插 單元（1-3)相連接，所述的信道狀態(tài)參數(shù)內(nèi)插單元（1-3)還同信道實(shí)時(shí)模擬單元（1-4)相 連接，所述的信道實(shí)時(shí)模擬單元（1-4)分別同D/A單元（1-5)和A/D單元（1-6)相連接， 所述的信道狀態(tài)參數(shù)內(nèi)插單元（1-3)中包括著相互連接的確定性的線性內(nèi)插單元（1-7)和 隨機(jī)性的隨機(jī)游動(dòng)內(nèi)插單元（1-8)，信道實(shí)時(shí)模擬單元（1-4)中包括著相互連接的信道仿 真單元（1-9)和疊加信道單元（1-10)。
2. -種動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下無線信道實(shí)時(shí)模擬裝置，其特征在于信道動(dòng)態(tài)場(chǎng)景輸入單元（1-1) 從收發(fā)端運(yùn)動(dòng)軌跡中提取運(yùn)動(dòng)參數(shù)輸入；信道狀態(tài)參數(shù)估計(jì)單元（1-2)結(jié)合運(yùn)動(dòng)參數(shù)和 通信參數(shù)計(jì)算信道參數(shù)；信道狀態(tài)參數(shù)內(nèi)插單元（1-3)先后通過確定性的線性內(nèi)插單元 (1-7)和隨機(jī)性的隨機(jī)游動(dòng)內(nèi)插單元（1-8)，對(duì)信道狀態(tài)參數(shù)內(nèi)插單元（1-3)獲得的信道 參數(shù)進(jìn)行內(nèi)插，并將內(nèi)插后的信道參數(shù)輸入信道實(shí)時(shí)模擬單元（1-4);信道實(shí)時(shí)模擬單元 (1-4)通過信道仿真單元（1-9)和疊加信道單元（1-10)實(shí)時(shí)產(chǎn)生信道沖擊響應(yīng)；D/A單元 (1-5)與信道實(shí)時(shí)模擬單元（1-4)連接；疊加信號(hào)后的信號(hào)通過A/D單元（1-6)輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下無線信道實(shí)時(shí)模擬裝置的模擬方法，其特征在于 所述信道狀態(tài)參數(shù)內(nèi)插單元（1-3)采用確定性的線性內(nèi)插和隨機(jī)性的隨機(jī)游動(dòng)內(nèi)插想結(jié) 合的方式進(jìn)行內(nèi)插，實(shí)現(xiàn)步驟如下： (1) 線性內(nèi)插單元（1-7)內(nèi)插倍數(shù)為L(zhǎng) = T/Ts，T。和Ts分別為動(dòng)態(tài)場(chǎng)景時(shí) 間間隔和線性內(nèi)插單元輸出信道狀態(tài)更新時(shí)間，線性內(nèi)插單元對(duì)相鄰信道狀態(tài) { τ i (CT丄 L〇SSi (cTc)，fd，i (cTc)}和{ τ i ((c+1) T丄 L〇SSi ((c+1) T丄 fd，i ((c+1) Tc)}進(jìn)行線 性內(nèi)插，內(nèi)插后信道狀態(tài)序列為如下形式{{ τ ^?；)，LosSiCl；)，{ τ "21；)，LossJ 2TS)，fd，i (2TS) }，...，{ τ i (STs)，L〇SSi (STs)，fd，i (STs)}}; (2) 隨機(jī)游動(dòng)內(nèi)插單元對(duì)輸入信道狀態(tài)的內(nèi)插倍數(shù)為I2 = Ts/%，?；和Ts分別為輸出 信道狀態(tài)更新時(shí)間和輸入信道狀態(tài)更新時(shí)間，隨機(jī)游動(dòng)內(nèi)插單元在輸入相鄰兩個(gè)信道狀態(tài) 內(nèi)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)游動(dòng)內(nèi)插的步驟如下： a. 依次順序取輸入的任意相鄰兩個(gè)信道狀態(tài)，{TjsT^LossJsT^f^sig}和 { τ 土（ (s+1) Ts)，L〇SSi ((s+1) Ts)，fd，i ((s+1) Ts)}; b. 產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)隨機(jī)游動(dòng)過程，離散化產(chǎn)生方法可表示為：
(1) 其中，1表不兩個(gè)信道狀態(tài)內(nèi)內(nèi)插的離散點(diǎn)序號(hào)，有
/2 ; Nm(0, 1)表不長(zhǎng)度為m 的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布隨機(jī)序列； c. 產(chǎn)生布朗橋隨機(jī)游動(dòng)過程，從而獲得隨機(jī)內(nèi)插后的時(shí)延、路徑傳播損耗和最大多普 勒頻移的表達(dá)式分別為
(2) (3)
(4) d.判斷s的大??；如果s < S，令s = s+1，并返回第a步；如果s = S， 則輸 mHTjTrhLoSS^TrhDTrMJ^UTrhLoSSiUTrhf^UTr)}，... ，{ τ i (RTr)，LosSi (RTr)，fd，i (RTr)}}。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下無線信道實(shí)時(shí)模擬方法及裝置，其特征在于信道 實(shí)時(shí)模擬單元利用隨機(jī)游動(dòng)方法實(shí)時(shí)模擬產(chǎn)生時(shí)變信道衰落，產(chǎn)生步驟如下： ⑴取第r個(gè)信道狀態(tài)參數(shù){ τ i (rTr)，L〇SSi (rTr)，fd，i (rTr)}，r = 1，2,…，R，當(dāng)輸入信 號(hào)數(shù)據(jù)速率為TX(TX < ?；)，則每個(gè)信道狀態(tài)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的信道沖擊響應(yīng)長(zhǎng)度為K = Τ/Γχ。 (2) 產(chǎn)生服從均勻分布的初始相位，S卩UkTx)?U(-ji，ji]，k= 1，2，...，Κ; (3) 產(chǎn)生各支路多普勒頻率，其表達(dá)式可寫為：
(5) 其中，L*」表示向下取整，隨機(jī)量0i，n(kTx)采用隨機(jī)游動(dòng)方法產(chǎn)生，產(chǎn)生過程如下 a. 判斷當(dāng)前信道模擬器輸出信道狀態(tài)的序號(hào)r;如果r = 1，則0i n(kTx)初始值服從 隨機(jī)均勻分布，S卩Θ i n(〇)?U(-π，π ];如果r = 2,. . .，R，則Θ i n(kTx)初始值服為前一 狀態(tài)的結(jié)束值，即
b. 在同一信道狀態(tài)內(nèi)，任意時(shí)刻下0in(kTx)的取值方法如下 θ?,η(^χ) = Θ，n((k-l)Tx) + (50XB(kTx)) (6) 其中4=1，2，...，1(表示離散時(shí)間點(diǎn)出(1^!￡)表示隨機(jī)游動(dòng)過程（產(chǎn)生方法如式（1) 所示），\ << 1表示隨機(jī)游動(dòng)過程的步長(zhǎng) c. 當(dāng)Θ^Ο?Τχ)大于31或小于-JI時(shí)，改變隨機(jī)游動(dòng)方向，取\ = -δ。； (4) 根據(jù)確定的多普勒頻率和初始相位，利用下式獲得高斯隨機(jī)變量，
(7) (5) 調(diào)用加法運(yùn)算器、乘法運(yùn)算器和根號(hào)運(yùn)算器，由高斯隨機(jī)變量Ui(kTx)產(chǎn)生服從 Nakagami分布的小尺度衰落和服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布的陰影衰落。 (6) 改變i值獲得不同徑的信道衰落，然后利用各徑時(shí)延^ (r!；)，信道衰落系數(shù) L〇SSi(rI；)和信道衰落ri(kTx)等參數(shù)通過疊加信道單元（1-10)產(chǎn)生信道沖擊響應(yīng)h(kT x)。
【文檔編號(hào)】H04B17/00GK104144021SQ201410351373
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】朱秋明, 劉星麟, 周生奎, 戴秀超, 陳小敏, 虞湘賓, 黃攀, 薛翠薇 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)