時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模mimo信道模擬裝置及其模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模MIMO信道模擬裝置中用戶在主控PC子系統(tǒng)上輸入通信場(chǎng)景參數(shù)，參數(shù)計(jì)算單元計(jì)算MIMO各子信道衰落因子；將信道衰落矩陣分別傳輸?shù)礁鱾€(gè)信道模擬單元的信道衰落RAM中；信道輸入信號(hào)經(jīng)過信號(hào)分解子系統(tǒng)的信號(hào)分解單元，得到若干組模擬信號(hào)；模擬信號(hào)通過信號(hào)處理子系統(tǒng)上的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元成為數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)叫诺滥M單元，同時(shí)通過不同采樣率讀取濾波器RAM，獲得時(shí)間演進(jìn)的MIMO信道衰落；信道模擬單元將數(shù)字信號(hào)和信道衰落進(jìn)行相乘累加后輸出；信道輸出信號(hào)的各個(gè)分量經(jīng)過信號(hào)處理子系統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，并連接到一個(gè)信號(hào)合成子系統(tǒng)，再經(jīng)過噪聲疊加單元得到最終的信道輸出信號(hào)。
【專利說明】
時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模ΜI MO信道模擬裝置及其模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模ΜΙΜΟ信道模擬裝置及其模擬方法，屬于無(wú)線信息 傳輸領(lǐng)域，特別針對(duì)動(dòng)態(tài)時(shí)間演進(jìn)傳播場(chǎng)景下的大規(guī)模ΜΙΜΟ信道模擬方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 無(wú)線通信已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?，而無(wú)線通信系統(tǒng)不論在設(shè) 計(jì)開發(fā)階段，還是在通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃及部署，都要考慮無(wú)線傳播環(huán)境的影響。比如，無(wú)線電 波信號(hào)在傳播過程中受地形、地貌及傳輸距離的影響存在路徑損耗，由于反射、散射及繞射 等因素還會(huì)產(chǎn)生多徑衰落。同時(shí)，收發(fā)端的移動(dòng)使得電波信號(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，還可能存在陰影衰落。為了有效地評(píng)估和驗(yàn)證無(wú)線通信系統(tǒng) 的方案及性能，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)雜的電磁傳 播環(huán)境，即研制具備實(shí)時(shí)信道模擬功能的硬件模擬器。
[0003] 多輸入多輸出（Multiple-i噸ut Multiple-out, ΜΙΜΟ)技術(shù)可W提高系統(tǒng)的信道 容量、信息傳輸速率與可靠性，已成為第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4G)的核屯、技術(shù)之一。然而，隨 著智能終端的普及W及移動(dòng)新業(yè)務(wù)需求持續(xù)增長(zhǎng)，無(wú)線傳輸速率需求呈指數(shù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì) 2020年的無(wú)線通信傳輸速率需求將是目前正在運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的千倍。為此，新一代移動(dòng)通信系 統(tǒng)巧G)考慮通過顯著增加基站側(cè)配置天線的個(gè)數(shù)，即W大規(guī)模陣列天線替代目前采用的多 天線，從而形成大規(guī)模ΜΙΜΟ無(wú)線通信環(huán)境，W深度挖掘利用空間維度的無(wú)線資源，解決未來 移動(dòng)通信的頻譜效率及功率效率問題。與此同時(shí)，伴隨著天線數(shù)目的急劇增加，傳統(tǒng)的ΜΙΜΟ 信道模擬器將難W完成系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證工作。
[0004] 另一方面，隨著移動(dòng)-移動(dòng)（Mobile-t〇-Mobile，M2M)和高速鐵路化igh Speed 化ain，HST)等高速移動(dòng)場(chǎng)景下信道實(shí)測(cè)研究的深入。大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，通信收發(fā)端都處 于移動(dòng)狀態(tài)的通信場(chǎng)景下，無(wú)線傳播信道的多徑衰落分布、多普勒譜和時(shí)延譜等統(tǒng)計(jì)特性 均具有時(shí)變特性，屬于時(shí)變非平穩(wěn)衰落信道。故針對(duì)未來5G信道的標(biāo)準(zhǔn)模型采納了非平穩(wěn) 信道建模的思想，運(yùn)也導(dǎo)致針對(duì)傳統(tǒng)平穩(wěn)衰落信道的ΜΙΜΟ信道模擬器將不再適用。
[0005] 因此，研制移動(dòng)時(shí)變場(chǎng)景下非平穩(wěn)信道的硬件模擬器是解決未來大規(guī)模ΜΙΜΟ通信 系統(tǒng)算法驗(yàn)證及性能評(píng)估的重要步驟。然而，當(dāng)天線數(shù)目非常多時(shí)，需要解決Μτ XMr個(gè)ΜΙΜΟ 子信道在硬件實(shí)現(xiàn)中的處理資源限制問題。另一方面，各子信道之間的數(shù)據(jù)交互，將導(dǎo)致硬 件存在更嚴(yán)重的連線資源限制。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0006] 本發(fā)明提供一種針對(duì)收發(fā)端移動(dòng)場(chǎng)景下的時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模ΜΙΜΟ信道模擬裝置及 其模擬方法，該方法可W實(shí)時(shí)模擬復(fù)現(xiàn)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下任意天線數(shù)目的ΜΙΜΟ信道衰落。
[0007] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模ΜΙΜΟ信道模擬裝置，包括主控PC 子系統(tǒng)、信號(hào)分解子系統(tǒng)、信號(hào)處理子系統(tǒng)和信號(hào)合成子系統(tǒng);所述主控PC子系統(tǒng)包括用戶 交互單元和參數(shù)計(jì)算單元;所述信號(hào)分解子系統(tǒng)包括信號(hào)分解單元;所述信號(hào)處理子系統(tǒng) 包括模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，信道模擬單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換單元;所述信號(hào)合成子系統(tǒng)包括信號(hào)合成單 元和噪聲疊加單元;所述參數(shù)計(jì)算單元的輸出接口與所述信道模擬單元的輸入接口 WPCIE 總線相連;所述信號(hào)分解單元的輸出接口與模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的輸入接口相連;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換 單元的輸出接口與信道模擬單元的輸入接口相連;所述信道模擬單元的輸出接口與數(shù)模轉(zhuǎn) 換單元的輸入接口相連;所述數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的輸出接口與信號(hào)合成單元的輸入接口相連； 所述信號(hào)合成單元的輸出接口與噪聲疊加單元相連。
[0008] 本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案：一種時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模ΜΙΜΟ信道模擬裝置的模擬方 法，包括如下步驟：
[0009] 第一步，用戶在主控PC子系統(tǒng)上，通過用戶交互單元輸入通信場(chǎng)景參數(shù)，參數(shù)計(jì)算 單元根據(jù)輸入?yún)?shù)，計(jì)算ΜΙΜΟ各子信道衰落因子；
[0010] 第二步，通過PCIE高速數(shù)據(jù)總線接口將信道衰落矩陣分別傳輸?shù)礁鱾€(gè)信道模擬單 元的信道衰落RAM中；
[0011] 第Ξ步，信道輸入信號(hào)經(jīng)過信號(hào)分解子系統(tǒng)的信號(hào)分解單元，得到若干組模擬信 號(hào)；
[0012] 第四步，模擬信號(hào)通過信號(hào)處理子系統(tǒng)上的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元成為數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)?信道模擬單元，同時(shí)通過不同采樣率讀取濾波器RAM,獲得時(shí)間演進(jìn)的ΜΙΜΟ信道衰落；
[0013] 第五步，信道模擬單元將數(shù)字信號(hào)和時(shí)間演進(jìn)信道衰落進(jìn)行相乘累加，得到信道 輸出信號(hào)的各個(gè)數(shù)字分量；
[0014] 第六步，信道輸出信號(hào)的各個(gè)分量經(jīng)過信號(hào)處理子系統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，得到信 道輸出信號(hào)的各個(gè)模擬分量；
[0015] 第屯步，將同一個(gè)信道輸出信號(hào)的所有分量連接到一個(gè)信號(hào)合成子系統(tǒng)，經(jīng)過信 號(hào)合成單元合成，再經(jīng)過噪聲疊加單元得到最終的信道輸出信號(hào)。
[0016] 進(jìn)一步地，第一步具體產(chǎn)生步驟如下：
[0017] 1)計(jì)算各子信道的路徑損耗a(t)，并進(jìn)行定點(diǎn)量化；
[0018] 2)產(chǎn)生功率歸一化的獨(dú)立同分布復(fù)高斯衰落信道G;
[0019] 3)計(jì)算獲得ΜΙΜΟ各子信道的互相關(guān)矩陣Rh;
[0020] 4)如果Rh為正定陣，利用化olesky分解獲得下Ξ角系數(shù)矩陣L，否則采用特征值分 解方法求解L
[0021] 5)利用島=LG并定點(diǎn)化后獲得歸一化衰落矩陣；
[0022] 6)重復(fù)1) -5)產(chǎn)生L個(gè)子信道衰落矩陣。
[0023] 進(jìn)一步地，第四步具體實(shí)現(xiàn)步驟如下
[0024] 1)通過用戶交互單元輸入的采樣率，參數(shù)計(jì)算單元得到第一級(jí)內(nèi)插倍數(shù)，第二級(jí) 內(nèi)插倍數(shù)，第Ξ級(jí)內(nèi)插倍數(shù)，傳輸?shù)綖V波器RAM;
[0025] 2)通過高精度DDS產(chǎn)生4個(gè)任意時(shí)鐘源，化K1為讀取RAM的時(shí)鐘，化K2為第一級(jí)內(nèi)插 時(shí)鐘，CLK3為第二級(jí)內(nèi)插時(shí)鐘，CLK 4為第Ξ級(jí)內(nèi)插時(shí)鐘，4個(gè)時(shí)鐘源的相位相同；
[00%] 3)第一級(jí)內(nèi)插采用高性能的多相濾波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)1~100內(nèi)插;多相濾波器的濾波器 系數(shù)由參數(shù)計(jì)算單元計(jì)算，并存儲(chǔ)在濾波器RAM中；
[0027] 4)第二級(jí)采用半帶濾波器實(shí)現(xiàn)1~2倍內(nèi)插；
[002引 5)第Ξ級(jí)采用CIC濾波器實(shí)現(xiàn)1~5倍內(nèi)插;使用了 5個(gè)寄存器存儲(chǔ)5個(gè)數(shù)據(jù)，由第Ξ 級(jí)內(nèi)插倍數(shù)控制累加的寄存器數(shù)量，即控制濾波器階數(shù)；
[0029] 6)通過改變采樣率，重復(fù)1)-5)即可W得到時(shí)間演進(jìn)連續(xù)衰落。
[0030] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0031] (1)將大規(guī)模ΜΙΜΟ信道分解為基本矩陣計(jì)算單元，并采用FPGA為核屯、的兩輸入兩 輸出基本信道模擬單元，構(gòu)建一種適用于大規(guī)模ΜΙΜΟ信道的模擬器，該模擬器易于硬件擴(kuò) 展，可用于任意天線數(shù)目的信道硬件模擬；
[0032] (2)采用了信號(hào)在模擬域分解和合并的技術(shù)，解決了大規(guī)模FPGA基本信道模擬單 元之間的信號(hào)同步問題；
[0033] (3)提出了一種基于可變采樣率讀取信道衰落的方案，從而實(shí)現(xiàn)信道輸出衰落的 時(shí)間演進(jìn)效果，既提高了系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理能力，又解決了存儲(chǔ)器容量受限的問題。
【附圖說明】：
[0034] 圖1為ΜΙΜΟ系統(tǒng)模型圖。
[0035] 圖2為本發(fā)明裝置采用的硬件實(shí)現(xiàn)方案圖。
[0036] 圖3為本發(fā)明時(shí)間演進(jìn)信道衰落的產(chǎn)生方法圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0037] 考慮一個(gè)配置Μτ個(gè)發(fā)射天線和Mr個(gè)接收天線的ΜΙΜΟ系統(tǒng)(如圖1所示），信道輸入- 輸出關(guān)系為
[0038] y(t)=H(T,t)*x(t)+n(t) (1)
[0039] 其中，刪=[王1 (?)Α-] ^ (背為發(fā)射信號(hào)矢量；地)=[枯1的!!2 (f)…。Μ。（0]τ為 信道噪聲矢量;y(0 = [.1，1 …Xu。(0]τ為接收信號(hào)矢量;假設(shè)各子信道的多徑簇?cái)?shù)目為 L，則ΜΙΜΟ信道模型可表示為
[0040]
[0041] 其中，表示第j個(gè)發(fā)射天線和第i個(gè)接收天線之間的脈沖響應(yīng)，τι表示第1 徑的時(shí)延，L表示離散化多徑簇?cái)?shù)目。
[0042] 針對(duì)上述ΜΙΜΟ信道模型，傳統(tǒng)模擬器硬件實(shí)現(xiàn)方式包括兩種:預(yù)存式和實(shí)時(shí)式，其 中預(yù)存式的產(chǎn)生算法，存儲(chǔ)量大，難W支持時(shí)變動(dòng)態(tài)場(chǎng)景;實(shí)時(shí)式的產(chǎn)生算法，運(yùn)算量大，難 W支持大規(guī)模多通道場(chǎng)合。
[0043] 本發(fā)明設(shè)及一種時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模ΜΙΜΟ信道模擬裝置，首先采用矩陣分解的方法改 寫信道模型表示形式，令
[0044]
做
[0045] 及
[0051] 針對(duì)式(6)模型形式，本發(fā)明時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模ΜΙΜΟ信道模擬裝置包括主控PC子系 統(tǒng)、信號(hào)分解子系統(tǒng)、信號(hào)處理子系統(tǒng)和信號(hào)合成子系統(tǒng)（如圖2所示），主控PC子系統(tǒng)包括 用戶交互單元1-1和參數(shù)計(jì)算單元1-2;信號(hào)分解子系統(tǒng)包括信號(hào)分解單元1-3;信號(hào)處理子 系統(tǒng)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換單元1-4,信道模擬單元1-5和數(shù)模轉(zhuǎn)換單元1-6;信號(hào)合成子系統(tǒng)包括信 號(hào)合成單元1-7和噪聲疊加單元1-8;參數(shù)計(jì)算單元1-2的輸出接口與信道模擬單元1-5的輸 入接口 WPCIE總線相連;信號(hào)分解單元1-3的輸出接口與模數(shù)轉(zhuǎn)換單元1-4的輸入接口相 連;模數(shù)轉(zhuǎn)換單元1-4的輸出接口與信道模擬單元1-5的輸入接口相連;信道模擬單元1-5的 輸出接口與數(shù)模轉(zhuǎn)換單元1-6的輸入接口相連;數(shù)模轉(zhuǎn)換單元1-6的輸出接口與信號(hào)合成單 元1-7的輸入接口相連;信號(hào)合成單元1-7的輸出接口與噪聲疊加單元1-8相連。
[0052] 本發(fā)明時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模ΜΙΜΟ信道模擬裝置內(nèi)部信號(hào)的處理流程如下:信道輸入信 號(hào)(Xn-l，Xn)經(jīng)過信號(hào)分解子系統(tǒng)分解為多組模擬信號(hào);在信號(hào)處理子系統(tǒng)中，各組模擬信 號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元1-4輸入到信道模擬單元1-5,與參數(shù)計(jì)算單元1-2傳輸下來的信道衰 落疊加，最后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換單元1-6,輸出包含(Xn-l，Xn)信息的分量;將同一個(gè)輸出 信號(hào)的所有分量連接到一個(gè)信號(hào)合成子系統(tǒng)，通過信號(hào)合成單元1-7合成，再通過噪聲疊加 單元1-8,最終得到信道輸出信號(hào)乃~加 K。
[0053] 本發(fā)明時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模ΜΙΜΟ信道模擬裝置的模擬方法，包括如下步驟：
[0054] 第一步，用戶在主控PC子系統(tǒng)上，通過用戶交互單元1-1輸入通信場(chǎng)景參數(shù)，信道 參數(shù)計(jì)算單元1-2根據(jù)輸入?yún)?shù)，計(jì)算ΜΙΜΟ各子信道衰落因子，具體產(chǎn)生步驟如下：
[0055] (1)計(jì)算各子信道的路徑損耗a(t)，并進(jìn)行定點(diǎn)量化；
[0056] (2)產(chǎn)生功率歸一化的獨(dú)立同分布復(fù)高斯衰落信道G;
[0057] (3)計(jì)算獲得ΜΙΜΟ各子信道的互相關(guān)矩陣Rh;
[005引（4)如果Rh為正定陣，利用化olesky分解獲得下Ξ角系數(shù)矩陣L，否則采用特征值 分解方法求解L
[0059] (5)利用島=LG并定點(diǎn)化后獲得歸一化衰落矩陣；
[0060] (6)重復(fù)1) -5)產(chǎn)生L個(gè)子信道衰落矩陣；
[0061] 第二步，通過PCIE高速數(shù)據(jù)總線接口將信道衰落矩陣分別傳輸?shù)礁鱾€(gè)信道模擬單 元1-5的信道衰落RAM中；
[0062] 第Ξ步，信道輸入信號(hào)經(jīng)過信號(hào)分解子系統(tǒng)的信號(hào)分解單元1-3,得到若干組模擬 信號(hào)；
[0063] 第四步，模擬信號(hào)通過信號(hào)處理子系統(tǒng)上的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元1-4成為數(shù)字信號(hào)，傳輸 到信道模擬單元1-5,同時(shí)通過不同采樣率讀取濾波器RAM,獲得時(shí)間演進(jìn)的ΜΙΜΟ信道衰落， 具體實(shí)現(xiàn)步驟如下(如圖3所示）：
[0064] 1)通過用戶交互單元1-1輸入采樣率，參數(shù)計(jì)算單元1-2得到第一級(jí)內(nèi)插倍數(shù)，第 二級(jí)內(nèi)插倍數(shù)，第Ξ級(jí)內(nèi)插倍數(shù)，傳輸?shù)綖V波器RAM;
[00化]2)產(chǎn)生4個(gè)任意時(shí)鐘源，化K1為讀取RAM的時(shí)鐘，化K2為第一級(jí)內(nèi)插時(shí)鐘，化K3為第 二級(jí)內(nèi)插時(shí)鐘，CLK 4為第Ξ級(jí)內(nèi)插時(shí)鐘，4個(gè)時(shí)鐘源的相位相同；
[0066] 3)第一級(jí)內(nèi)插采用高性能的多相濾波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)1~100內(nèi)插;多相濾波器的濾波器 系數(shù)由參數(shù)計(jì)算單元1-2計(jì)算，并存儲(chǔ)在濾波器RAM中；
[0067] 4)第二級(jí)采用半帶濾波器實(shí)現(xiàn)1~2倍內(nèi)插；
[0068] 5)第Ξ級(jí)采用CIC濾波器實(shí)現(xiàn)1~5倍內(nèi)插;使用了5個(gè)寄存器存儲(chǔ)5個(gè)數(shù)據(jù)，由第Ξ 級(jí)內(nèi)插倍數(shù)控制累加的寄存器數(shù)量，即控制濾波器階數(shù)；
[0069] 6)通過改變采樣率，重復(fù)1)-5)即可W得到時(shí)間演進(jìn)連續(xù)衰落；
[0070] 第五步，信道模擬單元1-5將數(shù)字信號(hào)和時(shí)間演進(jìn)信道衰落進(jìn)行式(6)所示的相乘 累加，得到信道輸出信號(hào)的各個(gè)數(shù)字分量；
[0071] 第六步，信道輸出信號(hào)的各個(gè)分量經(jīng)過信號(hào)處理子系統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元1-6,得到 了信道輸出信號(hào)的各個(gè)模擬分量；
[0072] 第屯步，將同一個(gè)信道輸出信號(hào)的所有分量連接到一個(gè)信號(hào)合成子系統(tǒng)，經(jīng)過信 號(hào)合成單元1-7合成，再經(jīng)過噪聲疊加單元1-8得到最終的信道輸出信號(hào)。
[0073] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面W8X8的3徑ΜΙΜΟ信道為例并 結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0074] 利用本發(fā)明矩陣分解的方法，8X8的3徑ΜΙΜΟ信道可W表示為
[0078] 可見，8 X 8的ΜΙΜΟ信道模擬需要4個(gè)信號(hào)分解子系統(tǒng)，16個(gè)信號(hào)處理子系統(tǒng)和4個(gè) 信號(hào)合成子系統(tǒng);其中4個(gè)信號(hào)分解子系統(tǒng)將8路信道輸入信號(hào)分解成32路模擬信號(hào)，并傳 輸?shù)?6個(gè)信號(hào)處理子系統(tǒng);信號(hào)處理子系統(tǒng)上的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元1-4將處理得到的數(shù)字信號(hào) 輸入到信道模擬單元1-5,信道模擬單元1-5處理式(7)中的矩陣運(yùn)算，得到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過 數(shù)模轉(zhuǎn)換單元1-6得到32路模擬信號(hào)，分別將同一個(gè)信道輸出信號(hào)的分量連接到一個(gè)信號(hào) 合成子系統(tǒng)上，經(jīng)過信號(hào)合成單元1-7進(jìn)行合成，再通過噪聲疊加模塊1-8，最終輸出一定信 噪比的yi~ys信號(hào)。
[0079] 具體實(shí)施步驟如下：
[0080] 第一步，用戶在主控PC機(jī)上，通過用戶交互單元1-1輸入通信場(chǎng)景參數(shù)，信道參數(shù) 計(jì)算單元1-2根據(jù)輸入?yún)?shù)，計(jì)算ΜΙΜΟ各子信道衰落因子，產(chǎn)生步驟如下：
[0081] 1)根據(jù)式(9)計(jì)算路徑損耗a(t)，并進(jìn)行定點(diǎn)量化；
[0082] a(t)=32.44+201g(fMHz)+201g(dkm) (9)
[008；3] 式中，fMHz，dkm分別表示頻率和通信距離且單位采用MHz, km;
[0084] 2)參考非專利文獻(xiàn)UPATZOLD Μ,Mobile fading channeUM].New York: Wiley. 2002:51-81.]中的諧波疊加方法產(chǎn)生功率歸一化的獨(dú)立同分布信道衰落矩陣G;
[0085]
(10、，
[00化]其中，
，N表示散射支路數(shù)目，此處取為32，fd表 示多普勒頻率，<V ij，Φ η指各散射支路隨機(jī)的入射角和初始相位；
[0087] 3)利用用戶輸入的發(fā)射天線相關(guān)矩陣Rtx和接收天線相關(guān)矩陣化X的Kronecker積 計(jì)算ΜΙΜΟ信道的空間互相關(guān)矩陣Rh;
[0088] 4)如果Rh為正定陣，利用化olesky分解獲得下Ξ角系數(shù)矩陣L，否則采用采用特征 值分解方法求解レ
[0089] 5)利用系數(shù)矩陣L和信道矩陣G的向量化計(jì)算得到ΜΙΜΟ相關(guān)衰落信道矩陣H，即
[0090] vec(!〇 =L · vec(G)=姑1/2 · [gir--gi8…邑81 …g88]T (11)
[0091] 第二步，通過PCIE高速數(shù)據(jù)總線接口將信道衰落矩陣分別傳輸?shù)礁鱾€(gè)信道模擬單 元1-5的信道衰落RAM中；
[0092] 第Ξ步，信道輸入信號(hào)經(jīng)過信號(hào)分解子系統(tǒng)的信號(hào)分解單元1-3,得到若干組模擬 信號(hào)；
[0093] 第四步，模擬信號(hào)通過信號(hào)處理子系統(tǒng)上的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元1-4成為數(shù)字信號(hào)，傳輸 到信道模擬單元1-5,同時(shí)通過不同采樣率讀取濾波器RAM,獲得時(shí)間演進(jìn)的ΜΙΜΟ信道衰落， 具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0094] 1)通過用戶交互界面1-1輸入采樣率lOOIfflz，計(jì)算出第一級(jí)內(nèi)插倍數(shù)為100倍，第 二級(jí)內(nèi)插倍數(shù)為2倍，第Ξ級(jí)內(nèi)插倍數(shù)為5倍，傳輸給信道模擬單元1-5;
[00M] 2)產(chǎn)生任意時(shí)鐘源，時(shí)鐘源1為讀取RAM的時(shí)鐘lOOIfflz，時(shí)鐘源2為第一級(jí)內(nèi)插時(shí)鐘 lOMHz，時(shí)鐘源3為第二級(jí)內(nèi)插時(shí)鐘20MHz，時(shí)鐘源4為第Ξ級(jí)內(nèi)插時(shí)鐘lOOMHz;
[0096] 3)第一級(jí)內(nèi)插采用高性能的多相濾波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)100倍內(nèi)插；多相濾波器的濾波器 系數(shù)由參數(shù)計(jì)算單元1-2計(jì)算，并存儲(chǔ)在濾波器RAM中；
[0097] 4)第二級(jí)采用半帶濾波器實(shí)現(xiàn)2倍內(nèi)插；
[0098] 5)第Ξ級(jí)采用CIC濾波器，使用5個(gè)寄存器存儲(chǔ)5個(gè)數(shù)據(jù)，累加后輸出，即得到5倍內(nèi) 插的效果，最終輸出1000倍內(nèi)插的信道衰落；
[0099] 6)通過改變采樣率，重復(fù)1)-5)即可W得到時(shí)間演進(jìn)的信道衰落；
[0100] 第五步，信道模擬單元1-5將數(shù)字信號(hào)和時(shí)間演進(jìn)連續(xù)信道衰落進(jìn)行相乘累加，得 到信道輸出信號(hào)的各個(gè)數(shù)字分量；
[0101] 第六步，信道輸出信號(hào)的各個(gè)分量經(jīng)過信號(hào)處理子系統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元1-6,得到 了信道輸出信號(hào)的各個(gè)模擬分量；
[0102] 第屯步，將同一個(gè)信道輸出信號(hào)的所有分量連接到一個(gè)信號(hào)合成子系統(tǒng)，經(jīng)過信 號(hào)合成單元1-7合成，再經(jīng)過噪聲疊加單元1-8得到最終的信道輸出信號(hào)。
[0103] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可W作出若干改進(jìn)，運(yùn)些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的 保護(hù)犯i圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模MMO信道模擬裝置，其特征在于:包括主控PC子系統(tǒng)、信號(hào)分解 子系統(tǒng)、信號(hào)處理子系統(tǒng)和信號(hào)合成子系統(tǒng);所述主控PC子系統(tǒng)包括用戶交互單元(1-1)和 參數(shù)計(jì)算單元（1-2);所述信號(hào)分解子系統(tǒng)包括信號(hào)分解單元（1-3);所述信號(hào)處理子系統(tǒng) 包括模數(shù)轉(zhuǎn)換單元（1-4)，信道模擬單元(1-5)和數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(1-6);所述信號(hào)合成子系統(tǒng) 包括信號(hào)合成單元（1-7)和噪聲疊加單元（1-8);所述參數(shù)計(jì)算單元（1-2)的輸出接口與所 述信道模擬單元(1-5)的輸入接口以PCIE總線相連;所述信號(hào)分解單元(1-3)的輸出接口與 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(1-4)的輸入接口相連;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(1-4)的輸出接口與信道模擬單元 (1-5)的輸入接口相連;所述信道模擬單元（1-5)的輸出接口與數(shù)模轉(zhuǎn)換單元（1-6)的輸入 接口相連;所述數(shù)模轉(zhuǎn)換單元（1 -6)的輸出接口與信號(hào)合成單元（1 -7)的輸入接口相連;所 述信號(hào)合成單元(1-7)的輸出接口與噪聲疊加單元(1-8)相連。2. -種時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模ΜΙΜΟ信道模擬裝置的模擬方法，其特征在于:包括如下步驟 第一步，用戶在主控PC子系統(tǒng)上，通過用戶交互單元（1-1)輸入通信場(chǎng)景參數(shù)，參數(shù)計(jì) 算單元(1 -2)根據(jù)輸入?yún)?shù)，計(jì)算MM0各子信道衰落因子； 第二步，通過PCIE高速數(shù)據(jù)總線接口將信道衰落矩陣分別傳輸?shù)礁鱾€(gè)信道模擬單元 (1-5)的信道衰落RAM中； 第三步，信道輸入信號(hào)經(jīng)過信號(hào)分解子系統(tǒng)的信號(hào)分解單元（1-3)，得到若干組模擬信 號(hào)； 第四步，模擬信號(hào)通過信號(hào)處理子系統(tǒng)上的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元（1-4)成為數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)?信道模擬單元(1-5)，同時(shí)通過不同采樣率讀取濾波器RAM，獲得時(shí)間演進(jìn)的MM0信道衰落； 第五步，信道模擬單元（1-5)將數(shù)字信號(hào)和時(shí)間演進(jìn)信道衰落進(jìn)行相乘累加，得到信道 輸出信號(hào)的各個(gè)數(shù)字分量； 第六步，信道輸出信號(hào)的各個(gè)分量經(jīng)過信號(hào)處理子系統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元（1-6)，得到信 道輸出信號(hào)的各個(gè)模擬分量； 第七步，將同一個(gè)信道輸出信號(hào)的所有分量連接到一個(gè)信號(hào)合成子系統(tǒng)，經(jīng)過信號(hào)合 成單元(1-7)合成，再經(jīng)過噪聲疊加單元(1-8)得到最終的信道輸出信號(hào)。3. 如權(quán)利要求2所述的時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模ΜΙΜΟ信道模擬裝置的模擬方法，其特征在于:第 一步具體產(chǎn)生步驟如下： 1) 計(jì)算各子信道的路徑損耗a(t)，并進(jìn)行定點(diǎn)量化； 2) 產(chǎn)生功率歸一化的獨(dú)立同分布復(fù)高斯衰落信道G; 3) 計(jì)算獲得MM0各子信道的互相關(guān)矩陣Rh; 4) 如果Rh為正定陣，利用Cholesky分解獲得下三角系數(shù)矩陣L，否則采用特征值分解方 法求解L; 5) 利用? = LG并定點(diǎn)化后獲得歸一化衰落矩陣； 6) 重復(fù)1)_5)產(chǎn)生L個(gè)子信道衰落矩陣。4. 如權(quán)利要求3所述的時(shí)間演進(jìn)大規(guī)模ΜΙΜΟ信道模擬裝置的模擬方法，其特征在于:第 四步具體實(shí)現(xiàn)步驟如下 1) 通過用戶交互單元（1-1)輸入的采樣率，參數(shù)計(jì)算單元（1-2)得到第一級(jí)內(nèi)插倍數(shù)， 第二級(jí)內(nèi)插倍數(shù)，第三級(jí)內(nèi)插倍數(shù)，傳輸?shù)綖V波器RAM; 2) 通過高精度DDS產(chǎn)生4個(gè)任意時(shí)鐘源，CLK1為讀取RAM的時(shí)鐘，CLK2為第一級(jí)內(nèi)插時(shí) 鐘，CLK3為第二級(jí)內(nèi)插時(shí)鐘，CLK 4為第三級(jí)內(nèi)插時(shí)鐘，4個(gè)時(shí)鐘源的相位相同； 3) 第一級(jí)內(nèi)插采用高性能的多相濾波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)1~100內(nèi)插；多相濾波器的濾波器系數(shù) 由參數(shù)計(jì)算單元(1-2)計(jì)算，并存儲(chǔ)在濾波器RAM中； 4) 第二級(jí)采用半帶濾波器實(shí)現(xiàn)1~2倍內(nèi)插； 5) 第三級(jí)采用CIC濾波器實(shí)現(xiàn)1~5倍內(nèi)插;使用了 5個(gè)寄存器存儲(chǔ)5個(gè)數(shù)據(jù)，由第三級(jí)內(nèi) 插倍數(shù)控制累加的寄存器數(shù)量，即控制濾波器階數(shù)； 6) 通過改變采樣率，重復(fù)1)_5)即可以得到時(shí)間演進(jìn)連續(xù)衰落。
【文檔編號(hào)】H04B17/391GK106059685SQ201610327570
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月17日
【發(fā)明人】朱秋明, 李 浩, 劉星麟, 胡續(xù)俊, 陳小敏, 楊志強(qiáng), 毛開
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)