[發明專利]任意多普勒功率譜的無線衰落信道模擬裝置及方法

有效

• 申請號: 201710367568.0
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107484197B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 朱秋明;趙智全;毛開;陳小敏;楊志強;張小飛;虞湘賓
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04W24/06
• 分類號: H04W24/06;H04B17/391
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種任意多普勒功率譜的無線衰落信道模擬裝置及方法，其中裝置包括相互對稱的下行鏈路與上行鏈路模擬裝置，所述上行鏈路模擬裝置包括PC機用戶交互單元，信道參數處理單元，信道產生疊加單元，信號輸入單元以及信號輸出單元。本發明提出的信道模擬器具有通用性，不僅支持當前無線信道標準定義的多種多普勒功率譜，同時支持用戶自定義的任意多普勒功率譜形狀，本發明提出的信道模擬器支持不同形狀多普勒功率譜的動態時間平滑演進。

技術領域：

本發明涉及一種任意多普勒功率譜的無線衰落信道模擬裝置及方法，屬于無線信息傳輸領域，特別針對任意散射環境下具有不同多普勒功率譜形狀的無線衰落信道的模擬裝置及產生方法。

背景技術：

在無線通信系統中，無線衰落信道是重要組成部分，具有極高的隨機性和復雜性。為了研究無線通信系統在不同傳輸環境下的性能，進行大量的外場實驗往往要花費大量的時間和成本。一種更加切實可行的方法是利用信道模擬器來模擬復雜的電波傳輸環境，以此評估無線通信系統的性能。

無線通信在傳輸過程中往往會有多徑效應，電波在接收器處相互疊加。由于發射器與接收器間的相對運動導致部分電波的多普勒頻移。不同波的多普勒頻移互相疊加得到多普勒頻率的一個連續譜，稱為多普勒功率譜。不同場景下由于電磁波到達接收器的入射角的不同，多普勒功率譜密度往往是不同的。一般情況下我們假設到達角是均勻分布的，多普勒功率譜為Jakes功率譜。但由于散射環境的復雜性，多普勒功率譜往往不一定符合Jakes功率譜形狀。例如，遠回聲的多普勒功率譜密度已經大大偏離了Jakes功率譜形狀，航空信道的多普勒功率譜具有高斯形狀。此外，安捷倫生產的基帶發生器和信道仿真器N5106A支持經典3dB、經典6dB、平坦、圓形、Jakes經典、Jakes圓形、高斯七種功率譜形狀，而EB公司研發的Propsim F8無線信道模擬器也支持平坦、圓拱、高斯、Jakes、和巴特沃茲等多種多普勒功率譜形狀。

需要指出的是，實際中發射機和接收機的位置和姿態處于不斷變化之中，因而無線信號到達接收機的角度也具有時變性，從而造成多普勒功率譜的形狀時刻發生改變。現有的無線信道模擬器僅支持特定形狀的多普勒功率譜，或者多普勒功率譜不能隨時間動態的變化。為了應對更加復雜多變的通信環境，同時減少研發成本，縮短研發周期，有必要設計一種具有任意多普勒形狀且多普勒形狀能動態變化的信道模擬器。

發明內容：

本發明是為了解決上述現有技術存在的問題而提供一種任意多普勒功率譜的無線衰落信道模擬裝置及方法。

本發明采用如下技術方案：一種任意多普勒功率譜的無線衰落信道模擬裝置，包括相互對稱的下行鏈路與上行鏈路，所述上行鏈路模擬裝置包括PC機用戶交互單元，信道參數處理單元，信道產生疊加單元，信號輸入單元以及信號輸出單元；

所述PC機用戶交互單元與信道參數處理單元相連，PC機用戶交互單元包括參數設置模塊和參數計算模塊，參數設置模塊根據用戶選擇需要預先設置好不同時刻的多普勒功率譜形狀，參數計算模塊根據用戶的設置，計算不同時刻的信道參數，通過PCIE總線實時的傳輸到信道參數處理單元；

所述信道參數處理單元與信道產生疊加單元相連，所述信道參數處理單元包括參數緩存模塊、參數內插模塊以及參數隨機游走模塊，所述參數緩存模塊用于緩存PCIE總線傳輸的信道參數，參數隨機游走模塊對信道參數施加一個隨機的微小偏移，參數內插模塊對每一組信道參數進行線性內插；

所述信道產生疊加單元包括第一時延、第二時延和信道衰落產生模塊，所述第一時延、第二時延對兩路基帶信號延時產生多徑信號，所述信道衰落產生模塊接收信道參數處理單元的信道參數產生兩路正交的多徑衰落信道；

所述信號輸入單元包括下混頻、模數轉換和下變頻，信號輸入單元用于將模擬的射頻信號轉換為基帶的數字信號進入信道產生疊加單元；

所述信號輸出單元包括上變頻、數模轉換和上混頻，信號輸出單元用于將信道產生疊加單元輸出的數字基帶信號轉換為射頻信號輸出。