[發(fā)明專利]一種用于星地通信的信道模擬器及信道模擬方法

在審

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• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN112054857A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設計）人: 桂云松;王浩文;孫平山;王勇;劉韡燁;田宇涵;謝建國
• 申請（專利權）人: 上海無線通信研究中心
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00;H04B17/391;H04B7/185
• 代理公司: 北京汲智翼成知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11381
• 代理人: 陳曦;董燁飛

本發(fā)明公開了一種用于星地通信的信道模擬器及信道模擬方法。該信道模擬器包括總控模塊、信道系數(shù)生成模塊、多個混合延時插值模塊、乘法器和累加器，總控模塊連接信道系數(shù)生成模塊，用于向其發(fā)出第一控制信號；總控模塊還與混合延時插值模塊連接，用于向其發(fā)出第二控制信號；混合延時插值模塊將初始信號序列復制成N路后分別同N條多徑信道序列相乘，從而得到N個經(jīng)過信道衰減后的信號序列；在N路基于混合濾波器系數(shù)重載的Farrow結構的可變分數(shù)時延插值濾波器中，完成分數(shù)倍信號的插值，最后通過累加器實現(xiàn)多路多徑信號的混疊。本發(fā)明實現(xiàn)了針對大范圍時延快速漂移情況下的動態(tài)無線信道的分數(shù)時延模擬。

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于星地通信的信道模擬器，同時也涉及相應的信道模擬方法，屬于衛(wèi)星通信技術領域。

背景技術

當前，在空天地一體化通信領域的研發(fā)重點就是設計滿足星地傳輸信道特性需求的無線系統(tǒng)物理層協(xié)議。無線信道模型作為物理層協(xié)議的設計和驗證工具，在協(xié)議的制定和驗證方面都有重要作用。

星地通信信道相對于地面通信來說，其相對移動速度有巨大的提升。衛(wèi)星相對于地面終端的相對速度計算需要參考衛(wèi)星軌道，瞬時位置，俯仰角度等等參數(shù)。如圖5中所示，衛(wèi)星的高度為h，地球半徑為R。衛(wèi)星的移動速度為載波頻率為Fc。向量同衛(wèi)星移動速度方向的夾角為θ。

根據(jù)3PGG協(xié)議，低軌或中軌衛(wèi)星，其移動速度大約如下所示：

-距地面600km軌道:速度為7.5622千米/秒

-距地面1500km軌道:速度為7.1172千米/秒

如此高的移動速度相對于地面通信終端來說，將帶來巨大的多普勒頻偏，也會導致多徑信道的時變特性顯著加快，多徑的時延將會出現(xiàn)快速漂移，并且多徑都存在極大的多普勒偏移。同時，由于信道的變化和時延的漂移特性，導致在星點鏈路中，多徑幅度和時延隨時間的相關性體現(xiàn)的更為顯著，并且多徑的生滅特性也對性能有很大的影響。

傳統(tǒng)的無線信道模型和信道模擬器設計已經(jīng)較為成熟，均采用基于抽頭時延(Tapped Delay Line，簡寫為TDL)的結構。其表達式如下式所示。

現(xiàn)有的抽頭時延結構的信道模型如圖6所示，可以采用基于FIR濾波器架構實現(xiàn)。每個抽頭對應了一個無線信道多徑。其中抽頭的位置由多徑時延決定，而抽頭復數(shù)系數(shù)的對應了無線信道多徑的瞬時衰落。當信道變化，抽頭加權h(t,τ)隨時間變化。信道系數(shù)為波形時時延τ和時間t的函數(shù)。圖7提供了基于FIR濾波器實現(xiàn)的MIMO(多輸入多輸出)信道模型，其中一路為信道系數(shù)支路，此時信道系數(shù)按照復高斯隨機分量隨機生成，并經(jīng)過時域相關性濾波器后產(chǎn)生信道系數(shù)在時間上的連續(xù)變化。多路疊加了時域相關性的信道系數(shù)組成MIMO信道向量序列。該向量經(jīng)過空間相關矩陣運算后生成包含多天線相關性的信道向量序列。另一路為信號支路。原始未疊加信道的信號序列，經(jīng)過信道模塊內(nèi)的重采樣成型濾波后獲得更高的采樣率。再對上采樣的信號序列同信道向量序列進行時域卷積運算，最終再對卷積后的序列匹配濾波降采樣后輸出。

目前，在數(shù)字域上實現(xiàn)分數(shù)延時最常用的技術手段是基于傳統(tǒng)Farrow結構的分數(shù)延時濾波器，因為該濾波器的系數(shù)固定，使用時只需要更改延時參數(shù)，而且設計出的濾波器性能較好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的首要技術問題在于提供一種用于星地通信的信道模擬器。

本發(fā)明所要解決的另一技術問題在于提供一種用于星地通信的信道模擬方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述的技術方案：

根據(jù)本發(fā)明實施例的第一方面，提供一種用于星地通信的信道模擬器，包括總控模塊10、信道系數(shù)生成模塊20、多個混合延時插值模塊30、乘法器11和累加器12，