[發明專利]無線信道時延和衰落精確模擬裝置及方法

有效

• 申請號: 202010799780.6
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN112040499B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 朱秋明;黃威;趙子坤;張濤濤;毛開;虞湘賓;陳小敏;仲偉志
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/08;H04W56/00;H04W72/12
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種無線信道時延和衰落精確模擬裝置的模擬方法，無線信道時延和衰落精確模擬裝置包括PC機子系統、信道模擬子系統、模數轉換單元(1-3)以及數模轉換單元(1-10)；

所述PC機子系統包括用戶交互單元(1-1)和參數計算單元(1-2)，所述信道模擬子系統包括時延模塊單元(1-4)、信道衰落產生單元(1-5)、乘法單元(1-6)、截位單元(1-7)、自動增益控制單元(1-8)和內插單元(1-9)；

所述用戶交互單元(1-1)的輸出接口與參數計算單元(1-2)的輸入接口相連，參數計算單元(1-2)的輸出接口與時延模塊單元(1-4)以及信道衰落產生單元(1-5)的輸入接口以PCIE總線相連，所述模數轉換單元(1-3)的輸出接口與時延模塊單元(1-4)的輸入接口相連，時延模塊單元(1-4)的輸出接口和信道衰落產生單元(1-5)的輸出接口與乘法單元(1-6)的輸入接口相連，所述乘法單元(1-6)的輸出接口與截位單元(1-7)的輸入接口相連，截位單元(1-7)的輸出接口與自動增益控制單元(1-8)的輸入接口相連，所述自動增益控制單元(1-8)的輸出接口與內插單元(1-9)的輸入接口相連，內插單元(1-9)的輸出接口與數模轉換單元(1-10)的輸入接口相連，其特征在于：步驟如下：

第一步，用戶在PC機上通過用戶交互單元(1-1)設置通信場景參數，包括基站的位置坐標參數、移動臺的位置坐標和速度參數，并將這些參數傳輸到參數計算單元(1-2)；

第二步，參數計算單元(1-2)根據用戶交互單元(1-1)輸入的通信場景進行參數計算，得到時延，多普勒頻率信道參數并對其進行定點化，通過PCIE總線將定點化后的參數傳輸到時延模塊單元(1-4)和信道衰落產生單元(1-5)；

第三步，時延模塊單元(1-4)根據參數計算單元(1-2)傳輸過來的時延參數，將其分為長時延、粗時延和高精度時延三部分，分別對多徑信號進行時延模擬，然后將延時后的信號輸出到乘法單元(1-6)；

第四步，信道衰落產生單元(1-5)根據參數計算單元(1-2)傳過來的多普勒頻率參數，產生信道衰落因子，然后將衰落因子輸出到乘法單元(1-6)；

第五步，將時延模塊(1-4)的輸出結果與信道衰落產生單元(1-5)的輸出結果送入乘法單元(1-6)相乘，然后將得到的結果送入截位單元(1-7)進行截位，再將截位后的結果送入自動增益單元(1-8)進行調整，最后通過內插單元(1-9)將數據速率內插到數模轉換單元(1-10)速率輸出；

第二步參數計算具體實現步驟如下：

2.1)根據基站的位置L_BS，移動臺的位置L_MS，和散射體分布的位置L_sca，計算時延參數，方法如下：

其中，l表示離散時間序號，c表示光速，D(l)表示在l時刻的時延；

2.2)根據移動臺的速度和到達角單位矢量計算多普勒頻率參數，方法如下：

其中，f_n,m表示第n條徑內第m個支路的多普勒頻率，k為波數，是一個常數，其值為k＝2πf_c/c，f_c為載波頻率，表示第n條徑內第m個支路到達角的單位矢量；

第三步具體實現步驟如下：

3.1)將模數轉換單元(1-3)輸出的數字信號送入DDR，通過控制DDR的讀寫地址進行長時延模擬；

3.2)將DDR輸出的信號送入雙端口RAM，通過控制RAM的讀寫地址進行粗時延模擬；

3.3)將RAM輸出的信號送入DELAY模塊，通過與系數C₀、C₁、…C_Q-1、C_Q相乘疊加進行高精度時延模擬，其系數計算方法如下：

其中，B表示高精度時延值，Q表示系數的個數，取值與時延精度有關；

第四步具體實現步驟如下：

4.1)讀取存儲器中第一個平穩間隔的初始值A₀，并將其送入乘法器，與前一個時刻的信道衰落因子相乘；其中，A₀的計算方法如下：

其中，Ts表示系統時鐘周期，即采樣間隔；U表示平穩間隔數目；表示第i個平穩間隔內的多普勒頻率；

4.2)將乘法器的輸出結果mul_out與基準值作比較，基準值的大小由定點化后的信道衰落因子位寬F決定，其值等于2^F-1-1；

4.3)若4.2)中乘法器的輸出結果mul_out大于基準值，則讓輸出結果加上誤差因子；若輸出結果小于基準值，則讓輸出結果減去誤差因子，誤差因子e的值可由下式表示：

4.4)將4.3)得到的結果送到寄存器緩存后輸出，同時將結果送到乘法器；

4.5)重復步驟4.1)-4.4)，即可產生不同平穩間隔內的信道衰落因子。