[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

本發明公開了一種無線信道時延和衰落精確模擬裝置及方法，模擬裝置包括PC機子系統、信道模擬子系統、模數轉換單元以及數模轉換單元，PC機子系統包括用戶交互單元和參數計算單元，信道模擬子系統包括時延模塊單元、信道衰落產生單元、乘法單元、截位單元、自動增益控制單元和內插單元。本發明可以根據用戶輸入的場景參數，精確地模擬動態非平穩多徑衰落信道的狀況，包括時延、多徑衰落、多普勒頻率等，可用于無線通信系統和通信設備的性能測試和驗證。

技術領域：

本發明涉及一種無線信道時延和衰落精確模擬裝置及方法，特別針對大規模多支路動態非平穩信道高精度時延和衰落的模擬，屬于無線信息傳輸領域。

背景技術：

電磁波信號在無線環境中傳播，樓宇、山坡或者樹木等障礙物都有可能吸收或者反射信號，對其幅度和相位產生明顯影響。由于反射、散射和折射的作用，發射機和接收機之間會存在多個傳播路徑，即多徑傳播現象。各個傳播路徑的傳播距離和入射角度均不同，因此各徑到達接收機的時延、幅值和相位也各不相同。不同傳播路徑的各個信號在接收端進行疊加，相位相同時信號增強，相位相反時信號減弱，即存在衰落現象。

為了有效地驗證和評估無線通信系統和設備的性能，同時減少研發成本、縮短開發測試周期，需要在實驗室環境下快速、低成本地復現真實世界的無線傳播場景，逼真模擬無線信道的隨機特性，最關鍵的就是對信道時延和衰落的精確模擬。其中，時延在頻域上體現了信道的多普勒特性，由于移動臺和基站的相對運動，其時延在不斷改變，對應的多普勒頻率也在不斷變化。衰落體現了信道功率的隨機變化，如何用硬件精確高效地產生隨機衰落因子，是模擬多徑衰落信道的核心。

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無線信道時延和衰落精確模擬裝置及方法，可以根據用戶輸入的場景參數，精確地模擬動態非平穩多徑衰落信道的狀況，包括時延、多徑衰落、多普勒頻率等，可用于無線通信系統和通信設備的性能測試和驗證。

本發明采用如下技術方案：一種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、模數轉換單元以及數模轉換單元；

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

所述用戶交互單元的輸出接口與參數計算單元的輸入接口相連，參數計算單元的輸出接口與時延模塊單元以及信道衰落產生單元的輸入接口以PCIE總線相連，所述模數轉換單元的輸出接口與時延模塊單元的輸入接口相連，時延模塊單元的輸出接口和信道衰落產生單元的輸出接口與乘法單元的輸入接口相連，所述乘法單元的輸出接口與截位單元的輸入接口相連，截位單元的輸出接口與自動增益控制單元的輸入接口相連，所述自動增益控制單元的輸出接口與內插單元的輸入接口相連，內插單元的輸出接口與數模轉換單元的輸入接口相連。

本發明還采用如下技術方案：一種無線信道時延和衰落精確模擬方法，步驟如下：

第一步，用戶在PC機上通過用戶交互單元設置通信場景參數，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；

第二步，參數計算單元根據用戶交互單元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和信道衰落產生單元；

第三步，時延模塊單元根據參數計算單元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；

第四步，信道衰落產生單根據參數計算單元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；