动态场景下无线信道实时模拟方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种动态场景下无线信道实时模拟方法及装置。首先，用户输入收发端运动轨迹、通信场景及输出信道状态更新速率等信道动态场景参数；据此，信道参数估计单元1-2对各个信道状态进行参数估计，包括最大多普勒频移、多径时延和传播损耗等；然后，信道参数内插单元1-3根据用户设置，对估计后的信道状态参数进行确定和随机性混合内插；最后，信道实时模拟单元1-4根据内插后的信道参数实时模拟产生时变信道，通过延迟抽头线模型产生信道冲击响应并叠加于经过A/D单元1-5采样后的输入信号，最终输出信号通过D/A单元1-6变换后输出。
【专利说明】动态场景下无线信道实时模拟方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及动态场景下无线信道模拟方法及装置，属于无线信息传输领域，特别 针对动态移动环境下的时变无线信道模拟方法。
【背景技术】
[0002] 无线衰落信道建模仿真是指在信道特征分析的基础上建立数学模型，在实验室环 境下进行与实际信道类似的模拟。相比传统现场实测，该方法可大大降低通信系统测试的 难度和费用而得到了广泛的应用。
[0003] 无线信号在传播过程中遇到起伏的地形，会引起能量的吸收和穿透以及电波的反 射、散射及绕射等，到达移动台天线的信号不是单一路径来的，而是许多路径来的众多反射 波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而各路径来的反射波到达时间不同，相位 也就不同。不同相位的多个信号在接收端迭加，有时同相迭加而加强，有时反向迭加而减 弱。因此，接收信号的幅度将急剧变化即衰落。
[0004] 对于发射机和接收机都处于移动状态的动态场景而言，不同时刻对应于不同的信 道状态，每个信道状态都呈现各自的随机衰落。对移动信道进行研究包括理论分析，现场电 波传播实测和计算机模拟等方面。目前，大部分移动信道模拟方法只针对静态场景下的信 道仿真或模拟，该类方法若直接应用于动态场景，将导致信道状态参数突变和信号相位不 连续性等问题，这与实际信道状态的连续特性不符。
【发明内容】
[0005] 技术问题：本发明提出了一种针对动态场景下的无线信道模拟方法及装置。该方 法可以模拟信道参数的连续随机变化，保证不同信道状态之间的随机平稳过渡以及信道相 位连续性；另外，该方法还可以在更短的仿真时间内，获得与理论模型一致的统计特性。
[0006] 无线接收信号通常是多簇可分辨路径信号的叠加，每簇信号由不可分辨散射支路 构成，t时刻下信道冲击响应理论模型可表示为
[0007]
【权利要求】
1. 一种动态场景下无线信道实时模拟装置，包括信道动态场景输入单元（1-1)、信道 状态参数估计单元（1-2)、信道状态参数内插单元（1-3)、信道实时模拟单元（1-4)、D/A单 元（1-5)和A/D单元（1-6);其特征在于：所述的信道动态场景输入单元（1-1)和信道状态 参数估计单元（1-2)相连接，所述的信道状态参数估计单元（1-2)还同信道状态参数内插 单元（1-3)相连接，所述的信道状态参数内插单元（1-3)还同信道实时模拟单元（1-4)相 连接，所述的信道实时模拟单元（1-4)分别同D/A单元（1-5)和A/D单元（1-6)相连接， 所述的信道状态参数内插单元（1-3)中包括着相互连接的确定性的线性内插单元（1-7)和 随机性的随机游动内插单元（1-8)，信道实时模拟单元（1-4)中包括着相互连接的信道仿 真单元（1-9)和叠加信道单元（1-10)。
2. -种动态场景下无线信道实时模拟装置，其特征在于信道动态场景输入单元（1-1) 从收发端运动轨迹中提取运动参数输入；信道状态参数估计单元（1-2)结合运动参数和 通信参数计算信道参数；信道状态参数内插单元（1-3)先后通过确定性的线性内插单元 (1-7)和随机性的随机游动内插单元（1-8)，对信道状态参数内插单元（1-3)获得的信道 参数进行内插，并将内插后的信道参数输入信道实时模拟单元（1-4);信道实时模拟单元 (1-4)通过信道仿真单元（1-9)和叠加信道单元（1-10)实时产生信道冲击响应；D/A单元 (1-5)与信道实时模拟单元（1-4)连接；叠加信号后的信号通过A/D单元（1-6)输出。
3. 根据权利要求1所述的动态场景下无线信道实时模拟装置的模拟方法，其特征在于 所述信道状态参数内插单元（1-3)采用确定性的线性内插和随机性的随机游动内插想结 合的方式进行内插，实现步骤如下： (1) 线性内插单元（1-7)内插倍数为L = T/Ts，T。和Ts分别为动态场景时 间间隔和线性内插单元输出信道状态更新时间，线性内插单元对相邻信道状态 { τ i (CT丄 L〇SSi (cTc)，fd，i (cTc)}和{ τ i ((c+1) T丄 L〇SSi ((c+1) T丄 fd，i ((c+1) Tc)}进行线 性内插，内插后信道状态序列为如下形式{{ τ ^?；)，LosSiCl；)，{ τ "21；)，LossJ 2TS)，fd，i (2TS) }，...，{ τ i (STs)，L〇SSi (STs)，fd，i (STs)}}; (2) 随机游动内插单元对输入信道状态的内插倍数为I2 = Ts/%，?；和Ts分别为输出 信道状态更新时间和输入信道状态更新时间，随机游动内插单元在输入相邻两个信道状态 内实现随机游动内插的步骤如下： a. 依次顺序取输入的任意相邻两个信道状态，{TjsT^LossJsT^f^sig}和 { τ 土（ (s+1) Ts)，L〇SSi ((s+1) Ts)，fd，i ((s+1) Ts)}; b. 产生布朗运动随机游动过程，离散化产生方法可表示为：
(1) 其中，1表不两个信道状态内内插的离散点序号，有
/2 ; Nm(0, 1)表不长度为m 的标准正态分布随机序列； c. 产生布朗桥随机游动过程，从而获得随机内插后的时延、路径传播损耗和最大多普 勒频移的表达式分别为
(2) (3)
(4) d.判断s的大小；如果s < S，令s = s+1，并返回第a步；如果s = S， 则输 mHTjTrhLoSS^TrhDTrMJ^UTrhLoSSiUTrhf^UTr)}，... ，{ τ i (RTr)，LosSi (RTr)，fd，i (RTr)}}。
4.根据权利要求1所述的动态场景下无线信道实时模拟方法及装置，其特征在于信道 实时模拟单元利用随机游动方法实时模拟产生时变信道衰落，产生步骤如下： ⑴取第r个信道状态参数{ τ i (rTr)，L〇SSi (rTr)，fd，i (rTr)}，r = 1，2,…，R，当输入信 号数据速率为TX(TX < ?；)，则每个信道状态对应产生的信道冲击响应长度为K = Τ/Γχ。 (2) 产生服从均匀分布的初始相位，S卩UkTx)?U(-ji，ji]，k= 1，2，...，Κ; (3) 产生各支路多普勒频率，其表达式可写为：
(5) 其中，L*」表示向下取整，随机量0i，n(kTx)采用随机游动方法产生，产生过程如下 a. 判断当前信道模拟器输出信道状态的序号r;如果r = 1，则0i n(kTx)初始值服从 随机均匀分布，S卩Θ i n(〇)?U(-π，π ];如果r = 2,. . .，R，则Θ i n(kTx)初始值服为前一 状态的结束值，即
b. 在同一信道状态内，任意时刻下0in(kTx)的取值方法如下 θ?,η(^χ) = Θ，n((k-l)Tx) + (50XB(kTx)) (6) 其中4=1，2，...，1(表示离散时间点出(1^!￡)表示随机游动过程（产生方法如式（1) 所示），\ << 1表示随机游动过程的步长 c. 当Θ^Ο?Τχ)大于31或小于-JI时，改变随机游动方向，取\ = -δ。； (4) 根据确定的多普勒频率和初始相位，利用下式获得高斯随机变量，
(7) (5) 调用加法运算器、乘法运算器和根号运算器，由高斯随机变量Ui(kTx)产生服从 Nakagami分布的小尺度衰落和服从对数正态分布的阴影衰落。 (6) 改变i值获得不同径的信道衰落，然后利用各径时延^ (r!；)，信道衰落系数 L〇SSi(rI；)和信道衰落ri(kTx)等参数通过叠加信道单元（1-10)产生信道冲击响应h(kT x)。
【文档编号】H04B17/00GK104144021SQ201410351373
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】朱秋明, 刘星麟, 周生奎, 戴秀超, 陈小敏, 虞湘宾, 黄攀, 薛翠薇 申请人:南京航空航天大学