一种分析天线振动影响数字无线通信系统的方法及装置与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种分析天线振动影响数字无线通信系统的方法及装置。

背景技术：

振动在日常环境中无处不在，而天线一般工作于室外露天状态，风、雨等自然现象和车辆、机器等人为因素都会引起天线的振动。天线振动会导致天线与安装位置产生相对位移，导致通信质量下降，特别是在5g时代，v2v通信、工业互联网相关的无线通信场景中，使用的波长较短对振动位移就更加敏感，

天线振动对通信性能的影响机制实际上是一个机电耦合的问题，目前针对天线振动的机电耦合研究多集中在有源相控阵列天线和大型反射面天线的结构形变和电性能方面，通过模拟计算天线受振动产生的结构形变，进而仿真验证该形变对天线方向性图、副瓣和波束宽度等电性能的影响，或者从天线相位噪声出发，分析了发射天线相位噪声对系统链路性能的影响。以上研究都是针对天线振动对天线本身电性能影响的分析，而天线作为通信系统的重要组成部分，缺少分析天线振动影响数字无线通信系统的方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种分析天线振动影响数字无线通信系统的方法及装置，来解决现有技术中缺少一种分析天线振动影响数字无线通信系统的方法的问题，具体方案如下：

一种分析天线振动影响数字无线通信系统的方法，包括：

依据预设的天线振动辐射模型确定接收端天线的接收信号，其中，所述预设的天线振动模型中发射端天线和接收端天线等效为理想点源，振动类型为简谐振动；

依据所述接收信号确定调制信号和目标干扰信号，并获取预设的高斯白噪声信号；

依据所述调制信号、所述目标干扰信号和所述预设的高斯白噪声信号确定对应的同相接收信号和对应的正交接收信号，其中，所述同相接收信号和所述正交接收信号符合正态分布；

依据所述同相接收信号和所述正交接收信号，确定所述接收信号的误码率。

上述的方法，可选的，依据所述接收信号确定调制信号和目标干扰信号，包括：

将所述接收信号分离成载波信号和干扰信号；

依据幅值、载波频率和符号速率对所述载波信号进行处理，得到调制信号；

依据所述载波信号和所述调制信号确定干载比，依据所述干载比和所述干扰信号确定目标干扰信号。

上述的方法，可选的，依据所述调制信号、所述目标干扰信号和所述预设的高斯白噪声信号确定对应的同相接收信号和对应的正交接收信号，包括：

识别发射端的发送标识；

当所述发送标识为0时，确定第一同向接收信号和确定第一正交接收信号；

当所述发送标识为1时，确定第二同相接收信号和确定第二正交接收信号。

上述的方法，可选的，确定第一同向接收信号包括：

将所述调制信号、所述目标干扰信号和所述预设的高斯白噪声信号进行求和；

依据预设的同相函数对求和结果进行解调，得到第一解调输出信号；

对所述第一解调输出信号中目标参数进行估计并依据第一贝塞尔函数性质，将所述第一解调输出信号转化为所述第一同向接收信号。

上述的方法，可选的，确定第二正交接收信号包括：

将所述调制信号、所述目标干扰信号和所述预设的高斯白噪声信号进行求和；

依据预设的正交函数对求和结果进行解调，得到第二解调输出信号；

对所述第二解调输出信号中目标参数进行估计并依据第一贝塞尔函数性质，将所述第二解调输出信号转化为所述第一正交接收信号。

上述的方法，可选的，依据所述同相接收信号和所述正交接收信号，确定所述接收信号的误码率，包括：

获取所述第一同向接收信号的第一同相误符率和所述第二同相接收信号的第二同相误符率；

获取所述第一正交接收信号的第一正交误符率和所述第二正交接收信号的第二正交误符率；

依据所述第一同相误符率和所述第二同相误符率确定同相误符率；

依据所述第一正交误符率和所述第二正交误符率确定正交误符率；

依据所述同相误符率和所述正交误符率确定所述接收信号的误码率。

一种分析天线振动影响数字无线通信系统的装置，包括：

第一确定模块，用于依据预设的天线振动辐射模型确定接收端天线的接收信号，其中，所述预设的天线振动模型中发射端天线和接收端天线等效为理想点源，振动类型为简谐振动；

确定与获取模块，用于依据所述接收信号确定调制信号和目标干扰信号，并获取预设的高斯白噪声信号；

第二确定模块，用于依据所述调制信号、所述目标干扰信号和所述预设的高斯白噪声信号确定对应的同相接收信号和对应的正交接收信号，其中，所述同相接收信号和所述正交接收信号符合正态分布；

误码率确定模块，用于依据所述同相接收信号和所述正交接收信号，确定所述接收信号的误码率。

上述的装置，可选的，所述确定与获取模块包括：

分离单元，用于将所述接收信号分离成载波信号和干扰信号；

处理单元，用于依据幅值、载波频率和符号速率对所述载波信号进行处理，得到调制信号；

确定单元，用于依据所述载波信号和所述调制信号确定干载比，依据所述干载比和所述干扰信号确定目标干扰信号。

上述的装置，可选的，所述第二确定模块包括：

识别单元，用于识别发射端的发送标识；

第一信号接收单元，用于当所述发送标识为0时，确定第一同向接收信号和确定第一正交接收信号；

第二信号接收单元，用于当所述发送标识为1时，确定第二同相接收信号和确定第二正交接收信号。

上述的装置，可选的，所述误码率确定模块包括：

第一获取单元，用于获取所述第一同向接收信号的第一同相误符率和所述第二同相接收信号的第二同相误符率；

第二获取单元，用于获取所述第一正交接收信号的第一正交误符率和所述第二正交接收信号的第二正交误符率；

第一误符率确定单元，用于依据所述第一同相误符率和所述第二同相误符率确定同相误符率；

第二误符率确定单元，用于依据所述第一正交误符率和所述第二正交误符率确定正交误符率；

第三误符率确定单元，用于依据所述同相误符率和所述正交误符率确定所述接收信号的误码率。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本发明公开了一种分析天线振动影响数字无线通信系统的方法，包括：依据预设的天线振动辐射模型确定接收端天线的接收信号；依据所述接收信号确定调制信号和目标干扰信号，并获取预设的高斯白噪声信号；依据所述调制信号、所述目标干扰信号和所述预设的高斯白噪声信号确定对应的同相接收信号和对应的正交接收信号，其中，所述同相接收信号和所述正交接收信号符合正态分布；依据所述同相接收信号和所述正交接收信号，确定所述接收信号的误码率。上述的方法中，对接收信号进行处理，得到同相接收信号和正交接收信号，依据所述同相接收信号和所述正交接收信号，确定所述接收信号的误码率，依据所述误符率对通信性能进行评价。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种分析天线振动影响数字无线通信系统的方法流程图；

图2为本申请实施例公开的一种天线振动辐射模型的示意图；

图3为本申请实施例公开的天线振动辐射模型接收端天线信号频谱示意图；

图4为本申请实施例公开的一种正交相移键控系统的接收机模型示意图；

图5为本申请实施例公开的一种正交相移键控理论误码率和实际误码率曲线示意图；

图6为本申请实施例公开的一种分析天线振动影响数字无线通信系统的装置结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

本发明公开了一种分析天线振动影响数字无线通信系统的方法及装置，应用于分析天线振动对通信性能的影响，根据现有的天线振动辐射理论出发，通过分析把天线振动造成的干扰边带等效成了多音梳状干扰，并在此基础上推导出了基于正交相移键控qpsk(quadraturephaseshiftkeying)调制方式的通信系统的误码率影响，该方法可以应用于分析8psk/16qam/64qm/256qam等常用数字调制方式的天线振动造成的通信质量下降。所述分析方法的执行流程如图1所示，包括步骤：

s101、依据预设的天线振动辐射模型确定接收端天线的接收信号，其中，所述预设的天线振动模型中发射端天线和接收端天线等效为理想点源，振动类型为简谐振动；

本发明实施例中，所述预设的天线振动辐射模型的示意图如图2所示，为了便于分析，所述预设的天线振动模型中发射端天线和接收端天线等效为理想点源，振动类型为简谐振动

受振动影响，发射端天线以原点o为中心点做简谐振动。

根据图2所示，实际中振动引起的位移设为的单位向量，故：

对两次求导得到与方向振动加速度峰值

故振动加速度可表示为：

b点接收到的信号相位为：

其中，fo-载波频率

φo′(t)为当前时刻发送端天线的相位：

φo′(t)＝φ(0)+2πfot(6)

将式(2)和(6)带入式(5)可得：

令则

将式(3)带入式(8)可得：

设b点处的幅度为vb，故b点处的波函数为：

改写(10)式，可知

其中β为目标参数，jn(β)为第一类贝塞尔函数，为天线位移方向振动加速度峰值，为两天线距离方向单位矢量，c为真空中光速，fv为天线振动频率。

s102、依据所述接收信号确定调制信号和目标干扰信号，并获取预设的高斯白噪声信号；

本发明实施例中，依据所述接收端信号vb(t)确定调制信号和目标干扰信号的流程如下：

分析接收端天线b的信号可知，当n＝0时，天线b接收到的信号为单音载波信号，即有用信号：

vc(t)＝vb·j0(β)·cos2πfot(12)

当发射端天线a理想无振动时，β＝0，则：

jn(β)＝jn(0)＝1(13)

将式(12)带入式(10)可得发送端天线a无振动时，接收端天线b接收到的信号为：

vc(t)＝vb·cos2πfot(14)

当n为其它非零整数时，接收的信号为由振动引起的干扰信号为：

假设与同向，当发射端天线振动加速度a＝10m/s²，天线振动频率fv＝10hz，载波频率为fo＝10ghz时，接收端天线b接收到的信号频谱为梳状，如图3所示。

由于发射端天线a受振动影响，接收端天线b接收到的信号产生了干扰边带，经过对接收信号时域和频域分析可知，天线振动产生的边带以信号载频为中心对称分布，天线振动造成的干扰边带可等效为通信系统受多音梳状干扰影响的问题，定义第n个边带干扰信号功率与载波功率比为：

定义干扰信号功率与载波功率比(干载比)为：

本发明实施例中，以qpsk系统的接收机模型为例，对误符率的计算过程进行说明，其中，所述qpsk系统的接收机模型如图4所示，图4中si(t)表示幅度为a，载波频率为fo，符号速率为rs的qpsk调制信号：

si(t)＝acos(2πfot+θi)(i＝1，2，3，4)(18)

其中，θi-载波相位；

在给定二进制信息速率的条件下，qpsk的同相及正交支路的四进制符号速率是二进制信息速率的1/2，即符号周期ts＝2tb，其中，tb为码元周期，在给定信号总发送功率的条件下，同相和正交支路的信号功率是总功率的1/2。表1为qpsk信号载波相位与二进制码、双比特码元关系。

表1qpsk信号载波相位与二进制码、双比特码元关系

i(t)表示由天线振动产生的干扰信号，根据干载比计算可知目标干扰信号为:

n(t)表示信道的加性高斯白噪声(预设的高斯白噪声)，双边功率谱密度为no/2。

s103、依据所述调制信号、所述目标干扰信号和所述预设的高斯白噪声信号确定对应的同相接收信号和对应的正交接收信号，其中，所述同相接收信号和所述正交接收信号符合正态分布；

本发明实施例中，同相支路和正交支路载波分别为预设的同相函数f1(t)和预设的正交函数f2(t)，其中：

所述调制信号、所述目标干扰信号和所述预设的高斯白噪声信号同时被送入qpsk接收机，进行相关解调和检测。

1)当发射端发送“0”时，i路(同相支路)接收信号ri0(t)为：

相干解调后第一解调输出信号yi0(ts)为：

将式(22)带入式(23)可得：

对积分进行计算，且载波fo＞＞1，所以解调输出信号变为第一同相接收信号：

本发明实施例中，当fo＝30ghz，天线振动频率fv＝10hz时，振动加速度分别为0m/s2，1m/s2，2m/s2，3m/s2，4m/s2时qpsk系统理论误符率和实际误码率曲线如图5所示，仿真信噪比范围为-2～10db。从图5中可以看出，误符率理论分析曲线和实际仿真曲线基本吻合，在相同信噪比情况下，误符率随着天线振动加速度的增大而增加，当加速度a增大到4m/s²时，系统误符率bsr＞0.1，性能已经严重恶化，此时假设β＜2是合理的，因此，假设β＜2，计算可知可得到结论：

当β＜2，|n|＞10时，|jn(β)|≈0，即:

|n|取10时，2nπfvts＜＜1，故sin2nπfvts≈2nπfvts，所以式(25)变为：

其中，es为ts内的码元能量。

根据第一类贝塞尔函数性质可知：

式(27)变为：

yi0(ts)满足均值方差的正态分布。

进一步的，当所述当发射端发送“0”时，q路(正交支路)和当所述发射端发送“1”时i路和q路的第一正交接收信号、第二同相接收信号和第二正交接收信号处理过程相同，在此不再赘述。

s104、依据所述同相接收信号和所述正交接收信号，确定所述接收信号的误码率。

本发明实施例中，以所述第一同相接收信号为例，i路的第一同相误符率为：

qpsk符号能量es＝2eb，所以式(30)变为：

其中：eb-码元能量；

es-符号能量。

2)当发送“1”时，i路第二同相接收信号为：

yi1(ts)满足均值方差的正态分布。

可知当发送“1”时，i路的第二同相误符率为：

qpsk系统发端二进制符号“0”“1”等概率出现，故i路的同相误码率为：

二进制码元经过串并变换后在同相支路和正交支路等概率分布，同理可得q路正交误码率为：

所以qpsk系统的误码率为：

qpsk系统采用格雷码编码所以误符率为：

本发明公开了一种分析天线振动影响数字无线通信系统的方法，包括：依据预设的天线振动辐射模型确定接收端天线的接收信号；依据所述接收信号确定调制信号和目标干扰信号，并获取预设的高斯白噪声信号；依据所述调制信号、所述目标干扰信号和所述预设的高斯白噪声信号确定对应的同相接收信号和对应的正交接收信号，其中，所述同相接收信号和所述正交接收信号符合正态分布；依据所述同相接收信号和所述正交接收信号，确定所述接收信号的误码率。上述的方法中，对接收信号进行处理，得到同相接收信号和正交接收信号，依据所述同相接收信号和所述正交接收信号，确定所述接收信号的误码率，依据所述误符率对通信性能进行评价。

基于上述的一种分析天线振动影响数字无线通信系统的方法，本发明实施例中，还提供了一种分析天线振动影响数字无线通信系统的装置，所述分析装置的结构框图如图6所示，包括：

第一确定模块201、确定与获取模块202、第二确定模块203和误码率确定模块204

所述第一确定模块201，用于依据预设的天线振动辐射模型确定接收端天线的接收信号，其中，所述预设的天线振动模型中发射端天线和接收端天线等效为理想点源，振动类型为简谐振动；

所述确定与获取模块202，用于依据所述接收信号确定调制信号和目标干扰信号，并获取预设的高斯白噪声信号；

所述第二确定模块203，用于依据所述调制信号、所述目标干扰信号和所述预设的高斯白噪声信号确定对应的同相接收信号和对应的正交接收信号，其中，所述同相接收信号和所述正交接收信号符合正态分布；

所述误码率确定模块204，用于依据所述同相接收信号和所述正交接收信号，确定所述接收信号的误码率。

本发明公开了一种分析天线振动影响数字无线通信系统的装置，包括：依据预设的天线振动辐射模型确定接收端天线的接收信号；依据所述接收信号确定调制信号和目标干扰信号，并获取预设的高斯白噪声信号；依据所述调制信号、所述目标干扰信号和所述预设的高斯白噪声信号确定对应的同相接收信号和对应的正交接收信号，其中，所述同相接收信号和所述正交接收信号符合正态分布；依据所述同相接收信号和所述正交接收信号，确定所述接收信号的误码率。上述的装置中，对接收信号进行处理，得到同相接收信号和正交接收信号，依据所述同相接收信号和所述正交接收信号，确定所述接收信号的误码率，依据所述误符率对通信性能进行评价。

本发明实施例中，所述确定与获取模块202包括：

分离单元205、处理单元206和确定单元207。

其中，

所述分离单元205，用于将所述接收信号分离成载波信号和干扰信号；

所述处理单元206，用于依据幅值、载波频率和符号速率对所述载波信号进行处理，得到调制信号；

所述确定单元207，用于依据所述载波信号和所述调制信号确定干载比，依据所述干载比和所述干扰信号确定目标干扰信号。

本发明实施例中，所述第二确定模块203包括：

识别单元208、第一信号接收单元209和第二信号接收单元210。

其中，

所述识别单元208，用于识别发射端的发送标识；

所述第一信号接收单元209，用于当所述发送标识为0时，确定第一同向接收信号和确定第一正交接收信号；

所述第二信号接收单元210，用于当所述发送标识为1时，确定第二同相接收信号和确定第二正交接收信号。

本发明实施例中，所述误码率确定模块204包括：

第一获取单元211、第二获取单元212、第一误符率确定单元213、第二误符率确定单元214和第三误符率确定单元215。

其中，

第一获取单元，用于获取所述第一同向接收信号的第一同相误符率和所述第二同相接收信号的第二同相误符率；

第二获取单元，用于获取所述第一正交接收信号的第一正交误符率和所述第二正交接收信号的第二正交误符率；

第一误符率确定单元，用于依据所述第一同相误符率和所述第二同相误符率确定同相误符率；

第二误符率确定单元，用于依据所述第一正交误符率和所述第二正交误符率确定正交误符率；

第三误符率确定单元，用于依据所述同相误符率和所述正交误符率确定所述接收信号的误码率。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上对本发明所提供的一种分析天线振动影响数字无线通信系统的方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。