一种无线多径衰落信道仿真方法及信道仿真器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无线多径衰落信道仿真方法及信道仿真器，属于无线通信的技术 领域。
【背景技术】
[0002] 随着移动互联网、高清多媒体、物联网等应用出现，移动数据流量在未来将会发生 爆炸式增长。为了解决这一问题，国内的第四代移动通信系统（4G)已经投入商用，第五代 移动通信系统（5G)的研发也已开展。与此同时，为了提升系统容量，4G和5G系统在室内 将采用密集小蜂窝的组网结构。因此，在4G和5G中，室内特定场景下的信道传播特性直接 影响到通信系统的性能，它对通信信号的设计起到决定性的作用。然而，现有的衰落信道仿 真器主要是通过假设信道的衰落特性，人为设定相关的参数，实现信道仿真的功能。这种 方法所产生的信道环境与实际信道环境有较大差别，并且不能表征特定室内场景的传播特 性。因此，一种基于实际测量数据建模，可应用于特定室内场景的衰落信道仿真器，对于现 有4G系统的室内组网规划，以及未来5G系统的通信信号、编码方式、接收机的设计都具有 重要的实际价值。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种无线多径衰落信 道仿真方法及信道仿真器，以解决现有的仿真过程所产生的信道环境与世界环境存在较大 差别的问题。
[0004] 本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0005] 一种无线多径衰落信道仿真方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤（1)对实际环境中发送天线和接收天线之间的信道进行测量，通过扫频测得 实测信道频率响应；
[0007] 步骤（2)对实测的信道频率响应进行傅里叶反变换，获得实测信道单位脉冲响 应；
[0008] 步骤（3)分离实测信道单位脉冲响应中的多径数、时延、幅度和角度，并分别进行 建模获得模型；
[0009] 步骤⑷使用极大似然估计法提取步骤⑶得到的幅度和相位模型中的参数，再 将所有模型的参数存入数据库；
[0010] 步骤（5)从所述数据库读取所有模型的参数，生成仿真的信道单位脉冲响应；
[0011] 步骤（6)生成随机发送信号，利用蒙特卡洛仿真方法对信道传输过程进行仿真， 计算接收信号在实测信道单位脉冲响应和仿真的信道单位脉冲响应下传输的误比特率，通 过误比特率验证实际环境下的信道得到仿真。
[0012] 进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤（2)获得实测信道单位脉 冲响应为
【主权项】
1. 一种无线多径衰落信道仿真方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤（1)对实际环境中发送天线和接收天线之间的信道进行测量，通过扫频测得实测 信道频率响应； 步骤（2)对实测的信道频率响应进行傅里叶反变换，获得实测信道单位脉冲响应； 步骤（3)分离实测信道单位脉冲响应中的多径数、时延、幅度和角度，并分别进行建模 获得模型； 步骤（4)使用极大似然估计法提取步骤（3)得到的幅度和相位模型中的参数，再将所 有模型的参数存入数据库； 步骤（5)从所述数据库读取所有模型的参数，生成仿真的信道单位脉冲响应； 步骤（6)生成随机发送信号，利用蒙特卡洛仿真方法对信道传输过程进行仿真，计算 接收信号在实测信道单位脉冲响应和仿真的信道单位脉冲响应下传输的误比特率，通过误 比特率验证实际环境下的信道得到仿真。
2. 根据权利要求1所述无线多径衰落信道仿真方法，其特征在于：所述步骤（2)获得 实测信道单位脉冲响应为：
其中N为多径数，^为信道的时延，a k为实测信道的幅度，Θ 信道的相位。
3. 根据权利要求1所述无线多径衰落信道仿真方法，其特征在于：所述步骤（3)建模 获得模型如下： 多径数模型为N = Ttl/%，其中Ttl为观察窗口的时间长度，τ ^为信道测量系统的时间 分辨率； 时延模型为 τ,= τ Q(k_l)，其中 k= 1，2，···，Ν; 信道的幅度ak模型为
^ 20,其中，ak表示信道幅度的尺度参 数，f3k表示信道幅度的形状参数； 信道的相位Θ k模型为
；其中，Uk表示信道的相位的均匀分布上 界，Ik表示信道的相位的均匀分布下界。
4. 根据权利要求1所述无线多径衰落信道仿真方法，其特征在于：所述步骤（5)生成 仿真的信道单位脉冲响应过程为：从数据库读取模型的参数；对每一径根据信道幅度的尺 度参数和形状参数产生一个Weibull分布的随机变量作为仿真的信道单位脉冲响应的幅 度A k，并根据信道的相位的均匀分布上界和下界产生一个均匀分布的随机变量作为仿真的 信道单位脉冲响应的相位?k，并读取参数多径数N和时延T k直接作为仿真的信道单位脉 冲响应的多径数和时延，根据公S
生成仿真的信道单位脉冲响应。
5. 根据权利要求1所述无线多径衰落信道仿真方法，其特征在于：所述步骤（6)计算 误比特率的步骤包括随机生成一串较长的发送序列并发送，其长度为 n(1;经信道传输后获 得接收信号，统计发送序列和接收序列中不相同的位的个数为，计算得到误比特率Pe = ne/n〇〇
6. 根据权利要求1所述无线多径衰落信道仿真方法，其特征在于：所述步骤（1)通过 扫频测得实测信道频率响应包括以下步骤， 步骤（a)设置实际环境下接收天线的Stl个移动区域，每个区域内测量Ltl个空间网格 占 . 步骤（b)每个网格点上测量Mtl组信道频率响应，每组信道频率响应由K ^个扫频点组 成，获得SciLtlMc^i实测信道频率响应。
7. -种基于权利要求1所述无线多径衰落信道仿真方法的信道仿真器，其特征在于， 包括： 信道测量模块，用于对实际环境中发送天线和接收天线之间的信道进行测量获得实测 信道频率响应； 实测信道单位脉冲响应提取模块，用于对实测信道频率响应进行傅里叶反变换，生成 实测信道单位脉冲响应； 模型建立模块，用于对实测信道单位脉冲响应的多径数、时延、幅度、相位进行建模获 得对应模型； 模型参数提取模块，用于对建立的每个模型提取参数及将所提取的各个参数存入数据 库； 仿真信道产生模块，用于读取所述数据库中存储的模型参数，生成仿真的信道单位脉 冲响应； 仿真信道验证模块，用于随机生成发送信号及分别计算接收信号在实测信道单位脉冲 响应和仿真的信道单位脉冲响应下传输的误比特率，通过误比特率验证实际环境下的信道 得到仿真。
8. 根据权利要求7所述无线多径衰落信道信道仿真器，其特征在于：还包括信道特性 显示模块，用于显示实测的信道参数和仿真的信道参数，以及生成实测信道单位脉冲响应 和仿真信道单位脉冲响应的图形。
【专利摘要】本发明公开了一种无线多径衰落信道仿真方法及信道仿真器，方法包括：对实际环境中发送天线和接收天线之间的信道进行测量，通过扫频测得实测信道频率响应；对实测的信道频率响应进行傅里叶反变换，获得实测信道单位脉冲响应；分离实测信道单位脉冲响应中的参数，并进行建模获得参数模型；将模型的参数存入数据库；读取模型的参数，生成仿真的信道单位脉冲响应；利用蒙特卡洛仿真计算误比特率，完成实际环境下信道的仿真；仿真器包括信道测量模块、实测信道单位脉冲响应提取模块、模型建立模块、模型参数提取模块、仿真信道产生及验证模块。本发明可实测数据和建立模型，分析不同通信过程的误比特性能，仿真得到的信道更符合实际环境。
【IPC分类】H04B17-391
【公开号】CN104683051
【申请号】CN201510072438
【发明人】朱洪波, 吕文俊, 余雨, 刘洋
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月11日