[发明专利]任意多普勒功率谱的无线衰落信道模拟装置及方法

说明书

本发明公开了一种任意多普勒功率谱的无线衰落信道模拟装置及方法，其中装置包括相互对称的下行链路与上行链路模拟装置，所述上行链路模拟装置包括PC机用户交互单元，信道参数处理单元，信道产生叠加单元，信号输入单元以及信号输出单元。本发明提出的信道模拟器具有通用性，不仅支持当前无线信道标准定义的多种多普勒功率谱，同时支持用户自定义的任意多普勒功率谱形状，本发明提出的信道模拟器支持不同形状多普勒功率谱的动态时间平滑演进。

技术领域：

本发明涉及一种任意多普勒功率谱的无线衰落信道模拟装置及方法，属于无线信息传输领域，特别针对任意散射环境下具有不同多普勒功率谱形状的无线衰落信道的模拟装置及产生方法。

背景技术：

在无线通信系统中，无线衰落信道是重要组成部分，具有极高的随机性和复杂性。为了研究无线通信系统在不同传输环境下的性能，进行大量的外场实验往往要花费大量的时间和成本。一种更加切实可行的方法是利用信道模拟器来模拟复杂的电波传输环境，以此评估无线通信系统的性能。

无线通信在传输过程中往往会有多径效应，电波在接收器处相互叠加。由于发射器与接收器间的相对运动导致部分电波的多普勒频移。不同波的多普勒频移互相叠加得到多普勒频率的一个连续谱，称为多普勒功率谱。不同场景下由于电磁波到达接收器的入射角的不同，多普勒功率谱密度往往是不同的。一般情况下我们假设到达角是均匀分布的，多普勒功率谱为Jakes功率谱。但由于散射环境的复杂性，多普勒功率谱往往不一定符合Jakes功率谱形状。例如，远回声的多普勒功率谱密度已经大大偏离了Jakes功率谱形状，航空信道的多普勒功率谱具有高斯形状。此外，安捷伦生产的基带发生器和信道仿真器N5106A支持经典3dB、经典6dB、平坦、圆形、Jakes经典、Jakes圆形、高斯七种功率谱形状，而EB公司研发的Propsim F8无线信道模拟器也支持平坦、圆拱、高斯、Jakes、和巴特沃兹等多种多普勒功率谱形状。

需要指出的是，实际中发射机和接收机的位置和姿态处于不断变化之中，因而无线信号到达接收机的角度也具有时变性，从而造成多普勒功率谱的形状时刻发生改变。现有的无线信道模拟器仅支持特定形状的多普勒功率谱，或者多普勒功率谱不能随时间动态的变化。为了应对更加复杂多变的通信环境，同时减少研发成本，缩短研发周期，有必要设计一种具有任意多普勒形状且多普勒形状能动态变化的信道模拟器。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种任意多普勒功率谱的无线衰落信道模拟装置及方法。

本发明采用如下技术方案：一种任意多普勒功率谱的无线衰落信道模拟装置，包括相互对称的下行链路与上行链路，所述上行链路模拟装置包括PC机用户交互单元，信道参数处理单元，信道产生叠加单元，信号输入单元以及信号输出单元；

所述PC机用户交互单元与信道参数处理单元相连，PC机用户交互单元包括参数设置模块和参数计算模块，参数设置模块根据用户选择需要预先设置好不同时刻的多普勒功率谱形状，参数计算模块根据用户的设置，计算不同时刻的信道参数，通过PCIE总线实时的传输到信道参数处理单元；

所述信道参数处理单元与信道产生叠加单元相连，所述信道参数处理单元包括参数缓存模块、参数内插模块以及参数随机游走模块，所述参数缓存模块用于缓存PCIE总线传输的信道参数，参数随机游走模块对信道参数施加一个随机的微小偏移，参数内插模块对每一组信道参数进行线性内插；

所述信道产生叠加单元包括第一时延、第二时延和信道衰落产生模块，所述第一时延、第二时延对两路基带信号延时产生多径信号，所述信道衰落产生模块接收信道参数处理单元的信道参数产生两路正交的多径衰落信道；

所述信号输入单元包括下混频、模数转换和下变频，信号输入单元用于将模拟的射频信号转换为基带的数字信号进入信道产生叠加单元；

所述信号输出单元包括上变频、数模转换和上混频，信号输出单元用于将信道产生叠加单元输出的数字基带信号转换为射频信号输出。