[发明专利]一种瑞利-巴特沃斯衰落信道的验证系统

权利要求书

1.一种瑞利-巴特沃斯衰落信道的验证系统，其特征在于：包括信号发生模块、信道产生模块和信道验证模块，信号发生模块产生两路相同的信号，并通过两路SMA传输线，分别与信道产生模块和信道验证模块单向连接；信道产生模块包括瑞利-巴特沃斯衰落信道模拟器或仿真计算机，信道产生模块通过GPIB通用接口总线与信道验证模块单向连接，信道产生模块接收信号发生模块传输的信号，选择使用瑞利-巴特沃斯衰落信道模拟器或仿真计算机，产生瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型，并将产生的瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型传输至信道验证模块；信道验证模块，获取来自信号发生模块和信道产生模块的输出信号，验证信道是否符合预期；

所述信号发生模块，其功能为生成至少两组正弦波信号，每组包含两路正弦波信号；各组正弦波信号通过一路SMA传输线传输给信道产生模块，各组正弦波信号通过另一路SMA传输线传输给信道验证模块；

所述信道产生模块，其功能为生成瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型；瑞利-巴特沃斯衰落信道模拟器能直接生成瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型，仿真计算机上模拟有巴特沃斯滤波器；通过仿真计算机生成瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的方法为：对于信号发生模块生成的至少两组正弦波信号，将位于同一组的两路正弦波信号进行叠加得到相应的高斯信号，高斯信号的组数与正弦波信号的组数相同；对各组高斯信号分别进行傅里叶变换，并分别使用计算机模拟的巴特沃斯滤波器进行滤波，将滤波之后的各组信号进行逆傅里叶变换，转化至复域后进行叠加，转化至复域进行叠加后得到的信号为一信道序列，所述信道序列称为瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型，将瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型传送至信道验证模块；

所述信道验证模块接收从信号发生模块直接传递过来的正弦波信号和信道产生模块传送过来的瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型，验证信道是否符合预期；

通过信道验证模块验证信道是否符合预期，包括如下步骤：

步骤一：验证瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的时域衰落特性；

步骤二：验证瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的一阶统计特性；

步骤三：验证瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的二阶统计特性；

当瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的时域衰落特性符合预期，且瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的一阶统计特性符合预期，且瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的二阶统计特性符合预期，则判定所产生的瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型符合预期；

所述步骤二，验证瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的一阶统计特性，具体包括以下步骤：

第一步：基于瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型和信号发生模块直接传递至信道验证模块的正弦波信号，求取瑞利-巴特沃斯信道仿真模型的幅值序列与相角序列；

第二步：设定显著性水平α；

第三步：根据瑞利-巴特沃斯信道理论基础，在模型归一化的前提下，瑞利分布参数σ1的理论值应为：σ1＝0.7071；均匀分布参数σ2＝b-a的理论值应为：σ2＝2π，其中b＝π，a＝-π，使用统计学中极大似然估计法，根据显著性水平α和瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型，求取瑞利分布参数σ1的估计值和与均匀分布参数σ2的估计值

第四步：基于公式分别将σ1与σ2带入σ值，即可分别计算瑞利分布参数的误差精度μ₁和均匀分布参数的误差精度μ₂；采用误差精度通过曲线拟合对瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型进行分析与验证；

当瑞利-巴特沃斯信道仿真模型的幅值分布服从瑞利分布，且相角分布服从均匀分布时，则说明瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的一阶统计特性符合预期；

所述步骤一，验证瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的时域衰落特性，具体包括以下步骤：

在产生瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型之后，获取并观察产生的瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型在时域上是否符合快速衰落的特点，即信道的相干时间是否小于符号周期，且其衰落范围是否为30dB～-60dB；

如果瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型在时域上符合快速衰落的特点，即信道的相干时间小于符号周期，且其衰落范围为30dB～-60dB，则说明瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的时域衰落特性符合预期；

所述步骤三，验证瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的二阶统计特性，具体包括以下步骤：

对所产生的瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型进行多普勒功率谱分析，获得瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的功率谱密度函数，观察瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的功率谱密度函数是否为圆拱状，频谱带宽值是否为最大多普勒频移f_d的两倍；理论上，瑞利-巴特沃斯信道的功率谱密度函数应为圆拱状的瑞利-巴特沃斯衰落功率谱，且其频谱带宽值应该为2f_d；

若瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的功率谱密度函数为圆拱状，频谱带宽值为最大多普勒频移f_d的两倍，则说明瑞利-巴特沃斯衰落信道仿真模型的二阶统计特性符合预期。