[发明专利]面向车联网通信的可重构网络信道模拟方法及装置

权利要求书

1.一种面向车联网通信的可重构网络信道模拟方法，基于面向车联网通信的可重构网络信道模拟装置，其特征在于：所述面向车联网通信的可重构网络信道模拟装置包括总控服务器子系统、PXI信号处理平台子系统和FPGA资源池信号合成子系统；所述总控服务器子系统包括用户交互单元(1-1)、GPU运算单元(1-2)和磁盘阵列单元(1-3)；所述PXI信号处理平台子系统包括信道矩阵分解单元(1-4)、信号处理单元(1-5)和PXI FPGA信号预合成单元(1-6)；所述FPGA资源池信号合成子系统包括数据合成单元(1-7)和数模转换单元(1-8)；所述磁盘阵列单元(1-3)的输出接口与所述信道矩阵分解单元(1-4)的输入接口以星链MXI总线相连；所述信道矩阵分解单元(1-4)的输出接口与所述信号处理单元(1-5)的输入接口以PXI总线相连；所述信号处理单元(1-5)的输出接口与所述PXI FPGA信号预合成单元(1-6)的输入接口以光口相连；所述PXI FPGA信号预合成单元(1-6)的输出接口与所述数据合成单元(1-7)的输入接口以光口相连；所述数据合成单元(1-7)的输出接口与所述数模转换单元(1-8)的输入接口相连；

信道模拟方法其特征在于：包括如下步骤：

第一步，用户在总控服务器子系统上，通过用户交互单元输入通信场景、通信节点数目和车辆行驶轨迹参数；

第二步，GPU运算单元根据输入的参数，进行天线特性建模、空间信道建模、节点之间干扰信号建模和信道噪声建模，并基于模型产生仿真数据，定点量化后存储在磁盘阵列单元；

第三步，通过星链MXI总线将磁盘阵列单元的天线特性矩阵、空间信道矩阵、干扰信号矩阵和信道噪声矩阵分别传输到各个信道矩阵分解单元中，同时信道矩阵分解单元对各矩阵数据分解后通过PXI总线传输至各信号处理单元；

第四步，各发射节点输入的模拟信号通过信号处理单元的模数转换处理成为数字信号；

第五步，信号处理单元将输入数字信号和信道数据进行叠加，得到各子信道输出信号的各个数字分量；

第六步，信道输出信号的各个数字分量经过PXI FPGA信号预合成单元得到各通信节点接收信号的各个分量；

第七步，将同一个接收节点的相关分量连接到FPGA资源池信号合成子系统的数据合成单元，数据合成后再经过数模转换单元输出至各接收节点。

2.如权利要求1所述的面向车联网通信的可重构网络信道模拟方法，其特征在于：第二步具体产生步骤如下：

1)将用户输入的实际通信场景抽象成随机分布的散射体，获得仅保留主要散射体的简化场景地图；

2)根据用户输入的收发端天线类型及物理尺寸，获得极化因子矩阵Q和天线耦合系数矩阵C_r、C_t；

3)根据用户输入的车辆运动轨迹和通信场景类型，获得时变信道的多径数目均值并利用泊松过程产生随机路径数目N(t)，方法如下：

其中，λ_G和λ_R为通信场景相关的生灭参数；P(t；Δt)表示Δt时间间隔内各径的生灭概率；

4)根据车辆及散射体运动速度与位置的几何地理关系，迭代计算车辆及散射体的位置矢量，由位置矢量计算各径时变的路径时延τ_n(t)，并进一步获得路径功率P_n(t)，方法如下：

其中，r_τ和σ_τ分别为时延分布和时延扩展；Y_n为高斯分布随机变量；

5)根据收发端位置矢量和收发天线位置矩阵，获得各散射支路的多普勒相移和移动导致的额外相移进而获得任意两个节点的第s根发射天线与第u根接收天线之间的第n条传播路径的衰落因子为

其中，M为该路径包含的散射支路数目；为随机初始相位；

6)根据收发端相邻节点的网络拓扑结构，获得接收端干扰信号的等效模型如下，

其中，I为有效的干扰节点数目；为独立同分布的复高斯随机变量；表示第k个干扰源信号及其与接收端的距离；

7)根据节点设备噪声温度、环境噪声和信号带宽，将信道噪声建模为加性高斯噪声

8)将步骤1)－7)仿真模拟产生的数据定点量化后存储在磁盘阵列单元。