[发明专利]面向台风探测应用的临空无线信道模拟机

权利要求书

1.一种面向台风探测应用的临空无线信道模拟机，基于CPU+FPGA开发，通过PCIE接口进行数据传输；所述的模拟机包括初始化配置部分、参数计算部分、数据通信部分和信道生成部分；其中：

初始化配置部分用于配置初始化参数并输入参数计算部分；初始化的参数包括系统信号、发射机、接收机和信道的相关参数；

参数计算部分包括系统初始化模块、发射机状态模块、接收机状态模块、信道参数计算模块和通道参数生成模块；其中，系统初始化模块根据接收到的系统信号相关参数配置系统信号；发射机状态模块根据所选发射机载体运动轨迹文件实时更新发射机的运动状态；接收机状态模块根据接收到的接收机相关参数，根据动态模型实时更新接收机的运动状态；信道参数计算模块根据系统信号参数、发射机实时的运动状态以及接收机实时的运动状态，计算发射机与接收机的实时相对运动状态、路径损耗、阴影衰落、多径时延控制字和幅度控制字、以及各路径的多普勒NCO参数；通道参数生成模块将信道参数计算模块计算的信道参数以及初始化配置部分设置的信道相关参数进行整合，传输给数据通信部分；NCO表示数字控制振荡器；

数据通信部分包括数据下发模块、中断控制模块、数据接收模块和数据解析存储模块；数据下发模块对参数计算部分发送来的通道信息数据按照通信协议进行装帧，并控制数据下发给数据接收模块；数据接收模块通过PCIE接口和DMA内存机制完成数据的接收，并发送给数据解析存储模块；数据解析存储模块根据通信协议将数据帧进行解析，获得系统参数和通道参数传输到信道生成部分；中断控制模块接收从信道生成部分的中断产生模块生成的中断控制信号，以及从数据解析存储模块发来的FIFO数据空信号，调控参数计算部分进行发射机状态和接收机状态的实时更新以及相对运动的模拟，以及多普勒NCO参数的更新；DMA表示直接存储器访问，FIFO表示先入先出队列；

信道生成部分包括信道生成模块、芯片管理模块和中断产生模块；信道生成模块根据接收到的系统参数和通道参数生成能添加大尺度衰落、小尺度衰落和高斯白噪声的数字信道；芯片管理模块控制模数转换芯片对输入的模拟中频信号进行模数转换，转换后的数字中频信号输入信道生成模块处理，芯片管理模块控制数模转换芯片对信道生成模块输出的数字中频信号进行数模转换后输出；中断产生模块根据接收到的信道参数更新频率产生中断控制信号，输出给数据通信部分的中断控制模块；

其中，信道生成模块包括大尺度衰落计算模块、小尺度衰落计算模块、希尔伯特变换模块和高斯白噪声模块；大尺度衰落计算模块根据路径损耗和阴影衰落两个信道参数将大尺度衰落添加至输入的信号；希尔伯特变换模块对大尺度衰落计算模块输出的信号进行希尔伯特变换后，产生一路同相信号和一路正交信号作为小尺度衰落计算模块的输入；小尺度衰落计算模块生成小尺度衰落分量添加至希尔伯特变换模块输出的信号；高斯白噪声模块根据高斯白噪声平均功率调整高斯白噪声的幅度并添加至小尺度衰落计算模块输出的信号；

其中，小尺度衰落计算模块包含16个通道模块，每个通道模块对应多径信道系统的一条路径，每个通道模块包括多普勒频移模块、多径时延模块和小尺度分量产生模块；多普勒频移模块在多普勒NCO参数的控制下输出频率为当前时间、当前路径的多普勒正弦分量和多普勒余弦分量；多径时延模块在多径时延控制字的控制下输出对应相位时延的余弦时延分量和正弦时延分量；小尺度分量产生模块接收多普勒频移模块和多径时延模块的输出，首先将多普勒余弦分量、多普勒正弦分量与余弦时延分量、正弦时延分量分别相乘，之后将两个余弦的乘积与两个正弦的乘积相减，得到同相小尺度衰落分量，将两个余弦的乘积与两个正弦的乘积相加，得到正交小尺度衰落分量，最后将同相、正交两路小尺度衰落分量乘以幅度控制字后输出对应通道产生的小尺度分量；小尺度衰落计算模块将各通道输出的小尺度分量合成生成信道的小尺度衰落分量；

所述的参数计算部分中的各模块通过全局变量完成数据传递，所述的全局变量包括系统信息、发射机状态数据、接收机状态数据、信道数据及通道信息数据；其中，系统信息包括信号的射频频率、中频频率和采样率；发射机状态数据包括发射机初始状态和运动轨迹；接收机状态数据包括接收机初始状态和运动轨迹；信道数据包括路径损耗、阴影衰落、高斯白噪声平均功率、多径数以及收发机的相对距离、相对速度、相对加速度和相对加加速度；通道信息数据包括路径开启标志、路径损耗、阴影衰落、高斯白噪声平均功率、多径数以及多普勒NCO参数；

所述的数据通信部分中，数据下发模块传输数据的通信协议包括：数据传输的数据帧的帧头有0、1、2、3四种；其中，帧头为0的帧传输的是通道更新数据，为对应通道号的信道生成参数，包括多径参数和多普勒NCO参数；帧头为1的帧传输的是数据更新标志，表示已经进行了通道数据的更新；帧头为2的帧传输的是系统初始化参数，包括多径数、路径损耗、阴影衰落及高斯白噪声平均功率；帧头为3的帧为系统启动标志，在该帧的控制下，模拟机开始生成信道；

每当有通道更新参数下发时，都同步下发数据更新标志，控制信道生成部分的小尺度衰落计算模块进行信道参数的更新。