[发明专利]一种可重构信道衰落模拟装置及其衰落孪生方法

说明书

本发明公开了一种可重构信道衰落模拟装置及其衰落孪生方法，属于无线信息传输领域。该模拟装置包括通信场景配置单元、模数转换单元、可重构衰落产生单元、可重构时延模拟单元、可重构信道叠加单元、数模转换单元。本发明针对实际通信场景中无线信道衰落的多样性，可以根据用户输入的通信场景参数，实现任意收敛域上信道衰落初等函数的硬件实时计算，具有通用、灵活和可重构的硬件结构，适用于实际通信场景中的信道模拟。

技术领域

本发明属于无线信息传输领域，特别针对无线通信场景下信道衰落的硬件模拟，具体地涉及一种可重构信道衰落模拟装置及其衰落孪生方法。

背景技术

无线电波信号在传输过程中会受到周围环境的影响而产生一定程度的、不同类别的衰落，比如受地形及传输距离的影响存在路径损耗，由于散射支路叠加则会生成多径衰落，此外由于障碍物的遮挡还会使阴影衰落得以产生。

为了有效地评估无线通信系统的性能，同时减少外场测试模拟成本、增加信道模拟可控性，需要在实验室环境下对无线信道衰落模拟作进一步研究。在真实传播场景下，无线信道衰落种类呈现多样性，随之带来硬件模拟成本高、效率低的问题。因此，需要一种通用的信道衰落硬件孪生方法来实现不同种类无线信道衰落的逼真复现。

无线信道衰落硬件孪生的关键是如何高效地产生高斯随机序列。对于传统衰落模拟方法，高斯随机变量通常由查找表法实现，其易于硬件实现且具有较好的实时性，但会消耗大量的RAM资源。坐标旋转数字计算(Coordinate Rotation Digital Computer,CORDIC)是另一种实现方法，通过一系列的加/减和移位操作，即可实现高斯变量生成所需的三角函数实时计算，硬件成本低，占用较少的RAM资源。然而，传统CORDIC算法存在迭代次数较多、算法延迟较大以及收敛域较小的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种可重构信道衰落模拟装置及其衰落孪生方法。本发明基于CORDIC原理，针对实际通信场景中无线信道衰落的多样性，可以有效减少不必要的迭代次数，减少硬件存储资源消耗，提高无线信道衰落硬件孪生的实时性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可重构信道衰落模拟装置，包括：通信场景配置单元(1-1)、模数转换单元(1-2)、可重构衰落产生单元(1-3)、可重构时延模拟单元(1-4)、可重构信道叠加单元(1-5)、数模转换单元(1-6)；所述通信场景配置单元(1-1)的输出接口与可重构衰落产生单元(1-3)以及可重构时延模拟单元(1-4)的输入接口以PCIE总线连接，所述模数转换单元(1-2)的输出接口与可重构时延模拟单元(1-4)的输入接口连接，所述可重构衰落产生单元(1-3)的输出接口、可重构时延模拟单元(1-4)的输出接口均与可重构信道叠加单元(1-5)的输入接口连接，所述可重构信道叠加单元(1-5)的输出接口与数模转换单元(1-6)的输入接口连接。

进一步地，所述可重构衰落产生单元(1-3)由信道衰落模块和衰落选择器组成；所述信道衰落模块包括：时变相位计算模块、复指数计算模块、e指数计算模块、对数计算模块和平方根计算模块，所述时变相位计算模块用于计算生成时变相位；所述复指数计算模块用于生成高斯随机变量，通过加法器和乘法器运算，得到瑞利衰落值和莱斯衰落值；所述对数计算模块用于计算瑞利衰落的对数值，并通过e指数计算模块生成Weibull衰落值；所述e指数计算模块用于计算阴影衰落值；所述平方根计算模块可用于计算路径损耗值和Nakagami衰落值；所述衰落选择器用于选择信道衰落模块产生的阴影衰落值、Weibull衰落值、瑞利衰落值、莱斯衰落值、路径损耗值、Nakagami衰落值输入至可重构信道叠加单元(1-5)中。

进一步地，所述可重构时延模拟单元(1-4)由DDR3模块、RAM模块和多相滤波结构组成，所述DDR3模块用于接收模数转换单元(1-2)输出的数字信号，通过读写DDR3地址进行大时延模拟；所述RAM模块用于接收DDR3模块的输出信号，通过读写RAM地址进行整数时延模拟；所述多相滤波结构用于接收RAM模块的输出信号，通过多倍内插实现高精度的小数时延模拟。