CN100550684C - 一种分集衰落产生及应用方法 - Google Patents
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Abstract
一种分集衰落产生及应用方法，包括如下步骤：(1)产生满足给定功率谱条件和瑞利分布的随机衰落X；(2)产生满足给定功率谱条件和瑞利分布的另一个完全独立的随机衰落Y；(3)将Y乘以一个小的扰动因子a，与X相加并且归一化得到Z，并且计算Z和X的相关系数；(4)判断相关系数与需要的相关系数之差是否大于给定误差e，如大于给定误差e，返回到步骤(2)，直到步骤(3)计算出的相关系数满足给定的误差要求。这种分集衰落产生方法，可以产生任意相关系数的衰落数据，直接应用于检测分集算法仿真，既避免了实测，降低了开发成本，也可弥补ADS等软件工具在分集信道方面的缺陷，可应用到2G、3G中所有分集信道的仿真中。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种用于仿真的基于数值扰动算法的分集衰落产生及信道仿真应用方法。
背景技术
纵观无线移动通讯的历史，空间分集在改善无线链路性能方面起着十分重要作用。而分集特性决定于分集分支的数量和分集之间的相关系数。因此，产生具有一定相关系数的随机衰落过程是分集信道仿真的关键所在。
早期的信道仿真模拟多径传播的标量模型。随着天线阵列系统的发展，需要建立的信道模型必须具有空间特性。借助于对经典模型衰落和时延的理解，结合到达角等信息，可以建立现代空间矢量信道模型。目前，有很多中间软件可以帮助产生信道模型。例如：ADS、SystemView等等。其中，SysyemView的IS-95库为设计CDMA和个人通信系统提供了一种快捷的工具。除了产生CDMA所需的信号发生器模型、调制解调信号模型外，还设计了符合IS-95建议的CDMA所有信道模型。ADS有经典库和自定义信道模型库。其中，ADS信道模型根据ITU给定的三种测试条件给出。但是，均没有给出分集衰落的产生和应用方法。由于分集信道不同于其它类型的信道，它必须仿真不同天线或者子天线阵列接受数据的相关性。在实际应用中，可以加大天线阵元或者子天线阵列的距离，借此可以得到满足要求的数据。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提出一种全新的用于仿真的分集衰落的产生方法，利用这种方法可以给出具有一定相关系数的数据，达到分集信道仿真的数据相关性要求以及多普勒功率谱、概率密度分布等要求。
本发明要解决的另一技术问题是，将本发明方法产生的分集衰落应用于信道仿真的方法。
本发明这样解决上述技术问题，构造一种分集衰落产生方法，可直接用于所有无线通讯中的分集信道的仿真，包括如下步骤：
(1)产生满足给定功率谱条件和瑞利分布的第一随机衰落X；
(2)产生完全独立的第二随机衰落Y，并且第二随机衰落Y也满足给定功率谱条件和瑞利分布；
(3)将第二随机衰落Y乘以一个小的扰动因子a，所述扰动因子a是大于0的实数，与第一随机衰落X相加并且归一化得到Z，并且计算Z和第一随机衰落X的相关系数；
(4)判断步骤(3)计算出的相关系数与需要的相关系数之差是否大于给定的误差e，如果计算的相关系数与需要的相关系数之差大于给定的误差e，回到步骤(2)，否则输出X与Z至分集信道进行仿真。
在上述方法中，所述产生满足给定功率谱条件和瑞利分布的第一随机衰落X，包括根据给定的杰克模型，产生第一随机衰落X的步骤。
在上述方法中，所述产生完全独立的第二随机衰落Y，并且Y也满足给定功率谱条件和瑞利分布，包括根据给定的杰克模型，产生第二随机衰落Y的步骤。
在上述方法中，所述步骤(3)包括穷举法求解符合要求的随机变量Z的过程。
本发明上述技术问题还可以这样解决，构造一种分集衰落产生方法，包括如下步骤：
(1)根据给出的相关系数确定扰动因子：如果相关系数大于0.5，选择扰动因子为小于1且大于0的实数；如果相关系数小于0.5，选择扰动因子为大于1的实数；如果相关系数等于0.5，则选择扰动因子等于1；
(2)利用杰克方法产生一组给定功率谱的瑞利分布的随机数X；
(3)产生任意一组随机数Y，其元素个数与X的元素个数相同；
(4)将Y乘以步骤(1)得到的所述扰动因子，即对Y的每一个元素调整幅度；
(5)将Y与X的每一个元素相加得到Z并归一化，然后计算Z与X的相关系数；
(6)判断由步骤(5)得到的相关系数与步骤(1)给定的相关系数之差，如果差小于步骤(1)给定的误差就输出结果X和Z至分集信道进行仿真；否则转入步骤(4)。
本发明技术问题的另一方面可以这样解决，构造一种分集信道衰落的应用方法，包括如下步骤：
(1)产生满足给定功率谱条件、瑞利分布条件和一定相关性条件的随机衰落X、Y，其中，可以包括根据给定的杰克模型产生随机衰落X或(和)Y的步骤。
(2)在信道模型中应用步骤(1)产生的随机衰落X、Y进行分集信道的仿真。
在上述应用方法中，所述步骤(2)包括以下步骤：在分集矢量信道模型中应用步骤(1)产生的随机衰落X、Y。
实施按照本发明提供的基于数值扰动算法的分集衰落产生方法及实现方法，具有以下特点：1)由于采用数值方法产生分集衰落，可以产生任意相关系数的两个衰落数据；2)可直接用来检测分集算法仿真效果，避免了实测，降低了开发成本；3)本发明方法可以弥补ADS等软件工具在分集信道方面的缺陷；4)本发明方法只要给定了相关系数，就可以产生对应的分集效果；5)可应用到2G、3G中所有分集信道的仿真中。总之，实施本发明提供的方法，不仅可以产生任意相关系数的瑞利衰落，而且在算法仿真中采用可以简单的构造分集信道，研发费用也会大幅减少，模型可以扩展到任意采用分集技术的信道中。
附图说明
图1是说明本发明分集衰落产生方法的流程图；
图2是本发明方法实施例的流程图；
图3是说明本发明方法实施效果的示意图；
图4是另一个说明本发明方法实施效果的示意图。
具体实施方式
图1是说明本发明方法的流程图。本发明的要点是利用数值扰动的方法产生两个具有任意给定的相关系数的随机数。步骤一和步骤二产生完全独立的随机数；步骤三，利用步骤二产生的随机数乘以扰动因子对步骤一进行扰动。步骤四进行判断，如果两组随机数满足给定的相关性要求，则输出这两组数，否则再产生一个扰动数组重复步骤三的过程。
扰动因子是大于0的实数。它的选取很重要。如果要产生相关系数大于0.5的两组随机数，则选择小于1且大于0的扰动因子；如果要产生相关系数小于0.5的两组随机数，则扰动因子选择大于1的数；如果要产生相关系数等于0.5的两组随机数，则选择扰动因子等于1。
在本方法的应用中，图3是本发明方法的一个效果图示，它给出的是两组相关系数为0.3的随机数，可以看出两组数据都呈现波浪型，且不同时出现波峰或波谷，这就体现了分集数据的特性；图4是本发明方法的另一个效果图示，它给出的是其中一组随机数的功率谱，这个功率谱是3G协议建议的U形功率谱。
图2是本发明的方法实施例。本发明所阐述的方法可按如下几个步骤实现：第一步(框101)，给出要产生的衰落数据的相关系数、计算误差和扰动因子。扰动因子的选择应该参照给定相关系数。如果相关系数大于等于0.5，扰动因子要选择小于或等于1且大于0的实数；如果相关系数小于0.5，扰动因子要选择大于1的实数；第二步(框102)，利用杰克方法产生一组给定功率谱的瑞利分布的随机数X；杰克方法是一类产生满足给定功率谱的随机数的方法；第三步(框103)，产生任意一组随机数Y，其元素个数与X的元素个数相同；第四步(框104)，将Y乘以步骤一(框101)给定的扰动因子，即对Y的每一个元素调整幅度；第五步(框105)，将Y与X的每一个元素相加得到Z并归一化，然后计算Z与X的相关系数；第六步(框106)，判断由步骤5(框105)得到的相关系数与步骤一(框101)给定的相关系数的差，如果差小于步骤1(框101)给定的误差就输出结果X和Z；否则转入第四步(框104)；第七步(框107)，输出结果。
本发明的基于数值扰动算法的分集衰落产生方法，思路独特、新颖，实现简单、尤其是仿真实现的成本低廉、开发技术风险小。
Claims (8)
1、一种分集衰落产生方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1.1)产生第一随机衰落X和第二随机衰落Y，使之分别满足给定的功率谱条件和瑞利分布；
(1.2)将所述第二随机衰落Y乘以一个小的扰动因子a，所述扰动因子a是大于0的实数，与所述第一随机衰落X相加并且归一化得到Z，并且计算Z和X的相关系数；
(1.3)判断计算出的所述相关系数与需要的相关系数之差是否大于给定的误差e，如果大于给定的误差e，回到步骤(1.2)，否则输出产生的分集衰落X和Z至分集信道进行仿真。
2、根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1.1)中包括根据杰克模型产生满足给定功率谱的瑞利分布的第一随机衰落X的步骤。
3、根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1.1)中包括根据杰克模型产生满足给定功率谱的瑞利分布的第二随机衰落Y的步骤。
4、一种分集衰落产生方法，其特征在于，包括如下步骤：
(5.1)给出相关系数和误差，根据给出的相关系数，确定扰动因子：如果相关系数大于0.5，选择扰动因子为小于1且大于0的实数；如果相关系数小于0.5，选择扰动因子为选择大于1的实数；如果相关系数等于0.5，则选择扰动因子为1；
(5.2)利用杰克方法产生一组满足给定功率谱的瑞利分布的第一随机数X；
(5.3)产生任意一组的第二随机数Y，其元素个数与第一随机数X的元素个数相同；
(5.4)将第二随机数Y乘以从步骤(5.1)得到的所述扰动因子，即对第二随机数Y的每一个元素调整其幅度；
(5.5)将第二随机数Y与第一随机数X的每一个元素相加得到Z并归一化，然后计算Z与第一随机数X的相关系数；
(5.6)计算由步骤(5.5)得到的相关系数与步骤(5.1)给定的相关系数之差，如小于步骤(5.1)给定的误差就输出结果X和Z至分集信道进行仿真；否则转入步骤(5.4)。
5、一种分集衰落的应用方法，适用于所有分集信道的建模和仿真，其特征在于，包括如下步骤：
(6.1)产生满足给定功率谱条件、瑞利分布条件和一定相关性条件的随机衰落X、Y，所述的相关性条件为将所述随机衰落Y乘以一个小的扰动因子a，所述扰动因子a是大于0的实数，与所述随机衰落X相加并且归一化得到Z，并且计算Z和X的相关系数，判断计算出的所述相关系数与需要的相关系数之差是否大于给定的误差，如果小于给定的误差则输出产生的分集衰落X和Z；
(6.2)在信道模型中应用步骤(6.1)产生的随机衰落X、Y进行分集信道的仿真。
6、根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤(6.1)包括根据给定的杰克模型产生随机衰落X。
7、根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤(6.1)包括根据给定的杰克模型产生随机衰落Y。
8、根据权利要求5-7中任意一项权利要求所述方法，其特征在于，所述步骤(6.2)包括以下步骤：在分集矢量信道模型中应用步骤(6.1)产生的随机衰落X、Y。
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