CN103532599A

CN103532599A - 双极化卫星mimo系统信道

Info

Publication number: CN103532599A
Application number: CN201310459571.7A
Authority: CN
Inventors: 杨明川; 张硕; 郭庆; 魏宇明; 谭绍娜; 梁东宇; 周建人; 李明
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2013-09-29
Filing date: 2013-09-29
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-09-29
Also published as: CN103532599B

Abstract

双极化卫星MIMO系统信道，属于通信技术领域。本发明是为了解决传统的利用软件仿真实现的双极化卫星MIMO系统信道的信道序列生成的速度慢的问题，本发明包括输入模块和FPGA处理模块；FPGA处理模块包括状态确定模块和信道模拟模块；输入模块包括随机序列模块、信道状态参数模块和信道参数模块；信道参数模块用于给状态确定模块提供信道状态，且信道状态包括好状态和坏状态，信道状态参数模块用于切换状态确定模块输出的实时信道状态，状态确定模块用于给信道模拟模块提供实时信道参数；本发明具体应用在卫星通信领域。

Description

双极化卫星MIMO系统信道

技术领域

本发明属于通信技术领域。

背景技术

随着对卫星传输容量的需求的增加，许多国家的科学家和科学机构考虑将陆地上的新技术运用到卫星上以提高信道容量，MIMO技术便是其中之一。但将MIMO技术的实现需要有丰富的散射环境应用到卫星通信中有一些问题需要解决。其中重要的一点是陆地MIMO系统依靠丰富的散射环境来实现性能提升，而卫星链路有很强的LOS(Line of Sight)特性，这使得MIMO技术不一定适合于应用于卫星通信系统时需要大量的实验验证。因此，在卫星MIMO系统成为现实之前要经过大量的测试，其中对卫星MIMO系统研究的关键前提便是建立合理的信道模型，有了信道模型才能对各种相关技术进行测试。

目前，对双极化卫星MIMO系统的信道的研究仍处于理论研究阶段。所提出了的双极化卫星MIMO的基本理论模型，具有一定程度上的准确性。但这些方法大多停留在对卫星MIMO信道模型的软件仿真阶段。信道模型的建立目的是为了满足各种技术的性能测试，而目前的软件仿真耗时较长，这在一定程度上降低了技术性能的测试效率。

发明内容

本发明是为了解决传统的利用软件仿真实现的双极化卫星MIMO系统信道的信道序列生成的速度慢的问题，本发明提供了一种双极化卫星MIMO系统信道。

双极化卫星MIMO系统信道，它包括输入模块和FPGA处理模块；所述的FPGA处理模块包括状态确定模块和信道模拟模块；所述的输入模块包括随机序列模块、信道状态参数模块和信道参数模块；

所述的随机序列模块用于给信道模拟模块提供8组随机序列，且8组随机序列分别为第一高斯随机序列、第二高斯随机序列、第三高斯随机序列、第四高斯随机序列、第一高斯复随机序列、第二高斯复随机序列、第三高斯复随机序列和第四高斯复随机序列，

所述的信道参数模块用于给状态确定模块提供信道状态，所述的信道状态为好状态或坏状态，所述的信道状态参数模块用于切换状态确定模块输出的实时信道状态，所述的状态确定模块用于给信道模拟模块提供信道每一时刻的实时信道状态；

所述的信道模拟模块包括大尺度衰落信道模拟模块、小尺度衰落信道模拟模块、第一加法器、第二加法器、第三加法器和第四加法器；

所述的大尺度衰落信道模拟模块包括第一IIR滤波器、第二IIR滤波器、第三IIR滤波器、第四IIR滤波器、第一信道相关性叠加器、第一分布变换模块、第二分布变换模块、第三分布变换模块、第四分布变换模块、第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器、计数器和相位发生模块，所述的小尺度衰落信道模拟模块包括第一巴特沃兹滤波器、第二巴特沃兹滤波器、第三巴特沃兹滤波器、第四巴特沃兹滤波器和第二信道相关性叠加器；所述的第一信道相关性叠加器和第二信道相关性叠加器的第五信号输入端均用于接收状态确定模块提供的实时信道状态；

所述的第一IIR滤波器、第二IIR滤波器、第三IIR滤波器、第四IIR滤波器、第一巴特沃兹滤波器、第二巴特沃兹滤波器、第三巴特沃兹滤波器和第四巴特沃兹滤波器分别用于接收第一高斯随机序列、第二高斯随机序列、第三高斯随机序列、第四高斯随机序列、第一高斯复随机序列、第二高斯复随机序列、第三高斯复随机序列和第四高斯复随机序列，所述的第一IIR滤波器、第二IIR滤波器、第三IIR滤波器和第四IIR滤波器的时间相关性随机序列信号输出端分别与第一信道相关性叠加器的第一、第二、第三和第四信号输入端连接，所述的第一信道相关性叠加器的第一、第二、第三和第四信号输出端分别与第一分布变换模块、第二分布变换模块、第三分布变换模块和第四分布变换模块的信号输入端连接，所述的第一分布变换模块、第二分布变换模块、第三分布变换模块和第四分布变换模块的信号输出端分别与第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和第四乘法器的数据信号输入端连接，所述的第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和第四乘法器的相位信号输入端均与相位发生模块的相位信号输出端连接，所述的相位发生模块的数据信号输入端与计数器的数据信号输出端连接，

所述的第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器的大尺度衰落随机序列输出端分别与第一加法器、第二加法器、第三加法器和第四加法器的第一数据信号输入端连接，

所述的第一巴特沃兹滤波器、第二巴特沃兹滤波器、第三巴特沃兹滤波器和第四巴特沃兹滤波器的多普勒频谱扩展特性的高斯复随机序列输出端分别与第二信道相关性叠加器的第一、第二、第三和第四信号输入端连接，所述的第二信道相关性叠加器的第一、第二、第三和第四信号输出端分别与第一加法器、第二加法器、第三加法器和第四加法器的第二数据信号输入端连接。

本发明带来的有益效果是，本发明提供了一种双极化卫星MIMO系统信道利用软硬件结合的方式进行信道序列的生成，实现信道的模拟，且能够在保证信道特性的同时，提高信道序列生成的速度，信道序列生成的速度提高了3倍，从而提高相关技术性能测试的效率。

附图说明

图1为本发明所述的双极化卫星MIMO系统信道的原理示意图。

图2为具体实施方式二所述的状态确定模块用于确定信道状态变化的示意图。

图3为本发明所述的双极化卫星MIMO系统信道的信道模拟模块的原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1和3说明本实施方式，本实施方式所述的双极化卫星MIMO系统信道，它包括输入模块1和FPGA处理模块；所述的FPGA处理模块包括状态确定模块2和信道模拟模块3；所述的输入模块1包括随机序列模块4、信道状态参数模块5和信道参数模块6；

所述的随机序列模块4用于给信道模拟模块3提供8组随机序列，且8组随机序列分别为第一高斯随机序列、第二高斯随机序列、第三高斯随机序列、第四高斯随机序列、第一高斯复随机序列、第二高斯复随机序列、第三高斯复随机序列和第四高斯复随机序列，

所述的信道参数模块6用于给状态确定模块2提供信道状态，所述的信道状态为好状态或坏状态，所述的信道状态参数模块5用于切换状态确定模块2输出的实时信道状态，所述的状态确定模块2用于给信道模拟模块3提供信道每一时刻的实时信道状态；

所述的信道模拟模块3包括大尺度衰落信道模拟模块7、小尺度衰落信道模拟模块8、第一加法器29、第二加法器30、第三加法器31和第四加法器32；

所述的大尺度衰落信道模拟模块7包括第一IIR滤波器9、第二IIR滤波器10、第三IIR滤波器11、第四IIR滤波器12、第一信道相关性叠加器13、第一分布变换模块14、第二分布变换模块15、第三分布变换模块16、第四分布变换模块17、第一乘法器18、第二乘法器19、第三乘法器20、第四乘法器21、计数器22和相位发生模块23，所述的小尺度衰落信道模拟模块8包括第一巴特沃兹滤波器24、第二巴特沃兹滤波器25、第三巴特沃兹滤波器26、第四巴特沃兹滤波器27和第二信道相关性叠加器28；所述的第一信道相关性叠加器13和第二信道相关性叠加器28的第五信号输入端均用于接收状态确定模块2提供的实时信道状态；

所述的第一IIR滤波器9、第二IIR滤波器10、第三IIR滤波器11、第四IIR滤波器12、第一巴特沃兹滤波器24、第二巴特沃兹滤波器25、第三巴特沃兹滤波器26和第四巴特沃兹滤波器27分别用于接收第一高斯随机序列、第二高斯随机序列、第三高斯随机序列、第四高斯随机序列、第一高斯复随机序列、第二高斯复随机序列、第三高斯复随机序列和第四高斯复随机序列，所述的第一IIR滤波器9、第二IIR滤波器10、第三IIR滤波器11和第四IIR滤波器12的时间相关性随机序列信号输出端分别与第一信道相关性叠加器13的第一、第二、第三和第四信号输入端连接，所述的第一信道相关性叠加器13的第一、第二、第三和第四信号输出端分别与第一分布变换模块14、第二分布变换模块15、第三分布变换模块16和第四分布变换模块17的信号输入端连接，所述的第一分布变换模块14、第二分布变换模块15、第三分布变换模块16和第四分布变换模块17的信号输出端分别与第一乘法器18、第二乘法器19、第三乘法器20和第四乘法器21的数据信号输入端连接，所述的第一乘法器18、第二乘法器19、第三乘法器20和第四乘法器21的相位信号输入端均与相位发生模块23的相位信号输出端连接，所述的相位发生模块23的数据信号输入端与计数器22的数据信号输出端连接，

所述的第一乘法器18、第二乘法器19、第三乘法器20、第四乘法器21的大尺度衰落随机序列输出端分别与第一加法器29、第二加法器30、第三加法器31和第四加法器32的第一数据信号输入端连接，

所述的第一巴特沃兹滤波器24、第二巴特沃兹滤波器25、第三巴特沃兹滤波器26和第四巴特沃兹滤波器27的多普勒频谱扩展特性的高斯复随机序列输出端分别与第二信道相关性叠加器28的第一、第二、第三和第四信号输入端连接，所述的第二信道相关性叠加器28的第一、第二、第三和第四信号输出端分别与第一加法器29、第二加法器30、第三加法器31和第四加法器32的第二数据信号输入端连接。

本实施方式中，所述的随机序列模块4产生的第一高斯随机序列、第二高斯随机序列、第三高斯随机序列和第四高斯随机序列分别通过第一IIR滤波器9、第二IIR滤波器10、第三IIR滤波器11和第四IIR滤波器12后均产生了具有时间相关性的随机序列信号，且所有具有时间相关性的随机序列信号与状态确定模块2提供的每一时刻的实时信道状态通过第一信道相关性叠加器13后生成4个具有信道相关性的随机序列信号，由于4个具有信道相关性的随机序列信号服从对数正态分布，所以将4个具有信道相关性的随机序列信号分别输出至第一分布变换模块14、第二分布变换模块15、第三分布变换模块16和第四分布变换模块17进行分布变换，最后引入相位发生模块23输出的相位信号获得了大尺度衰落信道模拟模块7的4个子信道的具有信道相关性和时间相关性的随机序列；将大尺度衰落信道模拟模块7和小尺度衰落信道模拟模块8的输出通过第一加法器29、第二加法器30、第三加法器31和第四加法器32进行叠加后，即得到双极化卫星MIMO系统信道的时间序列。

本实施方式中，所述的第一分布变换模块14、第二分布变换模块15、第三分布变换模块16和第四分布变换模块17内均包含指数运算；所述的输入模块1采用Matlab工具实现。

具体实施方式二：参见图1、2和3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的双极化卫星MIMO系统信道的区别在于，所述的状态确定模块2用于确定信道状态变化，它具体过程为：

当前时刻信道状态处于好状态时，当满足条件p_gg=1－b时，下一时刻信道状态由好状态切换到坏状态，否则下一时刻信道状态保持当前时刻信道状态，即好状态，其中b表示信道状态由好状态切换为坏状态的概率，p_gg表示信道状态维持好状态的概率；

当前时刻信道状态处于坏状态时，当满足条件p_bb=1－g时，下一时刻信道状态由坏状态切换到好状态，否则下一时刻信道状态保持当前时刻信道状态，即坏状态，其中g表示信道状态由坏状态切换为好状态的概率，p_bb表示信道状态维持坏状态的概率。

具体实施方式三：参见图1、2和3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的双极化卫星MIMO系统信道的区别在于，所述的第一分布变换模块14、第二分布变换模块15、第三分布变换模块16和第四分布变换模块17的结构相同。

具体实施方式四：参见图1、2和3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的双极化卫星MIMO系统信道的区别在于，所述的第一巴特沃兹滤波器24、第二巴特沃兹滤波器25、第三巴特沃兹滤波器26和第四巴特沃兹滤波器27的结构相同。

具体实施方式五：参见图1、2和3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的双极化卫星MIMO系统信道的区别在于，所述的第一加法器29、第二加法器30、第三加法器31和第四加法器32的结构相同。

具体实施方式六：参见图1、2和3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的双极化卫星MIMO系统信道的区别在于，所述的第一乘法器18、第二乘法器19、第三乘法器20和第四乘法器21的结构相同。

Claims

1.双极化卫星MIMO系统信道，其特征在于，它包括输入模块（1）和FPGA处理模块；所述的FPGA处理模块包括状态确定模块（2）和信道模拟模块（3）；所述的输入模块（1）包括随机序列模块（4）、信道状态参数模块（5）和信道参数模块（6）；

所述的随机序列模块（4）用于给信道模拟模块（3）提供8组随机序列，且8组随机序列分别为第一高斯随机序列、第二高斯随机序列、第三高斯随机序列、第四高斯随机序列、第一高斯复随机序列、第二高斯复随机序列、第三高斯复随机序列和第四高斯复随机序列，

所述的信道参数模块（6）用于给状态确定模块（2）提供信道状态，所述的信道状态为好状态或坏状态，所述的信道状态参数模块（5）用于切换状态确定模块（2）输出的实时信道状态，所述的状态确定模块（2）用于给信道模拟模块（3）提供信道每一时刻的实时信道状态；

所述的信道模拟模块（3）包括大尺度衰落信道模拟模块（7）、小尺度衰落信道模拟模块（8）、第一加法器（29）、第二加法器（30）、第三加法器（31）和第四加法器（32）；

所述的大尺度衰落信道模拟模块（7）包括第一IIR滤波器（9）、第二IIR滤波器（10）、第三IIR滤波器（11）、第四IIR滤波器（12）、第一信道相关性叠加器（13）、第一分布变换模块（14）、第二分布变换模块（15）、第三分布变换模块（16）、第四分布变换模块（17）、第一乘法器（18）、第二乘法器（19）、第三乘法器（20）、第四乘法器（21）、计数器（22）和相位发生模块（23），所述的小尺度衰落信道模拟模块（8）包括第一巴特沃兹滤波器（24）、第二巴特沃兹滤波器（25）、第三巴特沃兹滤波器（26）、第四巴特沃兹滤波器（27）和第二信道相关性叠加器（28）；所述的第一信道相关性叠加器（13）和第二信道相关性叠加器（28）的第五信号输入端均用于接收状态确定模块（2）提供的实时信道状态；

所述的第一IIR滤波器（9）、第二IIR滤波器（10）、第三IIR滤波器（11）、第四IIR滤波器（12）、第一巴特沃兹滤波器（24）、第二巴特沃兹滤波器（25）、第三巴特沃兹滤波器（26）和第四巴特沃兹滤波器（27）分别用于接收第一高斯随机序列、第二高斯随机序列、第三高斯随机序列、第四高斯随机序列、第一高斯复随机序列、第二高斯复随机序列、第三高斯复随机序列和第四高斯复随机序列，所述的第一IIR滤波器（9）、第二IIR滤波器（10）、第三IIR滤波器（11）和第四IIR滤波器（12）的时间相关性随机序列信号输出端分别与第一信道相关性叠加器（13）的第一、第二、第三和第四信号输入端连接，所述的第一信道相关性叠加器（13）的第一、第二、第三和第四信号输出端分别与第一分布变换模块（14）、第二分布变换模块（15）、第三分布变换模块（16）和第四分布变换模块（17）的信号输入端连接，所述的第一分布变换模块（14）、第二分布变换模块（15）、第三分布变换模块（16）和第四分布变换模块（17）的信号输出端分别与第一乘法器（18）、第二乘法器（19）、第三乘法器（20）和第四乘法器（21）的数据信号输入端连接，所述的第一乘法器（18）、第二乘法器（19）、第三乘法器（20）和第四乘法器（21）的相位信号输入端均与相位发生模块（23）的相位信号输出端连接，所述的相位发生模块（23）的数据信号输入端与计数器（22）的数据信号输出端连接，

所述的第一乘法器（18）、第二乘法器（19）、第三乘法器（20）、第四乘法器（21）的大尺度衰落随机序列输出端分别与第一加法器（29）、第二加法器（30）、第三加法器（31）和第四加法器（32）的第一数据信号输入端连接，

所述的第一巴特沃兹滤波器（24）、第二巴特沃兹滤波器（25）、第三巴特沃兹滤波器（26）和第四巴特沃兹滤波器（27）的多普勒频谱扩展特性的高斯复随机序列输出端分别与第二信道相关性叠加器（28）的第一、第二、第三和第四信号输入端连接，所述的第二信道相关性叠加器（28）的第一、第二、第三和第四信号输出端分别与第一加法器（29）、第二加法器（30）、第三加法器（31）和第四加法器（32）的第二数据信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的双极化卫星MIMO系统信道，其特征在于，所述的状态确定模块（2）用于确定信道状态变化，它具体过程为：当前时刻信道状态处于好状态时，当满足条件p_gg=1－b时，下一时刻信道状态由好状态切换到坏状态，否则下一时刻信道状态保持当前时刻信道状态，即好状态，其中b表示信道状态由好状态切换为坏状态的概率，p_gg表示信道状态维持好状态的概率；

3.根据权利要求1或2所述的双极化卫星MIMO系统信道，其特征在于，所述的第一分布变换模块（14）、第二分布变换模块（15）、第三分布变换模块（16）和第四分布变换模块（17）的结构相同。

4.根据权利要求1或2所述的双极化卫星MIMO系统信道，其特征在于，所述的第一巴特沃兹滤波器（24）、第二巴特沃兹滤波器（25）、第三巴特沃兹滤波器（26）和第四巴特沃兹滤波器（27）的结构相同。

5.根据权利要求1或2所述的双极化卫星MIMO系统信道，其特征在于，所述的第一加法器（29）、第二加法器（30）、第三加法器（31）和第四加法器（32）的结构相同。

6.根据权利要求1或2所述的双极化卫星MIMO系统信道，其特征在于，所述的第一乘法器（18）、第二乘法器（19）、第三乘法器（20）和第四乘法器（21）的结构相同。