CN107465465B - 一种高斯信道仿真方法及其仿真系统 - Google Patents
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Abstract
一种高斯信道仿真方法及其仿真系统,该方法包括以下步骤:(1)产生通信信号s(t);(2)生成高斯信道;(3)对高斯信道进行仿真:通信信号s(t)通过高斯信道,得到输出信号,对输出信号进行分析,验证高斯信道的准确性。还包括高斯信道仿真系统。本发明能够描述移动通信中天线摇摆引起的增益变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种高斯信道仿真方法及其仿真系统。
背景技术
瑞利信道模型是描述小尺度范围内无线信道的多径效应和多普勒效应,是无线通信信道的基础模型。在瑞利模型下,信道幅值统计特性服从瑞利分布,相角统计服从均匀分布,且其多普勒功率谱为经典Jakes功率密度函数。然而该信道模型只能体现无直射路径环境下的移动无线信道模型,无法描述移动通信中天线摇摆引起的增益变化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服上述背景技术的不足,提供一种能够描述移动通信中天线摇摆引起的增益变化的高斯信道仿真方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是,一种高斯信道仿真方法,包括以下步骤:
(1)产生通信信号s(t);
(2)生成高斯信道;
(3)对高斯信道进行仿真:通信信号s(t)通过高斯信道,得到输出信号,对输出信号进行分析,验证高斯信道的准确性。
进一步,步骤(2)中,生成高斯信道的方法如下:
(2-1)生成多普勒参数模型,采用zheng模型来生成多普勒参数模型,所得多普勒参数模型如下:
θi,n∈(0,2π);
式中Ci,n表示多普勒系数、fi,n表示离散多普勒频率、θi,n表示多普勒相移;i=1表示实部的参数,i=0表示虚部的参数,n代表第n路正弦信号模型,Ni为正弦信号个数,fm为最大多普勒频移;
(2-2)利用信道参数生成模块U1生成两组多普勒参数;信道参数生成模块U1包括第一多普勒频移模块U11、第二多普勒频移模块U12,通过第一多普勒频移模块U11采用zheng模型生成第一组多普勒参数Ci,n1、fi,n1、θi,n1,通过第二多普勒频移模块U12采用zheng模型生成第二组多普勒参数Ci,n2、fi,n2、θi,n2;
(2-3)第一高斯信号发生器U13接受第一多普勒频移模块U11传输来的第一组多普勒参数Ci,n1、fi,n1、θi,n1,通过正弦波叠加法产生高斯信号h1(t);第二高斯信号发生器U14接受第二多普勒频移模块U12传输来的第二组多普勒参数Ci,n2、fi,n2、θi,n2,通过正弦波叠加法产生高斯信号h2(t);
(2-4)将h1(t)作傅里叶变换,将时域转换到频域上,得到频域上的高斯信号H1(ω);将h2(t)作傅里叶变换,将时域转换到频域上,得到频域上的高斯信号H2(ω);
(2-5)多普勒滤波模块U2接受傅里叶变换后的高斯信号H1(ω),H2(ω),对高斯信号H1(ω),H2(ω)进行高斯滤波,得到滤波后的高斯信号H1'(ω),H2'(ω);
(2-6)将高斯滤波后的高斯信号H1'(ω)作傅里叶逆变换,将频域转换到时域上,得到时域上的高斯信号h4(t);将高斯滤波后的高斯信号H2'(ω)作傅里叶逆变换,将频域转换到时域上,得到时域上的高斯信号h3(t);
(2-7)将高斯信号h3(t)和高斯信号h4(t)转换到复域内,在h3(t)上进行90°转换,变为j h3(t),最终得到高斯信道:
进一步,步骤(3)中,设定高斯信道仿真中的最大多普勒频移fm=500Hz,采样时间Ts=0.5s。
进一步,步骤(3)中,对输出信号分析的具体方法为:
在获得输出信号后,对输出信号进行统计计算:具体为对输出信号做一阶特性统计,得到高斯信道的幅值概率密度分布和相位概率密度分布;利用自相关函数对输出信号做二阶特性统计,计算高斯信道的自相关性和功率谱密度。
一种高斯信道的仿真系统,包括信号发生器、AD模数转换器、信道构架模块、FPGA处理模块、DA数模转换器、信号接收器、PC信号处理模块,所述信号发生器与AD模数转换器相连,所述AD模数转换器、信道构架模块分别与FPGA处理模块相连,所述FPGA处理模块与DA数模转换器相连,所述DA数模转换器与信号接收器相连,所述信号接收器与PC信号处理模块相连;
所述信号发生器U71用于产生所需的通信信号;所述AD模数转换器U72用于将模拟信号转换成数字信号;所述信道构架模块U73用于生成高斯信道;所述FPGA处理模块U74用于对通信信号和高斯信道进行处理,使通信信号通过高斯信道;所述DA数模转换器U75用于将数字信号转换成模拟信号;所述信号接收器U76用于接受输出信号;所述PC信号处理模块U77用于对输出信号进行统计计算。
进一步,所述信道构架模块U73包括信号生成模块U1、多普勒滤波模块U2和信道生成模块U3,所述信号生成模块U1包括第一多普勒频移模块U11、第二多普勒频移模块U12、第一高斯信号发生器U13和第二高斯信号发生器U14;所述信号生成模块U1用于生成两组高斯信号;所述第一多普勒频移模块U11用于生成第一组多普勒参数,所述第二多普勒频移模块U12用于生成第二组多普勒参数;所述第一高斯信号发生器U13根据第一组多普勒参数产生高斯信号h1(t);所述第二高斯信号发生器U14根据第二组多普勒参数产生高斯信号h2(t);所述多普勒滤波模块U2用于对经过傅里叶变换后的高斯信号H1(ω)、H2(ω)进行高斯滤波;所述信道生成模块U3用于将高斯信号h3(t)和高斯信号h4(t)转换到复域内,在h3(t)上进行90°转换,变为j h3(t),生成高斯信道。
与现有技术相比,本发明的优点如下:利用高斯信道进行仿真,能够描述移动通信中天线摇摆引起的增益变化。
附图说明
图1是本发明实施例生成高斯信道方法的流程图。
图2是本发明实施例提供fm=500Hz时的SUZUKI高斯信道仿真模型。
图3是本发明实施例提供fm=500Hz时的高斯信道幅值概率密度分布图。
图4为本发明实施例提供fm=500Hz时的高斯信道相位概率密度分布图;
图5为本发明实施例提供fm=500Hz时的高斯信道自相关函数仿真结果图;
图6为本发明实施例提供fm=500Hz时的高斯信道功率谱密度仿真结果图。
图7为本发明实施例高斯信道仿真系统的结构框图。
图8是本发明实施例高斯信道仿真系统的信道构架模块的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例之高斯信道仿真方法包括以下步骤:
(1)产生通信信号s(t);
(2)生成高斯信道;
(3)对高斯信道进行仿真:通信信号s(t)通过高斯信道,得到输出信号,对输出信号进行分析,验证高斯信道的准确性。
参照图1,步骤(2)中,生成高斯信道的方法如下:
(2-1)生成多普勒参数模型,在实际应用中,可采用MED、MSEM、MEA、LPNM、MEDS、JM、zheng模型中的任意一种来生成多普勒参数模型,其中zheng模型最为先进,应用效果最好;本实施例中,采用zheng模型来生成多普勒参数模型,所得多普勒参数模型如下:
θi,n∈(0,2π);
式中Ci,n表示多普勒系数、fi,n表示离散多普勒频率、θi,n表示多普勒相移;i=1表示实部的参数,i=0表示虚部的参数,n代表第n路正弦信号模型,Ni为正弦信号个数,在zheng模型中,Ni最小可设置为8,本实施例中设置为16,fm为最大多普勒频移。
(2-2)利用信道参数生成模块U1生成两组多普勒参数;信道参数生成模块U1包括第一多普勒频移模块U11、第二多普勒频移模块U12,通过第一多普勒频移模块U11采用zheng模型生成第一组多普勒参数Ci,n1、fi,n1、θi,n1,通过第二多普勒频移模块U12采用zheng模型生成第二组多普勒参数Ci,n2、fi,n2、θi,n2;
(2-3)第一高斯信号发生器U13接受第一多普勒频移模块U11传输来的第一组多普勒参数Ci,n1、fi,n1、θi,n1,通过正弦波叠加法产生高斯信号h1(t);第二高斯信号发生器U14接受第二多普勒频移模块U12传输来的第二组多普勒参数Ci,n2、fi,n2、θi,n2,通过正弦波叠加法产生高斯信号h2(t);
(2-4)将h1(t)作FFT变换(傅里叶变换),将时域转换到频域上,得到频域上的高斯信号H1(ω);将h2(t)作FFT变换(傅里叶变换),将时域转换到频域上,得到频域上的高斯信号H2(ω);
(2-5)多普勒滤波模块U2接受FFT变换后的高斯信号H1(ω),H2(ω),对高斯信号H1(ω),H2(ω)进行高斯滤波,得到滤波后的高斯信号H1'(ω),H2'(ω);
其中,高斯滤波采用了成型滤波器法,即滤波器的频谱呈现正态分布的形状,且最大多普勒频移设置为500Hz;
(2-6)将高斯滤波后的高斯信号H1'(ω)作IFFT变换(傅里叶逆变换),将频域转换到时域上,得到时域上的高斯信号h4(t);将高斯滤波后的高斯信号H2'(ω)作IFFT变换(傅里叶逆变换),将频域转换到时域上,得到时域上的高斯信号h3(t);
(2-7)将高斯信号h3(t)和高斯信号h4(t)转换到复域内,在h3(t)上进行90°转换,变为j h3(t),最终得到高斯信道:
步骤(3)中,设定高斯信道仿真中的最大多普勒频移fm=500Hz,采样时间Ts=0.5s。
步骤(3)中,对输出信号分析的具体方法为:
在获得输出信号后,对输出信号进行统计计算:具体为对输出信号做一阶特性统计,得到高斯信道的幅值概率密度分布和相位概率密度分布;利用自相关函数对输出信号做二阶特性统计,计算高斯信道的自相关性和功率谱密度。
步骤(3)中,得到的仿真结果如图2、图3、图4、图5、图6所示。
参照图7,本发明高斯信道仿真方法所采用的仿真系统,包括信号发生器U71、AD模数转换器U72、信道构架模块U73、FPGA处理模块U74、DA数模转换器U75、信号接收器U76、PC信号处理模块U77,信号发生器U71与AD模数转换器U72相连,AD模数转换器U72、信道构架模块U73分别与FPGA处理模块U74相连,FPGA处理模块U74与DA数模转换器U75相连,DA数模转换器U75与信号接收器U76相连,信号接收器U76与PC信号处理模块U77相连。
信号发生器U71用于产生所需的通信信号;AD模数转换器U72用于将模拟信号转换成数字信号;信道构架模块U73用于生成高斯信道;FPGA处理模块U74用于对通信信号和高斯信道进行处理,使通信信号通过高斯信道;DA数模转换器U75用于将数字信号转换成模拟信号;信号接收器U76用于接受输出信号;PC信号处理模块U77用于对输出信号进行统计计算。
参照图8,信道构架模块U73包括信号生成模块U1、多普勒滤波模块U2和信道生成模块U3,信号生成模块U1包括第一多普勒频移模块U11、第二多普勒频移模块U12、第一高斯信号发生器U13和第二高斯信号发生器U14。
信号生成模块U1用于生成两组高斯信号;第一多普勒频移模块U11用于生成第一组多普勒参数,第二多普勒频移模块U12用于生成第二组多普勒参数;第一高斯信号发生器U13根据第一组多普勒参数产生高斯信号h1(t);第二高斯信号发生器U14根据第二组多普勒参数产生高斯信号h2(t)。
多普勒滤波模块U2用于对经过傅里叶变换后的高斯信号H1(ω)、H2(ω)进行高斯滤波。
信道生成模块U3用于将高斯信号h3(t)和高斯信号h4(t)转换到复域内,在h3(t)上进行90°转换,变为j h3(t),生成高斯信道。
仿真系统的具体工作过程为:信号发生器U71产生所需的通信信号s(t),传送给AD模数转换器U72,AD模数转换器U72接受来自信号发生器U71发出的通信信号s(t),并对信号进行离散采样数字化处理;并将处理后的数据传送给FPGA处理模块U74。信道构架模块U73产生高斯信道并传输给FPGA处理模块U74;FPGA处理模块U74收到来自AD模数转换器U72和信道构架模块U73的数据,进行运算,得到经过高斯信道后的信号,并发送至DA数模转换器U75,DA数模转换器U75接受来自FPGA处理模块U74的信号,将其转换为模拟信号,发送至信号接受器U76,信号接受器U76接受到输出信号,并将输出信号发送至PC信号处理模块U77,PC信号处理模块U77对输出信号进行分析处理。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型,倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (6)
1.一种高斯信道仿真方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)产生通信信号s(t);
(2)生成高斯信道;
(3)对高斯信道进行仿真:通信信号s(t)通过高斯信道,得到输出信号,对输出信号进行分析,验证高斯信道的准确性。
步骤(2)中,生成高斯信道的方法如下:
(2-1)生成多普勒参数模型,采用zheng模型来生成多普勒参数模型,所得多普勒参数模型如下:
θi,n∈(0,2π);
式中Ci,n表示多普勒系数、fi,n表示离散多普勒频率、θi,n表示多普勒相移;i=1表示实部的参数,i=0表示虚部的参数,n代表第n路正弦信号模型,Ni为正弦信号个数,fm为最大多普勒频移;
(2-2)利用信道参数生成模块生成两组多普勒参数;信道参数生成模块包括第一多普勒频移模块、第二多普勒频移模块,通过第一多普勒频移模块采用zheng模型生成第一组多普勒参数Ci,n1、fi,n1、θi,n1,通过第二多普勒频移模块采用zheng模型生成第二组多普勒参数Ci,n2、fi,n2、θi,n2;
(2-3)第一高斯信号发生器接受第一多普勒频移模块传输来的第一组多普勒参数Ci,n1、fi,n1、θi,n1,通过正弦波叠加法产生高斯信号h1(t);第二高斯信号发生器接受第二多普勒频移模块传输来的第二组多普勒参数Ci,n2、fi,n2、θi,n2,通过正弦波叠加法产生高斯信号h2(t);
(2-4)将h1(t)作傅里叶变换,将时域转换到频域上,得到频域上的高斯信号H1(ω);将h2(t)作傅里叶变换,将时域转换到频域上,得到频域上的高斯信号H2(ω);
(2-5)多普勒滤波模块接受傅里叶变换后的高斯信号H1(ω),H2(ω),对高斯信号H1(ω),H2(ω)进行高斯滤波,得到滤波后的高斯信号H1'(ω),H2'(ω);
(2-6)将高斯滤波后的高斯信号H1'(ω)作傅里叶逆变换,将频域转换到时域上,得到时域上的高斯信号h4(t);将高斯滤波后的高斯信号H2'(ω)作傅里叶逆变换,将频域转换到时域上,得到时域上的高斯信号h3(t);
(2-7)将高斯信号h3(t)和高斯信号h4(t)转换到复域内,在h3(t)上进行90°转换,变为jh3(t),最终得到高斯信道:
2.如权利要求1所述的高斯信道仿真方法,其特征在于:步骤(3)中,设定高斯信道仿真中的最大多普勒频移fm=500Hz,采样时间Ts=0.5s。
3.如权利要求1或2所述的高斯信道仿真方法,其特征在于:步骤(3)中,对输出信号分析的具体方法为:
在获得输出信号后,对输出信号进行统计计算:具体为对输出信号做一阶特性统计,得到高斯信道的幅值概率密度分布和相位概率密度分布;利用自相关函数对输出信号做二阶特性统计,计算高斯信道的自相关性和功率谱密度。
4.一种应用于权利要求1或2所述的高斯信道仿真方法的仿真系统,其特征在于:包括信号发生器、AD模数转换器、信道构架模块、FPGA处理模块、DA数模转换器、信号接收器、PC信号处理模块,所述信号发生器与AD模数转换器相连,所述AD模数转换器、信道构架模块分别与FPGA处理模块相连,所述FPGA处理模块与DA数模转换器相连,所述DA数模转换器与信号接收器相连,所述信号接收器与PC信号处理模块相连;
所述信号发生器用于产生所需的通信信号;所述AD模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号;所述信道构架模块用于生成高斯信道;所述FPGA处理模块用于对通信信号和高斯信道进行处理,使通信信号通过高斯信道;所述DA数模转换器用于将数字信号转换成模拟信号;所述信号接收器用于接受输出信号;所述PC信号处理模块用于对输出信号进行统计计算。
5.一种应用于权利要求3所述的高斯信道仿真方法的仿真系统,其特征在于:包括信号发生器、AD模数转换器、信道构架模块、FPGA处理模块、DA数模转换器、信号接收器、PC信号处理模块,所述信号发生器与AD模数转换器相连,所述AD模数转换器、信道构架模块分别与FPGA处理模块相连,所述FPGA处理模块与DA数模转换器相连,所述DA数模转换器与信号接收器相连,所述信号接收器与PC信号处理模块相连;
所述信号发生器用于产生所需的通信信号;所述AD模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号;所述信道构架模块用于生成高斯信道;所述FPGA处理模块用于对通信信号和高斯信道进行处理,使通信信号通过高斯信道;所述DA数模转换器用于将数字信号转换成模拟信号;所述信号接收器用于接受输出信号;所述PC信号处理模块用于对输出信号进行统计计算。
6.如权利要求5所述的仿真系统,其特征在于:所述信道构架模块包括信号生成模块、多普勒滤波模块和信道生成模块,所述信号生成模块包括第一多普勒频移模块、第二多普勒频移模块、第一高斯信号发生器和第二高斯信号发生器;所述信号生成模块用于生成两组高斯信号;所述第一多普勒频移模块用于生成第一组多普勒参数,所述第二多普勒频移模块用于生成第二组多普勒参数;所述第一高斯信号发生器根据第一组多普勒参数产生高斯信号h1(t);所述第二高斯信号发生器根据第二组多普勒参数产生高斯信号h2(t);所述多普勒滤波模块用于对经过傅里叶变换后的高斯信号H1(ω)、H2(ω)进行高斯滤波;所述信道生成模块用于将高斯信号h3(t)和高斯信号h4(t)转换到复域内,在h3(t)上进行90°转换,变为j h3(t),生成高斯信道。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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