CN109831263B - 一种适用于散射信道的信号功率测量方法及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于散射信道的信号功率测量方法，涉及无线通信领域，所述适用于散射信道的信号功率测量方法包括以下步骤：1)确定相干带宽；2)跳频设计；3)确定计算信号平均功率的时间长度。为了解决散射信道信号功率测量时信号采集时间长、且无法在降低时间选择性衰落影响的同时也减小频率选择性衰落影响的问题，本发明结合频率分集和时间分集的思想，通过对跳频信号的短时统计，大大降低了频率选择性衰落和时间选择性衰落的影响，可以快速实现信号功率的准确测量，可应用于各种衰落信道下的信号功率测量，在天线对准、衰落信道分析等应用中起到关键的作用。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，具体是一种适用于散射信道的信号功率测量方法。
背景技术
目前，随着科技的不断发展，无线通信系统的应用场合越来越多，信道环境也越来越复杂，通常接收端到达的信号是经过多条路径传播后叠加而成的，各个路径分量幅度、相位等的不确定性会导致接收端信号发生快衰落(形成衰落信道)，即接收端信号幅度表现为快速的起伏变化，这种幅度的快速变化会导致衰落信道下信号功率测量的不准确性。
快衰落在不同时间、不同频率和不同空间表现出不同的特性，因此又分为时间选择性快衰落、频率选择性快衰落和空间选择性快衰落。散射信道是明显的衰落信道，其接收信号的强度不是单一的反应天线对准程度，如果在采集信号的时间和频点上正赶上信号衰落，则采集到的信号电平就会很低，这严重影响散射天线对准的结果。
目前，传统的散射信道的信号功率测量多是基于定频来实现，通过信号采集时间的加长来减小时间选择性衰落的影响。但是，上述的技术方案在实际使用时花费时间较长、且无法在降低时间选择性衰落影响的同时，也减小频率选择性衰落对信号功率测量的影响。因此，设计一种适用于散射信道的信号功率测量方法，成为目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于散射信道的信号功率测量方法，以解决上述背景技术中提出的散射信道信号功率测量由于采用定频实现造成的信号采集时间过长、且无法在降低时间选择性衰落影响的同时也减小频率选择性衰落影响的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种适用于散射信道的信号功率测量方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)确定相干带宽：根据实验及数据分析结果确定散射信道的衰落周期和相干带宽(相干带宽是描述时延扩展的指标，是表征多径信道特性的一个重要参数，它是指某一特定的频率范围内任意两个频率分量都具有很强的相关性，即在相干带宽范围内，多径信道具有恒定的增益和线性相位)；
2)跳频设计：根据确定的散射信道相干带宽进行跳频设计，跳频的频率间隔大于散射信道相干带宽(衰落在不同频点、不同时间表现不同的特性，因此在采用跳频以后，只要跳频的频率间隔大于信道相干带宽，就可以使各个跳频时间内的信号相互独立，如果某一时刻的某个频点发生了衰落，影响的仅仅是一个突发脉冲，信号强度的变化被分成足够小，从而大大减小时间选择性衰落、频率选择性衰落对信号功率测量的影响)；所述散射通信系统为了进行时间同步，一般选择北斗授时，收发双发时间误差可以控制在0.2微秒以内，所述北斗即中国北斗卫星导航系统，是中国自行研制的全球卫星导航系统；
3)确定计算信号平均功率的时间长度：每100毫秒计算一次跳频信号的平均功率作为该时间点信号功率的测量结果，从而实现了对跳频信号的短时统计。该方法不仅减少了信号采集时间，而且在降低时间选择性衰落影响的同时，也大大降低频率选择性衰落对信号功率测量的影响。
作为本发明进一步的方案：步骤2)中，所述跳频信号选用单载波信号，通过选用单载波信号来提高可观测性。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该程序指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
所述的适用于散射信道的信号功率测量方法在无线通信中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种适用于散射信道的信号功率测量方法，结合频率分集和时间分集的思想，通过对跳频信号的短时统计来进行衰落信道下信号功率的测量，大大降低了频率选择性衰落和时间选择性衰落的影响，可以快速实现信号功率的准确测量；
本发明利用跳频技术在短时间内降低时间选择性衰落影响的同时也大大减小了频率选择性衰落对信号功率测量的影响，可应用于各种衰落信道下的信号功率测量，在天线对准、衰落信道分析等应用中起到关键的作用；
本发明减少了信号采集时间、大大降低频率选择性衰落对信号功率测量的影响；对抵抗时间选择性衰落而言，要达到传统方法的同等效果，本发明只需要很短的信号采集时间；若本发明采用与传统方法同样的信号采集时间，则会大大提升对抗时间选择性衰落的能力，具有广阔的市场前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
实施例1
一种适用于散射信道的信号功率测量方法，它包括以下步骤：
1)确定相干带宽：根据实验及数据分析结果确定散射信道的衰落周期和相干带宽(相干带宽是描述时延扩展的指标，是表征多径信道特性的一个重要参数，它是指某一特定的频率范围内任意两个频率分量都具有很强的相关性，即在相干带宽范围内，多径信道具有恒定的增益和线性相位)；
2)跳频设计：根据确定的散射信道相干带宽进行跳频设计，跳频的频率间隔大于散射信道相干带宽(衰落在不同频点、不同时间表现不同的特性，因此在采用跳频以后，只要跳频的频率间隔大于信道相干带宽，就可以使各个跳频时间内的信号相互独立，如果某一时刻的某个频点发生了衰落，影响的仅仅是一个突发脉冲，信号强度的变化被分成足够小，从而大大减小时间选择性衰落、频率选择性衰落对信号功率测量的影响)；所述散射通信系统为了进行时间同步，一般选择北斗授时，收发双发时间误差可以控制在0.2微秒以内，所述北斗即中国北斗卫星导航系统，是中国自行研制的全球卫星导航系统；所述跳频信号选用单载波信号，通过选用单载波信号来提高可观测性；
3)确定计算信号平均功率的时间长度：每100毫秒计算一次跳频信号的平均功率作为该时间点信号功率的测量结果，从而实现了对跳频信号的短时统计，在降低了时间选择性衰落影响的同时，大大降低频率选择性衰落对信号功率测量的影响。
本实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该程序指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本实施例中，所述的适用于散射信道的信号功率测量方法在无线通信中的应用。
实施例2
本实施例中，一种适用于散射信道的信号功率测量方法，以散射信道下Ku波段为例，详述衰落信道下信号功率测量方法：
1)确定散射信道的衰落周期和相关带宽
根据实验及数据分析结果得到某些应用环境下散射信道Ku波段的衰落周期约为50-1000毫秒、信道相关带宽约为3MHz；
2)确定跳频方案
选择通信频段为Ku波段的14.5G-14.9G范围，频率间隔为40MHz，跳频频点为8个，分别为f0、f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7，其中f0为14.58GHz，f1为14.62GHz，f2为14.66GHz， f3为14.70GHz，f4为14.74GHz，f5为14.78GHz，f6为14.82GHz，f7为14.86GHz，跳频速率为每秒160跳，每一秒包含20个时隙，每个时隙有8跳数据，分别对应f0到f7，每跳时长为6.25毫秒；
3)同步方案
散射通信系统一般选择北斗授时，收发双发时间误差可以控制在0.2微秒以内；
4)波形选择
为了实现的简单及可观测性选用单载波信号；
5)确定计算信号平均功率的时间长度
为了降低时间选择性衰落的影响，每100毫秒计算一次跳频信号的平均功率，作为该时间点信号功率的测量结果，实现了对跳频信号的短时统计。
本实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该程序指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本实施例中，所述的适用于散射信道的信号功率测量方法在无线通信中的应用。
实施例3
一种适用于散射信道的信号功率测量方法，它包括以下步骤：
1)确定相干带宽：根据实验及数据分析结果确定散射信道的衰落周期和相干带宽(相干带宽是描述时延扩展的指标，是表征多径信道特性的一个重要参数，它是指某一特定的频率范围内任意两个频率分量都具有很强的相关性，即在相干带宽范围内，多径信道具有恒定的增益和线性相位)；
2)跳频设计：根据确定的散射信道相干带宽进行跳频设计，跳频的频率间隔大于散射信道相干带宽；所述散射通信系统为了进行时间同步，一般选择北斗授时，收发双发时间误差可以控制在0.2微秒以内，所述北斗即中国北斗卫星导航系统；
3)确定计算信号平均功率的时间长度：每100毫秒计算一次跳频信号的平均功率作为该时间点信号功率的测量结果，从而实现了对跳频信号的短时统计。该方法结合频率分集和时间分集的思想，解决了散射信道下信号功率测量时信号采集时间过长、且无法抗频率选择性衰落的问题，利用跳频技术在短时间内降低时间选择性衰落影响的同时，也大大减小了频率选择性衰落对信号功率测量的影响，在衰落信道中可以快速准确的完成信号功率的测量，在天线对准、衰落信道分析等应用中起到关键的作用。
本实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该程序指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本实施例中，所述的适用于散射信道的信号功率测量方法在无线通信中的应用。
本发明有益效果是，本发明提供了一种适用于散射信道的信号功率测量方法，结合频率分集和时间分集的思想，在衰落信道下通过对跳频信号的短时统计进行信号功率测量，缩短了信号采集时间、大大降低了频率选择性衰落和时间选择性衰落的影响，可以快速实现信号功率的准确测量；利用跳频技术在短时间内降低时间选择性衰落影响的同时也大大减小了频率选择性衰落对信号功率测量的影响，可应用于各种衰落信道下的信号功率测量，在天线对准、衰落信道分析等应用中起到关键的作用；对抵抗时间选择性衰落而言，要达到传统方法的同等效果，本发明只需要很短的信号采集时间，例如衰落周期为50-1000毫秒的散射信道，为了得到较准确的信号功率，传统方法每个点的信号采集时间至少需要1000-2000毫秒，而本发明只需要50-100毫秒即可，因此本发明具有广阔的市场前景。
需要进一步说明的是，在实际应用中，跳频频点、跳频速率、符号率、每跳时长、跳频频率间隔、计算信号平均功率的时间长度、跳频波形等可根据实际衰落信道的特点调整；同时该方法不局限于散射信道，还可应用于其他衰落信道。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器、电可擦写可编程存储器、寄存器等。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种适用于散射信道的信号功率测量方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)确定相干带宽：根据实验及数据分析结果确定散射信道的衰落周期和相干带宽；
2)跳频设计：根据确定的散射信道相干带宽进行跳频设计，跳频的频率间隔大于散射信道相干带宽；
3)确定计算信号平均功率的时间长度，每100毫秒计算一次跳频信号的平均功率作为每100毫秒时的信号功率的测量结果。
2.根据权利要求1所述的适用于散射信道的信号功率测量方法，其特征在于，步骤2)中，所述跳频选用单载波信号。
3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-2任一所述方法的步骤。
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