CN112953667B

CN112953667B - 一种基于多端口信道模拟器的路径衰落计算方法

Info

Publication number: CN112953667B
Application number: CN202110225497.7A
Authority: CN
Inventors: 黄子甲; 文明; 王苏乐
Original assignee: CETC 20 Research Institute
Current assignee: CETC 20 Research Institute
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2041-03-01
Also published as: CN112953667A

Abstract

本发明提供了一种基于多端口信道模拟器的路径衰落计算方法，基于多端口信道模拟器，通过将信道模拟器中的路径的数字衰落和模拟衰落分别参数化，建立包括端机节点发射功率、路径的数字衰落量、模拟衰落量、路径的到达功率的非唯一解的方程组，然后优先解出模拟衰落量，并随之得到所有路径衰落量，有效提高了多端口信道模拟中路径衰落的计算准确度和合理性，为注入式仿真环境的建立提供了参考数据。

Description

一种基于多端口信道模拟器的路径衰落计算方法

技术领域

本发明涉及到发射功率在路径衰落量的计算方法，属于移动通信、数字信号处理等相关的技术领域。

背景技术

在实验室构建注入式射频互联互通组网测试环境时，多端口信道模拟器在其中起到了互联互通和信号衰落处理的作用，是测试环境的核心仪器。在实现接入测试端机的拓扑构建完成后，仅仅是完成了测试端机之间的联通组网问题，但是测试端机之间的数据如何变化才符合模拟逼近现实场景的需求，即互联互通路径的信号衰落计算问题，由于多条路径之间存在相同的输入或输出端口，导致路径之间存在较高的相关性，为路径衰落计算带来麻烦。目前主要的解决方案就是每条路径单独计算衰落，复杂度较高，计算结果极易被路径之间存在的相关性干扰，这些缺点都是直接影响路径衰落计算的准确性，需要提出新的符合多端口信道模拟器的特点的路径衰落计算方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于多端口信道模拟器的路径衰落计算方法，将信道模拟器中的路径的数字衰落和模拟衰落分别参数化，建立包括端机节点发射功率、路径数字衰落量、路径模拟衰落量、路径到达功率的非唯一解的方程组，然后优先解出模拟衰落量，并随之得到所有路径衰落量，有效提高了多端口信道模拟中路径衰落的计算准确度和合理性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1，N个端机节点接入信道模拟，N≤M，M为多端口信道模拟的端口数，在信道模拟器的控制器中设置N个端机节点之间的路径连接拓扑关系，总共设置I条路径，I≤N*(N-1)；已知端机节点的发射功率集合和每条路径的到达功率矩阵；

步骤2，构建发射端机节点n到接收端机节点j的路径的衰落方程，并按照相同的接收端机节点将衰落方程组成N-1个方程组；

步骤3，解方程组，以各端机节点发射功率和每条路径的到达功率之差的最小值作为模拟衰落量，得到各条路径的数字衰落量；

步骤4，得到路径的数字衰落量矩阵和到接收端机节点的路径的模拟衰落量集合，即完成路径衰落计算。

所述已知端机节点的发射功率集合为{P_{T_1} … P_{T_n} … P_{T_N}}，P_{T_n}为端机节点n的发射功率，每条路径的到达功率矩阵为

其中P_{R_n,j}为发射端机节点i的发射信号到接收端机节点j的到达功率，n＝1,…,N，j＝1,…,N，n≠j。

所述发射端机节点n到接收端机节点j的路径衰落方程P_{T_n}-L_{D_n,j}-L_{A_j}＝P_{R_n,j}，其中，L_{D_n,j}为路径的数字衰落量，L_{A_j}为路径的模拟衰落量。

所述相同的接收端机节点将衰落方程组成N-1个方程组，如下：

接收端机节点1对应的方程组：

接收端机节点2对应的方程组：

…

接收端机节点j对应的方程组：

…

接收端机节点N对应的方程组：

所述各端机节点发射功率和每条路径的到达功率之差的最小的值为P_{min_jΔ}＝min{P_{T_1}-P_{R_1,j},...P_{T_n}-P_{R_n,j},...P_{T_N}-P_{R_N,j}}。

所述路径的数字衰落量矩阵为

到接收端机节点的路径的模拟衰落量集合为{P_{min_1Δ},...P_{min_jΔ},...P_{min_NΔ}}。

本发明的有益效果是：基于多端口信道模拟器，通过将信道模拟器中的路径的数字衰落和模拟衰落分别参数化，建立包括端机节点发射功率、路径的数字衰落量、模拟衰落量、路径的到达功率的非唯一解的方程组，然后优先解出模拟衰落量，并随之得到所有路径衰落量，有效提高了多端口信道模拟中路径衰落的计算准确度和合理性，为注入式仿真环境的建立提供了参考数据。

附图说明

图1是多端口信道模拟器中的元素关系示意图；

图2是本发明的方法流程示意图；

图3是具体实施方式中多端口信道模拟器参数关系示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于多端口信道模拟器的路径衰落计算方法。核心思想是通过将信道模拟器中的路径的数字衰落和模拟衰落分别参数化，建立包括端机节点发射功率、路径的数字衰落量、模拟衰落量、路径的到达功率的非唯一解的方程组，然后优先解出模拟衰落量，并随之得到所有路径衰落量，有效提高了多端口信道模拟中路径衰落的计算准确度和合理性。

本方法中涉及多端口信道模拟器中的元素名称：

端口：端机节点利用射频线缆接入信道模拟器的接口，双工模式；

路径：信道模拟器内部为任意两个端口之间分配的信号处理通道，信号在此通道中被衰落处理，路径有方向性，例如：端口1到端口2的路径与端口2到端口1的路径是不同的，前者信号从端口1到端口2，方向指向端口2，后者信号从端口2到端口1，方向指向端口1；

路径的数字衰落量L_{D_n,j}：路径上对信号的处理分为数字信号处理和模拟信号处理，数字信号处理实现信号功率在路径的(基带)数字衰落量，每条路径均有自己独立的数字衰落，L_{D_n,j}代表发射端机节点n到接收端机节点j的路径的数字衰落量，单位为dB，L_{D_n,j}≥0；

路径的模拟衰落量L_{A_j}：路径上对信号的处理分为数字信号处理和模拟信号处理，模拟信号处理实现信号功率在路径的(射频)模拟衰落，方向一致的不同路径共享相同的模拟衰落，L_{A_j}代表任一发射端机节点到接收端机节点j的路径的模拟衰落量，单位为dB，L_{A_j}≥0；

上述元素的关系如图1所示，其中端口1到端口j的路径和端口n到端口j的路径共同使用端口j处的模拟衰落量L_{A_j}(因为两条路径的信号均从端口j输出模拟器)，而这两条路径拥有各自独立的数字衰落量L_{D_1,j}和L_{D_n,j}。

本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：初始化，N个端机节点接入信道模拟，N≤M，M为多端口信道模拟的端口数，在信道模拟器的控制器中设置N个端机节点之间的路径连接拓扑关系，总共设置I条路径，I≤N*(N-1)。已知端机节点的发射功率集合{P_{T_1} … P_{T_n} … P_{T_N}}，P_{T_n}为端机节点n的发射功率，和每条路径的到达功率矩阵，如下：

其中P_{R_n,j}为发射端机节点i的发射信号到接收端机节点j的到达功率，n＝1,…,N，j＝1,…,N，n≠j，上述所有功率的单位均为dBm；

步骤2：构建发射端机节点n到接收端机节点j的路径的衰落方程，如下：

P_{T_n}-L_{D_n,j}-L_{A_j}＝P_{R_n,j}，n＝1,…,N，j＝1,…,N，n≠j

并按照相同的接收端机节点将衰落方程组成N-1个方程组，如下：

接收端机节点1对应的方程组：

接收端机节点2对应的方程组：

…

接收端机节点j对应的方程组：

…

接收端机节点N对应的方程组：

步骤3：解上述方程组：以接收端机节点j对应的方程组为例

a)将接收端机节点j对应的方程组变换，

b)找到{P_{T_1}-P_{R_1,j},...P_{T_n}-P_{R_n,j},...P_{T_N}-P_{R_N,j}}中最小的值作为模拟衰落量，即

P_{min_jΔ}＝min{P_{T_1}-P_{R_1,j},...P_{T_n}-P_{R_n,j},...P_{T_N}-P_{R_N,j}}

最小值可以确保该方程组其余变量的解均为正值，正值代表合理的物理可模拟的衰减量。

c)令L_{A_j}＝P_{min_jΔ}，解方程，得到L_{D_1,j}，…L_{D_n,j}，…L_{D_N,j}。

步骤4：得到路径的数字衰落量矩阵(如下)和到接收端机节点的路径的模拟衰落量集合{P_{min_1Δ},...P_{min_jΔ},...P_{min_NΔ}}，即完成路径衰落计算。

以下结合附图和实例对本发明基于多端口信道模拟器的路径衰落计算方法作进一步详细描述。

参照图2，描述了基于多端口信道模拟器的路径衰落计算方法的总体流程。首先在信道模拟器的控制器中设置N个端机节点之间的路径连接拓扑关系和构建端机节点的发射功率集合和每条路径的到达功率矩阵，其次构建衰落方程和每个接收端机节点对应的方程组，然后解方程组，优先解出模拟衰落量，最后得到所有路径衰落量。

为简化分析，本实例系统中所使用的信道模拟器有8个端口，端口为双工模式，接入信道模拟的节点端机数为3个，3个节点分别连接端口1、2、3，任意两个节点之间在信道模拟器中均存在两条路径，实现信号的互发互收，如图3所示。

具体操作时：

步骤1：初始化，3个端机节点接入信道模拟，在信道模拟器的控制器中设置3个端机节点之间的路径连接拓扑关系，总共设置6条路径。已知端机节点的发射功率集合{P_{T_1}，P_{T_2}，P_{T_3}}＝{0dBm，0dBm，0dBm}，每条路径的到达功率矩阵，如下：

步骤2：并按照相同的接收端机节点将衰落方程组成3个方程组，如下：

接收端机节点1对应的方程组：

接收端机节点2对应的方程组：

接收端机节点3对应的方程组：

步骤3：解上述方程组：以接收端机节点2对应的方程组为例

a)将接收端机节点2对应的方程组变换，

b)找到{50,55}中最小的值，即P_{min_2Δ}＝50

c)令L_{A_2}＝50dB，解方程，得到L_{D_1,2}＝0dB，L_{D_3,2}＝5dB

步骤4：得到路径的数字衰落量矩阵(如下)和到接收端机节点的路径的模拟衰落量集合{P_{min_1Δ},P_{min_2Δ},P_{min_3Δ}}＝{40,50,45}，即完成路径衰落计算。

以上所述仅为本发明的具体实例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求记载的技术方案及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内，这些基于本发明思想的修改和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种基于多端口信道模拟器的路径衰落计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述已知端机节点的发射功率集合为{P_{T_1}…P_{T_n}…P_{T_N}}，P_{T_n}为端机节点n的发射功率，每条路径的到达功率矩阵为

其中P_{R_n,j}为发射端机节点i的发射信号到接收端机节点j的到达功率，n＝1,…,N，j＝1,…,N，n≠j；

所述发射端机节点n到接收端机节点j的路径衰落方程P_{T_n}-L_{D_n,j}-L_{A_j}＝P_{R_n,j}，其中，L_{D_n,j}为路径的数字衰落量，L_{A_j}为路径的模拟衰落量；

接收端机节点1对应的方程组：

接收端机节点2对应的方程组：

…

接收端机节点j对应的方程组：

…

接收端机节点N对应的方程组：

所述各端机节点发射功率和每条路径的到达功率之差的最小的值为P_{min_j△}＝min{P_{T_1}-P_{R_1},j,...P_{T_n}-P_{R_n},j,...P_{T_N}-P_{R_N,j}}；

步骤4，得到路径的数字衰落量矩阵和到接收端机节点的路径的模拟衰落量集合，即完成路径衰落计算；

所述路径的数字衰落量矩阵为

到接收端机节点的路径的模拟衰落量集合为{P_{min_1△},...P_{min_j△},...P_{min_N△}}。