CN113612560A - 一种面向三维mimo信道仿真的无人机信道模拟方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟方法、装置和系统，该方法信道模拟器可以反应无人机天线、飞行轨迹以及周围环境对信道的影响，进而较为真实的模拟无人机在飞行过程中传输信号的衰落特征。可对考虑天线模型、天线姿态、飞行轨迹、环境参数等信息的三维几何统计无人机MIMO信道模型进行仿真，并且针对无人机信道的时变非平稳特性，实现在某一段飞行轨迹下的长时间动态信道仿真。

Description

一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟方法、装置和 系统

技术领域

本发明属于无线通信与测试技术领域，具体涉及一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟方法、装置和系统。

背景技术

近年来，无人机技术快速发展，无人机在军事，民用领域的用途也愈加广泛。无人机通信系统作为无人机的重要组成部分，可实现无人机与地面控制中心之间以及无人机与无人机之间的数据传输。但是无人机的数据通信链路较为复杂，周围地貌、天气状况、飞行轨迹、飞行姿态均会对传播信号造成影响，使得接收信号的包络快速起伏随机变化，进而影响整个通信链路性能。所以无人机通信系统在设计时需要使用多种抗衰落技术，并将其放在真实信道环境中进行测试，但这种测试手段成本高，周期长。无人机信道模拟器可以仿真信号在无线信道中的真实衰落状态，替代外场测试，使测试人员可以在实验室环境下对无线通信系统性能进行测试，降低测试成本，缩短测试时间。

近年来针对航空信道的大量测试结果表明，一种三维的基于几何统计建模的信道模型能更加准确的表述航空无线信道特性。该信道模型结合空间与天线特性，将由同一散射体散射的径归为一簇，每一簇内有许多时延相同、波达角相似的子径。多输入多输出(MIMO)技术可提高系统数据速率和可靠性，目前在无人机通信系统中也得到广泛应用。三维几何统计信道模型也考虑了收发端为多天线时的信道特性，当收发端均为多天线时，将第u、s根收发天线之间子信道下第n簇的信道冲击响应建模为下式：

所以如果能够针对三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟器相比仅支持对单通道统计性信道模型仿真的无人机信道模拟器更能反映无人机信道真实衰落特性。但是现在没有针对三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟器。

无人机在飞行过程中周围地形环境，收发机的相对位置在不断发生变化，导致散射簇的数目，时延，多普勒频率、功率时延谱、多普勒功率谱也在变化，因此信道中相关随机变量的统计特性是时变的，无人机信道属于时变非平稳信道。同时无人机在飞行过程中信号的功率衰减也在不断发生变化，所以无人机信道模拟器需要动态更新信道参数实现对无人机信道的动态仿真。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟方法、装置和系统，以解决现有技术中缺乏针对三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟器的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟方法，包括以下步骤：

步骤1，根据仿真信息，获取或计算信道参数，所述信道参数分为动态更新信道参数和固定信道参数；所述动态更新信道参数包括每一个仿真间隔内小尺度功率增益、输出信号功率、每一散射簇的时延、散射簇数目、簇内每一子径的复衰减因子和多普勒频率；所述固定信道参数包括仿真频率、输入通道数、输出通道数、输入信号功率、信道参数更新间隔时间；

步骤2，接收输入的射频信号，将输入的射频信号转换为数字中频信号；

步骤3，将数字中频信号转换为数字基带信号；

步骤4，通过计数器根据更新时间获得动态更新信道参数；

步骤5，通过动态更新信道参数计算信道冲击响应，将信道冲击响应的数据速率与数字基带信号的数据速率匹配，数字基带信号通过粗延时和精延时后被分为不同的簇，每一簇与信道冲击响应进行复数乘加运算后，获得基带衰落模拟后的数字基带信号，将基带衰落模拟后的数字基带信号进行截位后获得满量程数字基带信号；

步骤6，将满量程数字基带信号转换为数字中频信号；

步骤7，将数字中频信号转换为模拟中频信号，将模拟中频信号变为射频信号输出；射频信号输出过程中输出信号功率持续更新。

本发明的进一步改进在于：

优选的，步骤1中，所述仿真信息包括天线模型、轨迹模型、环境参数模型、无人机的发射机与接收机姿态、输入通道数、输出通道数、输入信号功率、仿真频率、仿真时间以及信道参数更新间隔时间。

优选的，步骤1中，所述簇内每一子径的复衰减因子和输出功率信号的计算方法包括以下步骤：

(1)归一化复衰减因子a_n,m；

其中，α_n,m为每一条子径的复衰减因子，n，m分别代表簇数与子径数；

(2)通过复衰减因子计算补偿后的大尺度衰减P_{L_compensate}；

P_{L_compensate}＝P_L-20lg|α_n,m|_max (2)

其中，P_L为大尺度衰减；

(3)通过归一化的复衰减因子计算输出信号小尺度功率增益P_S；

(4)通过大尺度衰减、输出信号小尺度功率增益和输入信号功率计算理论输出功率值；

P_{out_theory}＝P_in-P_{L_compensate}+10lgP_S (4)。

优选的，步骤2中，将射频信号先下变频至模拟中频信号，然后将模拟中频信号转换为数字中频信号。

优选的，步骤5中，通过簇内每一子径的复衰减因子和多普勒频率，计算信道冲击响应。

优选的，步骤5中，通过DPRAM实现粗延时，通过farrow结构滤波器实现精延时。

优选的，步骤5中，所述基带衰落模拟后的数字基带信号有直射径时统一截位获得满量程数字基带信号；所述基带衰落模拟后的数字基带信号无直射径时根据簇数判断截断的最高位和最低位，获得满量程数字基带信号。

优选的，步骤7中，通过程控衰减器更新输出信号功率，具体的方法为：

1)当输入的满量程数字信号功率为P_{in_calib}时，测量出输出模拟功率为P_{out_calib}。

2)上位机软件计算发送给程控衰减器的衰减值L，在获取输入信号功率P_in后，经过卷积运算和截断后的衰落数字信号功率P_{D_fading}为：

其中N为截位后的数字信号整数位位宽；

由此可以计算出衰落数字信号经过数模转换后的衰落模拟信号功率P_{A_fading}为：

所以程控衰减器的衰减值L为：

L＝P_{out_theory}-P_{A_fading} (7)

通过控制程控衰减器衰减值L即可控制射频端口输出的衰落信号功率P_out与软件计算出的理论输出功率P_{out_theory}相等；

3)通过获取每个仿真间隔的P_{out_theory}动态更新程控衰减器的衰减值L，进而更新输出信号功率。

一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟装置，包括：

信道参数计算单元，用于根据仿真信息，获取或计算信道参数；

射频信号转换单元，用于将输入的射频信号转换为数字中频信号；

数字下变频单元，用于将数字中频信号转换为数字基带信号；

参数控制单元，用于通过计数器根据更新时间获得动态更新的信道参数；

复合信道衰落单元，用于通过动态更新信道参数计算信道冲击响应，将信道冲击响应的数据速率与数字基带信号的数据速率匹配，数字基带信号通过粗延时和精延时后被分为不同的簇，每一簇与信道冲击响应进行复数乘加运算后，获得基带衰落模拟后的数字基带信号，将基带衰落模拟后的数字基带信号进行截位后获得满量程数字基带信号；

数字上变频单元，用于将满量程数字基带信号转换为数字中频信号；

数字信号转换单元，用于将数字中频信号转换为模拟中频信号，将模拟中频信号变为射频输出信号；

程控衰减器，根据衰减指令控制模拟中频信号的功率；

射频输入输出单元，用于将射频输入信号输入至射频信号转换单元，将射频输出信号从数字信号转换单元中输出。

一种用于实现面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟装置的系统，其包括工控板、射频收发板和数字信号处理板；

所述工控板中设置有信道参数计算单元；

所述射频收发板中设置有射频信号转换单元、数字信号转换单元和射频输入输出单元；

所述数字信号处理板中设置有数字下变频单元、参数控制单元、复合信道衰落单元和数字上变频单元。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟方法，该方法信道模拟器可以反应无人机天线、飞行轨迹以及周围环境对信道的影响，进而较为真实的模拟无人机在飞行过程中传输信号的衰落特征。可对考虑天线模型、天线姿态、飞行轨迹、环境参数等信息的三维几何统计无人机MIMO信道模型进行仿真，并且针对无人机信道的时变非平稳特性，实现在某一段飞行轨迹下的长时间动态信道仿真。

本发明还公开了一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟装置，该装置可以控制输出信号功率动态变化，从而可以真实模拟无人机在飞行过程中信号功率的动态衰减特性。

本发明还公开了一种用于实现面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟装置的系统，该信道模拟系统由承载上位机软件的工控板，射频收发板，数字信号处理板组成。该信道模拟器采用软硬件联合仿真的方式，用户可在上位机软件交互界面设置仿真信息，上位机软件根据仿真信息计算建模过程较为复杂的信道参数并传递给数字信号处理板，射频收发板将输入射频信号转换为数字信号以及将模拟后的数字信号转换为射频信号并且保证输出的射频信号的功率动态可控，数字信号处理板根据得到的信道参数计算信道冲击响应并与输入基带信号卷积运算。从射频收发板输出的射频信号即为仿真结果，完成针对无人机空地通信链路的多通道动态信道仿真。

附图说明

图1为无人机空地信道典型信道模型

图2为无人机信道模拟器系统架构

图3为传输的数据文件和系统文件内数据包结构示意图

图4为在FPGA内完成基带信号衰落模拟的结构示意图

图5为输出信号功率动态控制方案图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述：

参见图2，一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟系统，包括承载上位机软件的工控板，射频收发板和数字信号处理板。

工控板中的上位机软件包括用户交互界面、信道参数计算单元以及信道参数传递单元。用户交互界面用于用户输入设定参数，信道参数计算单元用于对需要计算的信道参数进行计算，信道参数传递单元用于将信道参数传递至射频收发板和数字信号处理板。

射频收发板包括射频输入输出单元、上变频单元、下变频单元、模数转换单元、数模转换单元以及程控衰减单元。射频输入输出单元的输出端信号对内输出端和下变频单元连接，下变频单元和模数转换单元(ADC)连接，模数转换单元和数字信号处理板中的数字下变频单元连接；数字信号处理板中的数字上变频单元和数模转换单元连接，数模转换单元和程控衰减器连接，程控衰减器和上变频单元连接，上变频单元和射频输入输出单元的信号对内输入端连接。射频输入输出单元同时设置有对外的射频信号接入端口和射频信号输出端口。

具体的，射频信号输入输出单元用于将射频输入信号输入至射频信号转换单元，同时将射频输出信号从数字信号转换单元中输出。

下变频单元，用于将输入的射频信号转换为中频信号；

模数转换单元(ADC)，用于将中频信号转换为数字中频信号；下变频单元和模数转换单元共同组成射频信号转换单元；

数模转换单元(DAC)，用于将数字中频信号转换为模拟中频信号；

程控衰减器，根据衰减指令控制输出模拟中频信号的功率；

上变频单元，用于将调整功率后的模拟中频信号上变频为射频信号；数模转换单元和上变频管单元共同组成数字信号转化单元；

数字信号处理板包括数字上变频单元、数字下变频单元、参数控制单元以及复合衰落模拟单元。承载上位机软件的工控板通过PCI总线与射频收发板与数字信号处理板相连，射频收发板与数字信号处理板通过Rapid IO总线相连。

图1为无人机空地信道的典型信道模型，信号在无人机与地面站之间传播时会遇到环境中的散射体形成散射簇，每条散射簇是由多条时延不可分辨的子径组成，三维MIMO信道模型会建模出每一子信道下每一簇的信道冲击响应。其中复衰减因子由信道冲击响应中的如下部分构成：

可见复衰减因子的计算需要用到天线增益、天线姿态等信息，由上位机软件根据用户配置的天线模型与飞行轨迹来计算并传递给FPGA，同时多普勒频率也由上位机软件根据仿真频率、速度以及轨迹模型来计算并传递给FPGA，然后由FPGA计算信道冲击响应并与输入信号卷积。

本发明还采用如下技术方案，一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟器，包括如下步骤：

第一步，用户通过软件交互界面配置完成仿真需要的仿真信息，包括建立天线模型，轨迹模型，环境参数模型；设置发射机与接收机姿态，输入输出通道数，输入信号功率，仿真频率，仿真时间以及信道参数更新间隔时间。

第二步，参见图3，信道参数计算单元得到用户配置的仿真信息，根据信道建模过程计算无人机信道的信道参数，信道参数定点化后根据是否需要动态更新将其分为两类，为动态更新参数和固定信道参数，所述动态更新信道参数包括每一个仿真间隔内小尺度功率增益、输出信号功率、每一散射簇的时延、散射簇数目、簇内每一子径的复衰减因子和多普勒频率；所述固定信道参数包括仿真频率、输入通道数、输出通道数、输入信号功率、信道参数更新间隔时间。仿真频率、输入输出通道数、输入信号功率、信道参数更新间隔在仿真过程中无需动态更新，定点化后打包成数据包的形式存储在系统文件中。每一个仿真间隔内小尺度功率增益，输出信号功率，每一散射簇的时延，散射簇数目，簇内每一子径的复衰减因子，多普勒频率这些参数在仿真过程中需要动态更新，定点化后打包成数据包的形式存储在数据文件中。通过PCI接口分别传输给射频收发板和数字信号处理板，其中固定信号参数传递至射频收发板，动态更新参数传递至数字信号处理板。在仿真时系统文件中的参数只需更新一次，数据文件中的参数根据更新间隔动态更新。

进一步地，第二步复衰减因子，输出信号功率的计算方法如下：

1)根据信道建模过程计算出簇内每一条子径的复衰减因子α_n,m，n，m分别代表簇数与子径数。因为复衰减因子的计算需要考虑天线模型，当天线增益较大时复衰减因子也较大，在传输总线位宽固定的情况下无法传输，所以先对复衰减因子归一化，得到归一化后的复衰减因子a_n,m：

2)复衰减因子归一化后对输出功率造成的影响在大尺度衰减P_L中补偿，补偿后的大尺度衰减P_{L_compensate}为：

P_{L_compensate}＝P_L-20lg|α_n,m|_max (2)

3)利用归一化复衰减因子得到的信道冲击响应与输入信号卷积，得到的输出信号小尺度功率增益P_S为：

4)那么衰落模拟后的理论输出功率值P_{out_theory}为：

P_{out_theory}＝P_in-P_{L_compensate}+10lgP_S (4)

第三步，接收到的射频信号先通过下变频单元进行下变频至模拟中频信号，然后通过模数转换单元将模拟中频信号转换为数字中频信号，数字中频信号传递至数字下变频单元，通过数字下变频单元将数字中频信号转换为数字基带信号，输出给复合信道衰落单元。

第四步，信道参数控制单元先将传递来的信道参数存储在外部存储器中，获取信道参数更新间隔后，利用计数器将每个仿真间隔内的信道参数按照更新时间动态传输至复合衰落模拟单元。

第五步，复合衰落模拟单元得到信道参数后，计算信道冲击响应，经内插后与输入的数字基带信号进行卷积运算，计算结果通过截位后得到满量程数字信号输出。

通过截位得到特定位宽的满量程数字信号。首先根据传递的所有的复衰减因子判断有无直射径，在有直射径时统一截位，无直射径时需要根据簇数来判断截断的最高位与最低位。

第六步，复合衰落模拟单元输出的基带数字信号通过数字上变频单元后，将数字基带信号上变频为数字中频信号，再通过数模转换单元恢复成模拟中频信号，程控衰减器根据衰减指令控制输出信号的功率，最后通过上变频单元，将模拟中频信号上变频为射频信号后，输出信道衰落模拟后的结果。

参见图5，第六步程控衰减器控制输出信号功率方法如下：

1)对数模转换单元进行功率校准。当输入的满量程数字信号功率为P_{in_calib}时，测量出输出模拟功率为P_{out_calib}。

2)上位机软件计算发送给程控衰减器的衰减值L。在获取输入信号功率P_in后，经过卷积运算和截断后的衰落数字信号功率P_{D_fading}为：

其中N为截位后的数字信号整数位位宽。

由此可以计算出衰落数字信号经过数模转换后的衰落模拟信号功率P_{A_fading}为：

所以程控衰减器的衰减值L为：

L＝P_{out_theory}-P_{A_fading} (7)

通过控制程控衰减器衰减值L即可控制射频端口输出的衰落信号功率P_out与软件计算出的理论输出功率P_{out_theory}相等。

3)通过获取每个仿真间隔的P_{out_theory}动态更新程控衰减器的衰减值L，即可实现动态控制输出信号功率，仿真无人机在飞行过程中信号的衰落值不断变化。

实施例

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面以一个2发2收，每个子信道包含1条直射径、4条散射簇，仿真时间15s，信道参数更新间隔50ms的具体仿真场景为例，对技术方案进行清楚、完整的描述。

第一步，用户通过软件交互界面配置完成仿真需要的仿真信息，包括建立天线模型，轨迹模型，环境参数模型；设置发射机与接收机姿态，输入输出通道数，输入信号功率，仿真频率，仿真时间以及信道参数更新间隔。

第二步，信道参数计算单元得到用户配置的仿真信息，根据信道建模过程计算无人机信道每一个仿真间隔内小尺度功率增益、输出信号功率、每一散射簇的时延、散射簇数目、簇内每一子径的复衰减因子、多普勒频率。

其中复衰减因子与输出信号功率的计算方法如下：

1)根据信道建模过程计算出每一条子径的复衰减因子α_n,m，n，m分别代表簇数与子径数。因为复衰减因子的计算需要考虑天线模型，当天线增益较大时复衰减因子也较大，在传输总线位宽固定的情况下无法传输，所以先对复衰减因子归一化，得到归一化后的复衰减因子a_n,m：

2)复衰减因子归一化后对输出功率造成的影响在大尺度衰减P_L中补偿，补偿后的大尺度衰减P_{L_compensate}为：

P_{L_compensate}＝P_L-20lg|α_n,m|_max (2)

3)利用归一化复衰减因子得到的信道冲击响应与输入信号卷积，得到的输出信号小尺度功率增益P_S为：

4)那么衰落模拟后的理论输出功率值P_{out_theory}为：

P_{out_theory}＝P_in-P_{L_compensate}+10lg P_S (4)

计算出的信道参数定点化后根据是否需要动态更新将其分为两类。仿真频率、输入输出通道数、输入信号功率、信道参数更新间隔在仿真过程中无需动态更新，定点化后打包成数据包的形式存储在系统文件中。每一个仿真间隔内小尺度功率增益，输出信号功率，每一散射簇的时延，散射簇数目，簇内每一子径的复衰减因子，多普勒频率这些参数在仿真过程中需要动态更新，定点化后打包成数据包的形式存储在数据文件中。系统文件与数据文件内存储的数据包结构如图3所示，图3中数据文件显示的是一个仿真间隔的数据包，对于仿真时间15s，信道参数更新间隔50ms的仿真场景而言，共有300个仿真间隔，其余仿真间隔的数据包按时间顺序排列存储在数据文件中。最后将系统文件与数据文件通过PCI接口传输给射频收发板和数字信号处理板。

第三步，接收到的射频信号先下变频至中频，通过模数转换单元得到数字信号，再通过数字下变频单元得到数字基带信号，输出给复合信道衰落单元。

第四步，信道参数控制单元先将传递来的信道参数存储在外部存储器中，获取信道参数更新间隔后，利用计数器将每个仿真间隔内的信道参数按照更新时间动态传输至复合衰落模拟单元。

第五步，在FPGA内完成基带信号的衰落模拟，结构示意图如图4所示。复合衰落模拟单元得到4条簇内每一子径的复衰减因子与多普勒频率后，计算4条簇的信道冲击响应，经内插后将信道冲击响应的数据速率与基带输入信号的数据速率匹配。而基带输入信号通过双端口随机存取存储器(DPRAM)实现时延精度为5ns的粗时延和通过farrow结构滤波器实现时延精度为0.1ns的精时延后将输入信号分成4条时延不同的簇。再与信道冲击响应进行复数乘加运算后，即输入信号与信道冲击响应进行时域卷积运算，获得基带衰落模拟后的数字基带信号。

复数乘加完成后的信号无法直接输出给数模转换单元，需要截断出符合数模转换单元位宽要求的满量程数字信号。首先根据传递的信道参数判断有无直射径，有直射径与无直射径时信道冲击响应的计算公式分别如下：

由以上两式可知，有直射径时直射径功率较高，卷积运算后的数字信号最高位统一；无直射径时散射簇的功率基本处于同一量级，卷积运算后的数字信号最高位由簇数决定。所以在有直射径时统一截位，无直射径时需要根据簇数来判断截断的最高位与最低位，得到满量程数字信号输出。

第六步，复合衰落模拟单元输出的基带数字信号通过数字上变频单元后，再通过数模转换单元恢复成模拟信号，程控衰减器根据衰减指令控制输出信号的功率，程控衰减器控制输出信号功率方法如下：

1)对数模转换单元进行功率校准。当输入的满量程数字信号功率为P_{in_calib}时，测量出输出模拟功率为P_{out_calib}。

2)计算发送给程控衰减器的衰减值L。在获取输入信号功率P_in后，经过卷积运算和截断后的衰落数字信号功率P_{D_fading}为：

其中N为截位后的数字信号整数位位宽。

由此可以计算出衰落数字信号经过数模转换后的衰落模拟信号功率P_{A_fading}为：

所以程控衰减器的衰减值L为：

L＝P_{out_theory}-P_{A_fading} (7)

通过控制程控衰减器衰减值L即可控制射频端口输出的衰落信号功率P_out与软件计算出的理论输出功率P_{out_theory}相等。

3)通过获取每个仿真间隔的P_{out_theory}动态更新程控衰减器的衰减值L，即可实现动态控制输出信号功率，仿真无人机在飞行过程中信号的衰落值不断变化。

最后将程控衰减器输出的信号上变频至射频后输出信道衰落模拟后的结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据仿真信息，获取或计算信道参数，所述信道参数分为动态更新信道参数和固定信道参数；所述动态更新信道参数包括每一个仿真间隔内小尺度功率增益、输出信号功率、每一散射簇的时延、散射簇数目、簇内每一子径的复衰减因子和多普勒频率；所述固定信道参数包括仿真频率、输入通道数、输出通道数、输入信号功率、信道参数更新间隔时间；

步骤2，接收输入的射频信号，将输入的射频信号转换为数字中频信号；

步骤3，将数字中频信号转换为数字基带信号；

步骤4，通过计数器根据更新时间获得动态更新信道参数；

步骤5，通过动态更新信道参数计算信道冲击响应，将信道冲击响应的数据速率与数字基带信号的数据速率匹配，数字基带信号通过粗延时和精延时后被分为不同的簇，每一簇与信道冲击响应进行复数乘加运算后，获得基带衰落模拟后的数字基带信号，将基带衰落模拟后的数字基带信号进行截位后获得满量程数字基带信号；

步骤6，将满量程数字基带信号转换为数字中频信号；

步骤7，将数字中频信号转换为模拟中频信号，将模拟中频信号变为射频信号输出；射频信号输出过程中输出信号功率持续更新。

2.根据权利要求1所述的一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟方法，其特征在于，步骤1中，所述仿真信息包括天线模型、轨迹模型、环境参数模型、无人机的发射机与接收机姿态、输入通道数、输出通道数、输入信号功率、仿真频率、仿真时间以及信道参数更新间隔时间。

3.根据权利要求1所述的一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟方法，其特征在于，步骤1中，所述簇内每一子径的复衰减因子和输出功率信号的计算方法包括以下步骤：

(1)归一化复衰减因子a_n,m；

其中，α_n,m为每一条子径的复衰减因子，n，m分别代表簇数与子径数；

(2)通过复衰减因子计算补偿后的大尺度衰减P_{L_compensate}；

P_{L_compensate}＝P_L-20lg|α_n,m|_max (2)

其中，P_L为大尺度衰减；

(3)通过归一化的复衰减因子计算输出信号小尺度功率增益P_S；

(4)通过大尺度衰减、输出信号小尺度功率增益和输入信号功率计算理论输出功率值；

P_{out_theory}＝P_in-P_{L_compensate}+10lgP_S (4)。

4.根据权利要求1所述的一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟方法，其特征在于，步骤2中，将射频信号先下变频至模拟中频信号，然后将模拟中频信号转换为数字中频信号。

5.根据权利要求1所述的一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟方法，其特征在于，步骤5中，通过簇内每一子径的复衰减因子和多普勒频率，计算信道冲击响应。

6.根据权利要求1所述的一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟方法，其特征在于，步骤5中，通过DPRAM实现粗延时，通过farrow结构滤波器实现精延时。

7.根据权利要求1所述的一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟方法，其特征在于，步骤5中，所述基带衰落模拟后的数字基带信号有直射径时统一截位获得满量程数字基带信号；所述基带衰落模拟后的数字基带信号无直射径时根据簇数判断截断的最高位和最低位，获得满量程数字基带信号。

8.根据权利要求1所述的一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟方法，其特征在于，步骤7中，通过程控衰减器更新输出信号功率，具体的方法为：

1)当输入的满量程数字信号功率为P_{in_calib}时，测量出输出模拟功率为P_{out_calib}。

2)上位机软件计算发送给程控衰减器的衰减值L，在获取输入信号功率P_in后，经过卷积运算和截断后的衰落数字信号功率P_{D_fading}为：

其中N为截位后的数字信号整数位位宽；

由此可以计算出衰落数字信号经过数模转换后的衰落模拟信号功率P_{A_fading}为：

所以程控衰减器的衰减值L为：

L＝P_{out_theory}-P_{A_fading} (7)

通过控制程控衰减器衰减值L即可控制射频端口输出的衰落信号功率P_out与软件计算出的理论输出功率P_{out_theory}相等；

3)通过获取每个仿真间隔的P_{out_theory}动态更新程控衰减器的衰减值L，进而更新输出信号功率。

9.一种面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟装置，其特征在于，包括：

信道参数计算单元，用于根据仿真信息，获取或计算信道参数；

射频信号转换单元，用于将输入的射频信号转换为数字中频信号；

数字下变频单元，用于将数字中频信号转换为数字基带信号；

参数控制单元，用于通过计数器根据更新时间获得动态更新的信道参数；

复合信道衰落单元，用于通过动态更新信道参数计算信道冲击响应，将信道冲击响应的数据速率与数字基带信号的数据速率匹配，数字基带信号通过粗延时和精延时后被分为不同的簇，每一簇与信道冲击响应进行复数乘加运算后，获得基带衰落模拟后的数字基带信号，将基带衰落模拟后的数字基带信号进行截位后获得满量程数字基带信号；

数字上变频单元，用于将满量程数字基带信号转换为数字中频信号；

数字信号转换单元，用于将数字中频信号转换为模拟中频信号，将模拟中频信号变为射频输出信号；

程控衰减器，根据衰减指令控制模拟中频信号的功率；

射频输入输出单元，用于将射频输入信号输入至射频信号转换单元，将射频输出信号从数字信号转换单元中输出。

10.一种用于实现权利要求9所述的面向三维MIMO信道仿真的无人机信道模拟装置的系统，其特征在于，包括工控板、射频收发板和数字信号处理板；

所述工控板中设置有信道参数计算单元；

所述射频收发板中设置有射频信号转换单元、数字信号转换单元和射频输入输出单元；

所述数字信号处理板中设置有数字下变频单元、参数控制单元、复合信道衰落单元和数字上变频单元。

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