CN113992289B - 一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法及装置，包括以下步骤：S1：根据场景选择一组信道传输参数并随机选取一组图像作为测试数据；S2：根据选择的信道传输参数，对测试数据进行处理；S3：获取实际场景中信道冲激响应，将步骤S2中处理过的测试数据与信道冲激响应做卷积并叠加噪声功率，模拟信道传输；S4：经过模拟信道传输的测试数据进行步骤S2的逆处理；S5：统计测试数据经过步骤S2‑S4传输的误码率、传输速率和消耗时间。本发明基于信道特性，叠加上下行基带处理，对信道传输进行模拟，通过传输性能指标，为通信系统提供合适参考。

Description

一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法及装置。
背景技术
随着第五代移动通信技术(5G)的商用和快速发展，人们对于各种场景的组网需求越来越高，5G低功耗、大连接、低延迟，高可靠性以及物联网相关技术的发展为万物互联做了充足的技术准备，各种应用场景不断拓宽和下沉，如智慧城市，远程环境监测，工业应用和控制等均在快速发展的过程中，网络层作为物联网系统中至为关键的一层越来越受到人们的关注。
而现有的一些信道仿真器大多只关注于无线信道传输特性或者其中某单一环节的仿真，忽略了对上下行基带处理等其他部分对通信系统性能的影响，从而对场景组网规划，资源调度，传输参数配置等带来不利影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法及装置，基于信道特性，叠加上下行基带处理，对信道传输进行模拟，通过传输性能指标，为通信系统提供合适参考。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法，包括以下步骤：
S1：根据场景选择一组信道传输参数并随机选取一组图像作为测试数据；
S2：根据选择的信道传输参数，对测试数据依次进行数据比特打包、卷积信道编码、比特交织、比特加扰、调制、频域资源映射、插入导频序列、IFFT和加入循环前缀处理；
S3：获取实际场景中信道冲激响应，将步骤S2中处理过的测试数据与信道冲激响应做卷积并叠加噪声功率，模拟信道传输；
S4：经过模拟信道传输的测试数据依次进行采样、去除循环前缀、FFT、解资源映射、信道估计、解调、解扰、解交织、卷积信道解码和比特数据重组处理；
S5：统计测试数据经过步骤S2-S4传输的误码率、传输速率和消耗时间。
作为本发明的进一步改进，所述信道传输参数包括子载波间隔、带宽、调制方式、卷积码深度、编码效率和信噪比。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21：数据比特打包，将测试数据的并行采样点转为串行比特数据；
S22：卷积信道编码，建立模型(n，N，k，K)，k为每组每次编码输入到卷积编码器的比特数，n为每次编码输入k比特的码字组数，N为每次卷积编码器输出k比特码字组数，K为编码存储深度，即卷积编码器的k比特的运算级数，每轮编码输入n*k比特，输出N*k比特；
S23：比特交织，将信道编码后的数据按m比特组成一帧，把m个帧中的第1个比特取出来，按MSB的顺序组成一个新的m比特帧，称作第一帧，m个帧中的第2个比特取出来按顺序组成第二帧，后续比特依此类推，每次交织共m*m个比特；
S24：比特加扰，将小区ID和伪随机序列组成扰码序列，把生成的扰码序列与交织后的比特序列按位做异或获得加扰比特序列；
S25：调制，将加扰比特序列分组进行星座图坐标映射，每组比特映射一个坐标符号；
S26：频域资源映射，将调制后的坐标符号映射到发送带宽的中心带宽上，头尾留有保护带宽，映射结束后插入基于伪随机序列生成的导频序列；
S27：IFFT，将映射好的数据调制到对应子载波上，频域转时域，其中，每次IFFT计算均获得一个symbol，长度由传输带宽和子载波间隔计算获得；
S28：加入循环前缀，将每个symbol的前n个数据复制并加在原symbol的前面。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中，通过频域测量法对实际场景环境进行扫频，获得信号频率响应H(fi)，fi表示扫描的频点，对其做IDFT获得信道单位冲激响应
Figure BDA0003319390720000031
其中，n为多径数，ik为信道时延，ak为信道响应的幅度，θk为信道响应的相位，将h(i)与下行信道数据进行卷积并叠加噪声功率，模拟无线信道传输。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41：采样信道数据，并分symbol移除循环前缀，采样率由传输带宽决定，采样时长由发送时长决定；
S42：FFT，分symbol进行FFT运算，并根据有效传输带宽进行解资源映射；
S43：信道估计，信道传输模型为Y＝XH+Z，其中Y为接收信号矢量，X为发射信号矢量，H为信道频率响应矢量，Z为噪声矢量，基于最小二乘估计，构建目标函数
Figure BDA0003319390720000032
通过求导可获得使
Figure BDA0003319390720000033
最小的
Figure BDA0003319390720000034
基于此结论，获得导频的信道频率响应
Figure BDA0003319390720000041
M为有效子载波的数量，N为导频symbol的数量，对每行Hp做IDFT，并进行补零操作获得响应矩阵
Figure BDA0003319390720000042
L为数据symbol的数量，对hp每行做DFT获得数据信道频率响应
Figure BDA0003319390720000043
最后的接收数据为
Figure BDA0003319390720000044
Figure BDA0003319390720000045
为原始接收数据，Y为信道估计处理后的接收数据；
S44：解调、解扰、解交织，分别为步骤S25、步骤S24、步骤S23的逆过程；
S45：信道解码，采用基于最大似然法的维特比解码算法，推出所有输入的原始信息比特。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S45，具体包括以下步骤：
S451：对于一串接收的序列Rs，在所有输入方式所能产生的编码序列Cs中找到一串与Rs最相似的序列C*作为接收原码，判断序列相似度的指标是汉明距离，即要判断Rs与Cs对应比特不同的位数，相同的位数越高，序列相似度越高；
S452：根据C*在trellis diagram中表示的path反推出所有输入的原始信息比特。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2的输入比特和步骤S4的输出比特进行比较，错误输出的比特数与输入比特数的比值即为误码率，所述传输速率的计算公式为：
V＝log2(M)*Ncd*coderate*(Nsd/Ns)/((1/scs)+(1/(scs*Nc))*cp_len)/103
其中，Ncd表示一个符号内用于传输数据的子载波数，Nc表示一个符号内用于保护的子载波数与传输数据子载波数的和，cp_len表示每个符号的循环前缀长度，Nsd表示传输数据的符号，Ns表示传输数据的符号数与传输导频符号数的和，scs表示子载波间隔，coderate表示编码效率，M表示调制模式；
所述消耗时间采用计时函数，计时从测试数据进入步骤S2开始，到步骤S4输出截止。
作为本发明的进一步改进，还包括以下步骤：
S6：选择不同于步骤S1的信道传输参数和相同的测试数据重复进行步骤S2-S5，比较信道输出参数对应的误码率、传输速率和消耗时间，获取场景下相对高阶的编码效率和调制方式。
一种基于卷积码的多场景信道传输模拟系统，包括：
传输参数提取模块，根据场景选择一组信道传输参数并随机选取一组图像作为测试数据；
下行信道处理模块，根据选择的信道传输参数，对测试数据依次进行数据比特打包、卷积信道编码、比特交织、比特加扰、调制、频域资源映射、插入导频序列、IFFT和加入循环前缀处理；
无线信道传输模块，获取实际场景中信道冲激响应，将下行信道处理模块中处理过的测试数据与信道冲激响应做卷积并叠加噪声功率，模拟信道传输；
上行信道处理模块，经过模拟信道传输的测试数据依次进行采样、去除循环前缀、FFT、解资源映射、信道估计、解调、解扰、解交织、卷积信道解码和比特数据重组处理；
统计模块，统计测试数据经过下行信道处理模块到上行信号处理模块传输的误码率、传输速率和消耗时间。
作为本发明的进一步改进，所述传输参数提取模块：支持有15khz、30khz、60khz、120khz、240khz的子载波间隔；支持有5M、10M、15M、20M、25M的载波带宽；支持有BPSK、QPSK、16QAM、64QAM、256QAM的调制方式；支持有6、9、12的卷积码约束深度；支持有1/3、1/2、2/3、3/4、4/5的编码效率；支持有1-30db的信噪比。
本发明的有益效果：基于信道特性，叠加上下行基带处理的信道传输模拟，从整个通信流程出发，通过对比传输性能指标，综合考虑选择最合适的传输参数，为场景组网规划、资源调度等通信系统工作提供参考，具有重要参考价值。
附图说明
图1是本发明方法流程示意图；
图2是本发明装置结构示意图；
图3是本发明信道传输模拟器的操作界面示意图；
图4是本发明的卷积信道编码原理示意图；
图5是本发明的比特交织原理示意图；
图6是本发明的比特加扰原理示意图；
图7是本发明的频域资源映射原理示意图；
图8是本发明的卷积信道解码原理示意图；
图9是本发明十组参数组合的传输速度示意图；
图10是本发明的三种卷积码约束长度误码率对比图；
图11是本发明的三种卷积码约束长度时间消耗对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参考图1，本发明提供了一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法，包括以下步骤：
S1：根据场景选择一组信道传输参数并随机选取一组图像作为测试数据；
S2：根据选择的信道传输参数，对测试数据依次进行数据比特打包、卷积信道编码、比特交织、比特加扰、调制、频域资源映射、插入导频序列、IFFT和加入循环前缀处理；
S3：获取实际场景中信道冲激响应，将步骤S2中处理过的测试数据与信道冲激响应做卷积并叠加噪声功率，模拟信道传输；
S4：经过模拟信道传输的测试数据依次进行采样、去除循环前缀、FFT、解资源映射、信道估计、解调、解扰、解交织、卷积信道解码和比特数据重组处理；
S5：统计测试数据经过步骤S2-S4传输的误码率、传输速率和消耗时间。
本发明选择一组信道传输参数，将待发送图像数据比特打包，卷积信道编码，比特交织，伪随机序列加扰，调制，IFFT，插入导频，循环前缀等进行处理，将下行处理后的数据卷积信道系数并叠加不同等级的噪声，模拟无线信道传输，信道系数通过频域测量法实地测量获取，上行信道处理是下行的逆过程，利用导频序列，基于最小二乘法进行信道估计，后续通过一系列的解调，解扰等处理获取原始发送数据，基于收发数据计算当前信道传输参数下的信道容量，误码率等并进行显示，通过本发明，可以获取某一特定场景下最优信道传输参数配置，为上行调度提供参考。
如图2所示，本发明还提供一种基于卷积码的多场景信道传输模拟系统，包括：
传输参数提取模块，根据场景选择一组信道传输参数并随机选取一组图像作为测试数据；
下行信道处理模块，根据选择的信道传输参数，对测试数据依次进行数据比特打包、卷积信道编码、比特交织、比特加扰、调制、频域资源映射、插入导频序列、IFFT和加入循环前缀处理；
无线信道传输模块，获取实际场景中信道冲激响应，将下行信道处理模块中处理过的测试数据与信道冲激响应做卷积并叠加噪声功率，模拟信道传输；
上行信道处理模块，经过模拟信道传输的测试数据依次进行采样、去除循环前缀、FFT、解资源映射、信道估计、解调、解扰、解交织、卷积信道解码和比特数据重组处理；
统计模块，统计测试数据经过下行信道处理模块到上行信号处理模块传输的误码率、传输速率和消耗时间。
具体的，所述传输参数提取模块：支持有15khz、30khz、60khz、120khz、240khz的子载波间隔；支持有5M、10M、15M、20M、25M的载波带宽；支持有BPSK、QPSK、16QAM、64QAM、256QAM的调制方式；支持有6、9、12的卷积码约束深度；支持有1/3、1/2、2/3、3/4、4/5的编码效率；支持有1-30db的信噪比。
实施例一
在本发明的一个实施例中，针对某一高层楼道环境，传输参数选择如下：
1)30khz子载波间隔，调度时延500us；2)25M载波带宽；3)16QAM调制；4)卷积码约束深度为9；5)编码效率为2/3；6)13db信噪比；
下行信道中的卷积信道编码配置为(2，3，1，6)，编码效率2/3，编码矩阵
Figure BDA0003319390720000091
元素为八进制。输出序列o1o2o3与存储级数的关系为
Figure BDA0003319390720000092
Figure BDA0003319390720000093
交织帧长选为8比特，共8组帧，每次交织64比特。10比特小区ID和15比特伪随机序列组成25比特扰码序列，并将25比特按间隔每4比特插入一个0比特构成32比特扰码序列，把扰码序列与交织后的比特序列按位做异或获得加扰比特序列；将加扰比特序列按4比特每组进行星座图坐标映射，每组比特映射一个坐标符号，将调制后的坐标符号映射到发送带宽的中心带宽上，头尾留有保护带宽，映射结束后插入基于伪随机序列生成的导频序列。分symbol将映射好的数据调制到对应子载波上。加入循环前缀，将每个symbol的前n个数据复制并加在原symbol的前面；
针对这一高层楼道环境进行扫频获得信道频率响应H(fi)，fi代表扫描的频点，对其做IDFT获得信道单位冲激响应
Figure BDA0003319390720000094
其中，n为多径数，ik为某一径的信道时延，ak为某一径信道响应的幅度，θk为某一径信道响应的相位。将h(i)与下行信道数据进行卷积并叠加某等级的噪声功率，模拟无线信道传输。
上行信道中的采样信道数据，采样率为30.72mhz，采样时长为2877.86us；分symbol移除循环前缀，FFT，根据有效带宽解资源映射。根据信道传输模型为Y＝XH+Z进行信道估计，其中Y为接收信号矢量，X为发射信号矢量，H为信道频率响应矢量，Z为噪声矢量，基于最小二乘估计，构建目标函数
Figure BDA0003319390720000101
通过求导可获得使
Figure BDA0003319390720000102
最小的
Figure BDA0003319390720000103
基于此结论可以获得导频的信道频率响应
Figure BDA0003319390720000104
M为有效子载波的数量，N为导频symbol的数量，对每行Hp做IDFT，并进行补零操作获得响应矩阵
Figure BDA0003319390720000105
L为数据symbol的数量，对hp每行做DFT获得数据信道频率响应
Figure BDA0003319390720000106
最后的接收数据为
Figure BDA0003319390720000107
Figure BDA0003319390720000108
为原始接收数据，Y为信道估计处理后的接收数据。对
Figure BDA0003319390720000109
进行解调，解扰，解交织，均为下行对应流程的逆过程。信道解码，采用基于最大似然法的维特比解码算法，包括两个步骤，1)对于一串接收的序列Rs，在所有输入方式所能产生的编码序列Cs中找到一串与Rs最相似的序列C*作为接收原码，判断序列相似度的指标是汉明距离，即要判断Rs与Cs对应比特不同的位数，相同的位数越高，序列相似度越高；2)根据C*在trellis diagram中表示的path反推出所有输入的原始信息比特。
基于收发数据计算信道传输速率，误码率和时间损耗，通过比较不同传输参数下的性能指标，获取某一特定环境下相对高阶的编码效率和调制方式。
实施例二
本实施例以高层楼道作为典型场景，但不限于该场景。该信道传输模拟器即模拟装置的具体执行细节如下：
在传输参数提取模块进行参数配置：根据高层楼道间环境要求1)传输速率大于20mbps；2)可容忍的调度时延为800us；3)带宽小于25M。由此粗略选择一个参数配置组合：30khz子载波间隔，带宽20M，调制方式16QAM，卷积码深度6，编码效率1/3，信噪比12db，如图3所示选择；
下行信道处理模块：提取传输参数后，进行下行数据处理。
随机选取一组图像数据，像素比99*80，每个像素点8比特位宽，将所有像素点串行化处理，共63360比特。对串行比特进行卷积信道编码，选择(1，3，1，6)的编码模式，一路输入，三路输出，每次输入1比特，每路每次输出1比特，每路编码存储深度为6个比特，生成矩阵为[57,65,61]，编码效率1/3,编码过程可以参考附图4，编码后输出190080比特。编码后进行比特交织，将交织帧长选为8比特，把8个帧中的第1个比特取出来，按MSB的顺序组成一个新的8比特帧，称作第一帧，8个帧中的第2个比特取出来按顺序组成第二帧，后续比特依此类推，由此生成新的8帧共64比特。交织过程可以参考附图5，交织结束后比特数为190080。比特交织后进行比特加扰，加扰序列采用10比特小区ID(217)加15比特m序列，将25比特的加扰序列每隔4比特补零至32比特后与交织后的序列做异或，分32比特一组，加扰过程可以参考附图6，加扰后比特数量190080。将加扰比特进行16QAM调制，4比特调制一个星座图坐标符号，星座图如图3所示，共输出47520个坐标符号。在20M带宽，30khz子载波间隔配置下，IFFT点数为1024，数据子载波数666，保护子载波数358，因此共需要72个数据symbol。每个数据symbol的子载波资源映射为，第一个调制符号映射到IFFT点数index1(0-1023)，第二个调制符号映射到index2，以此类推，第333个调制符号映射到index333，index334-index690作为保护子载波，不进行映射。第334个调制符号映射到index691，第666个调制符号映射到index1023，资源映射过程可以参考附图7，其他的数据symbol与此相同。接着生成导频序列，每5个数据symbol插入一个导频symbol，共插入14个导频symbol，因此共需要发送72+14＝86个symbol，信道损耗16％。对86个symbol分别做IFFT。接下来进行循环前缀插入，取每个symbol第一个点循环插入4次，每个点间隔32ns，因此循环前缀的时间128ns，满足高层楼道环境最大多径时延要求。每个symbol共需发送1028个点。
无线信道传输模块：高层楼道环境信道系数通过通过频域测量系统得到的，该测试系统将发送天线和接收天线分别通过低损耗电缆连接至矢量网络分析仪的两端，通过扫频的方法，可以测得信道的频率响应，测量系统的频率范围为2.5ghz～2.8ghz，扫频间隔200khz，扫频点数150点，扫频带宽30M。通过该测量系统，可以得到信道频率响应H(k),对信道频率响应进行傅里叶反变换获得的信道单位冲激响应h(τ)＝ifft[H(k)]，并且，将信道的单位冲激响应可以表征为
Figure BDA0003319390720000121
其中n为多径数，ik为某一径的信道时延，ak为某一径信道响应的幅度，θk为某一径信道响应的相位。将h(τ)与下行信道数据进行卷积并叠加某等级的噪声功率，模拟无线信道传输。
上行信道处理模块：采样无线信道传输数据，采样速率30.72mhz，采样时长2877.86us，共86个symbol。对每个symbol进行去循环前缀处理，移除symbol前4个点，接着对每个symbol做1024点FFT，并根据下行资源映射规则做逆处理，解开资源映射，即每个symbol666个调制符号。从86个symbol取出14个导频symbol，根据最小二乘法估计，获得14个导频symbol的信道估计结果
Figure BDA0003319390720000131
对每行Hp做IDFT，并进行补零操作获得响应矩阵
Figure BDA0003319390720000132
对hp每行做DFT获得数据信道频率响应
Figure BDA0003319390720000133
最后的接收数据为
Figure BDA0003319390720000134
Figure BDA0003319390720000135
为原始接收数据，Y为信道估计处理后的接收数据。对Y进行16QAM解调，获得190080比特，将解调比特序列分32比特一组分别和原加扰序列做异或获得解扰比特序列，将解扰比特序列按照交织的逆过程做解交织，获得解交织序列190080比特，对解交织比特序列做卷积信道解码，解码采用基于极大似然法的维特比解码算法，对于一串接收的31个比特序列Rs，在所有输入方式所能产生的编码序列Cs中找到一串与Rs最相似的序列C*作为接收原码，判断序列相似度的指标是汉明距离，即要判断Rs与Cs对应比特不同的位数，相同的位数越高，序列相似度越高；接着根据C*在trellis diagram中表示的path反推出所有输入的原始信息比特，解码原理可以参考附图8。解码最终输出63360比特，对串行比特进行8比特组包，恢复原发送图像数据。
传输性能统计模块：基于收发的比特序列做传输性能指标统计，包括传输速率，误码率和时间损耗，通过对比同一信噪比环境，不同参数配置下传输结果的误码率等，图9-图11为信噪比为12db下的结果统计，即分别为传输速度、误码率和时间损耗的结果展示图，该实施例下在scs＝30khz，bw＝20mhz；modul＝16QAM，coderate＝1/2时，传输速率最高；卷积约束长度为6时，耗时最短，卷积约束长度为12时，误码率最低，综合比较，在满足高层楼道环境的通信需求下，选择该信噪比下最优的参数配置。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：根据场景选择一组信道传输参数并随机选取一组图像作为测试数据；
S2：根据选择的信道传输参数，对测试数据依次进行数据比特打包、卷积信道编码、比特交织、比特加扰、调制、频域资源映射、插入导频序列、IFFT和加入循环前缀处理；
S3：获取实际场景中信道冲激响应，将步骤S2中处理过的测试数据与信道冲激响应做卷积并叠加噪声功率，模拟信道传输；
S4：经过模拟信道传输的测试数据依次进行采样、去除循环前缀、FFT、解资源映射、信道估计、解调、解扰、解交织、卷积信道解码和比特数据重组处理；
S5：统计测试数据经过步骤S2-S4传输的误码率、传输速率和消耗时间；
S6：选择不同于步骤S1的信道传输参数和相同的测试数据重复进行步骤S2-S5，比较信道传输参数对应的误码率、传输速率和消耗时间，获取场景下相对高阶的编码效率和调制方式；
所述信道传输参数包括子载波间隔、带宽、调制方式、卷积码深度、编码效率和信噪比；
所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21：数据比特打包，将测试数据的并行采样点转为串行比特数据；
S22：卷积信道编码，建立模型(n，N，k，K)，k为每组每次编码输入到卷积编码器的比特数，n为每次编码输入k比特的码字组数，N为每次卷积编码器输出k比特码字组数，K为编码存储深度，即卷积编码器的k比特的运算级数，每轮编码输入n*k比特，输出N*k比特；
S23：比特交织，将信道编码后的数据按m比特组成一帧，把m个帧中的第1个比特取出来，按MSB的顺序组成一个新的m比特帧，称作第一帧，m个帧中的第2个比特取出来按顺序组成第二帧，后续比特依此类推，每次交织共m*m个比特；
S24：比特加扰，将小区ID和伪随机序列组成扰码序列，把生成的扰码序列与交织后的比特序列按位做异或获得加扰比特序列；
S25：调制，将加扰比特序列分组进行星座图坐标映射，每组比特映射一个坐标符号；
S26：频域资源映射，将调制后的坐标符号映射到发送带宽的中心带宽上，头尾留有保护带宽，映射结束后插入基于伪随机序列生成的导频序列；
S27：IFFT，将映射好的数据调制到对应子载波上，频域转时域，其中，每次IFFT计算均获得一个符号，长度由传输带宽和子载波间隔计算获得；
S28：加入循环前缀，将每个符号的前l个数据复制并加在原符号的前面；
所述步骤S3中，通过频域测量法对实际场景环境进行扫频，获得信道频率响应H(fi)，fi表示扫描的频点，对其做IDFT获得信道冲激响应
Figure FDA0003925888890000021
Figure FDA0003925888890000022
其中，o为多径数，ik为信道时延，ak为信道冲激响应的幅度，θk为信道冲激响应的相位，将h(i)与下行信道数据进行卷积并叠加噪声功率，模拟无线信道传输；
所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41：采样信道数据，并分符号移除循环前缀，采样率由传输带宽决定，采样时长由发送时长决定；
S42：FFT，分符号进行FFT运算，并根据有效传输带宽进行解资源映射；
S43：信道估计，信道传输模型为Y＝XH+Z，其中Y为接收信号矢量，X为发射信号矢量，H为信道频率响应矢量，Z为噪声矢量，基于最小二乘估计，构建目标函数
Figure FDA0003925888890000031
通过求导可获得使
Figure FDA0003925888890000032
最小的
Figure FDA0003925888890000033
基于此结论，获得导频的信道频率响应
Figure FDA0003925888890000034
M为有效子载波的数量，R为导频符号的数量，对每行Hp做IDFT，并进行补零操作获得响应矩阵
Figure FDA0003925888890000035
L为数据符号的数量，对hp每行做DFT获得数据信道频率响应
Figure FDA0003925888890000036
最后的接收数据为
Figure FDA0003925888890000037
Figure FDA0003925888890000038
为原始接收数据，Y为接收信号矢量；
S44：解调、解扰、解交织，分别为步骤S25、步骤S24、步骤S23的逆过程；
S45：信道解码，采用基于最大似然法的维特比解码算法，推出所有输入的原始信息比特；
所述步骤S45，具体包括以下步骤：
S451：对于一串接收的序列Rs，在所有输入方式所能产生的编码序列Cs中找到一串与Rs最相似的序列C*作为接收原码，判断序列相似度的指标是汉明距离，即要判断Rs与Cs对应比特不同的位数，相同的位数越高，序列相似度越高；
S452：根据C*在网格图中表示的路径反推出所有输入的原始信息比特。
2.如权利要求1所述的一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法，其特征在于：所述步骤S2的输入比特和步骤S4的输出比特进行比较，错误输出的比特数与输入比特数的比值即为误码率，所述传输速率的计算公式为：
V＝log2(Q)*Ncd*coderate*(Nsd/Ns)/((1/scs)+(1/(scs*Nc))*cp_len)/103
其中，Ncd表示一个符号内用于传输数据的子载波数，Nc表示一个符号内用于保护的子载波数与传输数据子载波数的和，cp_len表示每个符号的循环前缀长度，Nsd表示传输数据的符号，Ns表示传输数据的符号数与传输导频符号数的和，scs表示子载波间隔，coderate表示编码效率，Q表示调制模式；
所述消耗时间采用计时函数，计时从测试数据进入步骤S2开始，到步骤S4输出截止。
3.一种基于卷积码的多场景信道传输模拟系统，采用如权利要求1-2任一项所述的一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法进行信道传输模拟，其特征在于：包括：
传输参数提取模块，根据场景选择一组信道传输参数并随机选取一组图像作为测试数据；
下行信道处理模块，根据选择的信道传输参数，对测试数据依次进行数据比特打包、卷积信道编码、比特交织、比特加扰、调制、频域资源映射、插入导频序列、IFFT和加入循环前缀处理；
无线信道传输模块，获取实际场景中信道冲激响应，将下行信道处理模块中处理过的测试数据与信道冲激响应做卷积并叠加噪声功率，模拟信道传输；
上行信道处理模块，经过模拟信道传输的测试数据依次进行采样、去除循环前缀、FFT、解资源映射、信道估计、解调、解扰、解交织、卷积信道解码和比特数据重组处理；
统计模块，统计测试数据经过下行信道处理模块到上行信号处理模块传输的误码率、传输速率和消耗时间。
4.如权利要求3中所述的一种基于卷积码的多场景信道传输模拟系统，其特征在于：所述传输参数提取模块：支持有15khz、30khz、60khz、120khz、240khz的子载波间隔；支持有5M、10M、15M、20M、25M的载波带宽；支持有BPSK、QPSK、16QAM、64QAM、256QAM的调制方式；支持有6、9、12的卷积码约束深度；支持有1/3、1/2、2/3、3/4、4/5的编码效率；支持有1-30db的信噪比。
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