CN115225178B - 一种基于频域零点重置的多普勒效应模拟器的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于频域零点重置的多普勒效应模拟器的实现方法，具体为：生成需要发送的信号，并对信号做傅里叶变换获取信号频域数据；对信号进行任意倍数上采样，即在获取的频域数据的中间补充任意数据长度倍数的零，将信号长度扩展；根据设置的相对运动速度，计算出信号应该增/减零的个数，并通过零点重置模块实现信号多普勒效应；对零点重置之后的频域信号进行均匀采样，恢复上采样之后的信号长度；对信号下采样至原始信号长度，再做IFFT恢复时域信号并输出。本发明可快速有效的模拟出各种信号在不同相对速度下产生的多普勒效应。

Description

一种基于频域零点重置的多普勒效应模拟器的实现方法
技术领域
本发明属于无线信道仿真技术领域，尤其涉及一种基于频域零点重置的多普勒效应模拟器的实现方法。
背景技术
在高移动性无线通信中，两个终端之间存在相对运动会引起多普勒效应。在高速情况下，多普勒效应对信号造成的影响是不可忽略的[1]，而多普勒效应是在高速相对运动中产生的，不易通过实际测试进行实现，故需要一个多普勒效应模拟器来模拟不同速度下不同信号的多普勒效应。
现有的多普勒效应仿真通常有三类方法：一是使用两种频率进行多普勒效应模拟；二是采用通信模块，对信号进行混频、滤波等步骤来实现信号频谱搬移功能[2]；三是对信号进行插值、重采样的步骤来实现信号多普勒效应[3]。对于第一种方法不能实现原因是，很多通信产品的频率已经固定，不能轻易改变；第二类方法成本很高，而且不易操作和实现；第三种方法在信号插值的时候计算量可能会比较大，会增长系统运算时间。
[1]范平志,周维曦.高移动无线通信抗多普勒效应技术研究进展[J].西南交通大学学报,2016,51(2-3):405-417.
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发明内容
为克服上述技术问题，本发明提供一种基于频域零点重置的多普勒效应模拟器的实现方法。
本发明的一种基于频域零点重置的多普勒效应模拟器的实现方法，包括以下步骤：
步骤1：生成需要发送的信号，并对信号做傅里叶变换获取信号频域数据。
步骤2：对信号进行任意倍数上采样，即在步骤1获取的频域数据的中间补充任意数据长度倍数的零，将信号长度扩展。
步骤3：根据设置的相对运动速度，计算出信号应该增/减零的个数，并通过零点重置模块实现信号多普勒效应。
其中，零点重置模块为：根据相对速度计算信号应该增/删零的点数，并在频域上采样补零位置进行增/删零实现信号多普勒效应，增/删零的点数具体计算为：
其中，L为需要补充零的点数，m为上采样后信号点数，Rd为多普勒频偏比例，描述为：
其中，v为设置的相对速度，c为信号波在当前介质中传播的速度，f为发射信号频率，θ为收发两端的角度。
步骤4：对零点重置之后的频域信号进行均匀采样，恢复上采样之后的信号长度。
步骤5：对信号下采样至原始信号长度，再做IFFT恢复时域信号并输出。
本发明的有益技术效果为：
本发明可快速有效的模拟出各种信号在不同相对速度下产生的多普勒效应。
附图说明
图1为本发明的原理流程示意图；
图2为本发明实施例1的多普勒效应频谱图；
图3为本发明实施例2的多普勒效应频谱图；
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说明。
如图1所示，本发明的一种基于频域零点重置的多普勒效应模拟器的实现方法，包括以下步骤：
步骤1：生成需要发送的信号，并对信号做傅里叶变换获取信号频域数据。
步骤2：对信号进行任意倍数上采样，即在步骤1获取的频域数据的中间补充任意数据长度倍数的零，将信号长度扩展。
步骤3：根据设置的相对运动速度，计算出信号应该增/减零的个数，并通过零点重置模块实现信号多普勒效应。
其中，零点重置模块为：根据相对速度计算信号应该增/删零的点数，并在频域上采样补零位置进行增/删零实现信号多普勒效应，增/删零的点数具体计算为：
其中，L为需要补充零的点数，m为上采样后信号点数，Rd为多普勒频偏比例，描述为：
其中，v为设置的相对速度，c为信号波(声速、光速等)在当前介质中传播的速度，f为发射信号频率，θ为收发两端的角度。
步骤4：对零点重置之后的频域信号进行均匀采样，恢复上采样之后的信号长度。
步骤5：对信号下采样至原始信号长度，再做IFFT恢复时域信号并输出。
实施例1：
本实例模拟了当接收两端相对运动速度大于零的时候，Rd>1。模拟信号频率变大，频谱被展宽的场景。
如图2所示，本实例设置线性调频信号频率范围为：200MHz～400MHz，带宽为200MHz，为展现多普勒频偏效果，使用较小的传播速度，设传播速度c＝1500m/s,在相对速度v＝200m/s时计算出来理论多普勒频偏约为26.667MHz～53.33MHz，实际偏移量为26.56MHz～53.13MHz。频谱展宽约27MHz，满足信号频谱展宽，频率变大的现象。精度误差是由MATLAB在计算的时候的误差引起。
实施例2：
如图3所示，在实例1的基础上将收发两端相对速度设置为负，即收发端相对远离的情况下，使用带宽为100MHz的OFDM信号通过此多普勒效应模拟器，模拟了OFDM信号的多普勒效应频谱图。
本实例模拟了当接收两端相对运动速度小于零的时候，Rd<1。模拟了信号频率变小，频谱被压缩的场景，且频谱变换符合多普勒效应。

Claims (1)

1.一种基于频域零点重置的多普勒效应模拟器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：生成需要发送的信号，并对信号做傅里叶变换获取信号频域数据；
步骤2：对信号进行任意倍数上采样，即在步骤1获取的频域数据的中间补充任意数据长度倍数的零，将信号长度扩展；
步骤3：根据设置的相对运动速度，计算出信号应该增/减零的个数，并通过零点重置模块实现信号多普勒效应；
其中，零点重置模块为：根据相对速度计算信号应该增/删零的点数，并在频域上采样补零位置进行增/删零实现信号多普勒效应，增/删零的点数具体计算为：
其中，L为需要补充零的点数，m为上采样后信号点数，Rd为多普勒频偏比例，描述为：
其中，v为设置的相对速度，c为信号波在当前介质中传播的速度，f为发射信号频率，θ为收发两端的角度；
步骤4：对零点重置之后的频域信号进行均匀采样，恢复上采样之后的信号长度；
步骤5：对信号下采样至原始信号长度，再做IFFT恢复时域信号并输出。
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