[发明专利]一种信道模拟器及其建模方法

权利要求书

1.一种信道模拟器的建模方法，其特征在于包括以下步骤：

采用SCM方法处理大尺度衰落和中尺度衰落，根据所选择具体场景配置大尺度衰落和中尺度衰落相关参数，并转化为相应权值常量；

将小尺度衰落数学模型根据欧拉公式进行展开，对展开后的小尺度衰落数学模型中的每径频移通过结合给定的最大频移及基于Box-Muller算法的随机数生成方案确定，展开后的小尺度衰落数学模型中的正余弦函数通过PAR-CORDIC算法计算出；

基于Box-Muller算法生成高斯白噪声；

将所述大尺度衰落和中尺度衰落的权值常量对小尺度衰落数学模型进行加权后，再与所述高斯白噪声相加，得到信道模拟器模型；

所述将小尺度衰落数学模型根据欧拉公式进行展开，对展开后的小尺度衰落数学模型中的每径频移通过结合给定的最大频移及基于Box-Muller算法的随机数生成方案确定，展开后的小尺度衰落数学模型中的正余弦函数通过PAR-CORDIC算法计算出的步骤具体包括以下步骤：

假设发射信号为s(t)＝e^jωt，经过多径多普勒效应得到的信号为：

式(1)中，N为路径数量，a_n、ω_n和τ_n分别为各路径衰减系数、频谱扩展以及延时时间；进行硬件处理时，将式(1)通过欧拉公式展开为：

结合给定的最大频移f_m及基于Box-Muller算法的随机数生成方案确定式(2)中每径频移ω_n＝2πf_n；

通过PAR-CORDIC算法计算出式(2)中的正余弦函数；

所述通过PAR-CORDIC算法计算出式(2)中的正余弦函数包括以下步骤：

基于三角函数周期性，将目标角度θ₀转换为[0,2π)区间内角度θ₁，并进一步转化为[0,π/4]区间内θ₂，设置标志(flag_s,flag_c)，如(3)式所示：

将[0,π/4]划分为2^lu个区间，并存储相应边界角度θ_{look_up_i}及其函数值sinθ_{look_up_i}和cosθ_{look_up_i}，i＝1,2,3…lu，判断θ₂所在区间，并保存区间下界角度θ_{look_up}的正余弦函数值sinθ_{look_up}和cosθ_{look_up}，设置剩余角度为Δθ＝θ₂-θ_{look_up}；

根据所述参数lu求满足式arctan2^-m≤45°/2^lu的m最小值， 得到基础角度集合如下：{α₀,α₁...α_n}，其中α_k＝arctan2^-(m+k)，k＝0,1,2…n；根据集合{α₀,α₁...α_n}和Z_i、σ_i得到过渡矩阵集合{Z_i+1,0,Z_i+1,1...Z_i+1,n},Z_i+1,k＝Z_i-σ_iα_k，其中Z_i由CORDIC迭代模块确定，Z₀＝Δθ,σ₀＝1；上述二进制集合{Z_i+1,0,Z_i+1,1...Z_i+1,n}经过二进制比较树得到最小值Z_i+1，即Z_i+1＝min{Z_i+1,0,Z_i+1,1...Z_i+1,n}；同时存储旋转方向判断符号σ_i+1与相应缩放补偿因子k_i+1；

根据所述基础角度，采用经典迭代框架模式进行迭代；

根据Z_i+1判断其是否满足精度需求，如果未满足要求则依据参数X_i+1、Y_i+1、Z_i+1、σ_i+1以及k_i+1进行下一步迭代；如果满足要求，则乘以所存储的收缩因子k_i，i＝1,2,3…l，经过计算得出总剩余角度Z₀＝Δθ的正余弦函数值sinΔθ和cosΔθ；将所述正余弦函数值sinΔθ和cosΔθ通过如下公式(4)：

sinθ₀＝sin(θ_{look_up}+Δθ)＝sinθ_{look_up}cosΔθ+cosθ_{look_up}sinΔθ

cosθ₀＝cos(θ_{look_up}+Δθ)＝cosθ_{look_up}cosΔθ-sinθ_{look_up}sinΔθ(4)

结合所述标志(flag_s,flag_c)，得出目标角度θ₀最终的三角函数值。

2.一种信道模拟器，其特征在于，包括：

大中尺度衰落处理模块，用于采用SCM方法处理大尺度衰落和中尺度衰落，根据所选择具体场景配置大尺度衰落和中尺度衰落相关参数，并转化为相应权值常量；

小尺度衰落处理模块，用于将小尺度衰落数学模型根据欧拉公式进行展开，对展开后的小尺度衰落数学模型中的每径频移通过结合给定的最大频移及基于Box-Muller算法的随机数生成方案确定，展开后的小尺度衰落数学模型中的正余弦函数通过PAR-CORDIC算法计算出；

高斯白噪声处理模块，用于基于Box-Muller算法生成高斯白噪声；

信道模拟器模型生成模块，用于将所述大尺度衰落和中尺度衰落的权值常量对小尺度衰落数学模型进行加权后，再与所述高斯白噪声相加，得到信道模拟器模型；其中，所述大中尺度衰落处理模块、小尺度衰落处理模块以及高斯白噪声处理模块均与信道模拟器模型生成模块连接；

所述小尺度衰落处理模块包括：

模型展开模块，用于假设发射信号为s(t)＝e^jωt，经过多径多普勒效应得到的信号为：

式(5)中，N为路径数量，a_n、ω_n和τ_n分别为各路径衰减系数、频谱扩展以及延时时间；进行硬件处理时，将式(5)通过欧拉公式展开为：

频移生成模块，用于结合给定的最大频移f_m及基于Box-Muller算法的随机数生成方案确定式(6)中每径频移ω_n＝2πf_n；

正余弦函数计算模块，用于通过PAR-CORDIC算法计算出式(6)中的正余弦函数；其中，所述频移生成模块以及正余弦函数计算模块均与模型展开模块连接，所述模型展开模块与信道模拟器模型生成模块连接；

所述正余弦函数计算模块包括：

角度区间折叠模块，用于基于三角函数周期性，将目标角度θ₀转换为[0,2π)区间内角度θ₁，并进一步转化为[0,π/4]区间内θ₂，设置标志(flag_s,flag_c)，如(7)式所示：

查找表模块，用于将[0,π/4]划分为2^lu个区间，并存储相应边界角度θ_{look_up_i}及其函数值sinθ_{look_up_i}和cosθ_{look_up_i}，i＝1,2,3…lu，判断θ₂所在区间，并保存区间下界角度θ_{look_up}的正余弦函数值sinθ_{look_up}和cosθ_{look_up}，设置剩余角度为Δθ＝θ₂-θ_{look_up}；

并行角度编码模块，根据所述参数lu求满足式arctan2^-m≤45°/2^lu的m最小值，得到基础角度集合如下：{α₀,α₁...α_n}，其 中α_k＝arctan2^-(m+k)，k＝0，1，2...n；根据集合{α₀，α₁...α_n}和Z_i、σ_i得到过渡矩阵集合{Z_i+1，0，Z_i+1，1...Z_i+1，n}，Z_i+1，k＝Z_i-σ_iα_k，其中Z_i由CORDIC迭代模块确定，Z₀＝Δθ，σ₀＝1；上述二进制集合{Z_i+1，0，Z_i+1，1...Z_i+1，n}经过二进制比较树得到最小值Z_i+1，即Z_i+1＝min{Z_i+1，0，Z_i+1，1...Z_i+1，n}；同时存储旋转方向判断符号σ_i+1与相应缩放补偿因子k_i+1；

CORDIC算法迭代模块，用于根据所述基础角度，采用经典迭代框架模式进行迭代；

精度判断模块，用于根据Z_i+1判断其是否满足精度需求，如果未满足要求则依据参数X_i+1、Y_i+1、Z_i+1、σ_i+1以及k_i+1进行下一步迭代；如果满足要求，则乘以所存储的收缩因子k_i，i＝1，2，3...1，经过计算得出总剩余角度Z₀＝Δθ的正余弦函数值sinΔθ和cosΔθ；

将所述正余弦函数值sinΔθ和cosΔθ通过如下公式(8)：

sinθ₀＝sin(θ_{look_up}+Δθ)＝sinθ_{look_up}cosΔθ+cosθ_{look_up}sinΔθ

cosθ₀＝cos(θ_{look_up}+Δθ)＝cosθ_{look_up}cosΔθ-sinθ_{look_up}sinΔθ(8)

结合所述标志(flag-s，flag-c)，得出目标角度θ₀最终的三角函数值；其中，

所述角度区间折叠模块、查找表模块、CORDIC算法迭代模块、并行角度编码模块以及精度判断模块依次连接，所述精度判断模块与模型展开模块连接。