航空通信系統(tǒng)干擾傳播信道模擬裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種航空通信系統(tǒng)干擾傳播信道模擬裝置及方法，特別針對干擾環(huán)境 下的無線衰落信道模擬裝置及方法，其屬于無線信息傳輸領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著我國航空事業(yè)的不斷發(fā)展，航空通信在國民經(jīng)濟(jì)中的地位越來越突出。航空 通信系統(tǒng)的方案設(shè)計及性能測試，甚至通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃部署，都要考慮無線傳播信道及干 擾因素的影響。
[0003] 相比地面無線通信環(huán)境，航空通信環(huán)境復(fù)雜多變，由于地形、地物以及大氣降雨等 因素的影響，加上航空飛行器的高機(jī)動性以及自身飛行姿態(tài)的變換，使得到達(dá)接收端的信 號是由許多路徑來的眾多反射波合成的。各路徑來的反射波到達(dá)時間不同，相位也就不同， 使得接收信號的幅度急劇變化，即產(chǎn)生多徑衰落。同時，航空傳播環(huán)境中還存在大量的干 擾，如電視、廣播及蜂窩移動通信信號等，這些干擾可能導(dǎo)致整個通信鏈路的性能下降。
[0004] 為了有效地評估和測試航空通信系統(tǒng)在干擾傳播環(huán)境下的通信性能，同時減少研 發(fā)成本、縮短開發(fā)測試周期，有必要總結(jié)歸納出一種相對應(yīng)用廣泛的干擾傳播信道模型，并 據(jù)此在實驗室環(huán)境下完成具備實時模擬航空通信干擾傳播信道的硬件模擬器。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明提供一種航空通信系統(tǒng)干擾傳播信道模擬裝置及方法，該模擬方法可以模 擬復(fù)現(xiàn)航空通信傳播環(huán)境導(dǎo)致的信號時變衰落，同時還可以實時模擬產(chǎn)生其它干擾。該方 法適用于干擾傳播環(huán)境下航空通信系統(tǒng)性能的測試和驗證領(lǐng)域。
[0006] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種航空通信系統(tǒng)干擾傳播信道模擬裝置，其包括用 戶交互接口單元，干擾傳播信道參數(shù)計算單元，干擾傳播信道模擬單元，輸入單元，輸出單 元，所述用戶交互接口單元與干擾傳播信道參數(shù)計算單元相連，所述干擾傳播信道模擬單 元與干擾傳播信道參數(shù)計算單元相連，所述輸入單元與干擾傳播信道模擬單元相連，所述 輸出單元與干擾傳播信道模擬單元相連，所述干擾傳播信道模擬單元包括內(nèi)部干擾源單 元，第一下變頻單元，第二下變頻單元，第一高精度時延單元，第二高精度時延單元，第一信 道衰落單元，第二信道衰落單元，高精度干擾疊加單元，高精度噪聲疊加單元和上變頻單 元，所述輸入單元包括第一下混頻器單元，第二下混頻器單元，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和第二模 數(shù)轉(zhuǎn)換單元，所述輸出單元包括數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和上混頻器單元。
[0007] 所述干擾傳播信道參數(shù)計算單元采用TI公司的TMS320C645OTSP芯片，所述干擾 傳播信道模擬單元采用Xilinx公司的XC7K325TFFG900-2FPGA芯片。
[0008] 所述輸入單元產(chǎn)生的信號和干擾，進(jìn)入干擾傳播信道模擬單元后，輸出信號Λ/)的 模擬如下：
[0010] 其中，Lx，L,表示接收機(jī)可分辨的多徑簇數(shù)目；^⑴,&⑴分別指信號和干擾信道 的各徑復(fù)衰落，模擬如下
[0012] 其中，ax/u(t)表示傳播路徑損耗且為常數(shù)，其與傳播距離、通信頻率、天線增益 和障礙物吸收等因素有關(guān)；β x/u (t)表示陰影衰落；γ x/u (t)為多徑衰落；Θ x/u (t)表示 復(fù)衰落的隨機(jī)相位；J(t)表示干擾，用戶通過接口直接輸入任意干擾源，或者由模擬器內(nèi) 部產(chǎn)生特定形式的干擾源，包括單音、多音、梳狀譜、GSM、CDMA、WLAN信號；τ Χι1，τ u分別表 示信號和干擾信道的各徑時延，模擬如下，當(dāng)系統(tǒng)的采樣速率為匕時，理論時延分辨率為T s =l/fs，為了實現(xiàn)更高的時延分辨率T' s，輸入信號先經(jīng)過m個單位時延Ts，然后再經(jīng)過p 個單位時延!^并與相應(yīng)的系數(shù)μ。，P1,…，μρ相乘后相加實現(xiàn)Mw3的時延。
[0013] 本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案：一種航空通信系統(tǒng)干擾傳播信道模擬方法，其包括 如下步驟：
[0014] 第一步，用戶通過用戶交互接口單元輸入通信場景參數(shù)，通信場景參數(shù)直接送到 干擾傳播信道參數(shù)計算單元；
[0015] 第二步，干擾傳播信道參數(shù)計算單元根據(jù)用戶輸入?yún)?shù)，實時估計航空通信系統(tǒng) 干擾傳播信道建模所需的模型參數(shù)，并據(jù)此得到路徑損耗、陰影衰落、多徑衰落信道參數(shù)， 以及時延、高精度干信比、高精度信噪比參數(shù)，然后對計算所得參數(shù)進(jìn)行定點量化，再通過 EMIF高速數(shù)據(jù)總線接口傳送到干擾傳播信道模擬單元；
[0016] 第三步，射頻信號和干擾分別經(jīng)過第二下混頻單元、第一下混頻單元后得到中頻 信號，再分別通過第二模數(shù)變換單元、第一模數(shù)變換單元，將轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號傳輸給干擾 傳播信道模擬單元；
[0017] 第四步，干擾傳播信道模擬單元中，數(shù)字信號和干擾分別經(jīng)過第二下變頻單元、第 一下變頻單元下變頻后得到兩路復(fù)基帶信號，干擾由開關(guān)控制是選擇內(nèi)部干擾還是外部干 擾；
[0018] 第五步，干擾傳播信道模擬單元中輸出的單路信號，通過高速數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片后，經(jīng) 過上混頻器輸出射頻模擬信號。
[0019] 進(jìn)一步地，所述第四步中：首先，數(shù)字信號和干擾分別經(jīng)過第二高精度時延單元、 第一高精度時延單元實現(xiàn)時延效果，高精度時延的產(chǎn)生及模擬方法如下：
[0020] (1)根據(jù)裝置工作時鐘為匕和用戶要求時延kT' s，首先利用下式計算獲得濾波 器濾波系數(shù)下標(biāo)，
[0021] m= floor (kTrS/TS), q = mod(kT,s, Ts)/Trs (3)
[0022] 式中，Ts= 1/f 3表示采樣間隔，floor ( ·)表示向下取整運算，mod( ·)表示取余 運算；
[0023] (2)根據(jù)式（3)得到的下標(biāo)q查表獲得第q組2階濾波器的系數(shù)μ ~ μ
[0024] (3)對于輸入x(nTs)，根據(jù)m，μ^，代入下式可得經(jīng)過kT' s時延后的信號
[0025] X (nTs_kT ' s) = X ((n-m) Ts) · μ。，q+x ((n-m-1) Ts) · μ q (4)
[0026] 延時后的信號和干擾分別經(jīng)過第二信道衰落單元、第一信道衰落單元，上述兩個 單元內(nèi)部根據(jù)公式（2)方法模擬路徑損耗、陰影衰落、多徑衰落的影響；然后對衰落后的信 號a和衰落后的干擾b進(jìn)行功率自適應(yīng)粗調(diào)整并進(jìn)行功率統(tǒng)計，再根據(jù)干擾傳播信道參數(shù) 計算單元傳下的干信比參數(shù)，得到系數(shù)ki，k 2，分別乘以功率自適應(yīng)粗調(diào)整后的信號和干擾 后進(jìn)彳丁置加；最后，實現(xiàn)尚精度噪聲功率的置加，把;S洛后的?目號a進(jìn)彳丁自適應(yīng)功率調(diào)整并 乘以系數(shù)4后進(jìn)行功率統(tǒng)計，再對信道噪聲進(jìn)行功率統(tǒng)計并根據(jù)干擾傳播信道參數(shù)計算單 元估算出的信噪比參數(shù)，得到系數(shù)k 3, k4，分別乘以高精度干擾疊加單元的輸出c和噪聲后 再進(jìn)行疊加，高精度噪聲疊加單元的輸出d經(jīng)過上變頻單元轉(zhuǎn)為單路信號。
[0027] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0028] (1)本發(fā)明中干擾傳播信道模型綜合考慮了復(fù)雜航空背景下路徑損耗、陰影衰落、 多徑衰落、噪聲以及干擾的影響；
[0029] (2)本發(fā)明提供了一種高精度時延的實現(xiàn)方法，特別適用系統(tǒng)要求時延分辨率高 的場合，該方法易于硬件實現(xiàn)；
[0030] (3)本發(fā)明提供了一種大范圍、高精度的干信比和信噪比疊加方法，可以實現(xiàn)疊加 高精度的干擾和噪聲；
[0031] (4)本發(fā)明有兩個輸入/輸出口可供選擇，既能輸入/輸出射頻模擬信號，也能輸 入/輸出中頻模擬信號，給用戶更多的選擇，適用性更廣。
【附圖說明】：
[0032] 圖1為本發(fā)明航空通信系統(tǒng)干擾傳播信道