一种短波通信信道的模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种短波通信信道的模拟装置及方法，最主要解决现有技术中信号采样率单一，信道性能参数配置困难及对输入信号是有效信号还是噪声缺乏判断的问题。其装置包括串口数据输入模块、信号采样模块、信号处理模块、信号输出模块。其步骤包括：(1)输入特征数据；(2)采样模拟信号；(3)获得数字复信号；(4)获得加频偏信号；(5)设置路径数目；(6)获得加延时信号；(7)获得总衰落信号；(8)获得加噪声信号；(9)输出模拟信号。本发明专利技术具有信号采样率可选，配置信道参数方便，且能自主判断输入信号是否为有效信号的优点，适用于各种短波通信实验。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，更进一步涉及短波通信中一种短波通信信道的模拟装置及方法。本专利技术可用于各种短波通信的实验中，实现对短波通信信道特性的模拟，使开发人员在实验室环境下就可以方便地测试短波通信系统的性能，减少短波通信系统的开发成本并缩短开发周期。
技术介绍
模拟短波通信信道技术主要是指对短波信号添加多径时延、频偏、衰落和带限高斯白噪声的技术。短波信道的研究是短波通信研究工作的重要部分，所以模拟短波通信信道的研究不仅有理论意义还有非常大的实用价值。如何更加准确地对信号添加多径时延、频偏、衰落和带限高斯白噪声是研究模拟短波信道技术的重点，并且为了实用性更好，在设计模拟短波通信信道时还要考虑如何人为设置信道的特性。华为技术有限公司提出的专利申请“一种无线信道模拟方法及其装置”(申请日：2006.9.30，申请号200610063000.1，公告号CN1933378)中公开了一种无线信道模拟方法及其装置。该装置设于移动基站侧,对基带信号进行多径衰落处理以模拟上行、下行信道,且在模拟上行信道时,对多径衰落处理后的信号叠加一功率恒定的噪声。该无线信道模拟装置利用基站现有的硬件资源进行信道模拟,避免采用其他昂贵的多径衰落仿真设备,有利于对成本进行控制。但是，该专利申请所公开的方法存在的不足是，它无法实现自主判断是否有连续有效信号到来，造成该方法处理信号的盲目性，并且该方法不能选择不同的信号采样率，对输入信号的带宽有特定要求，缺乏灵活性。该专利申请所公开的装置存在的不足是，没有设置信道特性的设计，并且它利用基站现有的硬件资源进行信道模拟，导致它局限于在基站使用，无法灵活的应用于不同的短波通信实验环境。中国电子科技集团公司第二十二研究所提出的专利申请“一种短波信道模型建模方法”(申请日：2013.1.28，申请号201310032662.2，公告号CN103117823A)中公开了一种短波信道模型建模方法，用来解决已有信道建模技术得到的模型误差较大，无法准确描述链路信道特性的问题。该方法的实施步骤是：第一，在存储有短波信道参数样本的数据库中，提取出某链路的M个样本，并获取各样本中的多径展宽参数和多普勒展宽参数；第二，将各样本的多径展宽参数和多普勒展宽参数作为列向量，构造信道参数矩阵，并对矩阵中的各向量进行归一化处理；将信道参数矩阵的每列定义为一个数组点，利用二维聚类组合算法计算各数组点中的聚类中心；第三，检测各聚类中心的邻域半径范围内覆盖的数组点的数量是否满足聚类要求，若满足，则将聚类中心进行去归一化处理，以去归一化处理后的聚类中心对应的多径展宽和多普勒展宽参数作为短波信道模型。该专利技术得到了比已有信道建模技术误差要小，并能准确描述链路信道特性的模型。但是，该专利申请所公开的方法存在的不足是，不能选择不同的信号采样率，对输入信号的带宽有特定要求，缺乏灵活性，并且它仅模拟了信道的多径展宽与多普勒展宽的特性，并没有完整的模拟出实际短波信道，仅是在理论上改进了对信号进行多径展宽和多普勒展宽的方法，无法直接用于实验应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种短波通信信道的模拟装置及方法，该装置及方法实现了19200Hz，38400Hz和76800Hz三种信号采样率可选，自动识别连续有效信号的到来，能够方便地配置信道参数，模拟真实的信道环境，灵活地应用于各种短波通信实验中。为了实现上述目的，本专利技术方法的思路是：在采样信号时，提供三种采样率的选择；在处理信号之前，利用信号的功率来识别输入的信号是噪声还是有效信号；将信道给信号添加的多径时延、频偏、衰落及带限高斯白噪声都设计出来，准确地贴近真实信道的特性，并提供专门的模块来配置信道参数，使本专利技术能够方便灵活的应用于各种短波通信实验中。本专利技术的装置包括四个模块：串口数据输入模块、信号采样模块、信号处理模块、信号输出模块，各模块通过数字信号处理器DSP板的印刷线相连，其中：所述的串口数据输入模块，用于接收用户通过串口助手输入的23个特征数据，并将其存储在数字信号处理器DSP的存储器内；所述的信号采样模块，用于选择短波通信模拟信号采样率，并对用户输入的短波通信模拟信号进行采样，得到数字信号；所述的信号处理模块，用于读取存储在数字信号处理器DSP的存储器内的23个特征数据，对采样得到的数字信号添加频偏、多径时延、瑞利衰落和带限高斯白噪声，得到处理后的数字信号；所述的信号输出模块，用于对处理后的数字信号进行数模转换，并输出短波通信模拟信号。本专利技术方法的具体步骤如下：(1)输入特征数据：串口数据输入模块的串口接收用户通过串口助手输入的23个特征数据，并将其存储在数字信号处理器DSP的存储器内；(2)采样模拟信号：(2a)信号采样模块从数字信号处理器DSP的存储器内，读取用于对信号采样模块设置采样率的一个特征数据，选择与该特征数据相对应的短波通信模拟信号采样率；(2b)信号采样模块按照所选择的信号采样率，对用户输入的短波通信模拟信号进行采样，获得采样后的数字信号，将该数字信号存储在数字信号处理器DSP的存储器内；(3)获得数字复信号：(3a)对采样后的数字信号的前11个周期，按照下式，分别计算每个周期的平均功率，得到11个平均功率：P0=1N·Σk=1N|Y(k)|2]]>其中，P0表示数字信号每个周期的平均功率，N表示数字信号每个周期的点数，Σ表示求和操作，Y(k)表示第k个数字信号的值，|·|2表示取模的平方操作；(3b)判断11个平均功率是否均大于噪声门限值，若是，执行步骤(3c)，否则，舍去前11个周期的数字信号，将剩余的数字信号提前11个周期，执行步骤(3a)；(3c)对采样后的数字信号做希尔伯特变换，得到数字复信号；(4)获得加频偏信号：(4a)信号处理模块从数字信号处理器DSP的存储器内，读取用于对信号处理模块设置频偏的两个特征数据；(4b)数字信号处理器DSP将两个特征数据转换为多普勒频移参数；(4c)对数字复信号进行多普勒频移，得到加频偏信号；(5)设置路径数目：(5a)信号处理模块从数字信号处理器DSP的存储器内，读取用于对信号处理模块设置路径数目的一个特征数据；(5b)数字信号处理器DSP，根据特征数据的值设置信号路径数目；(6)获得加时延信号：(6a)信号处理模块从数字信号处理器DSP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短波通信信道的模拟装置，包括四个模块：串口数据输入模块、信号采样模块、信号处理模块、信号输出模块，各模块通过数字信号处理器DSP板的印刷线相连，其中：所述的串口数据输入模块，用于接收用户通过串口助手输入的23个特征数据，并将其存储在数字信号处理器DSP的存储器内；所述的信号采样模块，用于选择短波通信模拟信号采样率，并对用户输入的短波通信模拟信号进行采样，得到数字信号；所述的信号处理模块，用于读取存储在数字信号处理器DSP的存储器内的23个特征数据，对采样得到的数字信号添加频偏、多径时延、瑞利衰落和带限高斯白噪声，得到处理后的数字信号；所述的信号输出模块，用于对处理后的数字信号进行数模转换，并输出短波通信模拟信号。

【技术特征摘要】
1.一种短波通信信道的模拟装置，包括四个模块：串口数据输入模块、信
号采样模块、信号处理模块、信号输出模块，各模块通过数字信号处理器DSP板
的印刷线相连，其中：
所述的串口数据输入模块，用于接收用户通过串口助手输入的23个特征数
据，并将其存储在数字信号处理器DSP的存储器内；
所述的信号采样模块，用于选择短波通信模拟信号采样率，并对用户输入的
短波通信模拟信号进行采样，得到数字信号；
所述的信号处理模块，用于读取存储在数字信号处理器DSP的存储器内的
23个特征数据，对采样得到的数字信号添加频偏、多径时延、瑞利衰落和带限
高斯白噪声，得到处理后的数字信号；
所述的信号输出模块，用于对处理后的数字信号进行数模转换，并输出短波
通信模拟信号。
2.一种短波通信信道的模拟方法，通过短波通信信道的模拟装置实现以下
步骤：
(1)输入特征数据：
串口数据输入模块的串口接收用户通过串口助手输入的23个特征数据，并
将其存储在数字信号处理器DSP的存储器内；
(2)采样模拟信号：
(2a)信号采样模块从数字信号处理器DSP的存储器内，读取用于对信号采
样模块设置采样率的一个特征数据，选择与该特征数据相对应的短波通信模拟信
号采样率；
(2b)信号采样模块按照所选择的信号采样率，对用户输入的短波通信模拟
信号进行采样，获得采样后的数字信号，将该数字信号存储在数字信号处理器

\tDSP的存储器内；
(3)获得数字复信号：
(3a)对采样后的数字信号的前11个周期，按照下式，分别计算每个周期
的平均功率，得到11个平均功率：
P0=1N·Σk=1N|Y(k)|2]]>其中，P0表示数字信号每个周期的平均功率，N表示数字信号每个周期的点
数，Σ表示求和操作，Y(k)表示第k个数字信号的值，|·|2表示取模的平方操作；
(3b)判断11个平均功率是否均大于噪声门限值，若是，执行步骤(3c)，
否则，舍去前11个周期的数字信号，将剩余的数字信号提前11个周期，执行步
骤(3a)；
(3c)对采样后的数字信号做希尔伯特变换，得到数字复信号；
(4)获得加频偏信号：
(4a)信号处理模块从数字信号处理器DSP的存储器内，读取用于对信号处
理模块设置频偏的两个特征数据；
(4b)数字信号处理器DSP将两个特征数据转换为多普勒频移参数；
(4c)对数字复信号进行多普勒频移，得到加频偏信号；
(5)设置路径数目：
(5a)信号处理模块从数字信号处理器DSP的存储器内，读取用于对信号处
理模块设置路径数目的一个特征数据；
(5b)数字信号处理器DSP，根据特征数据的值设置信号路径数目；
(6)获得加时延信号：
(6a)信号处理模块从数字信号处理器DSP的存储器内，读取用于对信号处
理模块设置各条路径时延的六个特征数据；
(6b)数字信号处理器DSP将六个特征数据转换为各条路径时延参数，分别
给各条路径上的加频偏信号做延时处理，得到加时延信号；
(7)获得总衰落信号：
(7a)信号处理模块从数字信号处理器DSP的存储器内，读取用于对信号处
理模块设置各条路径衰落率的八个特征数据；
(7b)数字信号处理器DSP将八个特征数据转化为各条路径的衰落率参数，
使用加瑞利衰落方法，分别给各条路径的加延时信号加衰落，得到各条路径上的
加衰落信号；
(7c)将所有路径的加衰落信号叠加，合成为一个总衰落信号；
(8)获得加噪声信号：
(8a)信号处理模块从数字...

【专利技术属性】
技术研发人员：马卓，杜栓义，魏萌，杜鸿，徐亮，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61