一种Nakagami衰落信道的测试系统及其验证方法技术方案

一种Nakagami衰落信道的测试系统及其验证方法，测试系统包括信号发生器、Nakagami衰落信道模拟器和计算机，信号发生器用于输出频率为f的正弦波信号并传至Nakagami衰落信道模拟器和计算机；Nakagami衰落信道模拟器用于产生Nakagami衰落信道；计算机用于数据处理与分析。验证方法分别验证Nakagami衰落信道时域衰落特性、一阶统计特性和二阶统计特性，时域衰落特性是在不同的Nakagami衰落因子下，在时域上验证波形波动速率和波动范围；一阶统计特性主要通过Kolmogorov Smirnov(KS)假设检验法来验证Nakagami衰落信道的幅值和相角分布统计特性；二阶统计特性主要验证功率谱密度函数的形状和带宽。本发明专利技术对Nakagami衰落信道模拟器或仿真模型性能的验证具有准确和可行性的特点。

A test system for Nakagami fading channels and its verification method

A test system for Nakagami fading channel and its verification method, the test system includes signal generator, Nakagami fading channel simulator and computer. Signal generator is used to output sine wave signals of F frequency and pass to Nakagami fading channel simulator and computer; Nakagami fading channel simulator is used to produce Nakagami Fading channels; computers are used for data processing and analysis. Verification methods verify the time-domain fading characteristics, first order statistical characteristics and two order statistical properties of Nakagami fading channel respectively. The time domain fading characteristic is under different Nakagami fading factors, and the wave velocity and fluctuation range are verified in the time domain. The first order statistical properties are mainly verified by the Kolmogorov Smirnov (KS) hypothesis testing method. The amplitude and phase distribution statistics of Kagami fading channel; the second-order statistics mainly verify the shape and bandwidth of power spectral density function. The invention has the characteristics of accuracy and feasibility for the verification of the performance of the Nakagami fading channel simulator or the simulation model.

【技术实现步骤摘要】
一种Nakagami衰落信道的测试系统及其验证方法
本专利技术涉及无线信道建模与仿真领域，更具体地说是涉及一种Nakagami衰落信道的测试系统及其验证方法。
技术介绍
通过对无线信道衰落特性的长期研究，人们发现和总结了多种信道衰落的统计分布和模型。描述小尺度衰落常用的信道统计模型有瑞利模型、莱斯模型和Nakagami模型。其中，Nakagami模型可以灵活地表征不同程度的衰落，包括瑞利衰落信道和莱斯衰落信道，在实际的无线通信环境测试中表现出更好的匹配度，因此在理论建模分析和实际测试中得到了更为广泛的应用。申请号为201410288810.1、授权公开号为CN104052557B的专利公开了一种Nakagami复衰落信道建模方法，申请号为201110101732.6、授权公开号为CN102130734B的专利公开了一种Nakagami衰落信道建模和仿真方法，上述2个专利均提供了Nakagami衰落信道建模方法，验证结果只是简单地将理论值和仿真值进行比较，而未提及如何科学地验证该模型的有效性和准确性的相关方法。因而，为了保证Nakagami衰落信道模拟器或仿真模型的良好性能，需要一套健全和可行的验证技术方案。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种Nakagami衰落信道的测试系统及其验证方法，旨在提供一种对现有的Nakagami衰落信道模拟器或相关仿真模型性能的验证方案。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种Nakagami衰落信道的测试系统，包括信号发生器、Nakagami衰落信道模拟器和计算机，信号发生器通过SMA电缆线分别与Nakagami衰落信道模拟器及计算机单向连接，Nakagami衰落信道模拟器通过GPIB通用接口总线与计算机单向连接；所述信号发生器用于输出频率为f的正弦波信号x，正弦波信号x分别通过SMA电缆线传至Nakagami衰落信道模拟器和计算机；所述Nakagami衰落信道模拟器用于产生Nakagami衰落信道y，测试过程中，Nakagami衰落信道模拟器设置最大多普勒频移fd、损耗、莱斯因子K、相角、Nakagami衰落因子m，其中m为1或(K+1)2/(2K+1)，且打开其中一条Nakagami衰落信道路径通道，关闭其余路径通道；所述计算机用于对来自Nakagami衰落信道模拟器射频输出的Nakagami衰落信道y进行运算和分析，得出Nakagami衰落信道在时域和频域上的性能指标，以验证信道模型的准确性。本专利技术还提供了一种根据上述Nakagami衰落信道的测试系统验证Nakagami衰落信道的方法，其特征在于，主要在计算机上进行运算和分析的数据处理，包括以下步骤：步骤S1，程序开始，进行参数初始化，设定测试系统的采样频率和载波频率；步骤S2，验证Nakagami衰落信道时域衰落特性；步骤S3，验证Nakagami衰落信道一阶统计特性；步骤S4，验证Nakagami衰落信道二阶统计特性；步骤S5，程序结束。进一步，所述S2验证Nakagami衰落信道时域衰落特性具体包括：通过计算机得到的高频信号y的包络求得Nakagami衰落信道h，然后观察Nakagami衰落信道h的幅值波形在时域上是否快速波动，并且该Nakagami衰落信道h的幅值波形的波动范围为30dB至-60dB；当Nakagami衰落因子m为1时，验证Nakagami衰落信道是否符合瑞利衰落信道的特点；当Nakagami衰落因子m为(K+1)2/(2K+1)时，验证Nakagami衰落信道是否符合莱斯衰落信道的特点。进一步，所述步骤S3验证Nakagami衰落信道一阶统计特性，包括：分别对求得的Nakagami衰落信道h进行幅值和相角统计分析。由理论可知，瑞利衰落信道幅值统计服从瑞利分布，相角统计服从均匀分布；莱斯衰落信道幅值统计服从莱斯分布，相角统计服从高斯分布，假设瑞利分布、莱斯分布、均匀分布和高斯分布的概率密度函数的特征参数均用σ表示，工程上，在KolmogorovSmirnov假设检验理论的基础上对Nakagami衰落信道h进行统计验证，其验证方法为：S31，分别求Nakagami衰落信道h的幅值序列H和相角序列θ；S32，设定显著性水平α；S33，通过最小二乘估计法求得参数σ的理论值和对应的置信区间Ω；S34，分别计算幅值序列H和相角序列θ实际和理论的累积分布函数；S35，通过KolmogorovSmirnov(KS)假设检验法进行随机分布验证。进一步，所述步骤S4验证Nakagami衰落信道二阶统计特性，具体包括：分别对求得的Nakagami衰落信道h进行自相关和多普勒功率谱分析，主要验证功率谱密度函数的形状和带宽，理论上，当Nakagami衰落因子m为1时，功率谱密度函数为“标准瑞利U型功率谱”，且频谱带宽约为2fd；当Nakagami衰落因子m为(K+1)2/(2K+1)时，功率谱密度函数为“标准莱斯U型功率谱”并带有多普勒频移的直射信号，且频谱带宽约为2fd。本专利技术与现有建模验证方法相比较具有以下优点：1、不依赖于简单的仿真图形对比，而是建立在统计学的基础上进行更为科学、准确而有效的方案实施；2、该测试系统的验证方法主要运用统计学经典KS假设检验方法，可以准确地验证Nakagami衰落信道一阶统计特性的幅值和相角分布类型，并且可以根据显著性水平得出置信区间，能在工程上提供被测量参数的测量值的可信度；3、该验证方法具有良好的可行性和可实施性，为后续研究其他无线信道衰落模型提供了可靠的验证方案。附图说明图1为本专利技术Nakagami衰落信道的测试系统的仪器连接图；图2为本专利技术Nakagami衰落信道验证方法流程图；图3为本专利技术m＝1时Nakagami衰落信道的时域幅值波动图；图4为本专利技术m＝1时Nakagami衰落信道的一阶统计特性图；图5为本专利技术m＝1时Nakagami衰落信道的累积分布函数图；图6为本专利技术m＝1时Nakagami衰落信道的二阶统计特性图；图7为本专利技术m＝(k+1)2/(2k+1)时Nakagami衰落信道的时域幅值波动图；图8为本专利技术m＝(k+1)2/(2k+1)时Nakagami衰落信道的一阶统计特性图；图9为本专利技术m＝(k+1)2/(2k+1)时Nakagami衰落信道的累积分布函数图；图10为本专利技术m＝(k+1)2/(2k+1)时Nakagami衰落信道的二阶统计特性图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进行详细的描述。参照图1，本专利技术Nakagami衰落信道的测试系统，包括信号发生器U1、Nakagami衰落信道模拟器U2和计算机U3，信号发生器U1通过SMA电缆线分别与Nakagami衰落信道模拟器U2及计算机U3单向连接，Nakagami衰落信道模拟器U2通过GPIB通用接口总线与计算机U3单向连接。信号发生器U1用于输出频率为f，功率适当的正弦波信号x。实施例中信号发生器U1采用Agilent33511B2通道20MHz函数信号发生器，测试过程中，信号发生器U1输出频率f为10MHz、功率电平为-10dB的正弦波信号x分别通过SMA电缆线(数据线)传至Nakagami衰落信道模拟器U2和计算机U3。Na本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Nakagami衰落信道的测试系统，其特征在于，包括信号发生器、Nakagami衰落信道模拟器和计算机，信号发生器通过SMA电缆线分别与Nakagami衰落信道模拟器及计算机单向连接，Nakagami衰落信道模拟器通过GPIB通用接口总线与计算机单向连接；所述信号发生器用于输出频率为f的正弦波信号x，正弦波信号x分别通过SMA电缆线传至Nakagami衰落信道模拟器和计算机；所述Nakagami衰落信道模拟器用于产生Nakagami衰落信道y，测试过程中，Nakagami衰落信道模拟器设置最大多普勒频移fd、损耗、莱斯因子K、相角、Nakagami衰落因子m，其中m为1或(K+1)2/(2K+1)，且打开其中一条Nakagami衰落信道路径通道，关闭其余路径通道；所述计算机用于对来自Nakagami衰落信道模拟器射频输出的Nakagami衰落信道y进行运算和分析，得出Nakagami衰落信道在时域和频域上的性能指标，以验证信道模型的准确性。

【技术特征摘要】
1.一种Nakagami衰落信道的测试系统，其特征在于，包括信号发生器、Nakagami衰落信道模拟器和计算机，信号发生器通过SMA电缆线分别与Nakagami衰落信道模拟器及计算机单向连接，Nakagami衰落信道模拟器通过GPIB通用接口总线与计算机单向连接；所述信号发生器用于输出频率为f的正弦波信号x，正弦波信号x分别通过SMA电缆线传至Nakagami衰落信道模拟器和计算机；所述Nakagami衰落信道模拟器用于产生Nakagami衰落信道y，测试过程中，Nakagami衰落信道模拟器设置最大多普勒频移fd、损耗、莱斯因子K、相角、Nakagami衰落因子m，其中m为1或(K+1)2/(2K+1)，且打开其中一条Nakagami衰落信道路径通道，关闭其余路径通道；所述计算机用于对来自Nakagami衰落信道模拟器射频输出的Nakagami衰落信道y进行运算和分析，得出Nakagami衰落信道在时域和频域上的性能指标，以验证信道模型的准确性。2.根据权利要求1所述的Nakagami衰落信道的测试系统验证Nakagami衰落信道的方法，其特征在于，主要在计算机上进行运算和分析的数据处理，包括以下步骤：步骤S1，程序开始，进行参数初始化，设定测试系统的采样频率和载波频率；步骤S2，验证Nakagami衰落信道时域衰落特性；步骤S3，验证Nakagami衰落信道一阶统计特性；步骤S4，验证Nakagami衰落信道二阶统计特性；步骤S5，程序结束。3.如权利要求2所述的Nakagami衰落信道的测试系统验证Nakagami衰落信道的方法，其特征在于，所述步骤S2验证Nakagami衰落信道时域衰落特性是在不同的Nakagami衰落因子下，在时域上验证波形波动速率和波动范围，具体包括：通过计算机得到的高频信号y的包络求得Nakagami衰落信道h，然后观察Nakagami衰落信道h的幅值波形在时域上是否快速波动，并且该N...

【专利技术属性】
技术研发人员：何怡刚，黄源，张慧，李兵，尹柏强，段嘉珺，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42