一种用于车联网的确定性信道模拟器及信道模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种用于车联网的确定性信道模拟器及信道模拟方法。该确定性信道模拟器包括用户接口模块、数据处理模块及多个射频信道。通过用户接口模块设置仿真区域，并在仿真过程中动态计算当前发送射频信号的车载通信终端每移动预设步长时所涉及的可视散射点；通过数据处理模块基于传播图论的方式，计算出每个待测车载通信终端的信道的冲激响应，使得本用于车联网的确定性信道模拟器可以在车载通信终端每移动预设步长时输出一次信道的冲激响应，从而实现针对特定地理场景的确定性无线信道模拟，精确给出车辆不同时刻下的信道特征变化。

【技术实现步骤摘要】
一种用于车联网的确定性信道模拟器及信道模拟方法
本专利技术涉及一种用于车联网的确定性信道模拟器，同时也涉及基于该确定性信道模拟器实现的信道模拟方法,属于通信测试

技术介绍
随着无线通信技术的发展，蜂窝网络提供了越来越多的能力来支持更多的车辆通信功能。近年来，5GV2X标准的设计目标是解决自动驾驶车辆带来的多终端的通信机制。一般通信系统设计中，需要应用无线信道模拟器对无线信道衰落进行实时模拟，从而对无线通信系统的性能进行有效评估。相比于传统的无线通信系统，基于多终端的车联网通信系统，需要结合各种传感器进行联合性能评估。尤其是需要针对特定的路况和实际车辆状况，评估包含通信系统的各个传感器功能及性能是否正常。因此，传统的基于统计模型的信道模拟器无法满足针对实际无线环境的信道模拟以及相对应性能模拟。具体来说，当前的多终端车联网系统需要能够实时模拟基于特定地理环境，车载终端位置分布，以及收发系统均出现快速时变场景下的信道。同时，由于硬件在环仿真中(V2X车联网系统中典型的性能评估方法)，需要评估多传感器(如车载雷达，通信终端等)的实时性能评估，需要信道模拟器可以根据实际的通信车辆之间的无线信道进行模拟，并考虑实际地形的影响。在这种情况下，传统的使用统计信道模型的信道模拟器无法正常工作，其不能模拟实际的无线信道，同时也不能根据通信双方的实时位置模拟实时的信道变化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的首要技术问题在于提供一种用于车联网的确定性信道模拟器。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种基于该确定性信道模拟器实现的信道模拟方法。为了实现上述目的，本专利技术采用下述的技术方案：根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种用于车联网的确定性信道模拟器，包括用户接口模块、数据处理模块及多个射频信道，所述用户接口模块连接所述数据处理模块，各所述射频信道对应连接由待测车载通信终端和对应的标准车载通信终端组成的多对收发机，每个所述待测车载通信终端和对应的所述标准车载通信终端还分别连接所述用户接口模块、所述数据处理模块；所述用户接口模块，用于设置所述待测车载通信终端的仿真区域，V2X场景模拟信息以及信道模拟器的基本参数，并对所述待测车载通信终端的仿真区域和V2X场景模拟信息离散化处理后进行仿真，动态计算当前发送射频信号的车载通信终端每移动预设步长时所涉及的可视散射点，以确定V2X射频信号的所有传播路径；所述数据处理模块，用于根据每个车载通信终端发送射频信号后的所有传播路径，计算出每个车载通信终端的信道的冲激响应。其中较优地，所述用户接口模块，包括数字地图单元、V2X场景模拟单元、信道设置单元和信道可视化单元，所述数字地图单元一方面连接外部的地图数据库，另一方面连接所述信道可视化单元，所述V2X场景模拟单元、所述信道设置单元和所述信道可视化单元分别连接所述数据处理模块；所述数字地图单元，用于设置所述待测车载通信终端的仿真区域，并获取所述仿真区域中的散射体和街道的相关信息；所述V2X场景模拟单元,用于根据所述仿真区域，设置V2X场景模拟信息；所述信道设置单元，用于设置信道模拟器的基本参数；所述信道可视化单元，用于对所述仿真区域中的散射体，所述待测车载通信终端以及所述标准车载通信终端进行检测，并提取出形成各部分外围轮廓的顶点和边的集合后，在仿真过程中动态计算当前发送射频信号的车载通信终端每移动预设步长时所涉及的可视散射点,并进行建模，以确定V2X射频信号的所有传播路径。其中较优地，所述数据处理模块，包括调度单元、图论计算单元、信道冲激响应计算单元和控制单元，所述调度单元分别连接所述V2X场景模拟单元和车载通信终端的收发机，所述图论计算单元一方面分别连接所述V2X场景模拟单元、所述信道设置单元和所述信道可视化单元，所述图论计算单元另一方面连接所述信道冲激响应计算单元，所述信道冲激响应计算单元连接所述控制单元；所述图论计算单元，用于根据每个车载通信终端发送射频信号后的所有传播路径，计算出信道传递函数的频域响应；所述信道冲激响应计算单元，用于对所述信道传递函数的频域响应进行快速傅里叶逆变换算法计算，得到信道的冲激响应。其中较优地，所述图论计算单元，包括信道传递函数计算子单元和信道传递函数的频域响应子单元，所述信道传递函数计算子单元和所述信道传递函数的频域响应子单元连接；所述信道传递函数计算子单元，用于根据每个车载通信终端发送射频信号后的所有传播路径，计算所有传播路径的电磁波传递函数；所述信道传递函数的频域响应子单元，用于根据所述所有传播路径的电磁波传递函数，计算出所述信道传递函数的频域响应。其中较优地，每条传播路径的电磁波传递函数具体表示为：其中，GT(f)和GR(f)分别为发送和接收天线的方向图，ge(f)为每一条传播路径的电磁波幅度变化，指数项内为每一条传播路径的电磁波相位变化，j为常规系数，τe为电磁波经过每一条传播路径的延时，f为载波频率，为预先设置的每条传播路径产生的随机相位。其中较优地，每条传播路径的能量衰减变化开方后，得到每条传播路径的电磁波幅度变化；所述每条传播路径的能量衰减变化表示为：其中，e为电磁波传播路径的类型，εd为发射节点到接收节点的所有传播路径集合，λ为电磁波波长，rd为发射节点与接收节点的距离；εt为发射节点到可视散射点的所有传播路径集合，dS为发射节点到可视散射点的散射面积，θi为电磁波从发射节点到可视散射点的入射方向与可视散射点法线的夹角，ri为发射节点到可视散射点的距离；εr为接收节点到可视散射点的所有传播路径集合，S为接收节点到可视散射点的散射损耗的常数，θs为电磁波从可视散射点到接收节点的出射方向与可视散射点法线的夹角，rs为可视散射点到接收节点的距离；εs为可视散射点到可视散射点的所有传播路径集合θi2θs1分别为在考虑多次反射的模型下，当前反射入射角和上一次出射角的方向，r12表示在考虑多次反射的模型下，当前可视散射点与上一次可视散射接触点的距离。其中较优地，所述信道传递函数的频域响应H(f)根据如下公式得到：其中，Y(f)为接收机接收V2X射频信号向量的频域，D(f)、R(f)、B(f)、T(f)分别为所有发射节点到接收节点的转移矩阵频域，所有散射点到接收节点的转移矩阵频域，所有散射点之间的转移矩阵频域，以及所有发射节点到散射点之间的转移矩阵频域,I为对角矩阵，X(f)为发送信号向量的频域。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种信道模拟方法，基于上述用于车联网的确定性信道模拟器实现，包括如下步骤：设置待测车载通信终端的仿真区域，V2X场景模拟信息以及信道模拟器的基本参数，并对所述仿真区域和所述V2X场景模拟信息离散化处理后进行仿真，动态计算当前发送射频信号的车载通信终端每移动预设步长时所涉及的可视散射点，以确定V2X射频信号的所有传播路径；根据每个车载通信终端发送射频信号后的所有传播路径，计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于车联网的确定性信道模拟器，其特征在于包括用户接口模块、数据处理模块及多个射频信道，所述用户接口模块连接所述数据处理模块，各所述射频信道对应连接由待测车载通信终端和对应的标准车载通信终端组成的多对收发机，每个所述待测车载通信终端和对应的所述标准车载通信终端还分别连接所述用户接口模块、所述数据处理模块；/n所述用户接口模块，用于设置所述待测车载通信终端的仿真区域，V2X场景模拟信息以及信道模拟器的基本参数，并对所述待测车载通信终端的仿真区域和V2X场景模拟信息离散化处理后进行仿真，动态计算当前发送射频信号的车载通信终端每移动预设步长时所涉及的可视散射点，以确定V2X射频信号的所有传播路径；/n所述数据处理模块，用于根据每个车载通信终端发送射频信号后的所有传播路径，计算出每个车载通信终端的信道的冲激响应。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于车联网的确定性信道模拟器，其特征在于包括用户接口模块、数据处理模块及多个射频信道，所述用户接口模块连接所述数据处理模块，各所述射频信道对应连接由待测车载通信终端和对应的标准车载通信终端组成的多对收发机，每个所述待测车载通信终端和对应的所述标准车载通信终端还分别连接所述用户接口模块、所述数据处理模块；
所述用户接口模块，用于设置所述待测车载通信终端的仿真区域，V2X场景模拟信息以及信道模拟器的基本参数，并对所述待测车载通信终端的仿真区域和V2X场景模拟信息离散化处理后进行仿真，动态计算当前发送射频信号的车载通信终端每移动预设步长时所涉及的可视散射点，以确定V2X射频信号的所有传播路径；
所述数据处理模块，用于根据每个车载通信终端发送射频信号后的所有传播路径，计算出每个车载通信终端的信道的冲激响应。


2.如权利要求1所述的确定性信道模拟器，其特征在于：
所述用户接口模块，包括数字地图单元、V2X场景模拟单元、信道设置单元和信道可视化单元，所述数字地图单元一方面连接外部的地图数据库，另一方面连接所述信道可视化单元，所述V2X场景模拟单元、所述信道设置单元和所述信道可视化单元分别连接所述数据处理模块；
所述数字地图单元，用于设置所述待测车载通信终端的仿真区域，并获取所述仿真区域中的散射体和街道的相关信息；
所述V2X场景模拟单元,用于根据所述仿真区域，设置V2X场景模拟信息；
所述信道设置单元，用于设置信道模拟器的基本参数；
所述信道可视化单元，用于对所述仿真区域中的散射体，所述待测车载通信终端以及所述标准车载通信终端进行检测，并提取出形成各部分外围轮廓的顶点和边的集合后，在仿真过程中动态计算当前发送射频信号的车载通信终端每移动预设步长时所涉及的可视散射点,并进行建模，以确定V2X射频信号的所有传播路径。


3.如权利要求2所述的确定性信道模拟器，其特征在于：
所述数据处理模块，包括调度单元、图论计算单元、信道冲激响应计算单元和控制单元，所述调度单元分别连接所述V2X场景模拟单元和车载通信终端的收发机，所述图论计算单元一方面分别连接所述V2X场景模拟单元、所述信道设置单元和所述信道可视化单元，所述图论计算单元另一方面连接所述信道冲激响应计算单元，所述信道冲激响应计算单元连接所述控制单元；
所述图论计算单元，用于根据每个车载通信终端发送射频信号后的所有传播路径，计算出信道传递函数的频域响应；
所述信道冲激响应计算单元，用于对所述信道传递函数的频域响应进行快速傅里叶逆变换算法计算，得到信道的冲激响应。


4.如权利要求3所述的确定性信道模拟器，其特征在于：
所述图论计算单元，包括信道传递函数计算子单元和信道传递函数的频域响应子单元，所述信道传递函数计算子单元和所述信道传递函数的频域响应子单元连接；
所述信道传递函数计算子单元，用于根据每个车载通信终端发送射频信号后的所有传播路径，计算所有传播路径的电磁波传递函数；
所述信道传递函数的频域响应子单元，用于根据所述所有传播路径的电磁波传递函数，计算出所述信道传递函数的频域响应。


5.如权利要求4所述的确定性信道模拟器，其特征在于：
每条传播路径的电磁波传递函数具体表示为：



其中，GT(f)和GR(f)分别为发送和接收天线的方向图，ge(f)为每一条传播路径的电磁波幅度变化，指数项内为每一条传播路径的电磁波相位变化，j为常规系数，τe为电磁波经过每一条传播路径的延时，f为载波频率，为预先设置的每条传播路径产生的随机相位。


6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂云松，王浩文，孙平山，王勇，刘韡烨，田宇涵，谢建国，
申请(专利权)人：上海无线通信研究中心，中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31