本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于MIMO的信道建模裝置和方法。

背景技術(shù)：

目前，MIMO(Multiple Input Multiple Output，多輸入多輸出)通信系統(tǒng)成為數(shù)字通信研究中的一個(gè)熱點(diǎn)，其在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射電線和接收天線，使信號通過發(fā)射端和接收端的多個(gè)天線進(jìn)行傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量。

現(xiàn)有技術(shù)中，在對MIMO通信系統(tǒng)進(jìn)行研究時(shí)，通常需要建模，然而，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的信道建模裝置需要損耗較多的資源，存在工作效率較低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于MIMO的信道建模裝置和方法，用于減少建模的資源損耗，提高工作效率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所提供的基于MIMO的信道建模裝置采用如下技術(shù)方案：

一種基于MIMO的信道建模裝置包括非實(shí)時(shí)模塊和實(shí)時(shí)模塊；其中，非實(shí)時(shí)模塊包括路徑衰落信息生成單元和空間相關(guān)矩陣生成單元，路徑衰落信息生成單元用于生成L條路徑衰落信息，空間相關(guān)矩陣生成單元用于生成L組(MN*NM)的相關(guān)矩陣，其中，N為發(fā)射天線的數(shù)量，M為接收天線的數(shù)量，MN＝M*N，NM＝N*M，L、N和M均為正整數(shù)；實(shí)時(shí)模塊包括矩陣處理子模塊和與M根接收天線一一對應(yīng)的接收天線信號處理子模塊，矩陣處理子模塊包括與L條路徑衰落信息一一對應(yīng)的路徑信號處理單元，路徑信號處理單元分別與路徑衰落信息生成單元和空間相關(guān)矩陣生成單元連接，用于利用相關(guān)矩陣對相對應(yīng)的路徑衰落信息進(jìn)行處理，生成與各個(gè)接收天線相對應(yīng)的信道時(shí)域相關(guān)信號；接收天線信號處理子模塊與矩陣處理子模塊連接，用于對信道時(shí)域相關(guān)信號進(jìn)行處理，得到與接收天線相對應(yīng)的接收信號。

由于該基于MIMO的信道建模裝置具有上述結(jié)構(gòu)，因此，可以先通過路徑衰落信息生成單元生成L條路徑衰落信息，通過空間相關(guān)矩陣生成單元生成L組(MN*NM)的相關(guān)矩陣，再通過第一路徑信號處理單元利用相關(guān)矩陣對相對應(yīng)的路徑衰落信息進(jìn)行處理，生成與各個(gè)接收天線相對應(yīng)的信道時(shí)域相關(guān)信號，最后通過接收天線信號處理子模塊對道時(shí)域相關(guān)信號進(jìn)行處理，得到與接收天線相對應(yīng)的接收信號。由此可知，路徑衰落信息生成單元只需要向矩陣處理子模塊提供L條路徑衰落信息即可，相比于現(xiàn)有技術(shù)，明顯地減少了建模的資源損耗，提高了工作效率。

此外，本發(fā)明還提供了一種基于MIMO的信道建模方法，該方法包括：步驟S1、生成L條路徑衰落信息和L組(MN*NM)的相關(guān)矩陣，其中，N為發(fā)射天線的數(shù)量，M為接收天線的數(shù)量，MN＝M*N，NM＝N*M，L、N和M均為正整數(shù)；步驟S2、利用相關(guān)矩陣對相對應(yīng)的路徑衰落信息進(jìn)行處理，生成與各個(gè)接收天線相對應(yīng)的信道時(shí)域相關(guān)信號；步驟S3、對信道時(shí)域相關(guān)信號進(jìn)行處理，得到與接收天線相對應(yīng)的接收信號。

該基于MIMO的信道建模方法與上述的基于MIMO的信道建模裝置相配合使用，因此，該基于MIMO的信道建模方法具有與上述的基于MIMO的信道建模裝置相同的有益效果，此處不再進(jìn)行贅述。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的基于MIMO的信道建模裝置的模塊示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的路徑信號處理單元的模塊示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的接收天線信號處理子模塊的模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于MIMO的信道建模裝置，如圖1所示，該基于MIMO的信道建模裝置包括非實(shí)時(shí)模塊和實(shí)時(shí)模塊。其中，非實(shí)時(shí)模塊包括路徑衰落信息生成單元和空間相關(guān)矩陣生成單元，路徑衰落信息生成單元用于生成L條路徑衰落信息，空間相關(guān)矩陣生成單元用于生成L組(MN*NM)的相關(guān)矩陣，其中，N為發(fā)射天線的數(shù)量，M為接收天線的數(shù)量，MN＝M*N，NM＝N*M，L、N和M均為正整數(shù)；實(shí)時(shí)模塊包括矩陣處理子模塊和與M根接收天線一一對應(yīng)的接收天線信號處理子模塊，矩陣處理子模塊包括與L條路徑衰落信息一一對應(yīng)的路徑信號處理單元，路徑信號處理單元分別與路徑衰落信息生成單元和空間相關(guān)矩陣生成單元連接，用于利用相關(guān)矩陣對相對應(yīng)的路徑衰落信息進(jìn)行處理，生成與各個(gè)接收天線相對應(yīng)的信道時(shí)域相關(guān)信號；接收天線信號處理子模塊與矩陣處理子模塊連接，用于對信道時(shí)域相關(guān)信號進(jìn)行處理，得到與接收天線相對應(yīng)的接收信號。示例性地，當(dāng)N＝4，M＝4時(shí)，那么，空間相關(guān)矩陣生成單元可以生成L組(16*16)的相關(guān)矩陣，另外，L條路徑衰落信息可分別用SEZ₁、SEZ₂、..SEZ_L來表示。

由于該基于MIMO的信道建模裝置具有上述結(jié)構(gòu)，因此，可以先通過路徑衰落信息生成單元生成L條路徑衰落信息，通過空間相關(guān)矩陣生成單元生成L組(MN*NM)的相關(guān)矩陣，再通過第一路徑信號處理單元利用相關(guān)矩陣對相對應(yīng)的路徑衰落信息進(jìn)行處理，生成與各個(gè)接收天線相對應(yīng)的信道時(shí)域相關(guān)信號，最后通過接收天線信號處理子模塊對道時(shí)域相關(guān)信號進(jìn)行處理，得到與接收天線相對應(yīng)的接收信號。由此可知，路徑衰落信息生成單元只需要向矩陣處理子模塊提供L條路徑衰落信息即可，相比于現(xiàn)有技術(shù)，明顯地減少了建模的資源損耗，提高了工作效率。

可選地，如圖1所示，非實(shí)時(shí)模塊還包括與路徑衰落信息生成單元連接的小尺度衰落參數(shù)輸入單元，用于向路徑衰落信息生成單元提供小尺度衰落參數(shù)。具體地，小尺度衰落參數(shù)包括載波頻點(diǎn)、移動(dòng)速度和信號速率。

可選地，如圖1所示，非實(shí)時(shí)模塊還包括與空間相關(guān)矩陣生成單元連接的空間相關(guān)參數(shù)輸入單元，用于向空間相關(guān)矩陣生成單元提供空間相關(guān)參數(shù)。具體地，空間相關(guān)參數(shù)包括到達(dá)角度、天線間隔和角度擴(kuò)散。需要說明的是，相關(guān)矩陣是基于空間相關(guān)參數(shù)的配置來生成的，例如，相關(guān)矩陣的大小可以根據(jù)配置的發(fā)射天線數(shù)和接收天線數(shù)來決定，相關(guān)度可以根據(jù)天線的間距和到達(dá)角度的配置來生成。

可選地，如圖2所示，路徑信號處理單元包括隨機(jī)數(shù)生成子單元、第一乘法器、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，逆快速傅里葉變換)子單元、第二乘法器和信息流流向處理子單元；其中，第一乘法器分別與路徑衰落信息生成單元和隨機(jī)數(shù)生成子單元連接，IFFT子單元分別與第一乘法器和第二乘法器連接，第二乘法器還與空間相關(guān)矩陣生成單元連接，信息流流向處理子單元分別與第二乘法器和接收天線信號處理子模塊連接。

下面以第1路徑下的第一徑信號SEZ₁為例，對該具有上述結(jié)構(gòu)的路徑信號處理單元進(jìn)行說明。第一徑信號SEZ₁通過第一乘法器與隨機(jī)數(shù)生成子單元所提供的MN組隨機(jī)數(shù)相乘，得到MN組小尺度衰落信號。然后，該MN組小尺度衰落信號通過IFFT子單元，得到時(shí)域上MN組小尺度衰落信道，接著，時(shí)域上MN組小尺度衰落信道通過第二乘法器與相關(guān)矩陣相乘，得到包含天線信息的MN組小尺度衰落信道，即此時(shí)第1路徑下的衰落信道為P₁R₁T₁、P₁R₁T₂、P₁R₁T₃、…、P₁R₁T_N、P₁R₂T₁、P₁R₂T₂、P₁R₂T₃、…、P₁R₂T_N、P₁R_MT₁、P₁R_MT₂、P₁R_MT₃、…P₁R_MT_N，其中，P用于表示路徑，R用于表示接收天線，T用于表示發(fā)射天線，例如，P₁R₁T₁表示第1路徑下第1接收天線第1發(fā)射天線的信道信息。最后，通過信息流流向處理子單元將這包含天線信息的MN組小尺度衰落信道劃分為M組，第1組小尺度衰落信道包括P₁R₁T₁、P₁R₁T₂、P₁R₁T₃、…P₁R₁T_N，第2組小尺度衰落信道包括P₁R₂T₁、P₁R₂T₂、P₁R₂T₃、…P₁R₂T_N，類似地，第M組小尺度衰落信道包括P₁R_MT₁、P₁R_MT₂、P₁R_MT₃、…P₁R_MT_N。如此處理，可以讓R的下標(biāo)為1的小尺度衰落信道流向第1根接收天線，R的下標(biāo)為2的小尺度衰落信道流向第2根接收天線，類似地，R的下標(biāo)為M小尺度衰落信道流向第M根接收天線，也就是說，最外層的索引由原來的按照路徑索引變成了按照接收天線索引。

進(jìn)一步地，如圖3所示，接收天線信號處理子模塊包括與L條路徑衰落信息一一對應(yīng)的衰落信號處理單元，第二路徑信號處理單元包括依次連接的PFIR子單元、CIC(Cascade Integrator Comb，積分梳狀抽取濾波)子單元、N個(gè)第三乘法器、發(fā)射信號疊加子單元、路徑延時(shí)信號處理子單元和第四乘法器，PFIR子單元還與信息流流向處理子單元連接；衰落信號處理單元還包括N個(gè)發(fā)射天線的信號輸入子單元，各個(gè)第三乘法器還分別與對應(yīng)的發(fā)射天線的信號輸入子單元連接；衰落信號處理單元還包括路徑振幅輸入子單元，第四乘法器還與路徑振幅輸入子單元連接；接收天線信號處理子模塊還包括路徑信號疊加單元，各個(gè)衰落信號處理單元中的第四乘法器還均與路徑信號疊加單元連接。其中，PFIR為可變的FIR(Finite Impulse Response，有限長單位沖激響應(yīng))濾波器系數(shù)，這個(gè)系數(shù)可以根據(jù)MATLAB編程得到。

下面以第1根接收天線中的第1路徑小尺度衰落信道為例，對具有上述結(jié)構(gòu)的接收天線信號處理子模塊進(jìn)行說明。第1路徑小尺度衰落信道包括P₁R₁T₁、P₁R₁T₂、P₁R₁T₃、…P₁R₁T_N，這N個(gè)小尺度衰落信道依次經(jīng)過PFIR子單元和CIC子單元進(jìn)行內(nèi)插濾波處理，再通過第三乘法器與相對應(yīng)的發(fā)射天線的信號相乘，例如，N個(gè)發(fā)射天線的信號分別用Td₁、Td₂、…Td_N表示，則P₁R₁T₁與Td₁相乘，P₁R₁T₂與Td₂相乘，類似地，P₁R₁T_N與Td_N相乘，得到N個(gè)第一結(jié)果，這N個(gè)第一結(jié)果再通過發(fā)射信號疊加子單元，進(jìn)行N條發(fā)射天線的信號疊加，得到第二結(jié)果，第二結(jié)果再通過第四乘法器與第1路徑的振幅相乘，得到第1路徑下的第1待疊加信號。類似地，可以得到第1根接收天線中的第2路徑下的第2待疊加信號、第1根接收天線中的第3路徑下的第3待疊加信號、…第1根接收天線中的第L路徑下的第L待疊加信號，再通過路徑信號疊加單元將第1待疊加信號、第2待疊加信號、…第L待疊加信號進(jìn)行疊加，從而實(shí)現(xiàn)L條路徑的疊加，生成第1接收天線的接收信號。

需要說明的是，第2接收天線、第3接收天線、…第M接收天線的接收信號的生成方法可以參照上述相關(guān)內(nèi)容，此處不再進(jìn)行贅述。

可選地，非實(shí)時(shí)模塊采用DSP(Digital Signal Process，數(shù)字信號處理)處理器實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)模塊采用FPGA(Filed Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)實(shí)現(xiàn)。

為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)一步理解該基于MIMO的信道建模裝置的優(yōu)點(diǎn)，下面對上述內(nèi)容做如下總結(jié)。

一方面，路徑衰落信息生成單元僅僅生成L條路徑衰落信息，F(xiàn)PGA自動(dòng)生成隨機(jī)數(shù)，能夠極大降低DSP處理器處理的數(shù)據(jù)量，因此，該信道建模裝置能夠生成更寬的多普勒頻移，在FPGA的處理速率為200MSPS時(shí)，能夠最大生成±3MHZ的多普勒頻移，滿足模擬高速飛行的需求。例如，射頻在6GHZ下可以支持每秒150公里這樣高速飛行帶來的多普勒頻移，并且處理復(fù)雜度低，滿足現(xiàn)在和未來對高速模型的需求。

另一方面，該信道建模裝置具有通用性，可以滿足不同的信道類型，例如，瑞利衰落、萊斯衰落或者各種多普勒頻率，如經(jīng)典譜、拉普拉斯譜和平坦譜，因此，該信道建模裝置具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

實(shí)施例二

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于MIMO的信道建模方法，該信道建模方法基于實(shí)施例一所述的信道建模裝置，該信道建模方法包括：

步驟S1、生成L條路徑衰落信息和L組(MN*NM)的相關(guān)矩陣，其中，N為發(fā)射天線的數(shù)量，M為接收天線的數(shù)量，MN＝M*N，NM＝N*M，L、N和M均為正整數(shù)；

步驟S2、利用相關(guān)矩陣對相對應(yīng)的路徑衰落信息進(jìn)行處理，生成與各個(gè)接收天線相對應(yīng)的信道時(shí)域相關(guān)信號；

步驟S3、對信道時(shí)域相關(guān)信號進(jìn)行處理，得到與接收天線相對應(yīng)的接收信號。

需要說明的是，該基于MIMO的信道建模方法與如實(shí)施例一所述的基于MIMO的信道建模裝置相配合使用，因此，該基于MIMO的信道建模方法的各個(gè)步驟的具體細(xì)節(jié)可參見實(shí)施例一中的相關(guān)描述，此處不再進(jìn)行贅述。

該基于MIMO的信道建模方法與上述的基于MIMO的信道建模裝置相配合使用，因此，該基于MIMO的信道建模方法具有與上述的基于MIMO的信道建模裝置相同的有益效果，此處不再進(jìn)行贅述。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。