一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法及装置，包括以下步骤：S1：根据场景选择一组信道传输参数并随机选取一组图像作为测试数据；S2：根据选择的信道传输参数，对测试数据进行处理；S3：获取实际场景中信道冲激响应，将步骤S2中处理过的测试数据与信道冲激响应做卷积并叠加噪声功率，模拟信道传输；S4：经过模拟信道传输的测试数据进行步骤S2的逆处理；S5：统计测试数据经过步骤S2

【技术实现步骤摘要】
一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法及装置


[0001]本专利技术涉及无线通信领域，具体涉及一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法及装置。

技术介绍

[0002]随着第五代移动通信技术(5G)的商用和快速发展，人们对于各种场景的组网需求越来越高，5G低功耗、大连接、低延迟，高可靠性以及物联网相关技术的发展为万物互联做了充足的技术准备，各种应用场景不断拓宽和下沉，如智慧城市，远程环境监测，工业应用和控制等均在快速发展的过程中，网络层作为物联网系统中至为关键的一层越来越受到人们的关注。
[0003]而现有的一些信道仿真器大多只关注于无线信道传输特性或者其中某单一环节的仿真，忽略了对上下行基带处理等其他部分对通信系统性能的影响，从而对场景组网规划，资源调度，传输参数配置等带来不利影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法及装置，基于信道特性，叠加上下行基带处理，对信道传输进行模拟，通过传输性能指标，为通信系统提供合适参考。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法，包括以下步骤：
[0006]S1：根据场景选择一组信道传输参数并随机选取一组图像作为测试数据；
[0007]S2：根据选择的信道传输参数，对测试数据依次进行数据比特打包、卷积信道编码、比特交织、比特加扰、调制、频域资源映射、插入导频序列、IFFT和加入循环前缀处理；
[0008]S3：获取实际场景中信道冲激响应，将步骤S2中处理过的测试数据与信道冲激响应做卷积并叠加噪声功率，模拟信道传输；
[0009]S4：经过模拟信道传输的测试数据依次进行采样、去除循环前缀、FFT、解资源映射、信道估计、解调、解扰、解交织、卷积信道解码和比特数据重组处理；
[0010]S5：统计测试数据经过步骤S2
‑
S4传输的误码率、传输速率和消耗时间。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述信道传输参数包括子载波间隔、带宽、调制方式、卷积码深度、编码效率和信噪比。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0013]S21：数据比特打包，将测试数据的并行采样点转为串行比特数据；
[0014]S22：卷积信道编码，建立模型(n，N，k，K)，k为每组每次编码输入到卷积编码器的比特数，n为每次编码输入k比特的码字组数，N为每次卷积编码器输出k比特码字组数，K为编码存储深度，即卷积编码器的k比特的运算级数，每轮编码输入n*k比特，输出N*k比特；
[0015]S23：比特交织，将信道编码后的数据按m比特组成一帧，把m个帧中的第1个比特取
出来，按MSB的顺序组成一个新的m比特帧，称作第一帧，m个帧中的第2个比特取出来按顺序组成第二帧，后续比特依此类推，每次交织共m*m个比特；
[0016]S24：比特加扰，将小区ID和伪随机序列组成扰码序列，把生成的扰码序列与交织后的比特序列按位做异或获得加扰比特序列；
[0017]S25：调制，将加扰比特序列分组进行星座图坐标映射，每组比特映射一个坐标符号；
[0018]S26：频域资源映射，将调制后的坐标符号映射到发送带宽的中心带宽上，头尾留有保护带宽，映射结束后插入基于伪随机序列生成的导频序列；
[0019]S27：IFFT，将映射好的数据调制到对应子载波上，频域转时域，其中，每次IFFT计算均获得一个symbol，长度由传输带宽和子载波间隔计算获得；
[0020]S28：加入循环前缀，将每个symbol的前n个数据复制并加在原symbol的前面。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S3中，通过频域测量法对实际场景环境进行扫频，获得信号频率响应H(fi)，fi表示扫描的频点，对其做IDFT获得信道单位冲激响应其中，n为多径数，i
k
为信道时延，a
k
为信道响应的幅度，θ
k
为信道响应的相位，将h(i)与下行信道数据进行卷积并叠加噪声功率，模拟无线信道传输。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S4具体包括以下步骤：
[0023]S41：采样信道数据，并分symbol移除循环前缀，采样率由传输带宽决定，采样时长由发送时长决定；
[0024]S42：FFT，分symbol进行FFT运算，并根据有效传输带宽进行解资源映射；
[0025]S43：信道估计，信道传输模型为Y＝XH+Z，其中Y为接收信号矢量，X为发射信号矢量，H为信道频率响应矢量，Z为噪声矢量，基于最小二乘估计，构建目标函数通过求导可获得使最小的基于此结论，获得导频的信道频率响应
[0026][0027]M为有效子载波的数量，N为导频symbol的数量，对每行H
p
做IDFT，并进行补零操作获得响应矩阵
[0028][0029]L为数据symbol的数量，对h
p
每行做DFT获得数据信道频率响应
[0030][0031]最后的接收数据为最后的接收数据为为原始接收数据，Y为信道估计处理后的接收数据；
[0032]S44：解调、解扰、解交织，分别为步骤S25、步骤S24、步骤S23的逆过程；
[0033]S45：信道解码，采用基于最大似然法的维特比解码算法，推出所有输入的原始信息比特。
[0034]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S45，具体包括以下步骤：
[0035]S451：对于一串接收的序列Rs，在所有输入方式所能产生的编码序列Cs中找到一串与Rs最相似的序列C*作为接收原码，判断序列相似度的指标是汉明距离，即要判断Rs与Cs对应比特不同的位数，相同的位数越高，序列相似度越高；
[0036]S452：根据C*在trellis diagram中表示的path反推出所有输入的原始信息比特。
[0037]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S2的输入比特和步骤S4的输出比特进行比较，错误输出的比特数与输入比特数的比值即为误码率，所述传输速率的计算公式为：
[0038]V＝log2(M)*Ncd*coderate*(Nsd/Ns)/((1/scs)+(1/(scs*Nc))*cp_len)/103[0039]其中，Ncd表示一个符号内用于传输数据的子载波数，Nc表示一个符号内用于保护的子载波数与传输数据子载波数的和，cp_len表示每个符号的循环前缀长度，Nsd表示传输数据的符号，Ns表示传输数据的符号数与传输导频符号数的和，scs表示子载波间隔，coderate表示编码效率，M表示调制模式；
[0040]所述消耗时间采用计时函数，计时从测试数据进入步骤S2开始，到步骤S4输出截止。
[0041]作为本专利技术的进一步改进，还包括以下步骤：
[0042]S6：选择不同于步骤S1的信道传输参数和相同的测试数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：根据场景选择一组信道传输参数并随机选取一组图像作为测试数据；S2：根据选择的信道传输参数，对测试数据依次进行数据比特打包、卷积信道编码、比特交织、比特加扰、调制、频域资源映射、插入导频序列、IFFT和加入循环前缀处理；S3：获取实际场景中信道冲激响应，将步骤S2中处理过的测试数据与信道冲激响应做卷积并叠加噪声功率，模拟信道传输；S4：经过模拟信道传输的测试数据依次进行采样、去除循环前缀、FFT、解资源映射、信道估计、解调、解扰、解交织、卷积信道解码和比特数据重组处理；S5：统计测试数据经过步骤S2
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S4传输的误码率、传输速率和消耗时间。2.如权利要求1所述的一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法，其特征在于：所述信道传输参数包括子载波间隔、带宽、调制方式、卷积码深度、编码效率和信噪比。3.如权利要求2所述的一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤：S21：数据比特打包，将测试数据的并行采样点转为串行比特数据；S22：卷积信道编码，建立模型(n，N，k，K)，k为每组每次编码输入到卷积编码器的比特数，n为每次编码输入k比特的码字组数，N为每次卷积编码器输出k比特码字组数，K为编码存储深度，即卷积编码器的k比特的运算级数，每轮编码输入n*k比特，输出N*k比特；S23：比特交织，将信道编码后的数据按m比特组成一帧，把m个帧中的第1个比特取出来，按MSB的顺序组成一个新的m比特帧，称作第一帧，m个帧中的第2个比特取出来按顺序组成第二帧，后续比特依此类推，每次交织共m*m个比特；S24：比特加扰，将小区ID和伪随机序列组成扰码序列，把生成的扰码序列与交织后的比特序列按位做异或获得加扰比特序列；S25：调制，将加扰比特序列分组进行星座图坐标映射，每组比特映射一个坐标符号；S26：频域资源映射，将调制后的坐标符号映射到发送带宽的中心带宽上，头尾留有保护带宽，映射结束后插入基于伪随机序列生成的导频序列；S27：IFFT，将映射好的数据调制到对应子载波上，频域转时域，其中，每次IFFT计算均获得一个symbol，长度由传输带宽和子载波间隔计算获得；S28：加入循环前缀，将每个symbol的前n个数据复制并加在原symbol的前面。4.如权利要求3所述的一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法，其特征在于：所述步骤S3中，通过频域测量法对实际场景环境进行扫频，获得信号频率响应H(fi)，fi表示扫描的频点，对其做IDFT获得信道单位冲激响应其中，n为多径数，i
k
为信道时延，a
k
为信道响应的幅度，θ
k
为信道响应的相位，将h(i)与下行信道数据进行卷积并叠加噪声功率，模拟无线信道传输。5.如权利要求4所述的一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括以下步骤：S41：采样信道数据，并分symbol移除循环前缀，采样率由传输带宽决定，采样时长由发送时长决定；S42：FFT，分symbol进行FFT运算，并根据有效传输带宽进行解资源映射；
S43：信道估计，信道传输模型为Y＝XH+Z，其中Y为接收信号矢量，X为发射信号矢量，H为信道频率响应矢量，Z为噪声矢量，基于最小二乘估计，构建目标函数通过求导可获得使最小的基于此结论，获得导频的信道频率响应M为有效子载波的数量，N为导频symbol的数量，对每行H
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，李凯亮，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：