專利名稱：產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度噪聲的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通訊信號處理領(lǐng)域，涉及擴頻數(shù)字通訊系統(tǒng)中產(chǎn)生一定歸一化信噪比要求的基帶信號的仿真，特別涉及一種產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度噪聲的方法及裝置。
背景技術(shù)：
在擴頻通訊系統(tǒng)仿真中，需要產(chǎn)生滿足一定歸一化信噪比Eb/N0的數(shù)據(jù)源。Eb為信號比特能量，N0為噪聲功率譜密度。信號為確知信號，歸一化信噪比要求實際是確定噪聲的參數(shù)。噪聲一般指白噪聲。在常規(guī)仿真軟件中，提供了白噪聲的產(chǎn)生模塊，其功率為1。實際信道中經(jīng)過前端濾波器后，噪聲的帶寬已經(jīng)發(fā)生變化。在擴頻通訊系統(tǒng)中，基帶信號帶寬是擴頻碼帶寬的2倍以上。這時，就需要產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度的噪聲源。直接采用白噪聲模塊產(chǎn)生的白噪聲的帶寬和所對應的功率譜密度無法滿足要求。
在擴頻通訊系統(tǒng)仿真時，往往采用隨機、重復實驗來保證仿真結(jié)果的普遍性，這一點要求仿真數(shù)據(jù)源能夠靈活、方便的產(chǎn)生，力求遍歷多種有代表意義的情況。目前，常規(guī)仿真軟件中提供的白噪聲模塊的帶寬和功率譜密度不能直接根據(jù)自己的需要同時進行設(shè)定。替代辦法可以采用一些軟件直接提供滿足歸一化信噪比的基帶數(shù)據(jù)，如COSSAP等。除了軟件本身價格昂貴以外，還存在同時和Matlab雙平臺協(xié)同仿真的問題，不論是采用數(shù)據(jù)共享，還是模塊調(diào)用，兩個不同平臺之間的共享總是不如一個平臺顯得靈活、自如。另外一種辦法采用儀器產(chǎn)生，除了儀器價格昂貴以外，數(shù)據(jù)樣本長度由于存儲設(shè)備受到較大限制，尤其是帶寬較大的情況下，存儲設(shè)備無法完成高速、長時間的數(shù)據(jù)采集。還有直接編寫算法程序來實現(xiàn)一定帶寬和功率譜密度的白噪聲，這種方式?jīng)]有充分利用現(xiàn)有模塊，需要額外的開銷來開發(fā)同樣的模塊，開發(fā)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度噪聲的方法及裝置，在常規(guī)軟件環(huán)境下，如C語言、Matlab語言，利用其自帶的白噪聲模塊產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度的噪聲。
本發(fā)明公開一種產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度噪聲的方法，包括如下步驟步驟一白噪聲模塊產(chǎn)生白噪聲樣本；步驟二根據(jù)帶寬要求，設(shè)計濾波器，該濾波器可以根據(jù)需要設(shè)計，只要帶寬滿足要求即可；步驟三將白噪聲樣本輸入濾波器，并將濾波器輸出信號功率歸一化；步驟四根據(jù)歸一化信噪比的要求，求出所需白噪聲功率，確定功率系數(shù)。功率系數(shù)計算模塊根據(jù)擴頻因子、帶寬、基帶數(shù)字信號的功率、歸一化信噪比確定需要的噪聲功率。具體計算如下碼片周期Tc；碼片幅度A；采樣率fs；噪聲功率譜密度N0擴頻因子SF信號比特能量Eb，噪聲功率譜密度N0。
因為，EbN0=SFA2Tcfs2σ2]]>所以，功率系數(shù)σ2=SFA2Tcfs2(Eb/N0)]]>步驟五根據(jù)功率系數(shù)對給定帶寬白噪聲進行功率修正，將步驟三的輸出乘以σ即可。
本發(fā)明還公開了一種產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度噪聲的裝置，所述裝置由3個模塊組成給定帶寬噪聲模塊、功率系數(shù)計算模塊、功率修正模塊，其中給定帶寬噪聲模塊包括白噪聲模塊、濾波器模塊、功率歸一化模塊，白噪聲模塊中產(chǎn)生的白噪聲，輸入濾波器模塊進行濾波，輸出信號功率輸入功率歸一化模塊進行歸一化；功率系數(shù)計算模塊計算出需要的噪聲功率系數(shù)；該功率噪聲功率系數(shù)與歸一化模塊歸一化的白噪聲經(jīng)過功率修正模塊，輸出符合功率譜密度要求的白噪聲。
所述濾波器模塊在WCDMA系統(tǒng)仿真中，采用位于基站端的根升余弦濾波器。
所述功率系數(shù)計算模塊根據(jù)擴頻因子、帶寬、基帶數(shù)字信號的功率、歸一化信噪比計算出需要的噪聲功率系數(shù)σσ2=SFA2Tcfs2(Eb/N0)]]>其中Tc--碼片周期、A--碼片幅度、fs--采樣率、N0--噪聲功率譜密度、SF--擴頻因子。
所述功率修正模塊是將歸一化模塊輸出的歸一化的白噪聲乘以σ即可。
本發(fā)明的方法獨特、新穎，在目前的專利和相關(guān)文獻中未檢索到。該方法具有以下特點第一，采用常規(guī)仿真軟件平臺，利用現(xiàn)有模塊進行改造，避免重新設(shè)計算法，大大提高了仿真效率。
第二，程序采用模塊化設(shè)計，輸入?yún)?shù)設(shè)定靈活。
第三，適用于信號處理領(lǐng)域中所有產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度的噪聲過程。


下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明。
圖1說明了本發(fā)明應用于WCDMA系統(tǒng)上行鏈路仿真的實施框圖；圖2說明了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式
在該實例中，WCDMA上行鏈路仿真按照功能分為四部分上行接收仿真數(shù)據(jù)源11、射頻子系統(tǒng)等效模型12、基帶信號處理模塊13、算法驗證14。符合WCDMA協(xié)議的數(shù)據(jù)源由3GPP數(shù)據(jù)源模塊1111產(chǎn)生，首先進入碼成型濾波器1112，這里碼成型濾波器的傳遞函數(shù)符合根升余弦特性，模擬移動臺側(cè)的處理過程，輸出的信號經(jīng)過信道模型模塊1113，模擬信號的空間傳輸過程，信號到達基站側(cè)首先進入陣列天線接收，由陣列模型模塊1114處理得到矢量數(shù)據(jù)，再經(jīng)過碼成型濾波器1115輸出，模擬基站側(cè)的處理過程，兩個碼成型濾波器的傳輸特性合成有一個升余弦濾波器。多個上行接收仿真數(shù)據(jù)源11產(chǎn)生的信號模擬多用戶數(shù)據(jù)。進入射頻子系統(tǒng)等效模型12的多用戶數(shù)據(jù)首先經(jīng)過多用戶合成模塊121進行多用戶合成，再加入由信道噪聲模塊126產(chǎn)生的符合信噪比要求的噪聲數(shù)據(jù)，求和模塊122輸出的合成信號進入模擬實際信道特性的信道特性模塊123，再進入自動增益控制模塊124和采樣模塊125，完成基站側(cè)的射頻信道接收處理。至此得到了仿真基帶信號。該信號經(jīng)過基帶信號處理模塊13和算法驗證14完成對空時算法的仿真和評估。
信道噪聲模塊126就是產(chǎn)生一定帶寬和功率譜密度的噪聲模塊。該模塊就是采用了本發(fā)明的模塊，下面詳細介紹，如圖二所示。
本發(fā)明提供的方法由3個模塊組成給定帶寬噪聲模塊21、功率系數(shù)計算模塊22、功率修正模塊23。
步驟一利用白噪聲模塊211產(chǎn)生白噪聲，Matlab中的randn；步驟二設(shè)計給定帶寬的濾波器212，采用實際信道中的濾波器，在WCDMA系統(tǒng)仿真中該濾波器采用位于基站端的根升余弦濾波器，參數(shù)滿足協(xié)議要求；步驟三求出輸出信號功率，然后作功率歸一化213；步驟四根據(jù)擴頻因子、帶寬、基帶數(shù)字信號的功率、歸一化信噪比由功率系數(shù)計算模塊22確定需要的噪聲功率；步驟五根據(jù)步驟四的結(jié)果對步驟三產(chǎn)生的噪聲進行處理，功率修正模塊23對規(guī)一化噪聲進行修正。產(chǎn)生符合功率譜密度要求的白噪聲。
總之，采用本發(fā)明提供的方法可以根據(jù)擴頻通訊中帶寬和功率譜密度需要在常規(guī)平臺(C語言、Matlab語言)上實現(xiàn)噪聲產(chǎn)生，方法簡單易行，采用現(xiàn)成模塊搭建而成，大大的減少算法的復雜度，提高運算效率；采用常規(guī)仿真軟件平臺，節(jié)約了系統(tǒng)成本，提高了算法適用性，使系統(tǒng)構(gòu)成簡單化，技術(shù)難度降低，是一個非常有實用價值的算法。本方法適用于利用常規(guī)平臺(如Matlab、C等)進行IS-95、cdma2000、WCDMA等擴頻通訊系統(tǒng)的仿真。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度噪聲的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1白噪聲模塊產(chǎn)生白噪聲樣本；步驟2根據(jù)帶寬要求，設(shè)計濾波器；步驟3將白噪聲樣本輸入濾波器，并將濾波器輸出信號功率歸一化；步驟4根據(jù)歸一化信噪比的要求，求出所需白噪聲功率，確定功率系數(shù)σ；步驟5根據(jù)功率系數(shù)對給定帶寬白噪聲進行功率修正，產(chǎn)生符合功率譜密度要求的白噪聲。
2.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度噪聲的方法，其特征在于，所述濾波器在WCDMA系統(tǒng)仿真中，采用位于基站端的根升余弦濾波器。
3.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度噪聲的方法，其特征在于，所述噪聲功率系數(shù)σ根據(jù)擴頻因子、帶寬、基帶數(shù)字信號的功率、歸一化信噪比計算得到σ2=SFA2Tcfs2(Eb/N0)]]>其中Tc--碼片周期、A--碼片幅度、fs--采樣率、N0--噪聲功率譜密度、SF--擴頻因子、Eb為信號比特能量、N0為噪聲功率譜密度。
4.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度噪聲的方法，其特征在于，步驟5所述對給定帶寬白噪聲進行功率修正是將步驟3的輸出數(shù)值乘以功率系數(shù)σ即可。
5.一種產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度噪聲的裝置，其特征在于，所述裝置包括給定帶寬噪聲模塊、功率系數(shù)計算模塊、功率修正模塊，其中給定帶寬噪聲模塊包括白噪聲模塊、濾波器模塊、功率歸一化模塊，白噪聲模塊中產(chǎn)生的白噪聲，輸入濾波器模塊進行濾波，輸出功率信號輸入功率歸一化模塊進行歸一化；功率系數(shù)計算模塊計算出需要的噪聲功率系數(shù)，該功率噪聲功率系數(shù)與所述歸一化模塊輸出歸一化的白噪聲經(jīng)過所述功率修正模塊，輸出符合功率譜密度要求的白噪聲。
6.如權(quán)利要求5所述的產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度噪聲的裝置，其特征在于，所述濾波器模塊在WCDMA系統(tǒng)仿真中，采用位于基站端的根升余弦濾波器。
7.如權(quán)利要求5所述的產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度噪聲的裝置，其特征在于，所述功率系數(shù)計算模塊根據(jù)擴頻因子、帶寬、基帶數(shù)字信號的功率、歸一化信噪比計算出需要的噪聲功率系數(shù)σσ2=SFA2Tcfs2(Eb/N0)]]>其中Tc--碼片周期、A--碼片幅度、fs--采樣率、N0--噪聲功率譜密度、SF--擴頻因子。
8.如權(quán)利要求5所述的產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度噪聲的裝置，其特征在于，所述功率修正模塊是將歸一化模塊輸出的歸一化的白噪聲乘以功率系數(shù)σ即可。
全文摘要
本發(fā)明涉及擴頻數(shù)字通訊系統(tǒng)中產(chǎn)生一定歸一化信噪比要求的基帶信號的仿真，特別涉及一種產(chǎn)生給定帶寬和功率譜密度噪聲的方法及裝置，包括給定帶寬噪聲模塊、功率系數(shù)計算模塊、功率修正模塊，其中給定帶寬噪聲模塊包括白噪聲模塊、濾波器模塊、功率歸一化模塊，白噪聲模塊中產(chǎn)生的白噪聲，輸入濾波器模塊進行濾波，輸出信號功率輸入功率歸一化模塊進行歸一化；功率系數(shù)計算模塊計算出需要的噪聲功率系數(shù)；該功率噪聲功率系數(shù)與歸一化模塊歸一化的白噪聲經(jīng)過功率修正模塊，輸出符合功率譜密度要求的白噪聲。本方法適用于利用常規(guī)平臺進行IS－95、cdma2000、WCDMA等擴頻通訊系統(tǒng)的仿真。
文檔編號H04B15/00GK1567768SQ03131890
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者袁翔, 劉剛, 王文杰 申請人:中興通訊股份有限公司