專利名稱：信道模型中重要概率分布的硬件實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及信道模型中重要概率分布的硬件實現(xiàn)方法， 可直接用于信道模擬儀器的設(shè)計和使用中，也可用于其它一些概率分布的硬件運用中。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，通訊迅猛發(fā)展，各種新的系統(tǒng)和設(shè)備層出不窮，而所有這些發(fā)展的一個關(guān)鍵 問題就是要清楚實際信道對于傳輸數(shù)據(jù)的影響，只有清楚地了解信道對于傳輸數(shù)據(jù)的影 響，才有可能做出成功的接收端及系統(tǒng)的其它部分。因此我們需要一種能夠最大程度接近 真實信道條件的移動通信信道模擬儀器，以幫助系統(tǒng)規(guī)劃和收發(fā)信機的研制。本發(fā)明主要是對信道模型中幾個重要的概率分布進行硬件實現(xiàn)。有均勻分布隨機 數(shù)的產(chǎn)生、高斯白噪聲的實現(xiàn)、對數(shù)正態(tài)分布的實現(xiàn)、瑞利分布的實現(xiàn)?？芍苯舆\用于信道 模擬儀器的開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出可直接運用于信道模擬儀器開發(fā)的信道模型中重要概率 分布的硬件實現(xiàn)方法。本發(fā)明提出的信道模型中重要概率分布的硬件實現(xiàn)方法，包括均勻分布隨機數(shù)的 產(chǎn)生、高斯白噪聲的實現(xiàn)、對數(shù)正態(tài)分布的實現(xiàn)、瑞利分布的實現(xiàn)四種。具體如下1.均勻分布隨機數(shù)的產(chǎn)生xi+1 = (x^+x^modM(1)主要利用(1)式產(chǎn)生均勻分布隨機數(shù)，上式中的Xi均為正整數(shù)，其中XpX1為其初 始值，上式表示為xi+1等于Xh與Xi相加被M相除得到的余數(shù)。通過(1)式我們可以得出 Xi+1這一整數(shù)隨機數(shù)序列。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，由一個加法器和兩個寄存器實現(xiàn)。其優(yōu)點在于硬件實 現(xiàn)十分簡單，2.高斯白噪聲的實現(xiàn)產(chǎn)生方法是將上面產(chǎn)生的均勻分布用6路累加的方法實現(xiàn)，即用加法器對6路均 勻分布隨機數(shù)相加，然后使用乘法器來實現(xiàn)噪聲幅度σ的控制，再使用加法器來控制噪聲 μ的均值。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。3.對數(shù)正態(tài)分布的實現(xiàn)對高斯分布取e的指數(shù)可以得到對數(shù)正態(tài)分布，上面得到的高斯分布作為查找表 的地址，輸出地內(nèi)容即為對數(shù)正態(tài)分布。對數(shù)正態(tài)分布的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。4.瑞利分布的實現(xiàn)瑞利分布的硬件實現(xiàn)如下
其中，α = |，Ρη 完，wn = WfflCOS (2 π η/Ν), Wffl = 2 π fm, Mu = (|- 1》Α取 N = 34，N0
=8，乙為最大多普勒頻移，取IMhz。(4)式的|T(t) I即為所要的瑞利分布。實現(xiàn)⑷式最重要的是產(chǎn)生不同頻率的余 弦信號，然后對其求和，再求包絡(luò)。ZE^ii^sP^os^t中有8個頻率分量，其中(…^^隨 著η的確定為一個確定的量，再加上
一共為9個頻率分量，即只需要9個頻率 控制字。這里使用9張cos余弦查找表進行并行處理，將查找的值分別與各自對應(yīng)的常數(shù) 相乘，然后相加。最后將得到的X。(t)和Xs(t)進行平方根。瑞利分布的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。利用余弦查表、乘法器、加法器、平方根，即可 得到瑞利分布。


圖1均勻分布隨機數(shù)的硬件結(jié)構(gòu)圖。圖2高斯白噪聲的硬件結(jié)構(gòu)圖。圖3對數(shù)正態(tài)分布的硬件結(jié)構(gòu)圖。圖4瑞利分布的硬件結(jié)構(gòu)圖。圖5均勻隨機數(shù)。圖6高斯白噪聲。圖7對數(shù)正態(tài)分布。圖8瑞利分布的統(tǒng)計直方圖。
具體實施例方式1.均勻分布隨機數(shù)的產(chǎn)生xi+1 = (x^+x^modM(1)主要利用(1)式產(chǎn)生均勻分布隨機數(shù)，上式中的Xi均為正整數(shù)，其中XpX1為其初 始值，上式表示為xi+1等于Xh與Xi相加被M相除得到的余數(shù)。通過(1)式我們可以得出 Xi+1這一整數(shù)隨機數(shù)序列。其優(yōu)點在于硬件實現(xiàn)十分簡單，只需一個加法器和兩個寄存器，十分適合在硬件 上實現(xiàn)。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。通過FPGA驗證得到均勻分布隨機數(shù)如圖5所示。2.高斯白噪聲的實現(xiàn)產(chǎn)生方法是將上面產(chǎn)生的均勻分布用6路累加的方法實現(xiàn)，同時使用乘法器來實 現(xiàn)噪聲幅度σ的控制，使用加法器來控制噪聲μ的均值。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 通過FPGA驗證得到高斯白噪聲如圖6所示。
3.對數(shù)正態(tài)分布的實現(xiàn) 對高斯分布取e的指數(shù)可以得到對數(shù)正態(tài)分布，上面得到的高斯分布作為查找表 的地址，輸出地內(nèi)容即為對數(shù)正態(tài)分布。對數(shù)正態(tài)分布的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。通過FPGA驗證得到對數(shù)正態(tài)分布如圖7所示。4.瑞利分布的實現(xiàn)瑞利分布的硬件實現(xiàn)如下 其中，α = ;,Ρη χ，wn = WfflCos (2 π η/Ν), Wffl = 2 π fm, K0 = (-- 1)/2，取 N = 34，N0 =8，乙為最大多普勒頻移，取IMhz。(4)式的|T(t) I即為所要的瑞利分布。實現(xiàn)⑷式最重要的是產(chǎn)生不同頻率的余 弦信號，然后對其求和，再求包絡(luò)。pBcOSWnt中有8個頻率分量，其中COS β n隨 著η的確定為一個確定的量，再加上cos α coswfflt, 一共為9個頻率分量，即只需要9個頻率 控制字。這里使用9張cos余弦查找表進行并行處理，將查找的值分別與各自對應(yīng)的常數(shù) 相乘，然后相加。最后將得到的X。(t)和Xs(t)進行平方根。瑞利分布的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。通過FPGA驗證得到瑞利分布如圖8所示。5.綜合結(jié)果選擇Altera Stratix II EP2S180F1020C5這個型號進行綜合，結(jié)果如下表1所示。表1軟件綜合結(jié)果可見，這四種分布均達到了較高的時鐘頻率，運行速度較快，且運用的資源較少， 同時這四種分布可獨立運用，增加了其使用的靈活性，同時也降低了其芯片的面積，也為其 它信道模型儀器的具體硬件實現(xiàn)奠定了良好的基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
信道模型中重要概率分布的硬件實現(xiàn)方法，其特征在于均勻分布隨機數(shù)由如下(1)式產(chǎn)生xi+1＝(xi-1+xi)modM(1)式中的Xi均為正整數(shù)，X0、X1為其初始值，上式表示為Xi+1等于Xi-1與Xi相加被M相除得到的余；由一個加法器和兩個寄存器實現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道模型中重要概率分布的硬件實現(xiàn)方法，其特征在于對 6路均勻分布累加實現(xiàn)高斯白噪聲分布，即用加法器對6路均勻分布隨機數(shù)相加，然后使用 乘法器來實現(xiàn)噪聲幅度o的控制，再使用加法器來控制噪聲P的均值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信道模型中重要概率分布的硬件實現(xiàn)方法，其特征在于對 高斯分布取e的指數(shù)得到對數(shù)正態(tài)分布，即將得到的高斯分布作為查找表的地址，輸出地 內(nèi)容即為對數(shù)正態(tài)分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信道模型中重要概率分布的硬件實現(xiàn)方法，其特征在于瑞 利分布的硬件實現(xiàn)如下 (2) 其中， fm為最大多普勒頻移，取lMhz;(4)式的|T(t)|即為所要的瑞利分布；其中是產(chǎn)生不同頻率的余弦信號，然后對其求 和，再求包絡(luò)；SE^iCOS Icosw^t中有8個頻率分量，其中cos 0 n隨著n的確定為一個確 定的量，再加上cos a coswfflt, 一共為9個頻率分量，即只需要9個頻率控制字；這里使用9 張cos余弦查找表進行并行處理，再將查找的值分別與各自對應(yīng)的常數(shù)相乘，然后相加；最 后將得到的X。(t)和Xs(t)進行平方根。
全文摘要
本發(fā)明屬于通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及信道模型中幾種重要的概率分布的硬件實現(xiàn)方法。具體包括均勻分布隨機數(shù)、高斯白噪聲、對數(shù)正態(tài)分布、瑞利分布這四種的具體硬件實現(xiàn)。均勻分布隨機數(shù)由一個加法器和兩個寄存器實現(xiàn)；對6路均勻分布累加實現(xiàn)高斯白噪聲分布；對高斯分布取e的指數(shù)得到對數(shù)正態(tài)分布；利用余弦查表、乘法器、加法器、平方根，即可得到瑞利分布。由于這幾個模塊是單獨的，所以可以分別被獨立的運用，增加其使用的靈活性，同時也降低其芯片的面積，并為其它信道模型儀器的具體硬件實現(xiàn)奠定了良好的基礎(chǔ)。
文檔編號H04B17/00GK101867422SQ20101017616
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者沈蔚煒, 王亦之, 陳赟 申請人:復(fù)旦大學(xué)