5G信号仿真方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及信号模拟领域，特别涉及一种信号仿真的方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
在通信领域中，基带信号的误块率直接决定整个通信信号的质量，当设备实际部署后，因业务分组的增长，网络弱覆盖、基站同频干扰或导频污染等问题，会导致误块率的增加，使得业务性能下降，影响用户应用。
发明人发现，随着5G技术发展，获取实际传输信号进行误块率测试不仅消耗大量物质资源，同时由于实际传输信号的获取效率较低，进而达不到通过测试误块率进行信号传输评估的目的，无法顺应当前5G技术的发展要求。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种信号仿真方法、装置、电子设备及存储介质，通过生成的比特流进行仿真得到拟实信号，根据仿真获取信号可在消耗较低的物质资源前提下，提高获取信号的获取效率。
为解决上述技术问题，本发明实施方式提供了一种信号仿真方法，所述方法包括：生成比特流，并对所述比特流进行编码与速率匹配得到窄带物理下行链路共享信道码字；对所述窄带物理下行链路共享信道码字进行调制及映射编码，得到复数符号；根据预构建的窄带参考信号序列和所述复数符号，得到时域波形，对所述时域波形进行衰落仿真得到拟实信号脚本；将所述拟实信号脚本转换为拟实物理信号。
为了解决上述问题，本发明还提供一种信号仿真装置，所述装置包括：码字生成模块，用于生成比特流，并对所述比特流进行编码与速率匹配得到窄带物理下行链路共享信道码字；复数符号生成模块，用于对所述窄带物理下行链路共享信道码字进行调制及映射编码，得到复数符号；拟实信号脚本生成模块，用于根据预构建的窄带参考信号序列和所述复数符号，得到时域波形，对所述时域波形进行衰落仿真得到拟实信号脚本；信号生成模块，将所述拟实信号脚本转换为拟实物理信号。
为了解决上述问题，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的信号仿真方法。
为了解决上述问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一个指令，所述至少一个指令被电子设备中的处理器执行以实现上述所述的信号仿真方法。
本发明实施例以窄带物理下行链路共享信道为传输信道基础，先生成比特流，并通过编码比特流及速率匹配满足符合窄带物理下行链路共享信道的码字，之后调制、映射编码该码字直至构建出时域波形，同时根据实际传输伴随信号衰落现象，进而仿真时域波形的衰落得到拟实信号脚本，由于整个信号生成过程都以仿真环境为基础而获取，相比于直接获取实际的传输信号来说，仿真获取信号在消耗较低的物质资源前提下，其获取效率也明显提高，，如需要获取大量的物理信号对信道误块率进行测试，若使用实际物理信号，因实际物理信号需要采集、清理等，不仅耽误误块率测试进度，而且会浪费大量资源在前期信号的采集及清理上，若使用仿真出的物理信号替代实际物理信号，由于仿真出的物理信号不仅消耗较低的物质资源，且可短时间内大量生成，因此可有效完成包括对信道误块率的测试等用途；另一方面，本发明实施例模仿实际信号的生成及传输过程，将仿真过程分割为比特流并编码、调制、构建出时域波形等步骤还原出实际信号的生成及传输过程，可提高仿真物理信号与实际物理信号的相似度，从而可有效利用仿真物理信号替代现实中对实际物理信号的需求。
另外，所述对所述窄带物理下行链路共享信道码字进行调制及映射编码，得到复数符号，包括：利用随机化比特数据对所述窄带物理下行链路共享信道码字进行加扰，得到加扰码字；调制所述加扰码字得到调制符号；对所述调制符号进行层映射并预编码得到所述复数符号。
本发明实施例通过对窄带物理下行链路共享信道码字进行加扰，以模仿实际信号在传输过程中会被多种传输因素干扰的情况，提高了仿真物理信号与实际物理信号的相似度，并通过映射编码，模拟不同传输数据传输至不同天线端口上的过程，避免不同传输数据在同一天线端口上的干扰，造成仿真失效的现象。
另外，所述根据预构建的窄带参考信号序列和所述复数符号，得到时域波形，包括：将所述窄带参考信号序列与所述复数符号映射至预构建的时频资源图；调制所述时频资源图得到所述时域波形。
本发明实施例构建出时频资源图，通过时频资源图调制出时域波形，以模仿信号在实际传输过程中被仪器采集并可视化出的波形样式，从而进一步完善信号仿真过程。
另外，所述对所述时域波形进行衰落仿真得到拟实信号脚本，包括：构建衰落信道；利用所述衰落信道传输所述时域波形得到所述拟实信号脚本。
本发明实施例根据信号在信道内传输会对信号产生损耗的现象，利用衰落仿真模拟出该损耗的过程，进而逼真的仿真出实际物理信号。
另外，所述将所述拟实信号脚本转换为实际物理信号之后，还包括：利用所述拟实物理信号，测试预构建信道的误块率。
本发明实施例将生成的拟实物理信号应用至误块率测试中，解决了误块率测试受限于获取实际物理信号较为困难，而无法达到有效测试的困境。
另外，所述对所述比特流进行编码与速率匹配得到窄带物理下行链路共享信道码字，包括：在所述比特流内添加循环冗余校验码，并进行咬尾卷积编码得到窄带物理下行链路共享信道位；对所述窄带物理下行链路共享信道位进行速率匹配得到所述窄带物理下行链路共享信道码字。
本发明实施例中，由于生成的比特流仅代表在信号传输中基本的网速单位，因此进一步对比特流添加循环冗余校验码、咬尾卷积编码及速率匹配，生成以满足信道传输的信号码字，真实还原了传输数据在输入信道之前的生成过程，提高了仿真的准确性。
另外，所述比特流为随机比特流。
本发明实施例中，比特流一般为随机比特流，因随机生成的比特流在数值上范围更大，故仿真出的信号，在实用性及应用场景上也更广。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本发明第一实施例提供的信号仿真方法流程示意图；
图2为本发明第一实施例提供的信号仿真方法中S1的详细流程示意图；
图3为本发明第一实施例提供的信号仿真方法中S2的详细流程示意图；
图4为本发明第一实施例提供的信号仿真方法中S3的详细流程示意图；
图5为本发明第一实施例提供的信号仿真方法中S4的详细流程示意图；
图6为本发明第二实施例提供的信号仿真装置的模块示意图；
图7为本发明第三实施例提供的实现信号仿真方法的电子设备的内部结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明实施方式涉及一种信号仿真方法，本实施方式的核心在于通过对比特流进行仿真得到拟实信号，根据仿真获取信号可在消耗较低的物质资源前提下，提高获取信号的获取效率。下面对本实施方式的信号仿真实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
本发明实施例具体实施方式参阅图1所示，图1是本发明第一实施方式中信号仿真的流程图，包括：
S1、生成比特流，并对所述比特流进行编码与速率匹配得到窄带物理下行链路共享信道码字。
本发明较佳实施例主要模拟出实际物理信号，为了模拟出实际物理信号，第一步需要根据预设的窄带物理下行链路共享信道生成比特流，所述窄带物理下行链路共享信道是窄带物联网下的物理信道，窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)是以低速率、低功耗和大规模物联网设备连接为特点的物联网技术。
较佳地，本发明实施例可生成随机的比特流或固定大小的比特流，进一步地，所述随机的比特流或固定大小的比特流，其大小应该不大于所述窄带物理下行链路共享信道所传输的传输块的大小，不然会影响比特流在窄带物理下行链路共享信道内的传输。一般地，所述窄带物理下行链路共享信道所传输的最大传输块大小(Transport Block Size，TBS)为2536比特。
为了模拟出更真实的物理信号，本发明实施例中需要对所述比特流进行编码与速率匹配，得到窄带物理下行链路共享信道码字。
详细地，可参阅图2的详细流程示意图，所述对所述比特流进行编码与速率匹配得到窄带物理下行链路共享信道码字，包括：
S11、在所述比特流内添加循环冗余校验码，并进行咬尾卷积编码得到窄带物理下行链路共享信道位；
所述循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check，CRC)简称循环码，是一种常用的、具有检错、纠错能力的校验码，添加循环冗余校验码的主要作用是方便后续的错误检测，如在比特流的末尾添加一个24比特的循环冗余校验码。所述咬尾卷积编码可使用当前已公开的两步维特比算法、双回溯循环维特比译码算法等。
本发明实施例中，所述咬尾卷积编码同样可被曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码所替代，从而得到窄带物理下行链路共享信道位。
S12、对所述窄带物理下行链路共享信道位进行速率匹配得到所述窄带物理下行链路共享信道码字。
所述速率匹配(Rate matching)是指打孔(punctured)传输信道上的窄带物理下行链路共享信道位，以匹配窄带物理下行链路共享信道位和窄带物理下行链路共享信道的承载能力。其中打孔是将当前的窄带物理下行链路共享信道位的位数打掉，同时将后面的窄带物理下行链路共享信道位的位数依次前移一位的操作。
本发明较佳实施例中，通过对比特流添加循环冗余校验码、咬尾卷积编码及速率匹配，生成以满足信道传输的信号码字，真实还原了传输数据在输入信道之前的生成过程，提高了仿真的准确性。
S2、对所述窄带物理下行链路共享信道码字进行调制及映射编码，得到复数符号。
本发明实施例中，所述对所述窄带物理下行链路共享信道码字进行调制及映射编码可以使所述窄带物理下行链路共享信道码字更加符合物理信道的传输性质。
详细地，可参阅图3的详细流程示意图，所述S2包括：
S21、利用随机化比特数据对所述窄带物理下行链路共享信道码字进行加扰，得到加扰码字；
本发明较佳实施例中，所述随机化比特数据的大小同样不大于所述窄带物理下行链路共享信道的最大传输块的大小。
本发明实施例中，可用固定大小的比特数据替换随机化比特数据，从而完成加扰得到加扰码字。
所述加扰是数字信号的一种加工处理方法，如本发明实施例可用所述随机化比特数据与窄带物理下行链路共享信道码字相乘，从而得到所述加扰码字。与所述窄带物理下行链路共享信道码字相比，所述加扰码字在时间上、频率上都被重新打散。通过对窄带物理下行链路共享信道码字进行加扰，以模仿实际信号在传输过程中会被多种传输因素干扰的情况，提高了仿真物理信号与实际物理信号的相似度。
S22、调制所述加扰码字得到调制符号；
本发明实施例可以采用正交相移键控调制方式或差分正交相移键控调制方式等方式，调制所述加扰码字得到调制符号。
其中，正交相移键控调制方式(Quadrature Phase-Shift Keying，QPSK)是一个通过转换或调制来传达数据的调制方法，主要利用星座图圆周上均匀分布的四个相位点，通过四个相位点将每个加扰码字编码为两个比特位符号。差分正交相移键控调制方式以正交相移键控调制方式为基础而改善的调制方式。
S23、对所述调制符号进行层映射并预编码得到复数符号。
由于本发明需要模拟出实际物理信号，而实际物理信号的生成过程一般涉及到传输分集(transmit diversity)，为了实现传输分集，需要通过层映射将调制后的调制符号分到不同的传输层，再通过预编码将传输层内的数据映射到天线端口，从而得到复数符号。
所述预编码主要是将不同的传输层的数据匹配到天线端口上，同时降低数据之间的干扰，进行导致仿真失效的现象。其中天线端口的概念是从终端接收端的角度来定义的，一个端口对于接收者来说就是一个独立的天线信道。
S3、根据预构建的窄带参考信号序列和所述复数符号，得到时域波形，对所述时域波形进行衰落仿真得到拟实信号脚本。
为了进一步模拟出信号随着时间的变化，即时域波形，本发明需要利用预构建的窄带参考信号序列协助生成时域波形。
进一步地，由于信号一般带宽不同，因此可将信号分为窄带信号和宽带信号两种形式，同时可用相对带宽、相对阵列及相对速度定义出窄带信号，而预构建的窄带参考信号序列即属于窄带信号。
详细地，请参阅图4的详细流程示意图，所述使用预构建的窄带参考信号序列与所述复数符号进行匹配，得到时域波形，包括：
S31、将所述窄带参考信号序列与所述复数符号映射至预构建的时频资源图。
本发明较佳实施例根据预设的映射规则将所述窄带参考信号序列与所述复数符号映射至预构建的时频资源图。较佳地，所述映射规则包括在映射过程中，避开以无线数据通信技术为标准的控制域、窄带参考信号的小区信号(Cell Reference Signal，CRS)等。
S32、调制所述时频资源图得到所述时域波形。
本发明实施例利用正交频分复用技术或直接序列扩频等方式，调制所述时频资源图得到所述时域波形。
其中所述正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)属于多载波调制法的一种，是当前已公开的一种通过频分复用实现高速串行数据的并行传输的调制方法，具有较好的抗多径衰弱的能力。
进一步地，由于信号在传输过程中会有损耗，进而导致信号衰落，故当得到时域波形后还需要进行衰落仿真。
详细地，所述对所述时域波形进行衰落仿真得到拟实信号脚本，包括：
S33、构建衰落信道；
较佳地，本发明实施例利用预构建的衰落信道函数构建所述衰落信道。详细地，所述衰落信道函数包括时延特性、多普勒频移、初始相位、路径相关性等可调参数，并以莱斯信道、瑞利信道等为信道基础构建所述衰落信道。
S34、利用所述衰落信道传输所述时域波形得到所述拟实信号脚本。
本发明实施例将所述衰落信道作为时域波形的传输信道进行传输，进而得到拟实信号脚本。
S4、将所述拟实信号脚本转换为拟实物理信号。
本发明较佳实施例中，将所述拟实信号脚本导入至预构建的信号发生器仪表中得到实际物理信号，或使用预构建的仿真程序运行该拟实信号脚本生成拟实物理信号。
进一步地，可将生成的拟实物理信号应用至误块率测试中，解决当下误块率测试受限于获取实际物理信号较为困难，而无法达到有效测试的困境。即得到拟实物理信号之后还包括，利用所述拟实物理信号，测试预构建信道的误块率。
本发明较佳实施例中，可使用同轴信号线，以有线形式将所述实际物理信号发送至接收机终端，当检测接收机终端成功接收到实际物理信号后，调用测试模块分析该实际物理信号的误块率。
详细地，所述利用所述拟实物理信号，测试预构建信道的误块率，请参阅图5的详细流程示意图，包括：
S41、统计所述拟实物理信号在所述信道内的应答统计数；
S42、根据所述应答统计数计算得到误块率指标。
本发明较佳实施例中，应答统计数可采用当前已公开的误块率测试方法，如矢量信号源测试方法等，当得到误块率指标后，可根据该误块率指标画出误块率曲线图，从而更直观的将误块率呈现给用户。
如图6所示，是本发明信号仿真装置的功能模块图。
本发明所述信号仿真装置100可以安装于电子设备中。根据实现的功能，所述信号仿真装置可以包括码字生成模块101、复数符号生成模块102、拟实信号脚本生成模块103及信号生成模块104。本发所述模块也可以称之为单元，是指一种能够被电子设备处理器所执行，并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在电子设备的存储器中。
在本实施例中，关于各模块/单元的功能如下：
所述码字生成模块101，用于生成比特流，并对所述比特流进行编码与速率匹配得到窄带物理下行链路共享信道码字。
所述复数符号生成模块102，用于对所述窄带物理下行链路共享信道码字进行调制及映射编码，得到复数符号。
所述拟实信号脚本生成模块103，用于使用预构建的窄带参考信号序列对和所述复数符号进行匹配，得到时域波形，对所述时域波形进行衰落仿真得到拟实信号脚本。
所述信号生成模块104，用于将所述拟实信号脚本转换为拟实物理信号。。
本发明实施例所提供的装置中的模块能够在使用时与上述的信号仿真方法相同，通过对生成的比特流进行衰落仿真构建拟实信号脚本，并结合接收机终端进行误块率测试，可以解决误块率测试准确率较低的问题。
如图7所示，是本发明实现信号仿真方法的电子设备的结构示意图。
所述电子设备1可以包括处理器12、存储器11和总线，还可以包括存储在所述存储器11中并可在所述处理器12上运行的计算机程序，如信号仿真程序110。
其中，所述存储器11至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、移动硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如：SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述存储器11在一些实施例中可以是电子设备1的内部存储单元，例如该电子设备1的移动硬盘。所述存储器11在另一些实施例中也可以是电子设备1的外部存储设备，例如电子设备1上配备的插接式移动硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(SecureDigital，SD)卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器11还可以既包括电子设备1的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器11不仅可以用于存储安装于电子设备1的应用软件及各类数据，例如信号仿真程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所述处理器12在一些实施例中可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(Central Processing unit，CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。所述处理器12是所述电子设备的控制核心(Control Unit)，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部件，通过运行或执行存储在所述存储器11内的程序或者模块(例如执行信号仿真程序等)，以及调用存储在所述存储器11内的数据，以执行电子设备1的各种功能和处理数据。
所述总线可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，简称EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。所述总线被设置为实现所述存储器11以及至少一个处理器12等之间的连接通信。
图7仅示出了具有部件的电子设备，本领域技术人员可以理解的是，图7示出的结构并不构成对所述电子设备1的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
例如，尽管未示出，所述电子设备1还可以包括给各个部件供电的电源(比如电池)，优选地，电源可以通过电源管理装置与所述至少一个处理器12逻辑相连，从而通过电源管理装置实现充电管理、放电管理、以及功耗管理等功能。电源还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电装置、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。所述电子设备1还可以包括多种传感器、蓝牙模块、Wi-Fi模块等，在此不再赘述。
进一步地，所述电子设备1还可以包括网络接口，可选地，所述网络接口可以包括有线接口和/或无线接口(如WI-FI接口、蓝牙接口等)，通常用于在该电子设备1与其他电子设备之间建立通信连接。
可选地，该电子设备1还可以包括用户接口，用户接口可以是显示器(Display)、输入单元(比如键盘(Keyboard))，可选地，用户接口还可以是标准的有线接口、无线接口。可选地，在一些实施例中，显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。其中，显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元，用于显示在电子设备1中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。
应该了解，所述实施例仅为说明之用，在专利申请范围上并不受此结构的限制。
所述电子设备1中的所述存储器11存储的信号仿真程序110是多个指令的组合，在所述处理器12中运行时，可以实现与上述方法项相同的技术实施手段，在此不再赘述。
进一步地，所述电子设备1集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)。
所述计算机可读存储介质上存储有信号仿真程序，所述信号仿真程序可被一个或多个处理器执行，以实现如下操作：
生成比特流，并对所述比特流进行编码与速率匹配得到窄带物理下行链路共享信道码字；
对所述窄带物理下行链路共享信道码字进行调制及映射编码，得到复数符号；
根据预构建的窄带参考信号序列和所述复数符号，得到时域波形，对所述时域波形进行衰落仿真得到拟实信号脚本；
将所述拟实信号脚本转换为拟实物理信号。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
