一種移動(dòng)通信信道模擬器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

時(shí)間：2023-03-18 15:34:44 理工畢業(yè)論文我要投稿

相關(guān)推薦

摘要：介紹了一種實(shí)時(shí)模擬移動(dòng)信道基本特性（如瑞利衰落、多徑傳播、電波傳播路徑損耗、多普勒頻移等）的信道模擬器的研制方法，包括模擬器數(shù)字原理及其實(shí)現(xiàn)方案。本模擬器的衰落率在8～80Hz內(nèi)可調(diào)，模擬衰落深度超過20dB，最大多徑時(shí)延為10.2μs。

1 移動(dòng)移動(dòng)通信信道模擬器研制背景

移動(dòng)通信是近年來發(fā)展十分迅速的通信方式，在陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于移動(dòng)臺(tái)所處區(qū)域地形復(fù)雜，加上移動(dòng)臺(tái)本身的運(yùn)動(dòng)，使接收到的信號(hào)其包絡(luò)和相位隨機(jī)變化。

為了評(píng)價(jià)移動(dòng)通信設(shè)備的性能，需要在實(shí)際通信環(huán)境中進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)，這必將耗費(fèi)大量人力物力。為了縮短研制周期，節(jié)省研制費(fèi)用，在移動(dòng)通信設(shè)備的研制過程中，廣泛采用了各種信道模擬器。

本文介紹了一種針對(duì)信號(hào)頻率為70MHz、基站天線高度為18m的移動(dòng)通信信道的模擬器。該模擬器可以模擬移動(dòng)通信信道的主要特點(diǎn)，如瑞利衰落（Rayleigh fading）、多徑傳播、電池傳播路徑損耗、多普勒頻移等。

2 移動(dòng)通信信道模擬器的研制依據(jù)

2.1 瑞利衰落

陸地移動(dòng)通信由于受地形、環(huán)境等因素的影響，其衰落機(jī)理是非常復(fù)雜的。但在移動(dòng)通信信道模擬器模擬的眾多信道參數(shù)中，呈頻率選擇性的瑞利衰落占主要地位。即實(shí)現(xiàn)信號(hào)包絡(luò)的瑞利分布和相位的均勻分布是信道模擬的核心。

2.1.1 實(shí)現(xiàn)瑞利衰落的數(shù)學(xué)原理

設(shè)一個(gè)隨機(jī)過程ξ(t)可以表示為：

式（1）中ξc(t)與ξs(t)分別為ξ(t)的同相分量和正交分量。

可以證明：一個(gè)均值為零的窄帶平穩(wěn)高斯過程，其同相分量ξc(t) 和正交分量ξs(t)同樣是平穩(wěn)高斯過程，且均值都為零，方差也相同。另外，在同一時(shí)刻得到的ξc(t)與ξs(t)是不相關(guān)或統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。還可以證明：一個(gè)均值為零，方差為σ2ξ的平穩(wěn)高斯窄帶過程，其包絡(luò)的一維分布服從瑞利分布，其相位的一維分布服從均勻分布，并且就一維分布而言，兩者是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。

綜上所述，一個(gè)均值為零的平穩(wěn)高斯窄帶過程，其包絡(luò)的一維分布服從瑞利分布，其相位服從均勻分布，且兩者是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。同時(shí)，一個(gè)均值為零的窄帶平穩(wěn)高斯過程也可由兩個(gè)同為平穩(wěn)高斯過程的同相分量和正交分量合成。

2.1.2 單徑瑞利衰落

設(shè)單徑衰落信道輸入為：

式（2）中A(t)和θ(t)分別為頻率ωc的載波信號(hào)的實(shí)際幅度調(diào)制和相位調(diào)制。用X(t)和Y(t)兩個(gè)相互獨(dú)立而分布相同的高斯隨機(jī)變量調(diào)制，輸出信號(hào)So(t)可以表示為：

于是隨機(jī)包絡(luò)R(t)是瑞利分布，隨機(jī)相位φ(t)在0～2л范圍內(nèi)均勻分布。

由上面的推導(dǎo)可以看出：對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行正交調(diào)制，即為單徑無頻率選擇性瑞利衰落模擬，可實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的振幅和相位按要求隨機(jī)干擾，從而實(shí)現(xiàn)（3）式所示的數(shù)學(xué)模型。

2.1.3 多徑瑞利衰落

為了簡化分析，設(shè)輸入為一單頻正弦信號(hào)

經(jīng)多徑傳輸，輸出為：

式（7）中：αi為幅主加權(quán)系數(shù)，τi是時(shí)延，φi是隨機(jī)相位，N是徑數(shù)。

在僅有二徑的情況下，輸出幅度為：

即二徑存在時(shí)延差，△τ≠0，合成信號(hào)場強(qiáng)隨頻率ω變化。在實(shí)際移動(dòng)通信信道中，由于多徑傳輸，各徑時(shí)延不同，相對(duì)時(shí)延差也就不同，從而造成頻率選擇性衰落。

2.2 多徑傳播