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1、一种移动通信信道模拟器的设计与实现一种移动通信信道模拟器的设计与实现摘要：介绍了一种实时模拟移动信道基本特性的信道模拟器的研制方法，包括模拟器数字原理及其实现方案。本模拟器的衰落率在880Hz内可调，模拟衰落深度超过20dB，最大多径时延为s。关键词：信道模拟多径传播瑞利衰落时延1移动移动通信信道模拟器研制背景移动通信是近年来发展十分迅速的通信方式，在陆地移动通信系统中，由于移动台所处区域地形复杂，加上移动台稳本身的运动，使接收到的信号其包络和相羔位随机变化。为了评价移动通信设备祝的性能，需要在实际通信环境中进行反复申实验，这必将耗费大量人力物力。为了缩匚短研制周期，节省研制费用，在移动通信设
2、备的研制过程中，广泛采用了各种信道殃模拟器。本文介绍了一种针对信号频率为70MHz、基站天线高度为18m迥的移动通信信道的模拟器。该模拟器可以雳模拟移动通信信道的主要特点，如瑞利衰丧落、多径传播、电池传播路径损耗、多普嗲勒频移等。2移动通信信道模拟器的研制依据瑞利衰落陆地移动通信由于受地形、环境等因素的影响，其刳衰落机理是非常复杂的。但在移动通信信道模拟器模拟的众多信道参数中，呈频率裙选择性的瑞利衰落占主要地位。即实现信堵号包络的瑞利分布和相位的均匀分布是信粘道模拟的核心。实现瑞利衰落的数学掩原理设一个随机过程可以表示为：式中c与s分别为的同相分瘟量和正交分量。可以证明：一个均值擘为零的窄带平
3、稳高斯过程，其同相分量眦c和正交分量s同样是平稳高斯过程，籽且均值都为零，方差也相同。另外，在同拗一时刻得到的c与s是不相关或统计敢独立。还可以证明：一个均值为零，方差为2的平稳高斯窄带过程，其包络的搭一维分布服从瑞利分布，其相位的一维分布服从均匀分布，并且就一维分布而言，胶两者是统计独立的。综上所述，一个壹均值为零的平稳高斯窄带过程，其包络的顸一维分布服从瑞利分布，其相位服从均匀渑分布，且两者是统计独立的。同时，一个愧均值为零的窄带平稳高斯过程也可由两个唏同为平稳高斯过程的同相分量和正交分量巾合成。单径瑞利衰落设单径衰落囗信道输入为：式中A和分别为碧频率c的载波信号的实际幅度调制和相禽位调制
4、。用X和Y两个相互独立而分布相同的高斯随机变量调制，输出信号So可以表示为：于是随机包络R是瑞冻利分布，随机相位在02范围内均浙匀分布。由上面的推导可以看出：对铳输入信号进行正交调制，即为单径无频率选择性瑞利衰落模拟，可实现输入信号的彦振幅和相位按要求随机干扰，从而实现式婀所示的数学模型。多径瑞利衰落喟为了简化分析，设输入为一单频正弦信号拜经多径传输，输出为：贮式中：i为幅主加权系数，i是时延艟，i是随机相位，N是径数。在仅议有二径的情况下，输出幅度为：即二径存在时延差，0，合成信号坫场强随频率变化。在实际移动通信信道盗中，由于多径传输，各径时延不同，相对时延差也就不同，从而造成频率选择性衰落
5、。多径传播多径传播径数选择在移动通信中，存在两个以上的散射体圮时，接收信号必存在频率选择性衰落。本缋模拟器使用三径，即能产生三路互相独立逮的衰落，以便较真实地模拟实际通信环境挚。多径传播时延值的确定典型的蝻实测多径时延最大值为20s1，国内测试结果为15s，而均方根时延视在10s左右1，2，3。本方案愕采用多种延时灵活选择以便接受实际信道逞的均方根时延。总延时最小为s，最大疡为s，且包含一直达通路。电波传兆播路径损耗的确定目前人们对陆地移动通信传播路径损耗预测一般都使用奥村慑经验模型。但是奥村模型适用范围为：频僳率100MHz1500MHz，基站拿天线高度30m200m，移动台天线癖高度1m1
6、0m，传输距离1km20km。而研制的模拟器所针对信号频率朋为70MHz，基站天线高度为18m。迭这与奥村模型适用范围不符，故该模型不霸能直接应用于本方案。美籍华裔通信崧专家李建业先生提出了电波传播预测的Lee模型。该模型不对基站天线高度作具靛体限制，其思路是先求得区域与区域之间锨的信号传输损耗，再求得具体地点点到点夹之间的传输损耗。由于本模拟器模拟胆的是一般环境下的典型路径损耗，不需精咧确模拟特定到某地区的点到点传输。所以芙Lee模型的区-区电波损耗计算适用于模拟方案，不需再作误差修正。用L仲ee模型计算传播损耗需预先知道各环境下传播距离1英里处的确定损耗值。而模娜拟器模拟的是一般环境，不必
7、一一实地测综量，故先用奥村模型计算一般环境下传达室播距离1km处的典型值，再转换运用尤于Lee模型中。也就是说，所研制的模慊拟器综合运用奥村模型和Lee模型计算铅电波传播损耗。具体传播损耗量如表齐1所示。表1电波传播的路径损琨耗传播距离1km8km15km2洒5km传播损耗直线路径69dB87dB91dB93dB城市环境98dB134dB145dB154dB准郊区环指境91dB127dB138dB147静dB开阔地环境75dB111dB12盹2dB131dB多普勒频移在移动通信中，多普勒频移是普遍存在的现象，fd=v/式中v是移动台速卅度，为信号的波长。对于一个信道路径惨在方位上均匀分布的实际
8、信道而言，射频鐾率谱的形状为：式中d是移动台运动产生的最大多普勒频移对应的角频率，即：为了产生这个频谱，用砌来调制的高斯噪声必须有低通频谱，如式擒所示：3信道模拟器的实现方法由前面的论述可知，本移动通信信道模印拟器的主要功能是瑞利衰落、多径传播、砒电波传播路径损耗、多普勒频移等。整瑞利衰落的实现方法根据式可知，瑞利衰落的实现方法是将输入信号用两种不相关的低频高斯噪声正交调制模拟包络呈剑瑞利分布、相位呈均匀分布的瑞利衰落，魄输出信号的功能谱由低频高斯噪声的频谱俸决定。多径瑞利衰落可以由单径瑞利衰落经延时后合成。低频高斯噪声的产生荇由式确定的带通高斯过程频谱如图1坳所示。对应的低通高斯过程频谱如图
9、眨2所示。考虑到式表示的滤波器祗频响不是有理分式，无法直接构造，只能楮采用数字逼近的方法。由参考文献2辐可知，所需滤波器的频响应为：H=糊1/图3显示了H的频响与理想滤波器的频响区别。将上述模拟滤波嘣器进行交换，得到对应的FIR滤波器抽司头系数。使用12下一页将该窄带高斯过程输出置DA，经平没滤波、放大、阻抗匹配，输入下一级处理。正交吗调制的实现实现正交调制的方法有多种，本移动信道模拟器实现正交调制方法割采Mini公司的I/Q调制器。其结构灯如图4所示。多径传播的实现为枉了实现对多径传播的模拟，采用了Min沽i公司的功率分配器，将输入信号进行分藏路。首先对输入信号进行二路功率分配：蕨一路模拟直
10、达通道；另一路再进行三路功佘率分配，经这不同延时及窄带高斯正交调饺制，再进行功率合成，输出信号模拟多径淝传播。在本信道模拟器中，传播路径的选择、延时选择通过控制模拟开关进行妫。模拟路径损耗的实现为了模拟尕传播的路径损耗，本信道模拟器选用固定铬衰减器与数控衰减器进行组合控制实现。馀实现衰减量控制的依据是表1。多普勒频移的实现方法由的结论可知，多普勒频移可以通过控制窄带高斯过程的频桷谱实现。在本模拟器中，通过改变窄带高斯过程的DA转换速率可以实现对窄带高疤斯过程的频谱控制，从而实现多普勒频移安的模拟。系统控制及人机界面的实现恭系统控制采用基于单片机AT89C龀52的嵌入式操作系统，可实现对数据控衰
11、减器、模拟开关等的控制，通过对键盘闹、液晶习实现良好的人机界面。4结郓论总体介绍本信道模拟器的总体拨结构如图5所示。信号输入后，随分成两路：一路作为直达支路；另一路经瘰延时后，又被分成两路，其中一路用I/鼻Q调制器调制上两路相经独立的低频高斯弟噪声，其输出的信号包络呈瑞利分布，相豺位呈均匀分布，由此实现了单径无频率选幄择性的瑞利衰落；另一路送到下一个延时闱单元，重要上述过程。各种I/Q调制器广输出在合路器相加，其输出信号幅度包络哉呈瑞利分布，相位呈均匀分布。加上最初骅的直达信号，还可模拟莱斯信道。模拟实瘘际路径损耗通过控制数控衰减器实现。在直达和延时路径中，分别叠加上可调白噪艄声，以实现输出信
12、噪比可调。功能指埠标主要指标测试方法说明瑞利衰羌落测试方法用TEKTRONIX示菱波器TDS3052观察模拟器输出波形惮，如图6所示，可见其包络呈瑞利分布。衰落波形相位分布测试方法用邬Lecroy公司的LC584A示波器濑测试李沙育图形，图7为该存储示波器积璧累10s光点扫描的图像。该图用两路相撼互正交的低频高斯噪声分别控制示波器水猫平和垂直偏转得到。因为噪声的偏转控制劈呈90相对取向，所形成的显示图与此模拟器输出的瑞利衰落信号的随机可变向量的极坐标是等效的。图7中关于原点的痔任意固定半径圆弧上，光点强度的均匀性岚表明相位是均匀分布的。其它指庸标测试方法本文介绍了一种移动通信阚信道模拟器的设计与实现。本模拟器中，碰信号在I/Q调制器中调制上低频高斯噪催声模拟实际信道中的瑞利分布。低频高斯责噪声数据采用数字方法及Matlab软件产生并存放在EPROM中。模拟器工兽作时改变取数速率便能使噪声频率可调，洛并综合运用奥村模型和Lee模型计算电礓波路径传播损耗。经过实际测试，本模拟樗器的各项指标均能达到或超过技术指标的箢要求。目前，本模拟器已投入实际应用。一种移动通信信道模拟器的设计与实现一文由中国教育站摘录，16 / 16
