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一種移動(dòng)通信信道模擬器的設計與實(shí)現
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，包括模擬器數字原理及其實(shí)現方案。本模擬器的衰落率在8～80Hz內可調，模擬衰落深度超過(guò)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(lái)發(fā)展十分迅速的通信方式，在陸地移動(dòng)通信系統中，由于移動(dòng)臺所處區域地形復雜，加上移動(dòng)臺本身的運動(dòng)，使接收到的信號其包絡(luò )和相位隨機變化。
為了評價(jià)移動(dòng)通信設備的性能，需要在實(shí)際通信環(huán)境中進(jìn)行反復實(shí)驗，這必將耗費大量人力物力。為了縮短研制周期，節省研制費用，在移動(dòng)通信設備的研制過(guò)程中，廣泛采用了各種信道模擬器。
本文介紹了一種針對信號頻率為70MHz、基站天線(xiàn)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
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，其衰落機理是非常復雜的。但在移動(dòng)通信信道模擬器模擬的眾多信道參數中，呈頻率選擇性的瑞利衰落占主要地位。即實(shí)現信號包絡(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)現瑞利衰落的數學(xué)原理
設一個(gè)隨機過(guò)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高斯過(guò)程，其同相分量ξc(t) 和正交分量ξs(t)同樣是平穩高斯過(guò)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)或統計獨立。還可以證明：一個(gè)均值為零，方差為σ2ξ的平穩高斯窄帶過(guò)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，兩者是統計獨立的。
綜上所述，一個(gè)均值為零的平穩高斯窄帶過(guò)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，且兩者是統計獨立的。同時(shí)，一個(gè)均值為零的窄帶平穩高斯過(guò)程也可由兩個(gè)同為平穩高斯過(guò)程的同相分量和正交分量合成。
2.1.2 單徑瑞利衰落
設單徑衰落信道輸入為：
式（2）中A(t)和θ(t)分別為頻率ωc的載波信號的實(shí)際幅度調制和相位調制。用X(t)和Y(t)兩個(gè)相互獨立而分布相同的高斯隨機變量調制，輸出信號So(t)可以表示為：
于是隨機包絡(luò )R(t)是瑞利分布，隨機相位φ(t)在0～2л范圍內均勻分布。
由上面的推導可以看出：對輸入信號進(jìn)行正交調制，即為單徑無(wú)頻率選擇性瑞利衰落模擬，可實(shí)現輸入信號的振幅和相位按要求隨機干擾，從而實(shí)現（3）式所示的數學(xué)模型。
2.1.3 多徑瑞利衰落
為了簡(jiǎn)化分析，設輸入為一單頻正弦信號
經(jīng)多徑傳輸，輸出為：
式（7）中：αi為幅主加權系數，τi是時(shí)延，φi是隨機相位，N是徑數。
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，合成信號場(chǎng)強隨頻率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
2.2.1 多徑傳播徑數選擇
在移動(dòng)通信中，存在兩個(gè)以上的散射體時(shí)，接收信號必存在頻率選擇性衰落。本模擬器使用三徑，即能產(chǎn)生三路互相獨立的衰落，以便較真實(shí)地模擬實(shí)際通信環(huán)境。
2.2.
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