孫少軍

摘要：針對常用的無線信道模型主要作用于點頻或者窄帶信號，不能滿足寬帶信號傳播特性模擬的問題。在窄帶信道模型的基礎(chǔ)上，提出了一種寬帶無線信道仿真的建模思路，通過在大尺度衰落仿真建模過程中引入寬帶特性，并與頻率選擇性小尺度衰落模型相結(jié)合，實現(xiàn)寬帶無線信道的建模和仿真，滿足了寬帶信號傳播特性模擬的需求，對于寬帶無線信道建模仿真具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：無線信道；傳播特性；信道建模

中圖分類號：TP391.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-1739（2018）21-69-3

0引言

無線信號在不同的通信環(huán)境下，其時域和頻域會受到通信信道環(huán)境不同程度的影響[1]。不同環(huán)境下，發(fā)射機發(fā)送的信號在傳播過程中受到不同障礙物的反射及影響也不相同，接收機接收到的就是經(jīng)過不同時延的不同反射或者折射路徑的信號。由于無線通信環(huán)境復(fù)雜多變的特性，不可能用單一的數(shù)學(xué)模型描述所有無線信道環(huán)境，需要根據(jù)不同的環(huán)境建立不同的信道模型進(jìn)行描述。

通常使用的無線信道模型主要針對于點頻或者窄帶信號，不能滿足寬帶信號傳播特性模擬的需求。基于這個問題，在大尺度衰落仿真建模過程中引入寬帶特性，并與頻率選擇性小尺度衰落模型相結(jié)合，實現(xiàn)寬帶無線信道的建模和仿真，滿足了寬帶信號傳播特性模擬的需求。

1寬帶無線信道仿真技術(shù)

無線信道模擬主要分為大尺度衰落和小尺度衰落兩部分，二者同時存在[2-3]，如圖1所示。

1.2小尺度衰落模型

小尺度衰落是指無線信號在短時間或短距離傳播時其幅度、相位或多徑時延快速變化，小尺度衰落是同一個發(fā)送信號沿不同路徑傳播，以微小的時間差到達(dá)接收機造成的，也就是說無線通信信號的多徑傳播導(dǎo)致了小尺度衰落的產(chǎn)生[4]。

在多徑傳播環(huán)境下，不同路徑信號的幅度、相位隨時間變化，到達(dá)接收機后疊加[5-6]。基于Jakes模型搭建多徑衰落信道結(jié)構(gòu)，需要通過Jakes模型構(gòu)建Rayleigh信道模型，控制每個信道的平均時延值，將多個信道進(jìn)行合成后得到多徑衰落信道。

Jakes仿真模型是基于無數(shù)個加權(quán)諧波的疊加，在仿真建模的過程中，一般使用有限個諧波代替無窮個諧波。Jakes模型采用無窮加權(quán)諧波的疊加技術(shù)來仿真高斯隨機過程，接收端信號可以看作條路徑的一系列平面波的疊加，如下所示：

利用該特性，構(gòu)建寬帶濾波器，由于該濾波器不是對稱濾波器，所以只能采用復(fù)數(shù)濾波器設(shè)計。在進(jìn)行信道仿真的過程中，根據(jù)設(shè)置的中心頻率，計算得出相應(yīng)的瞬時帶寬的起始和終止頻率，根據(jù)起始和終止頻率計算得出該瞬時帶寬內(nèi)頻率與衰減的幅頻特性，通過幅頻特性，計算得到該寬帶濾波器的幅頻響應(yīng)。

2仿真結(jié)果

2.1大尺度衰落模型仿真結(jié)果

仿真實驗中，設(shè)定大尺度傳播距離為20 km，對30～ 230 MHz頻段內(nèi)的信號在城市、郊區(qū)和農(nóng)村3種環(huán)境下大尺度傳播特性進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖3所示。

由圖中的結(jié)果可以看出：由于城市環(huán)境下，相對于農(nóng)村環(huán)境，障礙物較多且較集中，所以在相同傳播距離的情況下頻段內(nèi)對信號傳播的損耗較高，郊區(qū)環(huán)境下，障礙物數(shù)量沒有城市環(huán)境中多比較農(nóng)村環(huán)境多，所以相同傳播距離，郊區(qū)環(huán)境下的傳輸損耗比城市環(huán)境下的傳輸損耗低，但比農(nóng)村環(huán)境下的傳輸損耗高。

2.2小尺度衰落模型仿真結(jié)果

使用Jakes模型構(gòu)建Rayleigh信道后，利用多徑衰落信道模型，進(jìn)行小尺度衰落模型仿真，結(jié)果如圖4所示，信號通過信道仿真后，經(jīng)過小尺度衰落后，在時域上出現(xiàn)幅度的隨機變化。

2.3寬帶無線信道仿真結(jié)果

通過將大尺度衰落模型、小尺度衰落模型以及寬帶幅頻響應(yīng)特性結(jié)合，實現(xiàn)了寬帶無線信道建模。仿真結(jié)果如圖5所示。對于不同頻率的信號，單一信號的幅度具有隨機衰減效果的同時，不同頻率的信號衰減幅度也不相同，體現(xiàn)了不同頻率下的幅頻響應(yīng)特性。

3結(jié)束語

寬帶無線信道仿真技術(shù)通過在大尺度衰落仿真建模過程中引入寬帶特性，并與頻率選擇性小尺度衰落模型相結(jié)合，實現(xiàn)寬帶無線信道的建模和仿真，體現(xiàn)單個頻點信號的傳播特性的同時，還可以反應(yīng)一定帶寬內(nèi)不同頻率信號的不同傳播特性，滿足了寬帶信號傳播特性模擬的需求，在工程實踐中的應(yīng)用具有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)

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