短波通信信道衰落技術(shù)的研究與仿真

秦小軍，肖 強(qiáng)

（陜西烽火電子股份有限公司，陜西 寶雞 721006）

1 試驗(yàn)組織及參數(shù)設(shè)置

本試驗(yàn)的重要目的就是分析不同傳播模式信號(hào)的衰弱情況，從中提取出各傳播模式信號(hào)幅度伴隨時(shí)間的變化信息。試驗(yàn)運(yùn)用定頻探測以及掃頻探測結(jié)合的模式。系統(tǒng)工作周期是30min，每周期開始時(shí)進(jìn)行一次掃頻，再于定頻點(diǎn)持續(xù)進(jìn)行16次探測，時(shí)間間隔是1min，定頻探測自整分點(diǎn)開始，共計(jì)發(fā)射512個(gè)信號(hào)，時(shí)間為25.6s。試驗(yàn)用發(fā)射機(jī)功率為400W，采樣頻率是160kHz，線性調(diào)頻脈沖信號(hào)帶寬是40kHZ，脈沖重復(fù)周期是50ms。

2 分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)

所選電路及10MHz頻點(diǎn)上基于頻域信號(hào)最大原則提取規(guī)則E模式、Es模式以及具有大小不均體的F2低角模式信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的示意圖（見圖一）。圖像顯示25.6s觀察時(shí)間內(nèi)E模式信號(hào)伴隨著時(shí)間變化幅度改變很小，具體變化可以大致使用線性函數(shù)來展開敘述，圖中虛線所示為直線擬合結(jié)果。Es模式以及含有大小不均勻體的F2模式信號(hào)幅度變化明顯，在25.6s內(nèi)進(jìn)行了多次深度快衰落。

圖一 11時(shí)15分各模式信號(hào)幅度分布示意圖

圖二 14時(shí)47分各模式信號(hào)的幅度分布示意圖

對比圖一、二，結(jié)果顯示同一電離層下，若傳播模式不相同，信號(hào)幅度的變化趨勢就不同。但同種傳播模式，在不同的電離層下，信號(hào)幅度變化趨勢的差異性就很大。

電離層是線性時(shí)變通道，通過電離層傳播以后的電波信號(hào)的變化具有隨機(jī)性，需借助統(tǒng)計(jì)手段來分析、研究。信號(hào)幅度衰落累積分布往往用于信號(hào)衰落統(tǒng)計(jì)特性。經(jīng)資料證實(shí)、理論計(jì)算，在短波信道內(nèi)可用Rician分布與Rayleigh分布來表示信號(hào)幅度衰落分布。

按照上述分析，我們能夠得出這樣的結(jié)論：其一，和Rayleigh分布比較，E層和F2層信號(hào)幅度衰落分布較為接近Rayleigh分布，而在25.6s內(nèi)，其幅度變化規(guī)則。需重點(diǎn)考慮電離層在短時(shí)效應(yīng)時(shí)，需要運(yùn)用拋物線函數(shù)以及線性函數(shù)進(jìn)行大致描述，重點(diǎn)描述出E模式信號(hào)以及F2信號(hào)幅度隨時(shí)間的改變特點(diǎn)。其二，在高于75%置信度時(shí)，Es層信號(hào)幅度分布概率和Rician分布接近，但和Rayleigh分布較大。

3 關(guān)于信道的建模及其仿真

3.1 關(guān)于信道的建模

從當(dāng)前來看，較為齊全的短波信道模型便是Vogler，通常是從功率延遲分布、多普勒頻移以及多普勒展寬三方面來開展信道統(tǒng)計(jì)性建模。然而它有以下缺陷：第一，利用平面分層等效關(guān)系計(jì)算電離層路徑的參數(shù)過于簡單。第二，該模型依舊運(yùn)用復(fù)高斯隨機(jī)過程模擬信道衰落，過程中的假設(shè)不具有普遍意義。

在Vogler模型基礎(chǔ)上，結(jié)合電離層斜向探測結(jié)果針對短波信道進(jìn)行建模，各傳播模式信號(hào)運(yùn)用不同幅度衰落描述。考慮到便捷性因素，文中建立的Vogler信道模型是廣義的。其中，相位函數(shù)以及時(shí)延功率剖面因子仍用Vogler模型形式，隨機(jī)調(diào)制函數(shù)則根據(jù)不同電離層及傳播模式而定。

3.2 關(guān)于信道的仿真

當(dāng)短波時(shí)，變信道仿真的關(guān)鍵是隨機(jī)調(diào)制函數(shù)生成，通常情況下Rayleigh衰落過程實(shí)現(xiàn)是由兩路獨(dú)立高斯白噪聲各自經(jīng)多普勒成型濾波器之后作傅立葉反變換得到。但由于短波信道多普勒展寬范圍極小，若直接將高斯白噪聲頻譜與多普勒濾波器傳輸函數(shù)相乘，必會(huì)引起頻率分辨率過低，我們應(yīng)用史密斯成形濾波法。

任意選擇探測結(jié)果檢驗(yàn)廣義Vogler模型的精準(zhǔn)度。先由實(shí)測數(shù)據(jù)提取各模式信號(hào)多普勒信息和時(shí)延信息（見表一）。

表1 各模式信號(hào)的多普勒信息和時(shí)延信息

圖三 模型輸出散射函數(shù)和實(shí)測散射函數(shù)的對比

把多普勒信息和時(shí)延信息代到信道模型，得到圖三(a)所示的散射函數(shù)，圖三(b)則給出了此時(shí)實(shí)測散射函數(shù)圖。

通過兩圖對比我們發(fā)現(xiàn)，模型輸出散射函數(shù)和實(shí)測結(jié)果有著相似之處，二者之間最主要的區(qū)別是實(shí)測散射函數(shù)時(shí)延功率剖面在低角模在距離處峰值顯著分裂，起伏嚴(yán)重，但模型輸出散射函數(shù)時(shí)延功率剖面則是光滑曲線。這說明模型用時(shí)延功率剖面不精確，應(yīng)進(jìn)行深入試驗(yàn)和理論研究。另外，模型輸出未經(jīng)過一定的抑制手段，因此受到的影響極大。

［1］ 凡俊梅，吳振森，焦培南，等.電離層不同傳播模式信號(hào)衰落的實(shí)驗(yàn)研究［J］.武漢科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，（08）：13-14.

［2］ 張?jiān)骑w，胡中豫，張宏珉.基于短波接入網(wǎng)的圖像傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2009，(10)：68-69.