關(guān)于無線通信系統(tǒng)中信道的仿真研究

范 斌

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510663）

關(guān)于無線通信系統(tǒng)中信道的仿真研究

范 斌

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510663）

文章主要針對無線通信系統(tǒng)以及無線通信信道進(jìn)行研究與分析，并且進(jìn)行仿真研究。

無線通信系統(tǒng)；信道；仿真研究

無線電波由于其傳播特性開始在通信系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，另外有線通信的移動性以及便攜性等特點也促進(jìn)了無線通信的推廣。無線移動通信經(jīng)過3代的發(fā)展與更新，不斷提高通信速度，對信道的研究具有重要意義。

1 無線通信技術(shù)概述

1.1 無線電波的信息傳輸

無線通信技術(shù)主要利用無線電波來實現(xiàn)信息的傳輸，圍繞基站和無線通信用戶方面構(gòu)建無線電波信息傳輸。分析目前的無線通信環(huán)境能夠發(fā)現(xiàn)，其往往比較復(fù)雜繁瑣，對無線電波的傳輸造成極大的困難。在載波的傳輸過程中也會因為反射波以及散射波等問題引起信號強(qiáng)度的變化，導(dǎo)致無線電波的衰弱問題。另外由于載波速率的變動等均會引起信號強(qiáng)度幅值變化，最終影響通信質(zhì)量，因此在無線通信系統(tǒng)的建設(shè)中還必須要考慮電波衰落問題。

1.2 適用于強(qiáng)干擾環(huán)境

無線電波在傳輸過程中會因為無線電波本身的特點而產(chǎn)生各種干擾，影響無線電波的傳輸質(zhì)量，另外無線電波的傳輸還會受到各種環(huán)境因素的影響。其中外部環(huán)境的影響因素有城市噪音，但在這些環(huán)境中也不得不發(fā)展無線通信技術(shù)。因此，在進(jìn)行無線通信技術(shù)發(fā)展過程中還必須要考慮強(qiáng)干擾環(huán)境因素影響，保證當(dāng)今的無線通信技術(shù)能夠適用于強(qiáng)干擾環(huán)境。

1.3 通信能力有限

對于目前無線通信系統(tǒng)進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，通信信道使用的容量具有一定的限度，這樣就對無線通信頻段的選擇提出了要求。在滿足無線通道實際需求的同時，還要為不同用戶提供不同的頻段，這可以通過信道復(fù)用的方法實現(xiàn)，擴(kuò)展通信信道的容量也主要是通過這種方式。

2 無線通信技術(shù)信道及其技術(shù)難點分析

2.1 無線通信信道分析

通過對比無線通信系統(tǒng)和傳統(tǒng)有線通信系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)，環(huán)境因素雖然對有線通信系統(tǒng)的影響不大，但卻是影響無線通信系統(tǒng)最主要的要素。無線通信信道實際上是一種通信環(huán)境，會因為時間和空間的變化而變化，受到極大影響。

2.2 無線通信信道技術(shù)難點

無線通信技術(shù)的信息傳輸直接受到信道容量的影響。對信道容量進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，通信信道容量的提高一般通過兩種方式實現(xiàn)，一種是增加寬帶，另一種是提高頻譜利用率。另外對無線通信傳輸進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，無線信息的傳輸和傳統(tǒng)信息傳輸還是有不同之處的，由于開放特性等特點，無線通信技術(shù)不能通過微波或者是頻段擴(kuò)展來進(jìn)行通信信道的擴(kuò)容，這對頻譜的資源造成了極大的限制。另外由于無線通信技術(shù)的特點，有的頻譜資源決定了其不能利用寬帶來提高信道的容量，因此在無線通信技術(shù)中只能利用現(xiàn)有的頻率資源來實現(xiàn)對通信信道的容量擴(kuò)增，這樣就進(jìn)一步增加了無線通信信道技術(shù)的應(yīng)用難度。

3 無線通信信道仿真

3.1 加性高斯白噪聲信道的仿真

作為一種基本的信道方式，加性高斯白噪聲信道的仿真主要是利用高斯分布信號疊加的方式進(jìn)行，通過疊加讓信道信號和噪聲值的偏移相適應(yīng)，最終保證噪聲信道的平均值能夠隨機(jī)波動，主要圍繞平均值進(jìn)行波動。

3.1.1 信道誤碼率仿真

在進(jìn)行仿真的過程中充分利用了MATHLAB進(jìn)行誤碼率的仿真研究，本文主要選擇了誤碼個數(shù)、置信概率以及仿真結(jié)果最大相對誤差3個參量進(jìn)行研究與仿真。在仿真中首先利用MATHLAB進(jìn)行誤碼率模塊的搭建，如圖1所示。

圖1 誤碼率模塊

在進(jìn)行仿真的過程中，建立了誤碼率模塊之后進(jìn)行建模，然后利用模型進(jìn)行仿真實驗，通過實驗最終得出仿真結(jié)果。本文的仿真利用Stimulink進(jìn)行仿真，實驗仿真如圖2所示。

圖2 高斯信道誤碼率仿真

通過仿真能夠看出，加性高斯白噪聲信道的誤碼個數(shù)和置信區(qū)間上分位點的平方呈現(xiàn)正比的關(guān)系，另外和最大相對誤差的平方呈現(xiàn)反比的關(guān)系。另外通過Stimulink仿真發(fā)現(xiàn)這一結(jié)論是正確的。另外在性高斯白噪聲信道的改造中，還可以采用分集以及均衡等技術(shù)來實現(xiàn)信道的改造。

3.1.2 加性高斯白噪聲信道頻譜仿真

本文在對加性高斯白噪聲信道頻譜仿真研究時，還利用了MATHLAB進(jìn)行研究，建立了相應(yīng)仿真模塊，頻譜仿真模塊如圖3所示。

圖3 頻譜仿真模塊

在相應(yīng)仿真模塊建立之后，利用Stimulink進(jìn)行仿真，最終得出加性高斯噪聲信道的輸出頻譜以及輸出離散信號的頻譜。

3.2 Rayleigh信道的仿真

3.2.1 Rayleigh信道的誤碼率仿真

Rayleigh信道的仿真中也充分利用了MATHLAB進(jìn)行相應(yīng)模型的搭建，其中誤碼率的模塊構(gòu)建如圖4所示。

圖4 誤碼率模塊

在誤碼率模塊建立的基礎(chǔ)上利用Stimulink仿真進(jìn)行Rayleigh信道誤碼率圖形的仿真構(gòu)建，并且在仿真過程中和加性高斯白噪聲信道進(jìn)行對比，如圖5所示。

圖5 誤碼率圖形

3.2.2 Rayleigh信道的頻譜仿真

在頻譜仿真的過程中同樣利用MATHLAB進(jìn)行信道頻譜仿真模塊的構(gòu)建，基本模塊構(gòu)架如圖6所示。

圖6 頻譜仿真模塊

在仿真模塊建立的基礎(chǔ)上利用Stimulink進(jìn)行仿真，最終能夠得出Rayleigh信道的輸出頻譜，如圖7所示

圖7 輸出頻譜

4 仿真分析下技術(shù)難點應(yīng)對策略

本文在進(jìn)行仿真的研究中，主要針對加性高斯白噪聲信道以及Rayleigh信道進(jìn)行仿真研究，首先利用MATHLAB構(gòu)建這兩種信道的模塊，在模塊構(gòu)架的基礎(chǔ)上利用Stimulink進(jìn)行仿真。本文在仿真的過程中主要利用加性高斯白噪聲信道和Rayleigh信道的輸出頻譜和誤碼率進(jìn)行模塊構(gòu)建以及仿真，得出仿真圖像。通過仿真結(jié)果分析能夠發(fā)現(xiàn)，Rayleigh信道的誤比率和加性高斯白噪聲信道的誤比率相比還是較差的，另外在加性高斯白噪聲的信道中誤比率的效果最好，在信噪比低于5 dB時加性高斯白噪聲的信道時，效果較差。這樣，在無線通信系統(tǒng)中可以考慮和加性高斯白噪聲的傳輸效果統(tǒng)一，希望能夠增加信號的信噪比。另外，通過本文的仿真還能直觀地看出輸出頻譜之間的差異。文章之前提出無線通信會受到環(huán)境等干擾因素的影響，而這里提出的兩種仿真相結(jié)合，能夠促進(jìn)干擾問題的解決。同時目前研究的系統(tǒng)都是單個發(fā)送天線單個接收天線的通信系統(tǒng)，但是為了提高無線頻譜資源的利用率，人們提出了多個發(fā)送天線多個接收天線的通信系統(tǒng)，即多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Out-Put，MIMO）系統(tǒng)。系統(tǒng)利用多天線來抑制信道衰落，信道容量隨天線數(shù)量的增大而線性增大。也就是說可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。因此，MIMO信道也將成為未來信道研究的重要方面。

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[3]肖長期.無線通信信道均衡技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（14）：60.

Simulation research on channel of wireless communication system

Fan Bin
（Guangzhou Haig Communications Group, Guangzhou 510663, China）

This paper focused on research and analysis of wireless communication systems and wireless communication channels, then carries out simulation studies.

wireless communication system; channel; simulation research

范斌（1983— ），男，安徽合肥，碩士，工程師；研究方向：通信工程。