宽带无线信道仿真技术研究

孙少军

摘要：针对常用的无线信道模型主要作用于点频或者窄带信号，不能满足宽带信号传播特性模拟的问题。在窄带信道模型的基础上，提出了一种宽带无线信道仿真的建模思路，通过在大尺度衰落仿真建模过程中引入宽带特性，并与频率选择性小尺度衰落模型相结合，实现宽带无线信道的建模和仿真，满足了宽带信号传播特性模拟的需求，对于宽带无线信道建模仿真具有一定的参考意义。

关键词：无线信道；传播特性；信道建模

中图分类号：TP391.4文献标志码：A文章编号：1008-1739（2018）21-69-3

0引言

无线信号在不同的通信环境下，其时域和频域会受到通信信道环境不同程度的影响[1]。不同环境下，发射机发送的信号在传播过程中受到不同障碍物的反射及影响也不相同，接收机接收到的就是经过不同时延的不同反射或者折射路径的信号。由于无线通信环境复杂多变的特性，不可能用单一的数学模型描述所有无线信道环境，需要根据不同的环境建立不同的信道模型进行描述。

通常使用的无线信道模型主要针对于点频或者窄带信号，不能满足宽带信号传播特性模拟的需求。基于这个问题，在大尺度衰落仿真建模过程中引入宽带特性，并与频率选择性小尺度衰落模型相结合，实现宽带无线信道的建模和仿真，满足了宽带信号传播特性模拟的需求。

1宽带无线信道仿真技术

无线信道模拟主要分为大尺度衰落和小尺度衰落两部分，二者同时存在[2-3]，如图1所示。

1.2小尺度衰落模型

小尺度衰落是指无线信号在短时间或短距离传播时其幅度、相位或多径时延快速变化，小尺度衰落是同一个发送信号沿不同路径传播，以微小的时间差到达接收机造成的，也就是说无线通信信号的多径传播导致了小尺度衰落的产生[4]。

在多径传播环境下，不同路径信号的幅度、相位随时间变化，到达接收机后叠加[5-6]。基于Jakes模型搭建多径衰落信道结构，需要通过Jakes模型构建Rayleigh信道模型，控制每个信道的平均时延值，将多个信道进行合成后得到多径衰落信道。

Jakes仿真模型是基于无数个加权谐波的叠加，在仿真建模的过程中，一般使用有限个谐波代替无穷个谐波。Jakes模型采用无穷加权谐波的叠加技术来仿真高斯随机过程，接收端信号可以看作条路径的一系列平面波的叠加，如下所示：

利用该特性，构建宽带滤波器，由于该滤波器不是对称滤波器，所以只能采用复数滤波器设计。在进行信道仿真的过程中，根据设置的中心频率，计算得出相应的瞬时带宽的起始和终止频率，根据起始和终止频率计算得出该瞬时带宽内频率与衰减的幅频特性，通过幅频特性，计算得到该宽带滤波器的幅频响应。

2仿真结果

2.1大尺度衰落模型仿真结果

仿真实验中，设定大尺度传播距离为20 km，对30～ 230 MHz频段内的信号在城市、郊区和农村3种环境下大尺度传播特性进行仿真，仿真结果如图3所示。

由图中的结果可以看出：由于城市环境下，相对于农村环境，障碍物较多且较集中，所以在相同传播距离的情况下频段内对信号传播的损耗较高，郊区环境下，障碍物数量没有城市环境中多比较农村环境多，所以相同传播距离，郊区环境下的传输损耗比城市环境下的传输损耗低，但比农村环境下的传输损耗高。

2.2小尺度衰落模型仿真结果

使用Jakes模型构建Rayleigh信道后，利用多径衰落信道模型，进行小尺度衰落模型仿真，结果如图4所示，信号通过信道仿真后，经过小尺度衰落后，在时域上出现幅度的随机变化。

2.3宽带无线信道仿真结果

通过将大尺度衰落模型、小尺度衰落模型以及宽带幅频响应特性结合，实现了宽带无线信道建模。仿真结果如图5所示。对于不同频率的信号，单一信号的幅度具有随机衰减效果的同时，不同频率的信号衰减幅度也不相同，体现了不同频率下的幅频响应特性。

3结束语

宽带无线信道仿真技术通过在大尺度衰落仿真建模过程中引入宽带特性，并与频率选择性小尺度衰落模型相结合，实现宽带无線信道的建模和仿真，体现单个频点信号的传播特性的同时，还可以反应一定带宽内不同频率信号的不同传播特性，满足了宽带信号传播特性模拟的需求，在工程实践中的应用具有一定的参考价值。

参考文献

[1]吴凯.无线衰落信道模拟的仿真研究与实现[D].成都：电子科技大学，2014.

[2]吴焯文.无线信道模型的仿真与FPGA实现[D].广州：华南理工大学，2011.

[3]张晓佳.阴影衰落信道的建模与分析[D].呼和浩特：内蒙古大学，2014.

[4]金鑫.无线信道传播模型的研究与实现[D].北京：北京邮电大学，2010.

[5]倪光华，杜智远，王东，等.地空通信信道特性仿真与分析[J].无线电工程，2015，45（6）：78-80.

[6]孙得娣，徐荣蓉.两种瑞利衰落信道模型的研究[J].电子测量技术，2017，40（8）：23-26.