短波信道模型仿真及其改进算法研究

Ｃｌ ｓ ｍ ｂ ｒ ＴＰ３ １ ９ ａ ｓ Ｎｕ ｅ ９ ．
１ 引 言
短 波通 信 由于设 备简 单 ， 成本 低 ， 信距 离 远 ， 通
顽 存性 强等 一 系列特 点 ， 其在 现 代 通信 中具有 重 使 要 的地 位 ， 长期 以来 ， 直 是 军 事 通 信 领 域 不 可 缺 一
（） 为路径 增益 。
Ｇ ￡ ： Ｇ ｅ ｐ 丁 ｆ ＋ Ｇ ｘ （ ２（ ） （ ） （） ｘ （ ２（ ） ｅ ｐ ７ ２
个通 信系 统 的误 码 率 性 能 主 要受 时延 扩 展
均方 根 值 的影 响 ， 与时 延 功率 分 布 的形 状 无关 ［ 引。
式 （） ， ２ 中 Ｇ 和Ｇ 为独 立复 高 斯过 程 ， 和 ｙ
７ ８
田 爽 等 ： 波 信 道 模 型 仿 真 及 其 改进 算法 研 究 短
总第 ２０期 ０
如图 １ 示 ， 信 道对 信 号 的影 响 分两 项 ， 所 此 一
应 定义 为 所有 传 播模 式 冲激 响 应之 和 ， 它是 时 间 ｔ
和时延 的函数 。其表达 式为 ：
项是用 乘 以 是 的方 式作 用于被 传输 的信号 ， 一 （） 另 项 是加 于信号 一个 噪 声 干扰 （） 。前 者 称 为乘 性 干扰 ， 者称 为加性 干扰 。其 中加 性干扰 （） 后 ｆ与乘
本文 首先 介绍 了 Ｗ ａｔｒｏ ｔｅｓ ｎ模 型 的特 性 ｌ ， １ 并 ］
以Ｉ ＴＳ宽带 短波 信道模 型 为基 础［ ， 出一 种 改进 ２提 ］ 的短 波窄 带信 道模 型 的仿 真结构 。
２ 短 波 窄 带 信 道 Ｗ ａｔｒｏ ｔｅｓ ｎ模 型
被广 泛认 可 的窄带 短 波信 道模 型是 ｗ ｔｅｓｎ ａｔｒｏ
因此 ， 们 可以假定 尸（） 高斯 分布 函数 的形式 。 我 ｚ为 ． 这种近 似 的好 处 在 于 ， 函数 仅 需 要 时 延 扩 展 该 与平均 时延 ｒ 就 能 确定 且 二者 相 互独 立 。则 近 似
后 的时延 功率分 布 函数为式 （ ） 其形 状 如 图 ３ ｂ ５， （）
进 行通 信必 须 要 对 信 道 的 传 输 特 性 进 行 分 析 。 目 前 对短 波信 道性 能 的测试 通常 采 用两 种 方 法 ， 即信
道 模拟 和实 验 测 试 。实 验 测 试 的方 法 需 要 在 实 际 环 境 中进行 大量 的实 验 ， 实现起 来 非 常 困难 。而信
．
ａ １ ＋
服从 Ｇａ ｍｍａ 布 ： ｒ 一Ａ 分 Ｐ（ ）
＋ １ 。
ｚ ， 。一 一
线性 系统经 过不 同的延 时路径 后 叠加得 到 的 ， 常 通 也被 称为抽 头延 迟线结 构 。如图 ２ 示 。 所
其 中 ， 制 时延 宽 度 ， △控 ａ为形 状参 数 ， 定功 率 时 决 延 分 布 函数 的对 称 性 。Ｆ（・ 为 Ｇａ ） ｍｍａ分 布 函 数 。该 时延 功率分 布 函数 的形 状 如 图 ３ ａ 中所示 （）
少 的远距 离 通信 方式 。然 而 ， 波 信 道是 一 种 时变 短 色散信 道 ， 道 特 性 不 稳 定 ， 波 经 电离 层 反 射 后 信 天
模型 ， 该模 型是 在平 静 电离 层 条 件 下 得 到 的 ， 用 使 的前 提是 各个 传输 模式 内的 时延扩 展 可 以忽 略 ｌ 。 ＿ ８ ］
所示 。
为多普 勒频 移 的均 值 。每 一 抽 头 系数 都 有 相应 的 功率谱 函数 （ ）且 服从 高斯分 布 ： ｙ，
ＹｉＹ 一 （） １
Ａ／ ￣ ２
７ ｃ
ｅ ｐ ｘ
（ 一
、
—
％
）
Ｐ（）＝ ｘ ［ ７ ｒ ｒ ＝Ａｅ ｐ 一２ （ 一 ）／， ＝ 【 ）］ ２
对 ｗａｔｒｏ ｔ ｓ ｎ模 型进行 建 模 之 前 ， 先 建 立 一个 最 ｅ 首 简单 的 （ 时变线 性 系统 ） 短波 信道 模 型 如 图 １ 示 ， 所 并对 随参 信道 的特 性进 行一 定 的了解 。
会 造成 信号 的衰 落和 频 率散 布Ｌ 。因此 ， 用短 波 １ ］ 利
（） 制后 叠 加 形 成 的 。Ｇ （） ｆ调 的谱 函数 由上 式 给 出 ， 中 代表 第 ｉ 其 条路 径 的频 率扩 展 。对该 传输 模 型来 说 ， 构 造 一 个 Ｗａｔｒｏ 要 ｔｅｓｎ信 道模 型 ， 只需 要 对各个 阶 增 益 函数 Ｇ （） 行 配 置 即可 完 成 建 ￡进 模。
总 第 ２ ０期 ０
舰 船 电 子 工 程
Ｓｈｐ Ｅｌ ｃ ｒ ｎｃ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｉ ｅ ｔ ｏ ｉ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ
Ｖｏ ． １ ＮＯ ２ １３ ．
７７
２ １ 年 第 ２期 ０１
短 波 信 道 模 型 仿 真 及 其 改 进 算 法 研 究
田 爽 何昭然 李
武汉
中 图分 类 号
Ｓｉ ｕｌ ｔｏ ｆ Ｈ Ｆ ｍ ａ ｉｎ ｏ Ｃｈａ ｅ ｎｄ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｍ ｐ ｏ ｅ ｇ ｒｔ ｎｎ ｌａ ｓ ａ ｃ ｎ Ｉ ｒ ｖ ｄ Ａｌ ｏ ｉｈｍ
Ｔｉ ｎ ｈｕａ Ｈ ｅ Ｚｈａ ａ ＬｉＮａｎ ａ Ｓ ｎｇ ｏｒ ｎ
道 模拟 的方 法则是 通 过对 信道 特 性进 行 理论 分 析 ，
建 立信 道模 型 ， 实验 室环 境下 进 行 与实 际 信 道类 在 似 的模 拟 ， 大大 降 低 了 系 统 测 试 的 难 度 和 费 用 ， 减
少 了测 试周 期 。
图 １ 最 简 单 的 短 波 信 道 模 型
姆
Ａ，
ｆ
Ｔ
Ｚ
Hale Waihona Puke 时延。 。图 ３ａ Ｉ （） ＴＳ模 型
图 ３ ｂ 高斯 模 型 （）
３ ２ 改进 的窄 带短 波信道模 型 的仿真 实现算 法 ．
类 似 Ｗａｔｒｏ ｔ ｓ ｎ模 型 中用 单 一 抽 头 结 构 去 仿 ｅ
３ 改 进 的 窄 带短 波 信 道模 型
由于广 泛 使 用 的 Ｗａｔｒｏ ｔｅｓｎ信 道模 型 将 各 个 传播模式 内的时延 扩展忽 略不计 ， 是 这种前 提 条 但
ｍｅ ｔ ｔ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｓ ｉａ ｌ ｆ ｒ ｃ ｍｐ ｔ ｒｓｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ． Ｔｈ ｓ ｎ ｗ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｍｏ ｅ ｅ ｉ ｎ ｔ ｓ ｔ ｅ ｕ ｅ ｌ ｔ ｔ ｎ ｏ ｎ ａ ｉ ｔ ｏ ｕ ｔ ｂ ｅ ｏ ｏ ｕ ｅ ｉ ｌ ｔ Ｓ ｒ ｐ ｓ ｄ ｏ ｏ ｉ ｅ ｓｍ ｌ ｔ ｄ ｌ ｌ ｏ ｍｉ ａ ｅ ｈ ｓ ｉ ａ ｉ ｆ ｍｉ ｏ Ｗ ａ ｔ ｒ ｏ ｈ ｎ ｅ ｄ １ Ｔｈ ｅａ ｐ ｅ ｄ ｉ ｏ ｓｄ ｒ ｄ ｉ ａ ｈ ｐ ｏ ａ ａ ｉ ｎ ｍｏ ｅ ｎ ｈ ｄ ｌ ｏ ｌ ｉ ｌ ｔ ｄ ａ ｔｅ ｓ ｎ ｃ ａ ｎ ｌ ｍｏ ｅ． ｅｄ ｌ ｙ ｓ ｒ ａ ｓｃ ｎ ｉ ｅ ｅ ｅ ｃ ｒ ｐ ｇ ｔ ｄ ，ａ ｄ ｔ ｅｍｏ ｅ ｃ ｕ ｄ ｓｍｕ ａ ｅａ ｗｉ ｅ ｖ — ｎ ｏ
ｈ ｔ ） ＞： ｒＤ （，） （，） （， 一 Ｐ （） ｒ ｒ ｒ
（） ４
性干扰 ｋ 不 同 ， （） 即使 信道 中没 有信 号 输人 ， 性 加
干扰仍然 存在 。
经典 的 Ｗａｔｒｏ ｔ ｓ ｎ模 型就 是 前 面 介 绍 的时 变 ｅ
上 式 中 Ｐ（ ） ｒ 为时延 功率 分布 函数 ， （ ，） 确定 Ｄ ￡ｒ 为 相位 函数 ， （，） 随机 调制 函数 ［ ｆｒ 为 。其 中 ， ｒ Ｐ（ ）
（） ５ （） ６
＿ ２ ｔ ＿ Ａ
＋
ｅｐ ｘ
丁ｐ ｃ
Ｉ— Ｊ Ｌ （ ＿一 ） （ 一—■ ＿ ３ ）
、 ％
） ／ ）２ ／ － ｌ（ Ａ） ） 。 ， 一（ ２ ｛￣ Ｅ ｎ Ａｒ ］ ／
从 Ｗａｔｒｏ ｔｅｓｎ信 道 的传 输模 型可 以看 出 ， ｔ Ｗａ— ｔｒｏ 模 型可 以看 做 有 限个 互 不相 关 的路 径 经 Ｇ ｅｓ ｎ
楠
４０ ７） ３ ０ ９
（ 汉船舶通信研究所 武
摘
要
文 章 介 绍 了 Ｗ ａｔｒｏ 信 道 模 型 的 特性 ， 以 Ｉ Ｓ宽 带 信 道 模 型 为 基 础 ， 出 了 一 种 改 进 的 窄 带 短 波 信 道 模 ｔ ｓｎ ｅ 并 Ｔ 提
型 ， 经 过 适 当的 近 似 与 简 化 ， 到 了适 于计 算 机 仿 真 的 实 现 结 构 ， 进 的 窄带 短 波 信 道 模 型 考 虑 ＿各 个 传 媒 模 式 内 的时 延 并 得 改 ｒ 扩 展 ， 除 了 Ｗ ａｔｒｏ 模 型 的使 用 限 制 ， 够 仿 真更 为 广 泛 的 短 波 信 道 条 件 。 消 ｔ ｓｎ ｅ 能 关键 词 Ｗ ａｔｒｏ 模 型 ；Ｉ Ｓ模 型 ；窄 带 ； 落 ； 普 勒 ｔ ｓｎ ｅ Ｔ 衰 多 ＴＰ ９ ． ３１９
ｒｅ ｙ ｏｆｐｒ ｐａ ｔｏ ｃ ｎｄ ｔｏｎｓ ｉｔ ｏ ｇａ ｉｎ ｏ ｉｉ ．
Ｋ ｙ Ｗ ｏ ｄｓ Ｗ ａ ｔ ｒ ｏ ｄ ｌ ＴＳ ｍｏ ｅ ，ｎ ｒ ｏ ａ ｄ，ｆｄ ｎ ｅ ｒ ｒｅ ｓ ｎ ｍｏ ｅ ，Ｉ ｄ ｌ ａ ｒ ｗｂ ｎ ａ ｉ ｇ，Ｄｏ ｐ ｅ ｐ ｌｒ
的 ４个 主要参数 确定 。分别 为 中心频 率 时延 ， 时
延 功率 峰值 Ａ， 升 时 延 ， 延 扩 展 。可 以看 上 时
图 ２ Ｗ ａｔｒｏ ｔｅ ｓ ｎ信 遭 传 输 模 型
这 个模型 的时变 频率 响应 可 表示成 ：
Ｈ （ ，） ｆ ｆ一 ｅ ｐ －ｊ ７ ｉ Ｇ （） ｘ （ ２ｒ ｖ ｆ） ｉｆ （） １
件往往不 能满 足 。这里就 将 以 Ｉ Ｓ模 型为 基础 ， Ｔ 提