綜合通信訓(xùn)練模擬系統(tǒng)短波信道分布式實(shí)時(shí)仿真

1 引 言

自無線電技術(shù)發(fā)明并得到廣泛應(yīng)用以來，依靠電離層進(jìn)行傳播的短波通信就成為遠(yuǎn)距離無線通信的主要手段。為了有效訓(xùn)練通信裝備操作人員，過去，在教學(xué)訓(xùn)練單位，通常大量時(shí)間用在裝備原理的理論講解上，由于不能提供真實(shí)的訓(xùn)練環(huán)境，即使花費(fèi)了大量人力、精力，仍收不到良好的訓(xùn)練效果。其原因是在平時(shí)的通信裝備實(shí)裝訓(xùn)練中，由于缺乏發(fā)信方或收信方，特別是對(duì)于像戰(zhàn)術(shù)對(duì)抗、應(yīng)急操作等情況更是難能達(dá)成，致使訓(xùn)練只能停留在裝備面板級(jí)的開關(guān)機(jī)訓(xùn)練層面。

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，加上仿真技術(shù)的不斷成熟，為我們提供了一個(gè)解決問題的有效途徑。利用“模擬訓(xùn)練”既能夠使受訓(xùn)人員進(jìn)行基本操作使用訓(xùn)練，而且還能夠進(jìn)行復(fù)雜通信環(huán)境下通信業(yè)務(wù)綜合訓(xùn)練。基于此，研制了綜合通信訓(xùn)練模擬系統(tǒng)。本文是綜合通信訓(xùn)練模擬系統(tǒng)中關(guān)于短波通信信道實(shí)時(shí)仿真問題的討論。

2 短波信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懛治黾?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/仿真">仿真模型

2.1 對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懛治?/p>

通常情況下，無線電波通過媒質(zhì)產(chǎn)生失真的原因有：一是媒質(zhì)的色散效應(yīng)，二是隨機(jī)多徑傳輸效應(yīng)。根據(jù)觀察表明，短波電離層反射信道是一種時(shí)變色散信道，它具有時(shí)間、頻率和空間三種選擇性衰落，對(duì)通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有很大影響。首先，信道輸入信號(hào)由于電離層的多徑效應(yīng)會(huì)引起信道時(shí)間色散，它使發(fā)射信號(hào)的幅度減小，甚至完全消失，致使通信系統(tǒng)接收信號(hào)在頻域上產(chǎn)生了頻率選擇性衰落，這是造成短波通信中出現(xiàn)突發(fā)錯(cuò)誤的主要原因。其次，信道輸入信號(hào)由于電離層多普勒效應(yīng)會(huì)引起信道頻率色散，由于各個(gè)路徑長(zhǎng)度隨時(shí)間的變化，表現(xiàn)出頻率散布，使發(fā)射信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，相位起伏不定，致使通信系統(tǒng)接收信號(hào)在時(shí)域上產(chǎn)生了時(shí)間選擇性衰落，從而造成數(shù)據(jù)信號(hào)的錯(cuò)誤接收。

2.2 信道仿真模型

通過上述分析可知，短波信道在時(shí)域和頻域都是時(shí)變的。根據(jù)對(duì)短波信道特性的統(tǒng)計(jì)分析，接收端接收信號(hào)的幅度服從Rayleigh分布，接收信號(hào)的相位服從(0，2π)均勻分布。假設(shè)分析只限于有限頻帶和足夠短的時(shí)間，可以認(rèn)為信道基本上是穩(wěn)定的，從而可以選用等效離散時(shí)間模型來表示，如圖1所示。

這里每個(gè)抽頭對(duì)應(yīng)一條可分解的傳輸路徑，每條路徑上，信號(hào)受到信道的幅度和相位的雙重調(diào)制，相當(dāng)于在每條路徑上增加了頻率擴(kuò)展和多普勒頻移，信道沖激響應(yīng)為：

式中，i為路徑標(biāo)號(hào)，n為路徑總數(shù)，fc為信號(hào)載頻，ai(t)是第i條路徑上接收信號(hào)的衰減因子，τi(t)是第i條路徑上的傳輸時(shí)延，c(τ，t)表示在t-τ時(shí)產(chǎn)生的脈沖經(jīng)過信道后t時(shí)刻引起的響應(yīng)。

若輸入信號(hào)為s(t)，則輸出為：

式中，sl為低通等效信號(hào)，*表示卷積。r(t)為接收信號(hào)，表示接收信號(hào)是由許多不同衰減的幅值與不同延時(shí)的多徑信號(hào)疊加而成。

3 信道仿真關(guān)鍵技術(shù)

基于短波電離層反射信道仿真模型，建立了如圖2所示的短波信道仿真總體結(jié)構(gòu)。圖中示出了2條多徑的短波信道總體結(jié)構(gòu)框圖。