綜合通信訓練模擬系統(tǒng)短波信道分布式實時仿真

1 引 言

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

近年來，隨著計算機技術(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，為我們提供了一個解決問題的有效途徑。利用“模擬訓練”既能夠使受訓人員進行基本操作使用訓練，而且還能夠進行復雜通信環(huán)境下通信業(yè)務(wù)綜合訓練?；诖耍兄屏?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/綜合">綜合通信訓練模擬系統(tǒng)。本文是綜合通信訓練模擬系統(tǒng)中關(guān)于短波通信信道實時仿真問題的討論。

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

2.1 對信號傳輸?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變色散信道，它具有時間、頻率和空間三種選擇性衰落，對通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有很大影響。首先，信道輸入信號由于電離層的多徑效應(yīng)會引起信道時間色散，它使發(fā)射信號的幅度減小，甚至完全消失，致使通信系統(tǒng)接收信號在頻域上產(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)錯誤的主要原因。其次，信道輸入信號由于電離層多普勒效應(yīng)會引起信道頻率色散，由于各個路徑長度隨時間的變化，表現(xiàn)出頻率散布，使發(fā)射信號的頻率結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，相位起伏不定，致使通信系統(tǒng)接收信號在時域上產(chǎn)生了時間選擇性衰落，從而造成數(shù)據(jù)信號的錯誤接收。

2.2 信道仿真模型

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

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

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

若輸入信號為s(t)，則輸出為：

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

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。