SystemView在無線移動(dòng)信道仿真中的應(yīng)用

李 巖，張智勇

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河北保定 071001

SystemView在無線移動(dòng)信道仿真中的應(yīng)用

李 巖，張智勇

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河北保定 071001

本文將信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件SystemVieW應(yīng)用于無線移動(dòng)信道仿真中，利用軟件提供的庫模塊和功能強(qiáng)大的計(jì)算工具、分析工具實(shí)現(xiàn)了仿真模型的建立和研究，并給出了Jake信道、Rice信道和自定義多徑信道的仿真模型實(shí)例。

通信系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；SystemVieW

0 引言

在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真方面，SystemView是一款簡單實(shí)用、功能強(qiáng)大的仿真工具。該軟件是由美國ELANIX公司推出，基于Windows環(huán)境下的系統(tǒng)分析引擎。軟件的使用非常方便，可以構(gòu)造各種線性或非線性系統(tǒng)，尤其適用于各種現(xiàn)代通信系統(tǒng)的分析和研究。

1 SystemView的系統(tǒng)建立和仿真過程

SystemView中系統(tǒng)的建立過程非常方便，不需要復(fù)雜的程序代碼設(shè)計(jì)，而是采用了直接由功能模塊(Token)構(gòu)建系統(tǒng)的方式。其中各個(gè)功能模塊(Token)均以圖標(biāo)的方式存放在軟件的基本庫（Main Library）和專業(yè)庫(Optional Library)中，使用時(shí)只要調(diào)出相應(yīng)模塊并輔以連線即可。系統(tǒng)建立后，可對各個(gè)模塊的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修改，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。SystemView還提供系統(tǒng)錯(cuò)誤診斷功能，可對系統(tǒng)設(shè)計(jì)中錯(cuò)誤連接問題（如尚懸空的待連接端）給出相應(yīng)的指示。

仿真過程中，SystemView提供了一個(gè)獨(dú)立的窗口進(jìn)行波形圖、頻譜圖的檢查和分析，并配有“接收計(jì)算器”，可以完成對仿真結(jié)果的各種運(yùn)算、譜分析以及濾波。

SystemView同時(shí)還具備以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）利用子系統(tǒng)（MetaSystem）提供的無限制分層結(jié)構(gòu)功能可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析；

2）SystemView中含有各種類型的軟、硬件接口，可方便的調(diào)用VC++或Matlab中的函數(shù)，并可向FPGA芯片和DSP芯片傳輸相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件和源代碼；

3）在系統(tǒng)建立時(shí)可方便的添加注釋信息，仿真波形也可直接輸出到其它字處理軟件中。

2 無線移動(dòng)信道模型

無線移動(dòng)通信系統(tǒng)是現(xiàn)代通信技術(shù)的重要組成部分，其信道也是各類通信信道中最為復(fù)雜的一個(gè)。無線電波的傳播環(huán)境是影響無線信道傳播環(huán)境的最主要因素，各種復(fù)雜的地理環(huán)境、氣候條件均會(huì)對信號(hào)的傳播產(chǎn)生巨大的影響，產(chǎn)生各種衰落現(xiàn)象。因此，研究無線移動(dòng)信道本身的傳播特性就顯得尤為重要。

在對無線信道的傳播特性進(jìn)行研究和分析的過程中，主要包含3個(gè)步驟。首先，通過給出的假設(shè)條件建立信道的近似數(shù)學(xué)模型（利用電磁場、統(tǒng)計(jì)學(xué)理論），為進(jìn)一步的研究提供指導(dǎo)作用；其次，在真實(shí)的傳播環(huán)境中進(jìn)行無線電波傳播的實(shí)際測試，得到大量、具體的實(shí)測數(shù)據(jù)，對數(shù)學(xué)模型做出修正；最后，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)建立無線移動(dòng)信道的計(jì)算機(jī)模型。

SystemView可以靈活、快速的模擬各種復(fù)雜的傳播環(huán)境，再利用軟件提供的各種信號(hào)源模塊、濾波器模塊和射頻模塊方便的建立無線信道的系統(tǒng)模型，結(jié)合獨(dú)立的仿真波形輸出窗口和接收計(jì)算器的塊處理功能可以對信道的傳播特性進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。

3 無線移動(dòng)信道的建模和仿真

3.1 Jake無線移動(dòng)信道

Jake無線信道假設(shè)在發(fā)送端和無線接收端之間存在著無數(shù)條的傳播路徑，且每一條路徑均是離散均勻分布的。如果輸入信號(hào)為x(t)，則接收信號(hào)y(t)為：

其中，fm為最大多普勒頻移，N為傳播路徑數(shù)，θK為相位隨機(jī)數(shù)。根據(jù)電磁波傳播速度、載波頻率和無線接收端的最大移動(dòng)速度可以計(jì)算出最大多普勒頻移為：

假設(shè)某無線通信系統(tǒng)中信號(hào)載波頻率為910MHz，無線接收機(jī)的移動(dòng)速度為90英里/h，此時(shí)最大多普勒頻移將會(huì)達(dá)到180Hz。在實(shí)際測試中，多條傳播路徑的長度并不相同，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的相對移動(dòng)速度并不為0，會(huì)引起多普勒頻移。此外還會(huì)受到多徑衰落的影響：將單頻信號(hào)擴(kuò)展為窄帶頻譜，該窄帶頻譜的表達(dá)式為：

根據(jù)以上分析利用SystemView建立Jake信道的仿真模型為：

圖1 Jake信道仿真模型

假設(shè)該仿真模型中，信號(hào)為單一頻率的正弦波，接收機(jī)以接近步行的速度相對于發(fā)射機(jī)移動(dòng)，仿真參數(shù)為：發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)頻率為25Hz，信號(hào)幅度為1V；Jake信道中最大多普勒頻移為5Hz。

3.2 Rice無線移動(dòng)信道

在無線通信系統(tǒng)中，通常存在著此種傳輸情況：接收機(jī)除了接收到發(fā)射機(jī)發(fā)射的直射信號(hào)外，還接收到其它路徑的散射信號(hào)。在散射信號(hào)的影響下直射信號(hào)的幅度會(huì)發(fā)生大幅的衰減，此時(shí)接收信號(hào)的幅度包絡(luò)的變化情況將符合Rice分布，符合這種傳播特性的信道稱為Rice信道

在建立Rice信道仿真模型時(shí)，認(rèn)為傳輸信號(hào)的頻帶寬度為B，它的倒數(shù)為信號(hào)碼元的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)該時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多條傳輸路徑的延遲時(shí)間時(shí)，設(shè)輸入信號(hào)為x(t)，則接收機(jī)接收到的信號(hào)y(t)為：

Rice信道的歸一化功率表示為(設(shè)衰落因子為k）：

Rice信道仿真模型如下圖所示：

圖2 Rice信道仿真模型

仿真模型的建立采用了比較的方式，其中信道1中即含有Rice衰落又包含高斯噪聲，信道2中只含有高斯噪聲。

3.3 自定義多徑信道

在SystemView中進(jìn)行無線信道仿真時(shí)，軟件在基本通信庫中給用戶提供了一種自定義的工作方式，即由用戶決定傳播路徑的條數(shù)，這樣極大的方便了用戶，擴(kuò)展了SystemView的工程應(yīng)用。除了可以設(shè)定路徑數(shù)，還允許用戶設(shè)定信號(hào)載波頻率、路徑延遲時(shí)間以及接收機(jī)的移動(dòng)速度。

4 結(jié)論

利用SystemView可以方便快捷的實(shí)現(xiàn)無線移動(dòng)信道仿真模型的建立。在對信道的傳播特性進(jìn)行分析時(shí)，相關(guān)參數(shù)的設(shè)定和修改非常簡便，滿足了復(fù)雜傳輸環(huán)境下對系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定的要求。相對于其它系統(tǒng)仿真軟件而言SystemView具有自身優(yōu)勢，是工程人員進(jìn)行系統(tǒng)測試和方案論證的有力工具。

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TN929.5

A

1674-6708（2010）24-0210-02

李巖，助教，研究方向：智能檢測與控制，現(xiàn)從事電子專業(yè)的研究與教學(xué)工作