移動通信設備中的多信道選取模型設計與改進

楊柳　趙明濤

摘 要： 傳統(tǒng)的設備信道選取模型分析方法復雜、模型模擬器電路過于簡化，應加以改進。提出并設計一種移動通信設備多信道選取模型并改進。介紹模型模擬器的組成以及仿真原理，通過改變移動通信距離偏角并添加白噪聲，排除模型中的多普勒效應和通信噪聲。改進模型模擬器A/D電路中的可控增益放大器，提高多信道中信號的干擾排除操作強度。用分布式計算系統(tǒng)替換原模型中的密集型計算系統(tǒng)，提高模型計算精度。實驗結果表明，改進后的模型取得了更高的電平過載率和更短的衰減時間。

關鍵詞： 移動通信設備； 多信道選取模型； 多普勒效應排除； 模型設計

中圖分類號： TN929.5?34； TN929.5 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）16?0132?03

Abstract： Since the analysis method of the traditional device channel selection model is complex， and the circuit of the model simulator is too simple， a multi?channel selection model for mobile communication device is proposed and designed. The composition and simulation principle of the model simulator are introduced. The declination angle of mobile communication distance is changed and the white noise is added to eliminate the Doppler effect and communication noise. The gain?controllable amplifier in A/D circuit of the model simulator was improved to enhance the elimination intensity of signal interference in the multi?channel. The distributed computing system is used to replace the intensive computing system in the original model to improve the computing accuracy of the model. The experimental results show that the improved model has high level overload rate and short fall time.

Keywords： mobile communication equipment； multi?channel selection model； Doppler effect elimination； model design

近年來，移動通信漸漸成為通信行業(yè)的領軍者，由于要通過縮減通信時延提高通信數(shù)據(jù)抗干擾能力，移動通信設備中多信道選取問題得到廣泛關注。干擾移動通信設備時延原因包括空間損耗、噪聲、多普特效應等，傳統(tǒng)多信道選取模型普遍存在分析方法復雜、數(shù)據(jù)處理抽象、模型模擬器電路過于簡化等缺點[1]，需加以改進。據(jù)以上描述，構建移動通信設備多信道理論分析模型，從理論入手消除干擾，最終設計出多信道選取模型。

1 移動通信設備中的多信道選取模型設計

移動通信設備使用者所處空間地理特點多樣性明顯，應用地理知識說明空間信道衰減情況，得到真實的理論分析模型。仿真陸地移動衛(wèi)星通信信道模型[2]能夠將信道環(huán)境正確區(qū)分，遇到移動通信設備地理特點轉換時針對空間陰影加蓋信道環(huán)境，構建理論分析模型，作為移動通信設備中多信道選取模型的初步設計方案，如圖1所示。

根據(jù)仿真陸地移動衛(wèi)星通信信道模型對地理特點的精確說明，設計出多信道選取模型在L波段的實測數(shù)據(jù)，通過最小二乘法[3]匯集多信道實測數(shù)據(jù)，選取最合適的信道進行移動通信。由于移動通信設備的衛(wèi)星行駛速度快并且軌道偏低，多普特效應和噪聲是影響時延的主要原因，移動通信信號與多普勒效應匯集進入理論分析模型，跟隨噪聲從模型輸出。模型模擬器應該能夠正確反映出移動通信設備多信道的干擾特點，為此，在仿真陸地移動衛(wèi)星通信信道模型中加入增益系數(shù)和校對系數(shù)，與衰減系數(shù)組成乘性干擾因子，構建理論分析模型。

模型模擬器的組成以及仿真原理如圖2所示，控制器進行移動通信設備多信道選取模型中干擾排除的軟件設計，硬件設計部分包括A/D電路、時鐘電路和信道信號操縱模塊。數(shù)字信號相對于模擬信號更易被操作[4]，模型通過A/D電路將模擬信號轉換成數(shù)字信號，以便進行更高精度的多信道選取，隨后利用信道信號操縱模塊，分析得到各個信道的通信狀態(tài)，將輸出信號轉換成最初的模擬信號重新分配到相應信道中進行移動通信。

2 移動通信設備中的多信道選取模型改進

2.1 模型干擾排除改進設計

在理論分析模型的移動通信設備多信道衰減過程中，移動通信設備與衛(wèi)星的通信識別區(qū)域存在很大不同，導致多信道中數(shù)據(jù)通信效果忽高忽低[5]，因此在改進移動通信設備中的多信道選取模型時，應該充分考慮到不同信道數(shù)據(jù)通信效果的干擾排除問題，將通信信道劃分在一起進行信道衰減情況的提取，以便選取出精確的數(shù)據(jù)傳輸信道。

2.1.1 多普勒效應

移動通信設備多信道選取模型使用模型模擬器消除多普勒效應，將信號輸出中的干擾信號降低至60 MHz以下。如果衛(wèi)星與移動通信設備正在進行相對運動，信道取得的通信數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)之間存在距離偏角，這種現(xiàn)象被稱作多普勒效應[6]。多普勒效應可同時作用于多個信道的數(shù)據(jù)解碼和調(diào)制等過程，造成通信誤差，函數(shù)表達式為：endprint

2.1.2 噪 聲

噪聲產(chǎn)生于多信道通信中電磁波存在的氛圍下，雷雨、刮風、人為等情況均可產(chǎn)生，這部分噪聲為通信噪聲。模型模擬器的接收端自身也存在硬件運轉噪聲，這部分噪聲可以忽略，重點通過制造白噪聲消除移動通信中產(chǎn)生的通信噪聲。白噪聲顯示于多信道接收設備信號的載波?噪音比之中[8]，載波?噪音比的函數(shù)表達式為：

式中：[C]表示載波功率，與信道通信能量消耗有關；[B]表示信道頻帶寬度；[N0]表示白噪聲功率波形密度。模型模擬器進行多信道通信仿真時，經(jīng)設定載波?噪音比數(shù)值范圍提高白噪聲功率波形密度，達到排除噪聲干擾目的。

2.2 模型模擬器改進設計

2.2.1 A/D電路改進

A/D電路對設備信號的處理影響著干擾排除操作強度，改進前的移動通信設備多信道選取模型沒能意識到A/D電路的重要性，加大了軟件操作壓力。A/D電路由信號調(diào)制電路和A/D轉換器組成，信號調(diào)制電路進行簡單的濾波操作，對A/D電路的改進主要集中于減少A/D轉換器的信道通信能量消耗。

A/D轉換器的電平控制在25 dBm上下最能防止過載發(fā)生，這時需要對信號添加36 dB增益[9]。A/D轉換器中電壓放大器負責提供增益，成為移動通信設備中的多信道選取模型的重點改進對象。改進后的模型選擇了型號為AD8330可控增益放大器，噪聲產(chǎn)生率、失真率以及強大的增益控制能力是其主要優(yōu)勢，AD8330電路如圖3所示。由圖3可知，AD8330擁有兩個增益控制管腳，分別是域名管腳和閱讀器管腳，其管腳起到管理信號阻抗、控制增益方向、穩(wěn)定電壓、進行差分輸入/輸出等作用。為了提高模型干擾排除操作強度，AD8330對多信道通信信號濾波操作進行了改進，如圖4所示，F(xiàn)1表示磁珠，專門進行信號波形抑制及高頻噪聲和峰值干擾排除，還能靜電吸附。

2.2.2 信道信號操縱模塊改進

信道信號操縱模塊的改進在于提高移動通信設備多信道選取模型的軟件計算精度。選擇分布式計算系統(tǒng)替換原模型中的密集型計算系統(tǒng)，更精確地控制信號訪問步長；采取數(shù)字手段增益白噪聲，以便消除多信道進行并行移動通信時產(chǎn)生的信號抖動[10]。信道信號操縱模塊中分布式計算系統(tǒng)結構如圖5所示，復雜可編程邏輯器件執(zhí)行現(xiàn)場可編程陣列下達的控制指令，采取先進先出隊列緩沖乘性因子進行多信道選取，通過時鐘信號時刻監(jiān)督隊列緩沖情況。

3 仿真實驗

利用計算機對移動通信設備中的多信道進行模擬，模擬出多條圓形信道，長度為800 km，多信道應用場所在寬敞的公園和遮擋強度大的農(nóng)村。設定模擬信道與移動通信衛(wèi)星的地理偏差角為20°，取得經(jīng)本文改進前的移動通信設備多信道選取模型、改進模型以及動態(tài)分配模型的電平過載率和衰減時間。公園中的電平過載率和衰減時間如圖6所示，在相同地理偏差角的條件下，改進模型取得了很高的電平過載率，能夠實時體現(xiàn)出多信道的移動通信情況，而且衰減時間短，很容易在信道中越過干擾，以便選取出最合適的移動通信設備信道。農(nóng)村中的電平過載率和衰減時間如圖7所示，所得仿真實驗結果同上。

仿真實驗結果表明，經(jīng)本文改進后的模型電平過載率高，衰減時間短。

4 結 論

本文設計高性能的移動通信設備多信道選取模型，初步設計出模型結構。模型模擬器硬件包括A/D電路、時鐘電路和信道信號操縱模塊。介紹了模型模擬器的工作原理。隨后對模型的多普勒效應、通信噪聲、A/D電路以及信道信號操縱模塊進行了改進。仿真實驗結果表明，經(jīng)本文改進后的模型電平過載率高，衰減時間短。

參考文獻

[1] 許健才.移動通信中多時段信道分配均衡模型[J].科技通報，2015，31（10）：145?147.

[2] 朱偉娜，周杰，蔡世清，等.移動通信宏小區(qū)信道模型的信道估計研究[J].計算機科學，2016，43（10）：87?92.

[3] 劉雅莎，肖丁.基于NS2的移動自組混合網(wǎng)絡模擬平臺研究[J].電視技術，2015，39（9）：88?91.

[4] 劉洋，崔穎，李鷗，等.認知無線網(wǎng)絡中多信道頻譜感知周期優(yōu)化算法[J].數(shù)據(jù)采集與處理，2016，31（4）：737?745.

[5] 陳劍培，陳躍斌，龐興勝，等.云南鄉(xiāng)村環(huán)境下4G移動通信信道特性分析[J].云南民族大學學報（自然科學版），2016，25（4）：350?353.

[6] 李航，趙明，王京.陰影衰落信道下多波束衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的動態(tài)信道分配策略[J].電訊技術，2016，56（6）：618?623.

[7] 王亞飛，劉亮亮.戰(zhàn)艦實時通信系統(tǒng)中的優(yōu)化通信過程仿真分析[J].計算機仿真，2015，32（6）：200?203.

[8] 辛焦麗，高麗.基于遺傳算法的蜂窩網(wǎng)絡接入信道動態(tài)分配方案的設計[J].現(xiàn)代電子技術，2016，39（15）：5?7.

[9] 張薇薇.高速移動環(huán)境下無線信道的檢測與估計[J].現(xiàn)代電子技術，2016，39（17）：63?66.

[10] 黃宏本.基于改進關聯(lián)規(guī)則的危險Web信息挖掘技術研究[J].現(xiàn)代電子技術，2016，39（6）：14?17.endprint