綜合通信訓練模擬系統短波信道分布式實(shí)時(shí)仿真

1 引 言

自無(wú)線(xiàn)電技術(shù)發(fā)明并得到廣泛應用以來(lái)，依靠電離層進(jìn)行傳播的短波通信就成為遠距離無(wú)線(xiàn)通信的主要手段。為了有效訓練通信裝備操作人員，過(guò)去，在教學(xué)訓練單位，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(shí)的通信裝備實(shí)裝訓練中，由于缺乏發(fā)信方或收信方，特別是對于像戰術(shù)對抗、應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(kāi)關(guān)機訓練層面。

近年來(lái)，隨著(zhù)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(gè)解決問(wèn)題的有效途徑。利用“模擬訓練”既能夠使受訓人員進(jìn)行基本操作使用訓練，而且還能夠進(jìn)行復雜通信環(huán)境下通信業(yè)務(wù)綜合訓練?；诖?，研制了綜合通信訓練模擬系統。本文是綜合通信訓練模擬系統中關(guān)于短波通信信道實(shí)時(shí)仿真問(wèn)題的討論。

2 短波信道對信號傳輸的影響分析及仿真模型

2.1 對信號傳輸的影響分析

通常情況下，無(wú)線(xiàn)電波通過(guò)媒質(zhì)產(chǎn)生失真的原因有：一是媒質(zhì)的色散效應，二是隨機多徑傳輸效應。根據觀(guān)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，對通信系統的穩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會(huì )引起信道時(shí)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會(huì )引起信道頻率色散，由于各個(gè)路徑長(cháng)度隨時(shí)間的變化，表現出頻率散布，使發(fā)射信號的頻率結構發(fā)生變化，相位起伏不定，致使通信系統接收信號在時(shí)域上產(chǎn)生了時(shí)間選擇性衰落，從而造成數據信號的錯誤接收。

2.2 信道仿真模型

通過(guò)上述分析可知，短波信道在時(shí)域和頻域都是時(shí)變的。根據對短波信道特性的統計分析，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。假設分析只限于有限頻帶和足夠短的時(shí)間，可以認為信道基本上是穩定的，從而可以選用等效離散時(shí)間模型來(lái)表示，如圖1所示。

這里每個(gè)抽頭對應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，信道沖激響應為：

式中，i為路徑標號，n為路徑總數，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(shí)延，c(τ，t)表示在t-τ時(shí)產(chǎn)生的脈沖經(jīng)過(guò)信道后t時(shí)刻引起的響應。

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(shí)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構。圖中示出了2條多徑的短波信道總體結構框圖。