基于VC与Fortran的短波传输性能仿真

2011-07-31金善来王永斌刘宏波

无线电通信技术 2011年5期

金善来,王永斌,刘宏波

(海军工程大学,湖北武汉430033)

0 引言

短波信道是短波通信系统的重要组成部分。信道的好坏直接影响着通信的质量。而在短波信道中传输的电波直接受到周围环境的影响,到达接收端时会发生很大的衰落变化,对通信质量产生非常不利的影响。

短波通信试验中,涉及地域广、试验次数多、经费消耗大,采用仿真技术是有效的解决途径。在评估短波数字通信系统时,为了探测通信链路以及通信网络质量的好坏,一种是实验测试,一种是信道模拟[1]。实验测试是在实际的电离层链路上进行的,实现起来非常困难,而且对信道条件难以控制。而信道模拟仿真方法则是通过对信道特性进行理论分析,建立信道模型。利用信道仿真可以控制、改变信道参数,进而了解在不同信道条件下的信道性能。

1 短波通信线路模型

建立一条具体的通信线路,可以有各种不同的方案,图1为进行线路设计而假设的短波电离层反射信道模型[3]。

图1 短波电离层反射信道的模型

图中信道基本传播损耗Lp,表示无线电波进入电离层信道后,在传输中的能量损耗。若把天线增益也归入到“损耗”中去,则称为“系统损耗”Ls,P′n表示侵入短波信道的各种外部噪声功率。显然,若用 Pt表示发射功率,Pr表示接收功率,则：

2 短波通信线路模型仿真方案

系统由4大部分组成,剧情数据的接收模块、规划数据的接收模块、数据库模块、信噪比的读取及发送模块。

其中剧情数据的接收模块、规划数据的接收模块、信噪比的读取及发送模块由VC编写,信道模型的计算模块由Fortran编写,数据库模块包括电离层干扰产生、太阳黑子数和短波信道传播预测的数据,由Access数据库及标准的关系数据库操作语言完成。系统的总体流程图如图2所示,下面对流程图中各模块功能进行分析。

图2 系统的总体流程图

2.1 剧情数据和规划数据的接收模块

图中的剧情数据包提供参加通信的各个位置的地理信息,如经纬度等;规划数据包提供参加通信的各个通信装备的具体指标,如电台功率、天线高度等。剧情数据的接收模块和规划数据的接收模块是接收各计算参数,并把收到的数据传入信道模型的计算模块处理。在接收数据时,通过VC编写一个定时器周期性检查端口收发实时状态,以保证整个程序可以不停的接收外界数据包,且不存在数据的丢失和错乱问题。

2.2 信道模型的计算模块

信道模型的计算模块是由Fortran编写的,利用了Fortran程序的科学计算精确度高,运算速率快等特点实时处理上层数据,而且此部分是整个模型建立的核心部分,当接收到相应的参数后使用模型算法实时处理,运算结果存入数据库。

可通率是指通信线路的接收端的信噪功率比γo高于某个可以接收的最小信噪比 γomin的时间百分比[3]。在线路设计时,可通率是重要的指标,因此计算出接收端的信噪功率比γo非常关键[4]。

假设SNr是接收机信噪比,Pr是接收端的接收信号功率,Pn是噪声功率

式中,Lp0是自由空间传播损耗;La是电离层吸收损耗;Lg是多跳地面反射损耗;Yp是额外系统损耗。Yp不同时刻的估算值如表1所示。

表1 额外系统损耗的估算值表

中纬度地区,Yp大约在15～18 dB。

噪声功率计算：大气噪声用CCIR第322报告所提供的世界大气无线电噪声资料来估算。这一套资料把一天分成6个时段,而把一季里同一时段内的360个小时组成1个时区,全年共有24个时区。大气噪声资料为每1时区提供3张算图,所以一套完整的大气噪声资料含有72张算图。在算图中用有效天线噪声系数Fa来表示大气噪声的数值[3]。