短波通信信道衰落技术的研究与仿真

秦小军，肖 强

（陕西烽火电子股份有限公司，陕西 宝鸡 721006）

1 试验组织及参数设置

本试验的重要目的就是分析不同传播模式信号的衰弱情况，从中提取出各传播模式信号幅度伴随时间的变化信息。试验运用定频探测以及扫频探测结合的模式。系统工作周期是30min，每周期开始时进行一次扫频，再于定频点持续进行16次探测，时间间隔是1min，定频探测自整分点开始，共计发射512个信号，时间为25.6s。试验用发射机功率为400W，采样频率是160kHz，线性调频脉冲信号带宽是40kHZ，脉冲重复周期是50ms。

2 分析试验数据

所选电路及10MHz频点上基于频域信号最大原则提取规则E模式、Es模式以及具有大小不均体的F2低角模式信号幅度随时间变化的示意图（见图一）。图像显示25.6s观察时间内E模式信号伴随着时间变化幅度改变很小，具体变化可以大致使用线性函数来展开叙述，图中虚线所示为直线拟合结果。Es模式以及含有大小不均匀体的F2模式信号幅度变化明显，在25.6s内进行了多次深度快衰落。

图一 11时15分各模式信号幅度分布示意图

图二 14时47分各模式信号的幅度分布示意图

对比图一、二，结果显示同一电离层下，若传播模式不相同，信号幅度的变化趋势就不同。但同种传播模式，在不同的电离层下，信号幅度变化趋势的差异性就很大。

电离层是线性时变通道，通过电离层传播以后的电波信号的变化具有随机性，需借助统计手段来分析、研究。信号幅度衰落累积分布往往用于信号衰落统计特性。经资料证实、理论计算，在短波信道内可用Rician分布与Rayleigh分布来表示信号幅度衰落分布。

按照上述分析，我们能够得出这样的结论：其一，和Rayleigh分布比较，E层和F2层信号幅度衰落分布较为接近Rayleigh分布，而在25.6s内，其幅度变化规则。需重点考虑电离层在短时效应时，需要运用抛物线函数以及线性函数进行大致描述，重点描述出E模式信号以及F2信号幅度随时间的改变特点。其二，在高于75%置信度时，Es层信号幅度分布概率和Rician分布接近，但和Rayleigh分布较大。

3 关于信道的建模及其仿真

3.1 关于信道的建模

从当前来看，较为齐全的短波信道模型便是Vogler，通常是从功率延迟分布、多普勒频移以及多普勒展宽三方面来开展信道统计性建模。然而它有以下缺陷：第一，利用平面分层等效关系计算电离层路径的参数过于简单。第二，该模型依旧运用复高斯随机过程模拟信道衰落，过程中的假设不具有普遍意义。

在Vogler模型基础上，结合电离层斜向探测结果针对短波信道进行建模，各传播模式信号运用不同幅度衰落描述。考虑到便捷性因素，文中建立的Vogler信道模型是广义的。其中，相位函数以及时延功率剖面因子仍用Vogler模型形式，随机调制函数则根据不同电离层及传播模式而定。

3.2 关于信道的仿真

当短波时，变信道仿真的关键是随机调制函数生成，通常情况下Rayleigh衰落过程实现是由两路独立高斯白噪声各自经多普勒成型滤波器之后作傅立叶反变换得到。但由于短波信道多普勒展宽范围极小，若直接将高斯白噪声频谱与多普勒滤波器传输函数相乘，必会引起频率分辨率过低，我们应用史密斯成形滤波法。

任意选择探测结果检验广义Vogler模型的精准度。先由实测数据提取各模式信号多普勒信息和时延信息（见表一）。

表1 各模式信号的多普勒信息和时延信息

图三 模型输出散射函数和实测散射函数的对比

把多普勒信息和时延信息代到信道模型，得到图三(a)所示的散射函数，图三(b)则给出了此时实测散射函数图。

通过两图对比我们发现，模型输出散射函数和实测结果有着相似之处，二者之间最主要的区别是实测散射函数时延功率剖面在低角模在距离处峰值显著分裂，起伏严重，但模型输出散射函数时延功率剖面则是光滑曲线。这说明模型用时延功率剖面不精确，应进行深入试验和理论研究。另外，模型输出未经过一定的抑制手段，因此受到的影响极大。

［1］ 凡俊梅，吴振森，焦培南，等.电离层不同传播模式信号衰落的实验研究［J］.武汉科学学报，2009，（08）：13-14.

［2］ 张云飞，胡中豫，张宏珉.基于短波接入网的图像传输系统设计与实现［J］.四川兵工学报，2009，(10)：68-69.