[发明专利]一种适用于宽带短波通信的信道模拟方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线信道模拟仿真领域，更具体地，涉及一种适用于宽带短波通信的信道模拟方法及装置。

背景技术

在短波通信系统中，为了验证系统的有效性，通常采用信道模拟法或电离层链路实际测试两类方法，其中信道模拟法通过电离层观察或实测的信号对信道进行数学建模，并利用软件编程或嵌入式系统来实现信道的仿真，而电离层链路实际测试需要建设实际电台站点(包括调制解调器、大功率电台、天调、天线等设备)，且站点需要选取在背景噪声较小、视野开阔无遮挡的地点(如城郊或海边)，会消耗较大的人力与物力成本，时间周期也相对较长。因此，短波通信系统的功能及性能测试通常在实验室环境利用信道模拟法来进行，当性能达到一定的指标，可进行电离层链路实际测试来最终验证系统的有效性。

短波信道模型的建立及信道模拟的真实性直接影响设计短波通信系统性能。目前，短波信道存在多种数学模型，其中Watterson等人提出的高斯散射增益抽头延迟线模型，Watterson模型被广泛认可为短波窄带信道模型，该模型已经得到国际无线电咨询委员会的推荐，但这一模型是在平静电离层条件下得到的，忽略各个传播路径中的时延扩展。上个世纪末，美国电信科学协会提出了宽带短波信道ITS模型，近年来以该模型为基础开发的宽带短波信道模拟器得到了很好的应用。

通常基于ITS模型的信道模拟器在频域来完成，首先需要根据设定的信道条件构建信道传输函数，然后对输入信号作傅里叶变换，将其与信道传输函数相乘后进行傅里叶逆变换得到输出信号。但当信道条件发生变化时就需要重新构建新的信道传输函数，不能在线改变信道参数，不能完成真正的动态仿真，进而不能实时地模拟真实信道特性。

发明内容

为了解决现有信道模拟方法所存在当信道条件发生变化时无法动态重新构建信道传输函数、不能实时地模拟真实信道特效的问题，本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种适用于宽带短波通信的信道模拟方法及装置。

根据本发明的一个方面，提供一种适用于宽带短波通信的信道模拟方法，包括：

S1，对目标短波信道的输入信号进行预处理以获得离散时间实信号，利用希尔伯特带通滤波器将所述离散时间实信号转换为相位相差90°的IQ复信号；

S2，结合电离层实测参数完成对所述目标短波信道的每条传播路径的冲击响应函数的计算，以构建具有多径结构、时延扩展、多普勒频移和多普勒展宽特性的ITS信道模型；

S3，将所述IQ复信号输入所述ITS信道模型以获得多径输出信号，根据测量获得的所述输入信号的功率及预设的信噪比生成带通噪声，将所述多径输出信号与所述带通噪声进行求和，并将求和获得的离散时间中频信号转换为与所述输入信号形式一致的输出信号。

其中，步骤S2中所述电离层实测参数包括：输入信号最大幅度A，输入信号的接收阈值A_T，A_T对应的起始时延τ_min，A对应的平均时延τ_c，A_T对应的截止时延τ_max，τ_min对应的多普勒频移f_smin，τ_c对应的多普勒频移f_s以及多普勒展宽2σ_D。

其中，所述步骤S2进一步包括：

对任意单一传播路径均顺序执行以下步骤：

S21，基于时延扩展分布将所述单一传播路径的信号划分为N_t个等效子路径，并确定每个等效子路径的时延时间；

S22，根据所述电离层实测参数中的参数A、A_T、τ_min、τ_c和τ_max，以及所述每个等效子路径的时延时间，计算生成所述单一传播路径的每个等效子路径所对应的延时功率谱系数；

S23，根据所述电离层实测参数中的参数f_smin和f_s，计算生成所述单一传播路径的每个等效子路径所对应的确定性相位函数；

S24，根据所述电离层实测参数中的参数2σ_D，计算生成所述单一传播路径的每个等效子路径所对应的随机调制函数，并获取与所述单一传播路径相对应的整体随机调制函数；

S25，将每个所述等效子路径信号的幅值乘以所对应的延时功率谱系数与确定性相位函数，对所有经乘积处理后的所述等效子路径信号进行求和，再利用所述整体随机调制函数与求和后获得的信号相乘。