SystemView在无线移动信道仿真中的应用

李 岩，张智勇

河北农业大学信息科学与技术学院，河北保定 071001

SystemView在无线移动信道仿真中的应用

李 岩，张智勇

河北农业大学信息科学与技术学院，河北保定 071001

本文将信号级的系统仿真软件SystemVieW应用于无线移动信道仿真中，利用软件提供的库模块和功能强大的计算工具、分析工具实现了仿真模型的建立和研究，并给出了Jake信道、Rice信道和自定义多径信道的仿真模型实例。

通信系统；实验教学；SystemVieW

0 引言

在系统的设计和仿真方面，SystemView是一款简单实用、功能强大的仿真工具。该软件是由美国ELANIX公司推出，基于Windows环境下的系统分析引擎。软件的使用非常方便，可以构造各种线性或非线性系统，尤其适用于各种现代通信系统的分析和研究。

1 SystemView的系统建立和仿真过程

SystemView中系统的建立过程非常方便，不需要复杂的程序代码设计，而是采用了直接由功能模块(Token)构建系统的方式。其中各个功能模块(Token)均以图标的方式存放在软件的基本库（Main Library）和专业库(Optional Library)中，使用时只要调出相应模块并辅以连线即可。系统建立后，可对各个模块的参数进行调整和修改，并进行实时显示。SystemView还提供系统错误诊断功能，可对系统设计中错误连接问题（如尚悬空的待连接端）给出相应的指示。

仿真过程中，SystemView提供了一个独立的窗口进行波形图、频谱图的检查和分析，并配有“接收计算器”，可以完成对仿真结果的各种运算、谱分析以及滤波。

SystemView同时还具备以下几个优点：

1）利用子系统（MetaSystem）提供的无限制分层结构功能可实现复杂系统的设计和分析；

2）SystemView中含有各种类型的软、硬件接口，可方便的调用VC++或Matlab中的函数，并可向FPGA芯片和DSP芯片传输相应的数据文件和源代码；

3）在系统建立时可方便的添加注释信息，仿真波形也可直接输出到其它字处理软件中。

2 无线移动信道模型

无线移动通信系统是现代通信技术的重要组成部分，其信道也是各类通信信道中最为复杂的一个。无线电波的传播环境是影响无线信道传播环境的最主要因素，各种复杂的地理环境、气候条件均会对信号的传播产生巨大的影响，产生各种衰落现象。因此，研究无线移动信道本身的传播特性就显得尤为重要。

在对无线信道的传播特性进行研究和分析的过程中，主要包含3个步骤。首先，通过给出的假设条件建立信道的近似数学模型（利用电磁场、统计学理论），为进一步的研究提供指导作用；其次，在真实的传播环境中进行无线电波传播的实际测试，得到大量、具体的实测数据，对数学模型做出修正；最后，利用现代计算机模拟技术建立无线移动信道的计算机模型。

SystemView可以灵活、快速的模拟各种复杂的传播环境，再利用软件提供的各种信号源模块、滤波器模块和射频模块方便的建立无线信道的系统模型，结合独立的仿真波形输出窗口和接收计算器的块处理功能可以对信道的传播特性进行详细的分析和研究。

3 无线移动信道的建模和仿真

3.1 Jake无线移动信道

Jake无线信道假设在发送端和无线接收端之间存在着无数条的传播路径，且每一条路径均是离散均匀分布的。如果输入信号为x(t)，则接收信号y(t)为：

其中，fm为最大多普勒频移，N为传播路径数，θK为相位随机数。根据电磁波传播速度、载波频率和无线接收端的最大移动速度可以计算出最大多普勒频移为：

假设某无线通信系统中信号载波频率为910MHz，无线接收机的移动速度为90英里/h，此时最大多普勒频移将会达到180Hz。在实际测试中，多条传播路径的长度并不相同，发射机和接收机之间的相对移动速度并不为0，会引起多普勒频移。此外还会受到多径衰落的影响：将单频信号扩展为窄带频谱，该窄带频谱的表达式为：

根据以上分析利用SystemView建立Jake信道的仿真模型为：

图1 Jake信道仿真模型

假设该仿真模型中，信号为单一频率的正弦波，接收机以接近步行的速度相对于发射机移动，仿真参数为：发射机发射信号频率为25Hz，信号幅度为1V；Jake信道中最大多普勒频移为5Hz。

3.2 Rice无线移动信道

在无线通信系统中，通常存在着此种传输情况：接收机除了接收到发射机发射的直射信号外，还接收到其它路径的散射信号。在散射信号的影响下直射信号的幅度会发生大幅的衰减，此时接收信号的幅度包络的变化情况将符合Rice分布，符合这种传播特性的信道称为Rice信道

在建立Rice信道仿真模型时，认为传输信号的频带宽度为B，它的倒数为信号码元的持续时间，当该时间远远大于多条传输路径的延迟时间时，设输入信号为x(t)，则接收机接收到的信号y(t)为：

Rice信道的归一化功率表示为(设衰落因子为k）：

Rice信道仿真模型如下图所示：

图2 Rice信道仿真模型

仿真模型的建立采用了比较的方式，其中信道1中即含有Rice衰落又包含高斯噪声，信道2中只含有高斯噪声。

3.3 自定义多径信道

在SystemView中进行无线信道仿真时，软件在基本通信库中给用户提供了一种自定义的工作方式，即由用户决定传播路径的条数，这样极大的方便了用户，扩展了SystemView的工程应用。除了可以设定路径数，还允许用户设定信号载波频率、路径延迟时间以及接收机的移动速度。

4 结论

利用SystemView可以方便快捷的实现无线移动信道仿真模型的建立。在对信道的传播特性进行分析时，相关参数的设定和修改非常简便，满足了复杂传输环境下对系统参数设定的要求。相对于其它系统仿真软件而言SystemView具有自身优势，是工程人员进行系统测试和方案论证的有力工具。

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TN929.5

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1674-6708（2010）24-0210-02

李岩，助教，研究方向：智能检测与控制，现从事电子专业的研究与教学工作