关于无线通信系统中信道的仿真研究

范 斌

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663）

关于无线通信系统中信道的仿真研究

范 斌

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663）

文章主要针对无线通信系统以及无线通信信道进行研究与分析，并且进行仿真研究。

无线通信系统；信道；仿真研究

无线电波由于其传播特性开始在通信系统中进行应用，另外有线通信的移动性以及便携性等特点也促进了无线通信的推广。无线移动通信经过3代的发展与更新，不断提高通信速度，对信道的研究具有重要意义。

1 无线通信技术概述

1.1 无线电波的信息传输

无线通信技术主要利用无线电波来实现信息的传输，围绕基站和无线通信用户方面构建无线电波信息传输。分析目前的无线通信环境能够发现，其往往比较复杂繁琐，对无线电波的传输造成极大的困难。在载波的传输过程中也会因为反射波以及散射波等问题引起信号强度的变化，导致无线电波的衰弱问题。另外由于载波速率的变动等均会引起信号强度幅值变化，最终影响通信质量，因此在无线通信系统的建设中还必须要考虑电波衰落问题。

1.2 适用于强干扰环境

无线电波在传输过程中会因为无线电波本身的特点而产生各种干扰，影响无线电波的传输质量，另外无线电波的传输还会受到各种环境因素的影响。其中外部环境的影响因素有城市噪音，但在这些环境中也不得不发展无线通信技术。因此，在进行无线通信技术发展过程中还必须要考虑强干扰环境因素影响，保证当今的无线通信技术能够适用于强干扰环境。

1.3 通信能力有限

对于目前无线通信系统进行分析能够发现，通信信道使用的容量具有一定的限度，这样就对无线通信频段的选择提出了要求。在满足无线通道实际需求的同时，还要为不同用户提供不同的频段，这可以通过信道复用的方法实现，扩展通信信道的容量也主要是通过这种方式。

2 无线通信技术信道及其技术难点分析

2.1 无线通信信道分析

通过对比无线通信系统和传统有线通信系统能够发现，环境因素虽然对有线通信系统的影响不大，但却是影响无线通信系统最主要的要素。无线通信信道实际上是一种通信环境，会因为时间和空间的变化而变化，受到极大影响。

2.2 无线通信信道技术难点

无线通信技术的信息传输直接受到信道容量的影响。对信道容量进行分析能够发现，通信信道容量的提高一般通过两种方式实现，一种是增加宽带，另一种是提高频谱利用率。另外对无线通信传输进行分析能够发现，无线信息的传输和传统信息传输还是有不同之处的，由于开放特性等特点，无线通信技术不能通过微波或者是频段扩展来进行通信信道的扩容，这对频谱的资源造成了极大的限制。另外由于无线通信技术的特点，有的频谱资源决定了其不能利用宽带来提高信道的容量，因此在无线通信技术中只能利用现有的频率资源来实现对通信信道的容量扩增，这样就进一步增加了无线通信信道技术的应用难度。

3 无线通信信道仿真

3.1 加性高斯白噪声信道的仿真

作为一种基本的信道方式，加性高斯白噪声信道的仿真主要是利用高斯分布信号叠加的方式进行，通过叠加让信道信号和噪声值的偏移相适应，最终保证噪声信道的平均值能够随机波动，主要围绕平均值进行波动。

3.1.1 信道误码率仿真

在进行仿真的过程中充分利用了MATHLAB进行误码率的仿真研究，本文主要选择了误码个数、置信概率以及仿真结果最大相对误差3个参量进行研究与仿真。在仿真中首先利用MATHLAB进行误码率模块的搭建，如图1所示。

图1 误码率模块

在进行仿真的过程中，建立了误码率模块之后进行建模，然后利用模型进行仿真实验，通过实验最终得出仿真结果。本文的仿真利用Stimulink进行仿真，实验仿真如图2所示。

图2 高斯信道误码率仿真

通过仿真能够看出，加性高斯白噪声信道的误码个数和置信区间上分位点的平方呈现正比的关系，另外和最大相对误差的平方呈现反比的关系。另外通过Stimulink仿真发现这一结论是正确的。另外在性高斯白噪声信道的改造中，还可以采用分集以及均衡等技术来实现信道的改造。

3.1.2 加性高斯白噪声信道频谱仿真

本文在对加性高斯白噪声信道频谱仿真研究时，还利用了MATHLAB进行研究，建立了相应仿真模块，频谱仿真模块如图3所示。

图3 频谱仿真模块

在相应仿真模块建立之后，利用Stimulink进行仿真，最终得出加性高斯噪声信道的输出频谱以及输出离散信号的频谱。

3.2 Rayleigh信道的仿真

3.2.1 Rayleigh信道的误码率仿真

Rayleigh信道的仿真中也充分利用了MATHLAB进行相应模型的搭建，其中误码率的模块构建如图4所示。

图4 误码率模块

在误码率模块建立的基础上利用Stimulink仿真进行Rayleigh信道误码率图形的仿真构建，并且在仿真过程中和加性高斯白噪声信道进行对比，如图5所示。

图5 误码率图形

3.2.2 Rayleigh信道的频谱仿真

在频谱仿真的过程中同样利用MATHLAB进行信道频谱仿真模块的构建，基本模块构架如图6所示。

图6 频谱仿真模块

在仿真模块建立的基础上利用Stimulink进行仿真，最终能够得出Rayleigh信道的输出频谱，如图7所示

图7 输出频谱

4 仿真分析下技术难点应对策略

本文在进行仿真的研究中，主要针对加性高斯白噪声信道以及Rayleigh信道进行仿真研究，首先利用MATHLAB构建这两种信道的模块，在模块构架的基础上利用Stimulink进行仿真。本文在仿真的过程中主要利用加性高斯白噪声信道和Rayleigh信道的输出频谱和误码率进行模块构建以及仿真，得出仿真图像。通过仿真结果分析能够发现，Rayleigh信道的误比率和加性高斯白噪声信道的误比率相比还是较差的，另外在加性高斯白噪声的信道中误比率的效果最好，在信噪比低于5 dB时加性高斯白噪声的信道时，效果较差。这样，在无线通信系统中可以考虑和加性高斯白噪声的传输效果统一，希望能够增加信号的信噪比。另外，通过本文的仿真还能直观地看出输出频谱之间的差异。文章之前提出无线通信会受到环境等干扰因素的影响，而这里提出的两种仿真相结合，能够促进干扰问题的解决。同时目前研究的系统都是单个发送天线单个接收天线的通信系统，但是为了提高无线频谱资源的利用率，人们提出了多个发送天线多个接收天线的通信系统，即多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Out-Put，MIMO）系统。系统利用多天线来抑制信道衰落，信道容量随天线数量的增大而线性增大。也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。因此，MIMO信道也将成为未来信道研究的重要方面。

[1]张晓慧.无线通信信道均衡技术的研究[J].通信世界，2016（17）：29.

[2]程浩，姜华，左烨.无线通信中的快时变信道建模[J].数学的实践与认识，2015（15）：192- 202.

[3]肖长期.无线通信信道均衡技术研究[J].科技创新与应用，2014（14）：60.

Simulation research on channel of wireless communication system

Fan Bin
（Guangzhou Haig Communications Group, Guangzhou 510663, China）

This paper focused on research and analysis of wireless communication systems and wireless communication channels, then carries out simulation studies.

wireless communication system; channel; simulation research

范斌（1983— ），男，安徽合肥，硕士，工程师；研究方向：通信工程。