无线通信的远程信道分布仿真研究

广东邮电职业技术学院,广东 广州 510630

随着无线通信计算的高速迅猛发展，对高速无线传输信道的分布要求标准也越来越高。然而现有无线通信的远程信道分布状况并不尽如人意，高速信道资源相对匮乏，信道间分布相对混乱[1,2]。有效提升有限信道分布资源变得尤为重要。利用传统方法对信号频率进行分布排列已很难提升信道的资源利用率。仿真技术为准确掌握研究信道分布状态提供了新的技术支持，也为无线通信的远程信道分布仿真研究提供了新的方向。通过仿真研究，准确掌握信道分布特点，为信道分布优化提供有力的数据支持[3]。

文献[4]提出蜂窝通信网络中的分布式无线信道分配方法，当网络部署环境中出现干扰后，终端用户通过控制信道，发送反馈信息至基站，基站接收到反馈信息后，对可用信道进行扫频，利用广播帧通知受干扰的终端用户可用信道信息，然后终端用户收到基站发送的广播帧后，根据优先级机制，选择新的信道重新建立与基站的通信，当蜂窝通信网中终端用户受外部干扰而信道中断后，可减少终端用户和基站之间信令的开销。但是该方法的数据传输时延较长。文献[5]提出一种基于Q 学习和差分进化的联合功率控制与信道分配算法，该算法通过获取功率控制的反馈结果，采用基于多重变异和自适应交叉因子的差分进化算法进行信道分配，针对每次迭代产生的信道分配结果，采用基于状态聚类和状态修正的Q 学习算法实现功率控制；文献[6]提出基于K-S 拟合优度检验的瑞利衰落信道统计特性评估方案，采用成形滤波器法产生瑞利衰落信道作为非参数假设检验模型，从瑞利衰落信道复序列中提取幅值序列和相位序列，采用K-S 检验法，将经验累积分布函数和理论累积分布函数对比，验证幅值序列和相位序列是否分别服从瑞利分布和均匀分布。但是上述两种方法的信道利用率较低。

针对上述问题，本文提出了基于MATLAB 的无线通信远程信道分布方法，通过采用基于MATLAB 的仿真测试软件，对现有的无线通信信号的信道分布状况进行详细分析，并对仿真过程与算法步骤进行描述，通过仿真分析得到切实客观有效的信道分布计算方案，并通过实验数据对分析结论进行验证。

1 基于MATLAB 的无线通信远程信道分布

1.1 MATLAB 仿真测试平台介绍

为准确分析出无线通信的远程信道分布状况，研究采用基于MATLAB 的数据仿真测试程序对无线通信信道参数数据进行测试[7]。MATLAB 是一款商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和Simulink 两大部分[8]。

1.2 基于MATLAB 的无线远程信道分布形态分析

在上述介绍完设计中所要采用的MATLAB 仿真测试平台软件后，对信道相关参量进行仿真计算。通过CSI 未知数据下的信道分布形态、可知CSI 与未知CSI 下的信道常态分布形态比对、可知CSI 与未知CSI 下的信道异态分布形态比对和可知CSI 与未知CSI 下的关联信道分布形态比对四个步骤，分析无线远程信道的各分布状况。其计算步骤如下所示：

1.2.1 CSI 未知数据下的信道分布形态 假设gF,i是CSI 未知数据下的信道分布形态，则在第i条信道上CSI 未知数据的多普勒分布形态的表达式为：

式中，µ，F分别表示无线信号在标准大气环境下的传输系数，g表示第i条信道上的信号波频，b表示远程终端的接收频率，βi表示第i条信道信号接收频率与载入信号波之间的夹角，gFz表示信号传输信道作用下的水平基面，即βi=0 时CSI 未知数据的多普勒分布形态。

1.2.2 可知CSI 与未知CSI 下的信道常态分布形态比对仿真 由上式可推导得出可知CSI 与未知CSI下的信道常态分布形态的表达式为：

式中：T1(y)表示可知CSI 与未知CSI 的信号分量值，Tw(y)表示信道常态系数量，y表示信道冲激响应的空间相关系数[9]。

1.2.3 可知CSI 与未知CSI 下的信道异态分布形态比对仿真 由式（2）可计算得出可知CSI 与未知CSI 下的信道异态分布形态的函数表达式为：

式中，I表示无线信号信道分布量总数，Tn表示第i条信道上的信号幅值[10]。

1.2.4 可知CSI 与未知CSI 下的关联信道分布形态比对仿真 通过对式（3）的分析可知，在I满足一定量值的条件下，使T1(y)与Tw(y)形成可知CSI 与未知CSI 的关联形态数据，则信道分布形态基于完成分布，由此可得到，可知CSI 与未知CSI 下的关联信道分布形态仿真式为：

式中：ς2表示信道关联分布的频率均值，t表示信道信号传输时间。关联信道的信号相位系数量存在于[0 2π]分布范围内。

根据信号传输的遵循瑞利统计分布定律，可得到无线远程信道各分布形态之间的关系式为：

1.3 无线通信的远程信道分布仿真设计

完成计算后，将仿真计算数据通过GUI 仿真可视化计算模块转换输出，MATLAB 仿真测试平台GUI 可视化转换输出界面如图1 所示。

在MATLAB 无线信道分布仿真平台下，通过MATLAB 内CSI 与GUI 两大核心模块完成对无线远程信道的各分布形态分析，包括CSI 未知数据下的信道分布形态仿真、可知CSI 与未知CSI 下的信道常态分布形态比对仿真、可知CSI 与未知CSI 下的信道异态分布形态比对仿真以及可知CSI 与未知CSI 下的关联信道分布形态比对仿真。

2 仿真测试分析

2.1 实验环境设置

为了验证本文所提基于MATLAB 的无线通信远程信道分布方法的有效性，在Microsoft Windows XP 操作系统，Intel(R)Celeron(R)2.6 GHz 处理器，MATLAB 仿真工具，内存为24.0 GB 的环境下进行仿真实验分析。

2.2 实验结果分析

为了验证本文方法的有效性，采用本文方法、文献[4]方法、文献[5]方法和文献[6]方法，对数据传输时延进行对比分析，对比结果如图2 所示。

根据图2 可知，本文方法的数据传输时延在15 ms～16 ms 之间；文献[4]方法的数据传输时延在17 ms～20 ms 之间；文献[5]方法的数据传输时延在16 ms～25 ms 之间；文献[6]方法的数据传输时延在33 ms～35 ms 之间。本文方法的数据传输时延比文献方法的数据传输时延短。

为了进一步验证本文方法的有效性，对本文方法与文献[4]方法、文献[5]方法、文献[6]方法的无线通信远程信道利用率进行对比分析，对比结果如图3 所示。

根据图3 可知，本文方法的数据利用率最高可达100%，比文献[4]方法、文献[5]方法、文献[6]方法的无线通信远程信道利用率高。

3 结语

文章针对无线通信的远程信道分布状态，提出了基于MATLAB 的无线通信远程信道分布方法。通过采用MATLAB 仿真测试平台辅助完成对无线远程信道4 种状态下分布状态的仿真研究，并通过对比实验验证了本文方法的有效性，为无线通信领域信道分布研究提供了参考依据。