采用數(shù)字信號處理技術(shù)模擬信道的一種方法

摘要：基于實(shí)現(xiàn)更加精確無線信道模擬的目的，采用了數(shù)字信號處理的方法實(shí)現(xiàn)對空中無線信道的模擬。在本文中，首先介紹無線信道的多徑信道模型，主要包括衰減、時延以及多普勒頻偏等無線信道的基本要素；隨后給出了實(shí)現(xiàn)多徑信道模型的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)思路，給相關(guān)人員提供一定的參考。
關(guān)鍵詞：信道模型；多普勒；衰落；時延；數(shù)字信號處理

無線通信作為通信領(lǐng)域的重要組成部分，現(xiàn)在已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。特別是隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展，以及智能移動終端概念的出現(xiàn)，無線通信與人們的日常生活越來越緊密；因此，各廠商都加大了對無線通信研發(fā)的投入，無線通信產(chǎn)品層出不窮。
由于無線通信自身的特點(diǎn)使得在無線通信設(shè)備研制過程中，需要在外場的實(shí)際通信環(huán)境中進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證，才能保證產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。眾所周知，在外場實(shí)驗(yàn)中，需要投入大量的人力和物力，而且問題的解決和重現(xiàn)難度很大；因此，要保證研制周期，也是件很困難的事情。
為了克服外場實(shí)驗(yàn)所帶來的不利因素，在無線通信設(shè)備的研制過程中，信道模擬器得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文就是針對信道模擬器的研制而提出的一種基于數(shù)字信號處理的實(shí)現(xiàn)方法。通過數(shù)字信號處理這種方法，可以較為精確地模擬信號的衰減、時延和多普勒頻移等無線信道特征，而且與目前常用的延時器方法，本文所提到的方法更能有效地節(jié)省處理器資源。

1 信道模型
與有線信道不同，無線信道除了直射波外，還會由于反射、散射和衍射等現(xiàn)象的存在，信號會沿著不同的路徑和方向到達(dá)接收端，此時接收到的信號會產(chǎn)生時延擴(kuò)展現(xiàn)象；另外當(dāng)接收機(jī)處理于移動狀態(tài)時，各條徑的信號也會產(chǎn)生不同程度的多普勒頻移，從而使信號產(chǎn)生頻域彌散的現(xiàn)象。
因此，基于多徑信道模型，并考慮到信道響應(yīng)的時變性，無線移動信道的二維沖激響應(yīng)函數(shù)可以表示為：
，fc為載波頻率，則輸出信號(接收信號)y(t)為輸入信號與信道沖擊響應(yīng)的線性卷積，如式(2)所示：

式(2)中，fc為輸入信號的載波頻率。
由此可以看出，無線信道中的各條徑彼此之間相互獨(dú)立，多徑信道就是將各條路徑的信號進(jìn)行衰減、時延以及多普勒頻移，再將各條路徑信號進(jìn)行疊加而成。

2 信道模擬器設(shè)計思路
一般在無線通信中，載波頻率都很高，直接對該頻點(diǎn)的信號進(jìn)行數(shù)字處理，是無法實(shí)現(xiàn)的。因此，對輸入信號首先進(jìn)行下變頻處理，得到基帶信號，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換得到采樣信號進(jìn)行數(shù)字處理，來生產(chǎn)多徑信號，接收再由DA轉(zhuǎn)換生成模擬信號，最后經(jīng)過上變頻生成輸出信號。
圖1給出信道模擬器通道系統(tǒng)框圖。

圖1中，給出一個通道的信號處理過程。其中，下變頻和上變頻模擬信號的處理部分，采用一般的處理方法即可，文中不做闡述。
AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇，要根據(jù)信道模擬器對信號帶寬的設(shè)計要求而定，通過奈奎斯特(Nyquist)采樣定理，即fs>2f，AD的采樣率至少保證是信號帶寬的兩倍；同時還要根據(jù)系統(tǒng)的精度要求選擇合適的位數(shù)。
由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD位數(shù)的限制，12位的情況下，衰減范圍大約在60 dB左右?？刹捎迷谀M端增加數(shù)控衰減器的方法來增加衰減范圍。但是隨之而來也增加了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。