SystemView在無線移動信道仿真中的應用

李 巖，張智勇

河北農業大學信息科學與技術學院，河北保定 071001

SystemView在無線移動信道仿真中的應用

李 巖，張智勇

河北農業大學信息科學與技術學院，河北保定 071001

本文將信號級的系統仿真軟件SystemVieW應用于無線移動信道仿真中，利用軟件提供的庫模塊和功能強大的計算工具、分析工具實現了仿真模型的建立和研究，并給出了Jake信道、Rice信道和自定義多徑信道的仿真模型實例。

通信系統；實驗教學；SystemVieW

0 引言

在系統的設計和仿真方面，SystemView是一款簡單實用、功能強大的仿真工具。該軟件是由美國ELANIX公司推出，基于Windows環境下的系統分析引擎。軟件的使用非常方便，可以構造各種線性或非線性系統，尤其適用于各種現代通信系統的分析和研究。

1 SystemView的系統建立和仿真過程

SystemView中系統的建立過程非常方便，不需要復雜的程序代碼設計，而是采用了直接由功能模塊(Token)構建系統的方式。其中各個功能模塊(Token)均以圖標的方式存放在軟件的基本庫（Main Library）和專業庫(Optional Library)中，使用時只要調出相應模塊并輔以連線即可。系統建立后，可對各個模塊的參數進行調整和修改，并進行實時顯示。SystemView還提供系統錯誤診斷功能，可對系統設計中錯誤連接問題（如尚懸空的待連接端）給出相應的指示。

仿真過程中，SystemView提供了一個獨立的窗口進行波形圖、頻譜圖的檢查和分析，并配有“接收計算器”，可以完成對仿真結果的各種運算、譜分析以及濾波。

SystemView同時還具備以下幾個優點：

1）利用子系統（MetaSystem）提供的無限制分層結構功能可實現復雜系統的設計和分析；

2）SystemView中含有各種類型的軟、硬件接口，可方便的調用VC++或Matlab中的函數，并可向FPGA芯片和DSP芯片傳輸相應的數據文件和源代碼；

3）在系統建立時可方便的添加注釋信息，仿真波形也可直接輸出到其它字處理軟件中。

2 無線移動信道模型

無線移動通信系統是現代通信技術的重要組成部分，其信道也是各類通信信道中最為復雜的一個。無線電波的傳播環境是影響無線信道傳播環境的最主要因素，各種復雜的地理環境、氣候條件均會對信號的傳播產生巨大的影響，產生各種衰落現象。因此，研究無線移動信道本身的傳播特性就顯得尤為重要。

在對無線信道的傳播特性進行研究和分析的過程中，主要包含3個步驟。首先，通過給出的假設條件建立信道的近似數學模型（利用電磁場、統計學理論），為進一步的研究提供指導作用；其次，在真實的傳播環境中進行無線電波傳播的實際測試，得到大量、具體的實測數據，對數學模型做出修正；最后，利用現代計算機模擬技術建立無線移動信道的計算機模型。

SystemView可以靈活、快速的模擬各種復雜的傳播環境，再利用軟件提供的各種信號源模塊、濾波器模塊和射頻模塊方便的建立無線信道的系統模型，結合獨立的仿真波形輸出窗口和接收計算器的塊處理功能可以對信道的傳播特性進行詳細的分析和研究。

3 無線移動信道的建模和仿真

3.1 Jake無線移動信道

Jake無線信道假設在發送端和無線接收端之間存在著無數條的傳播路徑，且每一條路徑均是離散均勻分布的。如果輸入信號為x(t)，則接收信號y(t)為：

其中，fm為最大多普勒頻移，N為傳播路徑數，θK為相位隨機數。根據電磁波傳播速度、載波頻率和無線接收端的最大移動速度可以計算出最大多普勒頻移為：

假設某無線通信系統中信號載波頻率為910MHz，無線接收機的移動速度為90英里/h，此時最大多普勒頻移將會達到180Hz。在實際測試中，多條傳播路徑的長度并不相同，發射機和接收機之間的相對移動速度并不為0，會引起多普勒頻移。此外還會受到多徑衰落的影響：將單頻信號擴展為窄帶頻譜，該窄帶頻譜的表達式為：

根據以上分析利用SystemView建立Jake信道的仿真模型為：

圖1 Jake信道仿真模型

假設該仿真模型中，信號為單一頻率的正弦波，接收機以接近步行的速度相對于發射機移動，仿真參數為：發射機發射信號頻率為25Hz，信號幅度為1V；Jake信道中最大多普勒頻移為5Hz。

3.2 Rice無線移動信道

在無線通信系統中，通常存在著此種傳輸情況：接收機除了接收到發射機發射的直射信號外，還接收到其它路徑的散射信號。在散射信號的影響下直射信號的幅度會發生大幅的衰減，此時接收信號的幅度包絡的變化情況將符合Rice分布，符合這種傳播特性的信道稱為Rice信道

在建立Rice信道仿真模型時，認為傳輸信號的頻帶寬度為B，它的倒數為信號碼元的持續時間，當該時間遠遠大于多條傳輸路徑的延遲時間時，設輸入信號為x(t)，則接收機接收到的信號y(t)為：

Rice信道的歸一化功率表示為(設衰落因子為k）：

Rice信道仿真模型如下圖所示：

圖2 Rice信道仿真模型

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

3.3 自定義多徑信道

在SystemView中進行無線信道仿真時，軟件在基本通信庫中給用戶提供了一種自定義的工作方式，即由用戶決定傳播路徑的條數，這樣極大的方便了用戶，擴展了SystemView的工程應用。除了可以設定路徑數，還允許用戶設定信號載波頻率、路徑延遲時間以及接收機的移動速度。

4 結論

利用SystemView可以方便快捷的實現無線移動信道仿真模型的建立。在對信道的傳播特性進行分析時，相關參數的設定和修改非常簡便，滿足了復雜傳輸環境下對系統參數設定的要求。相對于其它系統仿真軟件而言SystemView具有自身優勢，是工程人員進行系統測試和方案論證的有力工具。

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TN929.5

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1674-6708（2010）24-0210-02

李巖，助教，研究方向：智能檢測與控制，現從事電子專業的研究與教學工作