關于無線通信系統中信道的仿真研究

范 斌

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510663）

關于無線通信系統中信道的仿真研究

范 斌

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510663）

文章主要針對無線通信系統以及無線通信信道進行研究與分析，并且進行仿真研究。

無線通信系統；信道；仿真研究

無線電波由于其傳播特性開始在通信系統中進行應用，另外有線通信的移動性以及便攜性等特點也促進了無線通信的推廣。無線移動通信經過3代的發展與更新，不斷提高通信速度，對信道的研究具有重要意義。

1 無線通信技術概述

1.1 無線電波的信息傳輸

無線通信技術主要利用無線電波來實現信息的傳輸，圍繞基站和無線通信用戶方面構建無線電波信息傳輸。分析目前的無線通信環境能夠發現，其往往比較復雜繁瑣，對無線電波的傳輸造成極大的困難。在載波的傳輸過程中也會因為反射波以及散射波等問題引起信號強度的變化，導致無線電波的衰弱問題。另外由于載波速率的變動等均會引起信號強度幅值變化，最終影響通信質量，因此在無線通信系統的建設中還必須要考慮電波衰落問題。

1.2 適用于強干擾環境

無線電波在傳輸過程中會因為無線電波本身的特點而產生各種干擾，影響無線電波的傳輸質量，另外無線電波的傳輸還會受到各種環境因素的影響。其中外部環境的影響因素有城市噪音，但在這些環境中也不得不發展無線通信技術。因此，在進行無線通信技術發展過程中還必須要考慮強干擾環境因素影響，保證當今的無線通信技術能夠適用于強干擾環境。

1.3 通信能力有限

對于目前無線通信系統進行分析能夠發現，通信信道使用的容量具有一定的限度，這樣就對無線通信頻段的選擇提出了要求。在滿足無線通道實際需求的同時，還要為不同用戶提供不同的頻段，這可以通過信道復用的方法實現，擴展通信信道的容量也主要是通過這種方式。

2 無線通信技術信道及其技術難點分析

2.1 無線通信信道分析

通過對比無線通信系統和傳統有線通信系統能夠發現，環境因素雖然對有線通信系統的影響不大，但卻是影響無線通信系統最主要的要素。無線通信信道實際上是一種通信環境，會因為時間和空間的變化而變化，受到極大影響。

2.2 無線通信信道技術難點

無線通信技術的信息傳輸直接受到信道容量的影響。對信道容量進行分析能夠發現，通信信道容量的提高一般通過兩種方式實現，一種是增加寬帶，另一種是提高頻譜利用率。另外對無線通信傳輸進行分析能夠發現，無線信息的傳輸和傳統信息傳輸還是有不同之處的，由于開放特性等特點，無線通信技術不能通過微波或者是頻段擴展來進行通信信道的擴容，這對頻譜的資源造成了極大的限制。另外由于無線通信技術的特點，有的頻譜資源決定了其不能利用寬帶來提高信道的容量，因此在無線通信技術中只能利用現有的頻率資源來實現對通信信道的容量擴增，這樣就進一步增加了無線通信信道技術的應用難度。

3 無線通信信道仿真

3.1 加性高斯白噪聲信道的仿真

作為一種基本的信道方式，加性高斯白噪聲信道的仿真主要是利用高斯分布信號疊加的方式進行，通過疊加讓信道信號和噪聲值的偏移相適應，最終保證噪聲信道的平均值能夠隨機波動，主要圍繞平均值進行波動。

3.1.1 信道誤碼率仿真

在進行仿真的過程中充分利用了MATHLAB進行誤碼率的仿真研究，本文主要選擇了誤碼個數、置信概率以及仿真結果最大相對誤差3個參量進行研究與仿真。在仿真中首先利用MATHLAB進行誤碼率模塊的搭建，如圖1所示。

圖1 誤碼率模塊

在進行仿真的過程中，建立了誤碼率模塊之后進行建模，然后利用模型進行仿真實驗，通過實驗最終得出仿真結果。本文的仿真利用Stimulink進行仿真，實驗仿真如圖2所示。

圖2 高斯信道誤碼率仿真

通過仿真能夠看出，加性高斯白噪聲信道的誤碼個數和置信區間上分位點的平方呈現正比的關系，另外和最大相對誤差的平方呈現反比的關系。另外通過Stimulink仿真發現這一結論是正確的。另外在性高斯白噪聲信道的改造中，還可以采用分集以及均衡等技術來實現信道的改造。

3.1.2 加性高斯白噪聲信道頻譜仿真

本文在對加性高斯白噪聲信道頻譜仿真研究時，還利用了MATHLAB進行研究，建立了相應仿真模塊，頻譜仿真模塊如圖3所示。

圖3 頻譜仿真模塊

在相應仿真模塊建立之后，利用Stimulink進行仿真，最終得出加性高斯噪聲信道的輸出頻譜以及輸出離散信號的頻譜。

3.2 Rayleigh信道的仿真

3.2.1 Rayleigh信道的誤碼率仿真

Rayleigh信道的仿真中也充分利用了MATHLAB進行相應模型的搭建，其中誤碼率的模塊構建如圖4所示。

圖4 誤碼率模塊

在誤碼率模塊建立的基礎上利用Stimulink仿真進行Rayleigh信道誤碼率圖形的仿真構建，并且在仿真過程中和加性高斯白噪聲信道進行對比，如圖5所示。

圖5 誤碼率圖形

3.2.2 Rayleigh信道的頻譜仿真

在頻譜仿真的過程中同樣利用MATHLAB進行信道頻譜仿真模塊的構建，基本模塊構架如圖6所示。

圖6 頻譜仿真模塊

在仿真模塊建立的基礎上利用Stimulink進行仿真，最終能夠得出Rayleigh信道的輸出頻譜，如圖7所示

圖7 輸出頻譜

4 仿真分析下技術難點應對策略

本文在進行仿真的研究中，主要針對加性高斯白噪聲信道以及Rayleigh信道進行仿真研究，首先利用MATHLAB構建這兩種信道的模塊，在模塊構架的基礎上利用Stimulink進行仿真。本文在仿真的過程中主要利用加性高斯白噪聲信道和Rayleigh信道的輸出頻譜和誤碼率進行模塊構建以及仿真，得出仿真圖像。通過仿真結果分析能夠發現，Rayleigh信道的誤比率和加性高斯白噪聲信道的誤比率相比還是較差的，另外在加性高斯白噪聲的信道中誤比率的效果最好，在信噪比低于5 dB時加性高斯白噪聲的信道時，效果較差。這樣，在無線通信系統中可以考慮和加性高斯白噪聲的傳輸效果統一，希望能夠增加信號的信噪比。另外，通過本文的仿真還能直觀地看出輸出頻譜之間的差異。文章之前提出無線通信會受到環境等干擾因素的影響，而這里提出的兩種仿真相結合，能夠促進干擾問題的解決。同時目前研究的系統都是單個發送天線單個接收天線的通信系統，但是為了提高無線頻譜資源的利用率，人們提出了多個發送天線多個接收天線的通信系統，即多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Out-Put，MIMO）系統。系統利用多天線來抑制信道衰落，信道容量隨天線數量的增大而線性增大。也就是說可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。因此，MIMO信道也將成為未來信道研究的重要方面。

[1]張曉慧.無線通信信道均衡技術的研究[J].通信世界，2016（17）：29.

[2]程浩，姜華，左燁.無線通信中的快時變信道建模[J].數學的實踐與認識，2015（15）：192- 202.

[3]肖長期.無線通信信道均衡技術研究[J].科技創新與應用，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，碩士，工程師；研究方向：通信工程。