采用數字信號處理技術模擬信道的一種方法

摘要：基于實現更加精確無線信道模擬的目的，采用了數字信號處理的方法實現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；隨后給出了實現多徑信道模型的設計和實現思路，給相關人員提供一定的參考。
關鍵詞：信道模型；多普勒；衰落；時延；數字信號處理

無線通信作為通信領域的重要組成部分，現在已經得到越來越廣泛的應用。特別是隨著數字信號處理技術的不斷發展，以及智能移動終端概念的出現，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的投入，無線通信產品層出不窮。
由于無線通信自身的特點使得在無線通信設備研制過程中，需要在外場的實際通信環境中進行反復實驗和驗證，才能保證產品的性能和質量。眾所周知，在外場實驗中，需要投入大量的人力和物力，而且問題的解決和重現難度很大；因此，要保證研制周期，也是件很困難的事情。
為了克服外場實驗所帶來的不利因素，在無線通信設備的研制過程中，信道模擬器得到越來越廣泛的應用。本文就是針對信道模擬器的研制而提出的一種基于數字信號處理的實現方法。通過數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、散射和衍射等現象的存在，信號會沿著不同的路徑和方向到達接收端，此時接收到的信號會產生時延擴展現象；另外當接收機處理于移動狀態時，各條徑的信號也會產生不同程度的多普勒頻移，從而使信號產生頻域彌散的現象。
因此，基于多徑信道模型，并考慮到信道響應的時變性，無線移動信道的二維沖激響應函數可以表示為：
，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立，多徑信道就是將各條路徑的信號進行衰減、時延以及多普勒頻移，再將各條路徑信號進行疊加而成。

2 信道模擬器設計思路
一般在無線通信中，載波頻率都很高，直接對該頻點的信號進行數字處理，是無法實現的。因此，對輸入信號首先進行下變頻處理，得到基帶信號，經過AD轉換得到采樣信號進行數字處理，來生產多徑信號，接收再由DA轉換生成模擬信號，最后經過上變頻生成輸出信號。
圖1給出信道模擬器通道系統框圖。

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模數轉換器的選擇，要根據信道模擬器對信號帶寬的設計要求而定，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；同時還要根據系統的精度要求選擇合適的位數。
由于模數轉換器AD位數的限制，12位的情況下，衰減范圍大約在60 dB左右。可采用在模擬端增加數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現的復雜度。