《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于SOS模型和查表法的平坦Rice信道模擬器
來源:微型機(jī)與應(yīng)用2013年第3期
杜 洋1,,翁乾倩2,,文德鋼1
(1.桂林電子科技大學(xué) 信息與通信學(xué)院,,廣西 桂林 541004; 2.桂林電子科技大學(xué) 信息科技學(xué)
摘要: 平坦Rice信道是一種應(yīng)用范圍廣泛的移動(dòng)衰落信道,。精度和運(yùn)行速度間的矛盾是SOS模型難以解決的固有矛盾?;赟OS模型和查表法,,設(shè)計(jì)了一種平坦Rice衰落信道模擬器。理論和仿真分析結(jié)果表明,,該模擬器同時(shí)具備高精度和高速度的良好特性,,有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
Abstract:
Key words :

摘  要: 平坦Rice信道是一種應(yīng)用范圍廣泛的移動(dòng)衰落信道,。精度和運(yùn)行速度間的矛盾是SOS模型難以解決的固有矛盾,。基于SOS模型和查表法,,設(shè)計(jì)了一種平坦Rice衰落信道模擬器,。理論和仿真分析結(jié)果表明,該模擬器同時(shí)具備高精度和高速度的良好特性,,有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值,。
關(guān)鍵詞: Rice信道;正弦波疊加法,;查表法,;模擬器

 無線通信技術(shù)研究的本質(zhì)是基于不同的信道特性開發(fā)與信道特性相適應(yīng)的高可靠性、高有效應(yīng)通信技術(shù),。因此,,信道模擬器不可避免地成為了無線通信研究領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。研究表明[1-3],,較之目前多數(shù)人采用的Rayleigh衰落,,Rice衰落能更好地描述大多數(shù)現(xiàn)實(shí)中存在的無線信道。在不考慮多徑或多徑不可分辨時(shí),,Rice衰落信道可用平坦Rice信道模擬器來模擬,。當(dāng)Rice因子為零時(shí),,Rice信道模擬器退化為Rayleigh信道模擬器;當(dāng)Rice因子無窮大時(shí),,等價(jià)于Gaussian信道,。因此研究Rice信道模擬器更具實(shí)用性。衰落信道建模的主流方法有:正弦波疊加法SOS(Sum-of-Sinusoids)和成型濾波器法[1-2]兩種,。SOS法建立信道模擬器,,簡(jiǎn)稱SOS模型,與成型濾波器法相比,,其運(yùn)算量小,、設(shè)計(jì)靈活簡(jiǎn)便,是目前被廣泛采用的方法,。前人[3-4]提出的SOS Rician信道模擬器均假設(shè)直射徑LOS(Line-of-Sight)時(shí)不變或?yàn)槌?shù),。而實(shí)際的Rice信道LOS徑通常是時(shí)變的,甚至具有隨機(jī)性,。因此,,這些模擬器并不能精準(zhǔn)地反映LOS徑的物理特性,從而使整個(gè)模擬器的精度受到影響,。Xiao Chengshan[5]提出了一種基于SOS模型的平坦Rice信道模擬器,,該模擬器在實(shí)現(xiàn)過程中對(duì)散射徑和直射徑均引入隨機(jī)變量,更切實(shí)地模擬還原了實(shí)際信道,,然而卻以犧牲速度為代價(jià),。要達(dá)到其理論精度,這種模擬器在運(yùn)行時(shí)必須求取多次統(tǒng)計(jì)平均,。
 用SOS法設(shè)計(jì)信道模擬器存在一對(duì)不可調(diào)和的矛盾,,即精度與速度之間的矛盾。仿真器的隨機(jī)性越好,,就越逼近理想的信道特性,,即精度越高。然而,,要得到高隨機(jī)性的模擬器必須在生成信道時(shí)經(jīng)過多次運(yùn)算求取統(tǒng)計(jì)平均,,這勢(shì)必加大運(yùn)算量,嚴(yán)重降低了仿真速度,。單純使用SOS法難以解決速度與精度的矛盾,。SOS法的運(yùn)算量主要集中在諧波三角函數(shù)運(yùn)算上,為了提高速度,,可將查表法與SOS法相結(jié)合,,用查表法代替諧波三角函數(shù)運(yùn)算。C S Xiao模擬器是一種精度較高的Rice信道模擬器,。本文在該模擬器的基礎(chǔ)上融入查表法,,設(shè)計(jì)了一種Rice信道模擬器,。理論分析和對(duì)比仿真結(jié)果表明,該模擬器極大地提高了仿真速度,,具有很強(qiáng)的實(shí)用性,。

 



     

 當(dāng)取N=7時(shí),新模擬器與C S Xiao模擬器統(tǒng)計(jì)特性曲線單從自相關(guān)函數(shù)曲線即可看出差異很明顯,,曲線重合度非常不好,,均方誤差為10-3數(shù)量級(jí),。從理論上說,,這是由于α′n的分布并不是真正的均勻分布,事實(shí)上,,它隨N的增大而逼近[-π,,π)上α′n的均勻分布??梢?,當(dāng)N較小時(shí)的均勻分布特性不理想,導(dǎo)致多普勒頻移隨機(jī)性較差,,因此新模擬器統(tǒng)計(jì)特性與C S Xiao模擬器吻合程度很差,,也就是說新模擬器精度較差。經(jīng)多次仿真,,隨著N增大,,新模擬器統(tǒng)計(jì)特性迅速逼近C S Xiao模擬器。圖3,、圖4為N=100時(shí)新模擬器與C S Xiao模擬器統(tǒng)計(jì)特性對(duì)比,。可以看到,,當(dāng)N=100時(shí),,新模擬器與C S Xiao模擬器統(tǒng)計(jì)特性重合度已很好,均方誤差從10-3數(shù)量級(jí)降到了10-8,,這個(gè)數(shù)量級(jí)的誤差在信道模擬中是可接受的,。因此,當(dāng)N≥100時(shí)即可認(rèn)為新模擬器與C S Xiao模擬器具有同樣良好的統(tǒng)計(jì)特性,。
 本文將查表法引入Rice信道模擬器的建模中,,基于SOS模型和查表法設(shè)計(jì)了一種平坦Rice信道模擬器。該模擬器用查表法代替諧波運(yùn)算,,極大地減小了核心運(yùn)算量,,提高了模擬器的運(yùn)行速度。為了避免查找表無限長(zhǎng),,通過對(duì)模擬器數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì),,適當(dāng)弱化參量的隨機(jī)性,,使得查表法和SOS模型可以相容使用。最后通過仿真證實(shí),,雖然弱化了模擬器參量的隨機(jī)性,,但精度并未受到大的影響。均方誤差表明新模擬器在精度上與未修改之前的模擬器相差甚小,。在兼顧精度與速度的應(yīng)用場(chǎng)合,,新模擬器具有顯著優(yōu)勢(shì)。
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