基于DSP的话音带宽短波信道模拟器

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1、基于DSP的话音带宽短波信道模拟器   摘要：介绍了一种基于DSP平台的话音带宽波信道模拟器。该模拟器不仅可以提供短波信道的主要特点，如多径传输、瑞利衰落、多普勒频移等，而且实现了对传输信号的全数字化实时处理。   关键词：数字信号处理短波通信信道模拟瑞利衰落为了测试短波（高频）通信设备的性能，通常需要在实际通信环境中进行大量的外场实验。相比之下，信道模拟器能够在实验室环境下进行类似的性能测试，测试费用少、可重复性强，而且可以缩短设备的研制周期。   短波信道是随机变参信道，根据一些统计规律，可以有

2、所侧重地建立近似的信道模型。目前，比较有代表性的信道模型有：Watterson等人提出的高斯散射增益抽头延迟线模型（简称Watterson模型）、Hoffmeyer等人提出的采用电离层物理参数的信道模型和Giles等人提出的采用短波信道冲激响应直接测量法的模型等。这些模型中，Watterson模型的主要优点是计算的复杂度低，能在大多数情况下较好地描绘短波信道的特性，现已被CCIR推荐并广泛采用。本文采用Watterson模型，以TMS320VC33为核心器件，提出了软硬件结合，以软件为主的设计思想，

3、对300～3000Hz带宽基带短波信道的主要特性进行模拟，能较好地满足实验需求。1Watterson信道模型Watterson等人提出的高斯散射增益抽头延迟线模型如图1。图1中，发射信号经理想的时延线后，在若干个可调抽头处送出，在每路抽头处，时延信号由一个复随机分支增益函数gi（t）进行调制，各路已调信号和加性噪声相加，形成接收信号。复随机分支增益函数是体现信道特性的一个重要参数，其定义如下：式（1）中a和b表示路径中的两个磁离子分量；g’ia(t)和g’a(t)是两个相互独立的各态历经复高斯随机过

4、程（均值为零）；wiat和wibt提供两个磁离子分量所希望的多普勒频移。每个复随机分支增益函数gi(t)的功率谱函数为：式（2）中Aia和Aib为磁离子分量的衰减系数；2σia和2σib决定多普勒频展。Watterson等人验证了模型的正确性，并指出，当每一路径采用两个磁离子分量时：（1）如果载频较低，两个磁离子分量的多普勒频移和频展近似相等，它们的功率谱几乎重合，这样只需一个磁离子分量即可表示；（2）如果载频较高，两个磁离子分量的相对时延显著，应使用两个不同磁离子分量。2关键技术2．1瑞利衰落的产

5、生一般地，随机过程V（t）可表示为：V（t）=n(t)cos[ωct+θ(t)]    (3)如果式（3）中n(t)服从瑞利分布，θ（t）服从（0～2π）内的均匀分布。可以证明，V（t）还可有如下表达式：V（t）=na(t)cosωct+nb(t)sinωct    (4)（3）式和（4）式中变理的关系如下：此时要求na(t)和nb（t）是独立的正态分量，并满足下列条件：·na(t)和nb(t)不相关；·na(t)和nb(t)的幅度服从高斯概率密度函数，且均值为零、均方根相等；·na(t)和nb(t

6、)具有高斯型的功率谱。因此，只要产生出满足上述条件的na(t)和nb(t)，即可得到n(t)。故而，在Watterson模型中，瑞利衰落对输入信号的影响，可近似看作两个独立的同相和正交高斯噪声源对输入信号的调制。   2．2高斯噪声的产生本文以线性同余法为基础，产生高斯噪声，步骤如下：(1)利用线性同余法的伪随机序列，得到（0，(4)1）区间均匀分布的随机数；(2)通过进一步的算法（变换），得到希望的伪高斯噪声。线性同余产生随机数的迭代公式如下：Xi+1=(aXi+c)(modm)    (5)式（

7、5）中a为常数，c为增量（一般取c=0），模数m为质数，初值X0（种子数）要噗任意非负整数。由此可得一组周期为（m-1）的伪随机序列{Xi}。利用xi=Xi/m可得到（0，1）区间均匀分布的随机数xi。高斯分布随机数可由随机数xi得到，利用公式如下：不难看出，ni近似服从均值为0、方差为1的高斯分布。同理，根据分式：可得到均值为0，方并为（αm）2的高斯分布随机数。（7）式中α为功率增益因子。为保证na(t)和nb（t）不相关，产生na(t)和nb(t)的伪随机序不仅要有良好的自相关特性，而且它们的

8、互相关峰值要尽量小。实验表明，若两序列的模数足够大且不相等，就可保证序列对在较长时间内满足上述相关特性。2．3低通滤波器的实现根据（2）式，为使每个磁离子分量功率谱为高斯型，每个分量上所需的幅度响应为：（8）式中aik为衰减系数（k=a,b）。利用MATLAB6.1的iirlpnorm()函数可构造IIR滤波器，并使其幅度响应逼近

9、H’ik(ω)

10、。Iirlpnorm(n,d,f,edges,a)函数中，参数n为零点个数，d为极点个数，向量f为频率采样点向量，edge