hf信道复包络参数估计法原理

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1、http://www.paper.edu.cnHF信道复包络参数估计法原理杨习宇北京邮电大学信息工程学院，北京（100876）E-mail：yxy12a@sohu.com摘要：本文通过研究了短波信道中的两种典型的选择性衰落，给出了利用复包络法计算信道的多普勒展宽和多径展宽的公式推导，并利用Watterson信道模拟器来模拟短波信道，验证利用公式计算和实际信道参数的误差，并对误差进行分析。关键词：自适应通信，复包络法，多普勒展宽，多径展宽，Watterson信道模拟器1.引言进入80年代以来，在短

2、波通信技术方面，通过对短波传输，电离层特性和信道特性的深入研究，短波自适应通信取得了一系列成果，使短波通信在克服多径衰落、多普勒频移、提高通信质量和可靠性方面取得了突破性的进步，短波通信进入了信息传输的新阶段。短波[4]自适应通信包括实时信道估值技术（RTCE）和自适应技术。从狭义上来讲，自适应技术[3][1]主要是指频率自适应。本文通过对现有RTCE方法进行比较，给出了复包络参数估计法的公式推导和计算机仿真结果，为第二代和第三代短波自适应系统的链路质量分析（LQA）提供了理论依据。2.实时信道

3、估值短波通信由于电离层电特性的随机变化，引起传播路径和能量吸收的随机变化，使得接收电平呈现不规则变化，接收端信号振幅总是呈现忽大忽小的随机变化，即产生衰落。一般而言衰落包括大尺度衰落、中尺度衰落和小尺度衰落。三种衰落的示意图如图1所示。其中，小尺度衰落又称快衰落，主要指时间选择性衰落和频率选择性衰落。引起这两种衰落的原因分别是多普勒频移和多径时延。路径损失信号功率嗻慢衰落dB嗼快衰落距离（对数）图1三种尺度衰落示意图短波实时信道估值技术（RTCE）也称实时信道探测技术，它是频率自适应的基础和关键

4、，也是其他自适应技术的基础。RTCE通过实时测量一组信道的参数并利用得到的参数值来定量描述信道的状态和对传输某种通信业务的能力。主要的测量参量是：信噪比、多普勒展宽、多径展宽等。测量的方法常用的有：复包络法、脉冲法、Chirp法、8FSK法。这四-1-http://www.paper.edu.cn种探测体制的区别如表1所示（表中S为信号能量，M为多径展宽，D为多普勒展宽，BER为比特误码率）。[5]表1各种信道测量方法比较性能发射功率信号带宽抗干扰隐蔽性探测时间探测参量复杂性类别复包络法小小强差

5、长S，M，D简单脉冲法大大差差短S，M中Chirp法小小强好中等电离图，S，M复杂8FSK中中中差较长S，M，BER简单综合比较之后，从总体上来说，复包络法所测量的参数比较适合数字通信的需要。3.复包络法工作原理复包络法主要是基于Bello提出的短波信道的多普勒展宽和多径展宽的测量方法。3.1多普勒展宽和多径展宽的定义xt=Aπf+ft[2]用()cos[2(0)]表示发射信号（其中f表示正弦调制信号的频率，f0表示载波的中心频率），经过电离层传播后，此信号在接收端形成一个相位和幅度都作随机变化

6、且具有一定带宽的窄带随机过程。若以y(t)表示所接收的窄带波形，则：y(t)=Re{T(f,t)ej2π(f+f0)t}（1）其中：T(f,t)表示接收到的窄带信号的复包络或时变传输函数，也叫做信道的传播函数。T(f,t)的自相关函数（即信道的时间——频率自相关函数）定义为：**（2）R(τ,Ω)=E[T(f,t)T(f+Ω,t+τ)]=T(f,t)T(f+Ω,t+τ)f,t对于式（2），当频率固定时，信道的时间自相关函数为：*p(τ)=R(τ,0)=T(f,t)T(f,t+τ)（3）由式（3）

7、可以得到信道的多普勒散布谱为：−j2πvτ−j2πvτP(v)=∫R(τ,0)edτ=∫p(τ)edτ（4）多普勒散布谱P(v)的宽度称为信道的多普勒散布B，也称衰落带宽。多普勒散布谱Bdd与信道的衰落相干时间的关系为：∆t=1B。显然，参数变化缓慢的信道具有大的相干cd时间，相应地，具有很小的多普勒散布。短波信道的多普勒散布B与电离层状况、工作频d率、通信距离等多种因素有关，通常为几赫兹。由于多普勒散布B在短波信道上测量很困d难，通常采用多普勒散布谱P(v)的标准偏差的两倍作为多普勒展宽的定义

8、，用D表示，即：2(v−v)2P(v)dvv2P(v)dv⎡vP(v)dv⎤∫∫∫D=2=2−⎢⎥（5）∫P(v)dv∫P(v)dv⎢⎣∫P(v)dv⎥⎦∫vP(v)dv式中：v=∫P(v)dv对于式（2），当时间固定时，信道的频率自相关函数为：-2-http://www.paper.edu.cn*q(Ω)=R(0,Ω)=T(f,t)T(f+Ω,t)（6）由式（6）可以得到信道的多径散布谱为：−j2πuΩ−j2πuΩQ(u)=∫R(0,Ω)edΩ=∫q(Ω)edΩ（7）多径散布谱Q(v)的宽度称