无线通信实验室信道仿真器的设计与实现

　　0 引 言

　　为了适应我国现代信息化的需要，充分发挥信息技术的主导作用，最大限度的配置和使用好数字化设备，目前急需实现对信息系统提供实验、验证和评估手段。无线通信实验室信道仿真器的建设，能够完成具有信息系统的多方面试验能力，包括指挥控制、通信网络、系统可用性等多个方面的功能与性能的综合试验。该系统还可以在实验室环境下进行外场相应的性能测试、评估移动通信终端的性能、对使用移动终端设备的操作人员进行培训，测试费用少，可重复性强，大大减少了人力物力的开销。

　　在移动通信信道的仿真中，很多信道仿真器的设计都是基于点通信的模拟信道[1]或数字信道 [2-4]。而本文所设计的信道仿真器是基于集群通信的网通信数字信道，与一般的信道仿真器相比，除了都有的加性高斯白噪声、多径信道以外，还具有交换路由的功能，可以验证通信网络的组网能力，人为再现一些外场实验中难以再现的连接状态。

　　1 移动通信信道特点

　　移动通信中无线信道的主要特征是多径传播。电波在传播的过程中会遇到各种各样的建筑物、树木、植被以及起伏的地形，会引起能量的吸收、穿透以及电波的反射、散射和绕射等[5]，同时移动台的运动使得信号产生多普勒频移。综上考虑，典型的无线信道可以表示成各条路径上都有瑞利衰落的多径信道[6]。由于无线信道非常复杂，不可能进行精确的理论分析，在实际应用中，往往采用理论分析与实验相结合的方法，针对不同的环境有相应的路径损耗模型[7]。

　　误码率是衡量数字通信系统在正常情况下，传输消息可靠程度的重要性指标[8]。在接收端无线数字信道对传输数据的影响体现在误码率的大小上。在仿真系统中可以将电台不同的通信机制等信息折算到接收机的误码率来进行仿真，验证仿真系统的组网特性。本文所设计的信道仿真器接收来自电台的码流，根据仿真场景(地形、气候、干扰)及电台提供的参数(发射功率、收发频率、位置、工作模式等)选择路径损耗模型从而计算出信道误码率(信道误码率计算在这里不作介绍)，再把接收到的码流加以误码处理后送往可能接收到该电台信息的电台。

　　2 信道仿真器的硬件结构

　　信道仿真器主要基于ARM和FPGA硬件结构实时模拟真实环境的通信信道，不但可以实现尽可能多的信道特性，并且可以方便今后的扩展，其硬件结构如图1所示。考虑到通信信道的特点以及实现的可行性，拟将32部电台构成一组临近放置，电台到信道仿真器单元之间以RS485连接。信道仿真器之间可通过扩展口进行连接通信。由于信道仿真器放置在不同的地方且距离较远，所以选择光纤连接。通过电台接口和信道仿真器的扩展口，各个节点之间可以建立逻辑连接。各节点之间是否连接以及连接的信号质量如何，可由中央仿真主控计算机灵活设定。