海上移动信道分析及抗多径接收机设计与仿真

　　1　引言

　　海上舰船之间的通信一般采用短波通信技术,由于扩频通信系统具有抗干扰能力强、低截获概率等特点,其信号功率谱密度低,难以侦察,因此,在军事通信领域得到广泛应用,舰船之间的短波通信也大量采用扩频通信技术。由于海浪和舰船等的影响造成较严重的多径效应,在扩频移动通信系统中可以采用Rake接收技术克服和利用多径效应。扩频通信系统中由于信号带宽较宽,因此在时间上可以分辨出比较细微的多径信号,对分辨出的多径信号分别进行加权调整,使合成之后的信号得以加强,从而达到利用多径的目的。本文首先分析海上移动信道特性,提出恰当的信道模型。近年来移动信道的研究引起取得了较好的进展[1-4],文献[1]研究了海上信道的特点,但没有与实测数据作比较,文献[4]实际测试了信道衰减值,但没有与理论模型相结合和对比,本文提出利用Longley-Rice模型作为海上编队移动信道模型,对模型进行了数值仿真,并与文献[4]中提高的实测进行了比较,结果仿真与实测数据吻合较好。文章还分析了多径对伪码捕获的影响,在此基础上设计了一个Rake接收机方案,并对设计方案进行仿真分析。

　　2　海上移动信道模型

　　信道模型分为大尺度模型和小尺度模型两种,大尺度模型刻画信号传输过程中经历的路径损耗中值,小尺度模型刻画小范围内(几个波长)信号的幅度和相位上的快速衰落。在大尺度传播衰落模型研究方面先后建立了以下著名的信道模型[1]:Longley-Rice模型、Okumura模型、Durkin模型、Hata模型、Walfisch-Bertoni模型、LEE模型、Egli模型以及Carey模型等。这些模型各有特点,在几公里到几百公里范围内Okumura-Hata被广泛用来预测接收信号的场强,但海上移动信道路径损耗预测利用Longley-Rice模型更合适,Longley-Rice模型考虑了更多的与地形有关的因素,包括地面折射率、地面导电率、介电常数以及地面粗糙度等,还考虑了不同的气候类型和天线的位置标准等。文献[2]通过对Okumura-Hata和Longley-Rice模型仿真结果与实测数据的比较,指出预测海上传播损耗时后者更确切。但文献[2]没有考虑以下两个方面:①没有考虑地球弧度对电波传播的影响,海上编队舰船之间的距离往往会大于电波直视距离,这时传播特性会有明显改变。②Longley-Rice模型不能够预测短距离(1km以内)场强,所以需要对模型进行适应性修正和补充,以适应海上通信场强预测仿真建模的需要。本文提出在1km以内用双径反射模型预测路径衰减,超过此范围用Longley-Rice模型预测路径衰减。在1km以内的海面一般都存在较强的直达波信号和一条经海面反射的反射波,较为符合双径反射模型;本文通过仿真和参考文献提供的实测数据比较分析了地球弧度对电波传播的影响。