摘 要： 平坦Rice信道是一種應(yīng)用范圍廣泛的移動衰落信道。精度和運行速度間的矛盾是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，該模擬器同時具備高精度和高速度的良好特性，有較強的實用價值。
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)域的一個研究熱點。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)實中存在的無線信道。在不考慮多徑或多徑不可分辨時，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，Rice信道模擬器退化為Rayleigh信道模擬器；當(dāng)Rice因子無窮大時，等價于Gaussian信道。因此研究Rice信道模擬器更具實用性。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，簡稱SOS模型，與成型濾波器法相比，其運算量小、設(shè)計靈活簡便，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）時不變或為常數(shù)。而實際的Rice信道LOS徑通常是時變的，甚至具有隨機性。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，該模擬器在實現(xiàn)過程中對散射徑和直射徑均引入隨機變量，更切實地模擬還原了實際信道，然而卻以犧牲速度為代價。要達(dá)到其理論精度，這種模擬器在運行時必須求取多次統(tǒng)計平均。
用SOS法設(shè)計信道模擬器存在一對不可調(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，要得到高隨機性的模擬器必須在生成信道時經(jīng)過多次運算求取統(tǒng)計平均，這勢必加大運算量，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法的運算量主要集中在諧波三角函數(shù)運算上，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)計了一種Rice信道模擬器。理論分析和對比仿真結(jié)果表明，該模擬器極大地提高了仿真速度，具有很強的實用性。
當(dāng)取N=7時，新模擬器與C S Xiao模擬器統(tǒng)計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。從理論上說，這是由于α′n的分布并不是真正的均勻分布，事實上，它隨N的增大而逼近[-π，π）上α′n的均勻分布。可見，當(dāng)N較小時的均勻分布特性不理想，導(dǎo)致多普勒頻移隨機性較差，因此新模擬器統(tǒng)計特性與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)計特性迅速逼近C S Xiao模擬器。圖3、圖4為N=100時新模擬器與C S Xiao模擬器統(tǒng)計特性對比。可以看到，當(dāng)N=100時，新模擬器與C S Xiao模擬器統(tǒng)計特性重合度已很好，均方誤差從10-3數(shù)量級降到了10-8，這個數(shù)量級的誤差在信道模擬中是可接受的。因此，當(dāng)N≥100時即可認(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)計了一種平坦Rice信道模擬器。該模擬器用查表法代替諧波運算，極大地減小了核心運算量，提高了模擬器的運行速度。為了避免查找表無限長，通過對模擬器數(shù)學(xué)模型的設(shè)計，適當(dāng)弱化參量的隨機性，使得查表法和SOS模型可以相容使用。最后通過仿真證實，雖然弱化了模擬器參量的隨機性，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)用場合，新模擬器具有顯著優(yōu)勢。
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