Имитатор коротковолнового канала

 

Предлагаемое устройство относится к области техники радиосвязи и предназначено для проведения лабораторных испытаний, исследования характеристик модемов, методов модуляции и кодирования, канальных протоколов передачи данных и способов их технической реализации для систем коротковолновой радиосвязи. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства. Это достигается за счет того, что введены блок управления импульсной характеристикой (БУИХ) (10), генератор помех (11) и блок формирования медленных замираний (12), выход которого соединен с входом генератора аддитивного гауссовского белого шума (6), выход генератора помех (11) соединен с третьим входом второго сумматора (5.2), выход БУИХ (10) соединен с входами k блоков генерации импульсных характеристик лучей (4.0-4.k).

Предлагаемое устройство относится к области техники радиосвязи и предназначено для проведения лабораторных испытаний, исследования характеристик модемов, методов модуляции и кодирования, канальных протоколов передачи данных и способов их технической реализации для систем коротковолновой (KB) радиосвязи.

Существуют известные имитаторы KB канала: [1-3].

Имитатор, представленный в [1], для своей работы требует предварительной записи и обработки тестового сигнала, прошедшего через реальный KB канал, что не позволяет моделировать произвольные условия прохождения сигнала. Имитаторы, описанные в [2, 3], построены на основе классической стационарной модели Ваттерсона, позволяющей имитировать реальный KB канал лишь в течение небольшого промежутка времени, и в качестве помех использующие только аддитивный гауссовский белый шум (АГБШ).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является имитатор, построенный на основе классической модели Ваттерсона, представленный в [4], принятый за прототип.

На фиг.1 представлена блок-схема прототипа, где обозначено:

1 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

2 - блок формирования аналитического сигнала (БФАС);

3.1, 3.2, ..., 3.k - блоки задержки сигнала на время i, i=1, 2, ..., k;

4.0, 4.1, ..., 4.k - блоки генерации импульсных характеристик лучей h i(n), i=0, 1, ..., k;

5.1, 5.2 - первый и второй сумматоры;

6 - генератор аддитивного гауссовского белого шума (АГБШ);

7 - блок взятия вещественной части сигнала;

8 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);

9.0, 9.1, 9.2, ..., 9.k - с нулевого по k-тый перемножители;

x(t) - входной аналоговый сигнал имитатора;

x(n) - входная дискретная последовательность;

y(n) - выходная дискретная последовательность;

y(t) - выходной аналоговый сигнал имитатора.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные АЦП 1 и БФАС 2, а также k последовательно соединенных блоков 3.1, 3.2, ..., 3.k задержки сигнала на время i, i=1, 2, ..., k, расщепляющие входной сигнал на k+1 лучей. Кроме того, с нулевого по k-тый блоки 4.0, 4.1, ..., 4.k генерации импульсных характеристик лучей h i(n), i=0, 1, ..., k, выход каждого из которых соединен с первым входом соответствующего, с нулевого по k-тый, перемножителя 9.0, 9.1, 9.2, ..., 9.k, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом первого сумматора 5.1, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 5.2, второй вход которого подсоединен к выходу генератора 6 аддитивного гауссовского белого шума, добавляемого к сигналу. При этом выход второго сумматора 5.2 соединен с входом блока взятия вещественной части сигнала 7, выход которого соединен с входом ЦАП 8, выход которого является выходом устройства, а вход АЦП 1 является входом устройства. Причем, БФАС 2 состоит из полосового фильтра и фильтра Гильберта (на фиг.1 не показаны).

Устройство-прототип работает следующим образом.

На вход имитатора поступает входной сигнал x(t), который преобразуется во входную дискретную последовательность x(n) с помощью АЦП 1. В блоке БФАС 2 из этой последовательности формируется аналитический сигнал, который последовательно проходит через определенное количество блоков задержки 3. Сигнал с выхода блока БФАС 2 и сигналы с выходов каждого из блоков задержки 3 перемножаются с отсчетами импульсных характеристик h i(n), генерируемыми соответствующими блоками 4, после чего поступают на первый сумматор 5.1. К сигналу с выхода сумматора 5.1 добавляется АГБШ, генерируемый блоком 6, после чего вещественная часть результирующей дискретной последовательности y(n), получаемая с помощью блока

7, поступает на блок ЦАП 8, а затем полученный аналоговый сигнал y(t) подается на выход имитатора KB канала.

Имитатор, построенный по такой модели, обладает рядом следующих недостатков.

1) Устройство-прототип построено на стационарной модели Ваттерсона и имитирует только «быстрые» замирания в KB канале, обусловленные интерференцией лучей. Однако реальный KB канал подвержен и «медленным» неинтерференционным замираниям. Поэтому устройство-прототип адекватно реальному KB каналу лишь в течение интервала времени порядка нескольких минут, во время которого параметры устройства могут считаться постоянными. За больший интервал времени параметры канала могут заметно измениться.

2) Стандартная модель Ваттерсона, положенная в основу прототипа, учитывает только наличие рассеянной составляющей принимаемого сигнала в месте приема. Однако иногда в реальном KB канале наблюдается присутствие наряду с рассеянной составляющей и так называемой «зеркальной» составляющей сигнала, не подверженной замираниям.

3) Прототип для искажения сигнала использует только АГБШ, однако в реальном KB канале присутствует большое число помех другой природы.

Для устранения указанных недостатков, в имитатор коротковолнового канала, содержащий последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок формирования аналитического сигнала (БФАС), k последовательно соединенных блоков задержки сигнала, а также с нулевого по k-тый блоки генерации импульсных характеристик лучей, выход каждого из которых соединен с первым входом соответствующего, с нулевого по k-тый, перемножителя, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подсоединен к выходу генератора аддитивного гауссовского белого шума (АГБШ), при этом выход второго сумматора соединен с входом блока взятия вещественной части сигнала, выход которого

соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого является выходом устройства, причем выход БФАС соединен с входом первого блока задержки сигнала, выход каждого из k блоков задержки сигнала соединен с первым входом соответствующего, с первого по k-тый, перемножителя, при этом выход БФАС соединен со вторым входом нулевого перемножителя, согласно полезной модели, введены блок управления импульсной характеристикой (БУИХ), генератор помех и блок формирования медленных замираний, выход которого соединен с входом генератора АГБШ, выход генератора помех соединен с третьим входом второго сумматора, выход БУИХ соединен с входами k блоков генерации импульсных характеристик лучей.

Блок-схема предлагаемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено:

1-8 - как на схеме устройства-прототипа;

10 - блок управления импульсной характеристикой (БУИХ);

11 - генератор помех (ГП);

12 - блок формирования медленных замираний (БФМЗ).

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные АЦП 1 и БФАС 2, а также k последовательно соединенных блоков 3.1, 3.2, ..., 3.k задержки сигнала на время i, i=1, 2, ..., k, расщепляющие входной сигнал на k+1 лучей. Кроме того, с нулевого по k-тый блоки 4.0, 4.1, ..., 4.k генерации импульсных характеристик лучей h i(n), i=0, 1, ..., k, выход каждого из которых соединен с первым входом соответствующего, с нулевого по k-тый, перемножителя 9.0, 9.1, 9.2, ..., 9.k, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом первого сумматора 5.1, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 5.2, второй вход которого подсоединен к выходу генератора 6 аддитивного гауссовского белого шума, добавляемого к сигналу. При этом выход второго сумматора 5.2 соединен с входом блока взятия вещественной части сигнала 7, выход которого соединен с входом ЦАП 8, выход которого является выходом устройства, а вход АЦП 1 является входом устройства. Причем БФАС 2 состоит из полосового фильтра и фильтра

Гильберта (на фиг.2 не показаны). Выход БУИХ 10 соединен с входами k блоков генерации импульсных характеристик лучей h i(n) 4.0, 4.1, ..., 4.k. Выход БФМЗ 12 соединен с входом АГБШ 6. Выход генератора помех 11 соединен с третьим входом второго сумматора 5.2. Выход БФАС 2 соединен с входом нулевого перемножителя 9.0 и входом первого 3.1 блока задержки сигнала на время i.

Предлагаемое устройство работает аналогично прототипу в части совпадающих блоков 1-8. Новая функциональность определяется новыми блоками 9-11, которые работают следующим образом.

Поскольку динамический диапазон «медленных» неинтерференционных замираний очень высок, то в имитаторе KB канала данные замирания реализуются эквивалентным изменением отношения сигнал/шум (ОСШ) на его выходе. Замирания могут быть сымитированы в виде формирования блоком БФМЗ 12 некой случайной реализации стохастического процесса, описываемого известной математической моделью (процесса с логнормальным законом распределения вероятностей), либо они могут быть воспроизведены в виде реализации реального процесса, имевшего место во время проведения конкретного сеанса связи и записанного на диск компьютера в оцифрованном виде. В обоих случаях управление ОСШ осуществляется блоком БФМЗ 12.

Предлагаемый имитатор позволяет моделировать канал, каждый луч в котором, помимо рассеянной составляющей, может иметь «зеркальную» не замирающую составляющую. Доля мощности постоянной составляющей для каждого луча по отношению к мощности его случайной составляющей может произвольно регулироваться выбором соответствующего коэффициента в блоке БУИХ 10. Таким образом, могут формироваться не только релеевские замирания сигнала, как в модели Ваттерсона, но и замирания, подчиняющиеся закону распределения Райса.

Кроме того, имеется возможность задания в блоке БУИХ 10 коэффициента асимметрии, определяющего отношение мощностей квадратурных составляющих

луча, что соответствует четырехпараметрическому закону распределения замираний, предложенному Кловским Д.Д.

Кроме АГБШ 6, имитатор с помощью ГП 11 позволяет добавлять к выходному сигналу:

- тональные помехи,

- импульсные помехи,

- помехи из звукового файла,

- помехи из эфира в реальном времени при подключении к имитатору KB приемника с антенной.

Технический результат от введения новых блоков в имитатор KB канала состоит в обеспечении возможности:

- проводить лабораторные испытания устройств и алгоритмов системы связи, предназначенных для отслеживания «медленных» изменений состояния каналов, например, алгоритмов частотной и кодовой адаптации, адаптивных ARQ (Automatic Repeat Request - автоматический запрос повторной передачи) протоколов и т.д.;

- проводить испытания в условиях, более приближенных к реальным;

- измерять характеристики разрабатываемых устройств в более разнообразных условиях распространения сигнала и помеховой обстановки с целью сравнения с характеристиками других подобных устройств, полученных в аналогичных условиях.

Используемые источники:

1. Giler T.C., Pries M., On the design of a voiceband HF replay channel simulator, Eighth International Conference on HF Radio Systems and Techniques (IEE Conf. Publ. No. 474), Guildford, UK, 2000.

2. Willink, T.J., Davies, N.C., Clarke, J. and Jorgenson, M.B., Validation of HF channel simulators, IEE colloquium on frequency selection and management techniques for HP communications, London, UK, 7-8 February 1996.

3. Hoeher P., Steingass A. EP 0940931 - Method for emulating multipath fading radio channels - Deutsches Zentrum für Luft - und Raumfahrt e. V, 1999.

4. W.N.Furman and J.W.Nieto, Understanding HF channel simulator requirements in order to reduce HF modem performance measurement variability, Nordic HF Conference, Sweden, 2001.

Имитатор коротковолнового канала, содержащий последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок формирования аналитического сигнала (БФАС), k последовательно соединенных блоков задержки сигнала, а также с нулевого по k-й блоки генерации импульсных характеристик лучей, выход каждого из которых соединен с первым входом соответствующего, с нулевого по k-й, перемножителя, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом первого сумматора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подсоединен к выходу генератора аддитивного гауссовского белого шума (АГБШ), при этом выход второго сумматора соединен с входом блока взятия вещественной части сигнала, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом устройства, причем выход БФАС соединен с входом первого блока задержки сигнала, выход каждого из k блоков задержки сигнала соединен с первым входом соответствующего, с первого по k-й, перемножителя, при этом выход БФАС соединен со вторым входом нулевого перемножителя, отличающийся тем, что введены блок управления импульсной характеристикой (БУИХ), генератор помех и блок формирования медленных замираний, выход которого соединен с входом генератора АГБШ, выход генератора помех соединен с третьим входом второго сумматора, выход БУИХ соединен с входами k блоков генерации импульсных характеристик лучей.



 

Наверх