为了测试短波(高频)通信设备的性能，通常需要在实际通信环境中进行大量的外场实验。相比之下，信道模拟器能够在实验室环境下进行类似的性能测试，测试费用少、可重复性强，而且可以缩短设备的研制周期。
　　短波信道是随机变参信道，根据一些统计规律，可以有所侧重地建立近似的信道模型。目前，比较有代表性的信道模型有：Watterson等人提出的高斯" title="高斯">高斯散射增益抽头延迟线模型^[1](简称Watterson模型)、Hoffmeyer等人提出的采用电离层物理参数的信道模型^[2]和Giles等人提出的采用短波信道冲激响应直接测量法的模型^[3]等。这些模型中，Watterson模型的主要优点是计算的复杂度低，能在大多数情况下较好地描绘短波信道的特性，现已被CCIR推荐^[4]并广泛采用。
　　本文采用Watterson模型，以TMS320VC33为核心器件，提出了软硬件结合、以软件为主的设计思想，对300~3000Hz带宽基带短波信道的主要特性进行模拟，能较好地满足实验需求。
1 Watterson信道模型^[1]
　　Watterson等人提出的高斯散射增益抽头延迟线模型如图1。

　　图1中，发射信号经理想的时延" title="时延">时延线后，在若干个可调抽头处送出，在每路抽头处，时延信号由一个复随机分支增益函数gi(t)进行调制，各路已调信号和加性噪声相加，形成接收信号。
　　复随机分支增益函数是体现信道特性的一个重要参数，其定义如下：

　　Watterson等人验证了模型的正确性，并指出，当每一路径采用两个磁离子分量时：
　　(1)如果载频较低，两个磁离子分量的多普勒频移和频展近似相等，它们的功率谱" title="功率谱">功率谱几乎重合，这样只需一个磁离子分量即可表示；
　　(2)如果载频较高，两个磁离子分量的相对时延显著，应使用两个不同磁离子分量。
2 关键技术
2.1 瑞利衰落的产生
　　一般地，随机过程V(t)可表示为：

　　此时要求n_a(t)和n_b(t)是独立的正态分量，并满足下列条件：
　　·n_a(t)和n_b(t)不相关；
　　·n_a(t)和n_b(t)的幅度服从高斯概率密度函数，且均值为零、均方根相等；
　　·n_a(t)和n_b(t)具有高斯型的功率谱。
　　因此，只要产生出满足上述条件的n_a(t)和n_b(t)，即可得到n(t)。故而，在Watterson模型中，瑞利衰落对输入信号的影响，可近似看作两个独立的同相和正交高斯噪声源对输入信号的调制。
2.2 高斯噪声的产生
　　本文以线性同余法为基础，产生高斯噪声，步骤如下：
　　(1)利用线性同余法产生的伪随机序列，得到(0,1)区间均匀分布的随机数" title="随机数">随机数;
　　(2)通过进一步的算法(变换)，得到希望的伪高斯噪声。
　　线性同余法产生随机数的迭代公式如下：

　　X_i+1=(aX_i+c) (modm)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(5)

　　式(5)中a为常数，c为增量(一般取c=0)，模数m为质数，初值X₀(种子数)可为任意非负整数。由此可得一组周期为(m-1)的伪随机序列{Xi}。利用x_i=X_i/m可得到(0,1)区间均匀分布的随机数x_i。
　　高斯分布随机数可由随机数x_i得到，利用公式如下：

　　可得到均值为0，方差为(αm)2的高斯分布随机数。(7)式中α为功率增益因子。
　　为保证n_a(t)和n_b(t)不相关，产生n_a(t)和n_b(t)的伪随机序列不仅要有良好的自相关特性，而且它们的互相关峰值要尽量小。实验表明，若两序列的模数足够大且不相等，就可保证序列对在较长时间内满足上述相关特性。
2.3 低通滤波器的实现
　　根据(2)式，为使每个磁离子分量功率谱为高斯型，每个分量上所需的幅度响应为：

　　在级联实现中，可以用极点和零点配对的方法，将共轭的零极点或相近的零极点组合成一个二阶滤波器，从而使频域幅度响应达到滤波器的设计要求。利用MATLAB中tf 2sos(b,a)函数可实现传递函数到二次分式形式的转换，并将结果保存到与(10)式对应的系数矩阵sos：

　　在实现过程中，首先通过MATLAB生成不同频展要求下IIR滤波器的系数矩阵sos，然后将这些系数存放在DSP片外RAM中。模拟器工作时，由控制程序根据不同的频展选择相应的系数。高斯噪声源经过选定的IIR滤波器，生成衰落所需的高斯控制信号。
3 模型实现与测试
　　在采用2条路径的情况下，对于第i条路径(i=1,2)，每路磁离子分量上产生衰落的复高斯控制信号分别为：

　　由上述分析可得，采用2路多径的短波信道模拟器的总体结构框图(图2)。

　　本文介绍了一种短波通信信道模拟器的设计与实现。在信道模拟器的设计中，采用两路经过高斯型功率谱IIR滤波器的高斯过程的同相和正交分量合成单径瑞利衰落。高斯型功率谱IIR滤波器由MATLAB设计，产生的滤波器系数存放在DSP外围RAM中。输入信号的采样量化、噪声源的产生、衰落的形成以及多径传输等过程均由DSP及外围设备协同处理完成，实现了对传输信号的全数字化处理，能够实时模拟实际短波通信信道环境。测试表明，该模拟器的主要技术指标均能达到设计要求。
参考文献
1 C.C.Watterson，J.R.Juroshek，W.D.Bensema. Experimental Confirmation of an HF Channel Model[J].IEEE Trans. Commun. Technology，1970;18(6)：792～803
2 J.A.Hoffmeyer，L.E.Vogler，J.F.Mastrangelo，et al.A new HFchannel model and its implementation in a real-time simu-lator[A].HF Radio Systems and Techniques，Jul 1991， 5th International Conference，1991：173～177
3 T.C.Giles，I.Wiloughby.Simulation of high frequency voice band radio channels[A].Military Communications Conference，Oct. 1993.MILCOM ′93.Conference record.′Communications on the Move′，IEEE，Vol.1：342～348
4 CCIR.HF Ionospheric Channel Simulators.Report 549-2，Recommendations and Reports of the CCIR，ITU，Geneva.1986;(3)：59～67
5 樊昌信，张甫翊，徐炳祥等.通信原理[M].第五版，北京：国防工业出版社，2001：48～50
6 陈 跃，金力军.短波信道特性及其模拟器的实现[J].西安电子科技大学学报，1992;19(4)：38～44