综合通信训练模拟系统短波信道分布式实时仿真

器，其冲激响应为hlp(t)。如图2所示，输入的音频信号分别经过带宽为3 kHz的带通滤波器和3 kHz带宽的Hilbert滤波器，将输入信号变换成为一个复信号I和Q。两个带通滤波器的冲激响应为：

式中，T为采样周期，N为滤波器阶数，f0为中心频率。

输入信号成为复信号后，可以按照所需路径数(实际系统中是通过总控导演台设置完成，框图示意了两路信号)选择相应的路径和延迟。

4 分布式实时仿真设计与实现

综合通信训练模拟系统主要由总控导演台、信道仿真台、收(发)信方仿真台、系统监控台、通信设备模拟器(单片机实现)、串口服务器和接口等部分组成。各仿真台站计算机通过局域网相互连接。

4.1 分布式实时仿真设计

基于面向对象的程序设计方法，将信道仿真台的信道仿真系统软件划分为系统初始化模块、滤波器数据库模块、AWGN数据生成模块、信道算法(如短波信道的多径、衰落等)实现模块和各类后台线程(信源数据实时接收线程、合成数据实时传送线程和总控数据接收线程)。其中初始化模块包括各数据存储单元的初始化和显控设备的初始化，这一模块在系统启动时运行。

为解决模型逼真度与解算速度的问题，在程序设计上采用了分布式数据解算方法，充分利用系统硬件资源，以保证程序具有足够的速度和灵活性。

信道仿真系统是利用局域网内的4台计算机进行多机联合仿真。这4台计算机按照所担负的任务分别命名为：Matlab数据库计算机、信源数据计算机、信道解算计算机、数据合成与传送计算机。各计算机间通过UDP／IP协议实现数据交换和握手通信。各模拟器终端利用单片机实现收信与发信，单片机与计算机之间、计算机与计算机之间并、串行工作。

4.2 基于VC++的分布式实时仿真实现

基于上节的设计方案，采用VC++语言实现了一个集成化的通信信道仿真环境，以实现通信信道模型仿真和信号源实时产生等功能的有效调度和管理。该系统通过信道仿真模型、算法、数据、输入输出参数等的统一管理，将各个功能模块以及仿真结果分析与表示等集成在一个仿真环境下，加强系统各部分之间的联系与交互，进而完成模拟设备收发数据的实时产生、解算与传送。

图4显示了信源数据计算机产生高斯噪声和通信信号数据帧生成的程序执行路径。程序执行时，首先将数据存储单元初始化，同时启动与主控导演台和信道解算计算机之间的数据交换线程。线程一接收总控导演台用户根据既定场景、任务条件下设定的各项参数，同时唤醒主程序进行数据生成，产生数据帧的同时，通过线程二将数据传送至信道解算计算机。

图5显示了运行于信道解算计算机上的信道算法(如短波信道的多径、衰落等)模块的程序执行路径。系统启动后，程序进入等待状态，由信源数据计算机触发运行。

5 结 语

针对综合通信训练模拟系统结构复杂、数据运算量大、实时性要求高等难题，本文给出了一种分布式仿真的设计方案。该方案充分利用了综合通信训练模拟系统中的计算机资源，实现了对传输信号的实时处理，能够实时模拟通信信道环境。图6给出了频率为500 Hz的原始输入正弦信号谱，图7则是500 Hz正弦信号经前述短波信道模型(两条路径)的计算机仿真结果图，可以看出原始信号变为有两条多径，并且每一条多径信号被分别加上了不同的多普勒频移和频扩。这一仿真结果与理论分析相吻合，从另一侧面验证了设计方案的正确性和合理性。

目前，综合通信训练模拟系统已经投入使用。使用结果表明，系统性能稳定，实时性好，程序结构设计合理，较逼真地模拟了通信环境，满足操作人员实际操作训练的需要。