短波宽带通信系统的信道建模仿真及优化
3.1 信道建模的概念
以往人们对于短波信道的理解很大程度上局限于窄带过程。近来，由于扩频大容量短波
通信的需求发展，宽带短波信道的特征得到了广泛的研究。
对于短波信道，损耗和畸变是最主要的两种传输影响。它包括自由空间传播损耗、电离
层吸收损耗、多跳地面反射损耗和一些额外系统损耗。信号畸变包括：信道参数时变、多径
传播和信号色散。
一般来讲，多径时延又可分为 inter-modal 和 intra-modal 两种形式。Inter-modal 延迟包括
multimode（多模式包括多层模式、O 模式和 X 模式以及高低仰角模式等）和 multi-hop（多
跳模式）情况，这种情况下主要引起码间串扰。Intral-modal 延迟由地理场强影响、电离层不
均匀性和电离层介质的色散特性引起的，在这种情况下将引起信号脉冲畸变，这种情况下限
制了信道的带宽。
本章，我们将重点介绍两种比较常用的信道模型，即 Watterson 信道模型和 ITS 信道模型，
并且在 MATLAB 平台上对两种模型进行了仿真分析，其中重点讨论了 ITS 模型，并对该模
型进行了改进分析。
3.2 基于统计模型的短波信道模型
对短波信道建模具有里程碑意义的是沃特森在 1970 年发表的一篇文章，文章中提出了一
种静态模型，并在大气中进行了实验验证。 此静态模型可以描述为高斯散射增益抽头延迟线
模型，即 Watterson 模型。
Watterson 信道模型是经典的窄带短波信道模型，在这个模型中，信道衰落是瑞利幅度分
布，而在每种传播模式中多普勒扩展的功率谱满足高斯分布。Watterson 模型没有定义延时扩
展的形状，认为各个多径传输模式中不存在延时扩展。其有效带宽仅为 10kHz。在与高纬度
电离层和近赤道电离层有关的应用中，Watterson 模型过于简单，例如，在高纬度，多普勒谱
通常不是高斯型的。
上个世纪 90 年代后期，美国电信科学协会(ITS)发表了一篇迄今最为权威的宽带信道模
型仿真器实现方法的论文，后被广泛称为 ITS 模型。ITS 模型适用于宽带和窄带两种情况，
可看作 Watterson 模型的一种扩展。
美国 ITS 提出了一种更复杂的电离层信道模型。这个模型是作为宽带模型提出的，但也
适用于窄带模型。在 ITS 模型中，总的信道冲击响应定义为所有传输模式冲击响应之和，它
是时间 t 和延时 τ 的函数：
