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基于PCI的宽带短波信道模拟器设计与实现

作　者: 刘同领
导　师: 唐友喜
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 宽带短波信道 ITS模型 信道模拟器 多普勒频移 PCI
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 150次
引　用: 4次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


短波通信设备研制过程中,需要对短波传输设备的性能进行测试。短波通信的实测要花费大量的时间、财力与人力,且不能保证相同的测试条件,也不能可控的调整信道参数。因此,在实验室环境模拟短波信道就显得十分重要。特别是近年来,随着宽带短波通信的高速发展,宽带短波信道模拟器的需求日趋强烈。目前,国外对短波信道模拟器的研究已日趋成熟,但这些模拟器主要针对音频信号(带宽为3kHz左右),数据处理速度低,且价格昂贵。国内对于短波信道模拟器的研究起步较晚,但也有一定成效,多是以DSP为核心处理器实现窄带短波信道模拟器。宽带信道模拟需要高速并行信号处理能力,所以FPGA比DSP更适合完成信道模拟运算。本文的研究目标是实现一款以FPGA为核心处理单元、可重配置的宽带短波信道模拟器。第二章,介绍短波信道特性和典型短波信道模型,选定ITS模型为宽带短波信道模拟器的实现模型。第三章,以宽带化、实时性、可重构为目标实现了一款宽带短波信道模拟器。首先,实现了信号处理板,该信号处理板基于工控机平台,采用PCI接口,以XC4VSX35 FPGA为信号处理器,并且提供射频接口,可用于实时信道模拟。其次,实现并验证了信道模拟FPGA程序,该程序实时处理带宽为30MHz,多普勒频谱分辨率为0.01455Hz。最后,介绍了控制软件及PCI驱动程序,其中PCI驱动程序是利用Driver Works开发的WDM驱动程序。第四章,对信道模拟器进行测试。结果表明:本文实现的模拟器能够反映短波信道的多径时延、多普勒频移、多普勒扩展、加性高斯白噪声和单音干扰等特性。论文还提供了几组典型短波通信场景的实测参数,并用信道模拟器模拟出这几个通信场景的小尺度衰落特性。本文实现的宽带短波信道模拟器提供射频接口,可以直接与短波通信设备相连,能够在室内通过改变参数,模拟多个通信场景,适用于短波通信设备测试、台站建设、网络规划等场合。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-15
第一章 绪论  15-20
  1.1 短波通信概述  15-17
    1.1.1 短波通信主要特点  15-16
    1.1.2 短波通信发展过程  16-17
  1.2 短波信道模拟器的研究  17-19
    1.2.1 短波信道模拟器的研究意义  17-18
    1.2.2 短波信道模拟器的研究现状  18-19
  1.3 文章结构安排  19-20
第二章 短波信道  20-32
  2.1 引言  20
  2.2 短波传播方式  20-22
  2.3 短波天波传输特性  22-25
    2.3.1 时间色散  22-24
    2.3.2 频率色散  24
    2.3.3 传输损耗  24-25
  2.4 短波信道噪声  25-26
  2.5 短波信道模型  26-31
    2.5.1 Watterson 窄带模型  27-28
    2.5.2 ITS 宽带模型  28-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章 宽带短波信道模拟器设计与实现  32-73
  3.1 引言  32
  3.2 总体方案  32-35
    3.2.1 功能需求  32-33
    3.2.2 设计方案  33-34
    3.2.3 工作流程  34-35
  3.3 信号处理板  35-46
    3.3.1 射频单元  36-37
    3.3.2 信号处理单元  37-39
    3.3.3 PCI 接口控制单元  39-46
  3.4 信道模拟FPGA 程序  46-63
    3.4.1 FPGA 程序总体结构  46-47
    3.4.2 多径延迟扩展  47-48
    3.4.3 小尺度衰落信道  48-50
    3.4.4 希尔伯特滤波器  50-52
    3.4.5 数字频率合成器  52-53
    3.4.6 多普勒频谱扩展  53-59
    3.4.7 多普勒频移  59
    3.4.8 大尺度衰落  59-60
    3.4.9 带限高斯噪声  60-63
  3.5 控制软件  63-65
  3.6 PCI 设备驱动程序  65-72
    3.6.1 WDM 驱动程序  65-67
    3.6.2 WDM 开发工具简介  67-68
    3.6.3 利用DriverWorks 开发PCI 驱动程序  68-72
  3.7 本章小结  72-73
第四章 宽带短波信道模拟器测试和性能分析  73-82
  4.1 引言  73
  4.2 信道模拟器功能测试  73-77
    4.2.1 AWGN 信道  74
    4.2.2 单音干扰  74-75
    4.2.3 载波频移  75
    4.2.4 多普勒频扩  75-77
  4.3 基于具体场景的模拟器测试  77-81
    4.3.1 短波地波陆地通信  77-78
    4.3.2 短波天波通信  78-81
  4.4 本章小结  81-82
第五章 结束语  82-84
  5.1 全文总结及主要贡献  82
  5.2 下一步的工作和未来研究方向  82-84
致谢  84-85
参考文献  85-88
个人简历  88-89
攻读硕士学位期间的研究成果  89-90
附录 信号处理板  90-91

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
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