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无线信道模型的仿真与FPGA实现

作　者: 吴焯文
导　师: 冯穗力
学　校: 华南理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 小尺度衰落平坦衰落信道频率选择性信道现场可编程门阵列
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着人们对无线通信要求的不断提高,无线通信系统得到了快速的发展,无线通信设备的设计与研发也变得越来越复杂,因此无线通信系统的测试在设备的研发过程中所占的比重越来越大。为了能够加快无线通信设备的研发,缩短研发周期,设计人员需要在实验室环境中模拟实际的通信信道环境对无线通信系统原型进行调试与测试。因此无线信道仿真器成为进行无线通信系统硬件设计、调试和测试的重要的仪器之一。在无线信道中对无线通信系统接收机设计影响最大的是信道的小尺度衰落变化。本文首先根据无线传播的特性分析了无线传播模型和信道描述的参数,重点分析了对小尺度衰落信道的物理特性以及小尺度衰落信道中的多径传播、多普勒频移以及多径延时的数学模型。为了得到适用于构建频率选择性信道仿真模型的平坦衰落信道仿真模型,本文还对Jakes仿真模型的改进进行了分析。本文FPGA无线信道仿真器的研究与设计主要是基于Clarke模型,采用了Xiao、Zhang与Beaulieu等人改进过的Jakes仿真模型。平坦衰落信道仿真器的实现过程中结合仿真模型与FPGA芯片的特点使用了模块复用与流水线技术,使平坦衰落信道仿真器在占用资源较少的情况下得到令人满意的实验结果。以此平坦衰落信道仿真器为基础的频率选择性信道仿真器在对无线通信系统原型进行实时仿真时,仿真结果也符合实际情况。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-13
  1.1 课题研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 本文结构和主要工作  11-13
第二章无线信道的物理特性及数学模型  13-33
  2.1 无线信道对信号传播的影响  13-18
    2.1.1 大尺度衰落和中等尺度衰落  14-16
    2.1.2 小尺度衰落  16-18
  2.2 小尺度衰落信道的数学模型  18-21
    2.2.1 多径传播  18-19
    2.2.2 多普勒频移与多径时延  19-21
  2.3 小尺度衰落信道的信道特性  21-31
    2.3.1 多径信道的时间选择性与频率选择性  21-26
    2.3.2 无线信道的研究分类  26-27
    2.3.3 平坦衰落信道  27-29
    2.3.4 频率选择性信道  29-31
  2.4 无线信道的复基带表示方式  31-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章无线通信信道的仿真模型  33-52
  3.1 平坦衰落信道的仿真模型  33-50
    3.1.1 Clarke统计模型  33-41
    3.1.2 Jakes仿真模型  41-44
    3.1.3 Jakes仿真模型的改进  44-50
  3.2 频率选择性信道仿真模型  50-51
  3.3 本章小结  51-52
第四章无线信道仿真器的FPGA实现  52-80
  4.1 平坦衰落信道仿真器的设计与实现  52-69
    4.1.1 随机数生成模块的设计与实现  54-60
    4.1.2 余弦值计算模块的设计与实现  60-64
    4.1.3 累加模块的设计与实现  64-67
    4.1.4 随机数更新模块的实现  67-68
    4.1.5 平坦衰落信道仿真器的FPGA实现  68-69
  4.2 频率选择性信道仿真器的FPGA设计与实现  69-79
    4.2.1 时延模块的设计与FPGA实现  70-79
    4.2.2 频率选择性信道仿真器的FPGA实现  79
  4.3 本章小结  79-80
第五章无线通信信道仿真器的验证与应用  80-91
  5.1 平坦衰落信道仿真器的统计特性  80-84
  5.2 频率选择性信道仿真器的应用  84-90
  5.3 本章小结  90-91
结论  91-93
  1. 研究价值  91
  2. 研究总结  91
  3. 创新性成果  91-92
  4. 进一步的工作和建议  92-93
参考文献  93-96
致谢  96-97

无线信道模型的仿真与FPGA实现

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