基于fpga的无线信道仿真器设计与实现

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：垄鱼查．日期：砌年年月30日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关

2、数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：。盔笪查导师签名．＼塑逃日期：20避年年月50日第一章引言1．1课题研究的背景无线信道是移动通信的传输媒介，信道性能的好坏直接决定着人们通信的质量，无线信道复杂多变的主要原因是多径传播，电磁波在传输过程中会遇到很多建筑物、树木以及起伏的地形，会引起能量的吸收和穿透以及电磁波的反射、散射、绕射等，由于散射和绕射后的电磁波能量较弱，所以一般只考虑反射的影响。这样，移动信道是充满了反射波的传播环境。到达移动台天线的信号不是单一路径来的，雨是许多路径来的众多反射波的

3、合成。又由于电磁波通过路径的距离是不同的，因此各条路径来的反射波的到达时间是不同，相位也不相同。不同相位的多个信号在接收机端的叠加，有时同相叠加而加强，有时反相叠加而减弱。这样，接收信号的幅度将急剧变化，即产生了衰落。如果考虑到移动台的运动，就会使接收电波的频率发送变化，产生多普勒频移扩展，即产生频率选择性衰落。随着智能天线和多输入多输出(MIMO)系统Ⅲ的引入，无线信道还要考虑角度扩展。正是由于信道信息在时间、频率和角度的扩展，使得无线信道的研究变得非常复杂。随着人们对无线通信需求和质量的要求越来越高，无线通信设备的研发也变得越来越复杂。通常，设计人员需要在实验室模拟

4、出无线信道的各种特性，以便对所设计的系统进行调制与测试。无线信道仿真器是进行无线通信系统硬件调试与测试不可或缺的仪器之一。正是基于以上的需求，中兴通讯提出了项目“KPT平台实时无线信道模拟实现’’，本设计是该项目的一部分。在研究了无线信道特性的基础上设计与实现了无线信道仿真器，该仿真器模拟实现了频率选择性衰落信道。设计无线信道仿真器的意义在于：①随着无线通信设备的研发变得越来越复杂，测试在研发过程中所占的比例也越来越大，为了加快设备的测试，需要更多的信道仿真器投入使用，但是市场上的信道仿真仪价格昂贵，限制了其普及程度。②市场上信道仿真仪大多数是基于软件实现的，链路仿真速

5、度比较慢，而基于FPGA的无线信道仿真器是硬件实现，从而可以极大的提高仿真速度，加快无线设备的测试。⑨无线通信业务繁多，对不同设备的测试内容也不尽相同，市场上的信道仿真仪在功能上比较固定，对数据传输过程中间节点的观测不够方便，而基于FPGA的无线信道仿真器电子科技大学硕士学位论文在算法修改和中间节点的观察上都比较灵活。④验证设计中采用的衰落算法是否可以模拟无线传播环境。1．2国内外研究现状对无线信道的研究，可以将信道分为大尺度衰落模型、小尺度衰落模型和中等尺度衰落模型。通常，无线环境中信道的衰落n1可以分成三部分：大尺度路径损耗成分；中等尺度具有对数正态分布特性的慢变化

6、成分；以及小尺度的具有瑞利或莱斯分布瑚特性的快变化成分。在设计信道模型的时候应该考虑以下因素：①根据从发射机到接收机范围内的路径损耗而得到的“大区平均功率”；②在该大区体内的“本地平均功率”表现了慢衰落特性，符合对数正态衰落；◎叠加在前两者之上的瞬时功率，表现了块衰落特性，服从瑞利分布口】。无线信道的建模是要在不同的传播环境下建立与真实无线信道相吻合的模型，其对无线信道仿真器的设计至关重要，针对不同的信道类型建立不同的模型。广义平稳非相关散射(WSSUS)H3被认为是描述无线信道小尺度衰落的时延扩展(DS)与多普勒扩展的最简单的随机过程。故目前关于信道小尺度衰落建模的研

7、究大多数是基于WSSUS的假设。非频率选择性衰落信道(平坦衰落信道)是无线衰落信道中最为简单的一种，它是其它复杂信道建模的基础。平坦衰落信道建模的两个模型——Cla呔e璐3信道模型和Suzuki抽1信道模型。前者用于描述小尺度衰落，后者综合考虑大尺度和小尺度衰落。无线信道的仿真是为了评估算法的复杂度，近年来人们对平坦衰落信道的仿真进行了大量的研究，取得了较多的理论成果，仿真平坦衰落信道的方法分为两类：第一类方法是正弦波叠加法；第二类是形成滤波器法。以上这两类方法各有优缺点。第一类方法能够有效的减少运算量，因此得到了广泛的应用，但是仿真的衰