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无线通信系统的信道建模与仿真研究

作　者: 于春锐
导　师: 韩方景
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 军事通信学
关键词: 无线信道信道模型多普勒效应多径效应 Watterson模型信道模拟器
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

无线信道是无线通信系统最基础的部分,信道建模和仿真对无线通信系统的研发具有重要意义,因此,对无线信道进行研究具有理论意义和实际应用价值。本文从无线电波的传播特性出发,研究了无线信道的电波传播模型和信道描述的参数,重点分析了对基带信号处理有重要影响的小尺度衰落模型;研究了通信信号的复数表示方法,并结合无线信道的特点,讨论了信道的基带冲激响应模型和SISO、SIMO、MISO、MIMO等无线通信系统的基带模型描述方法。多径效应和多普勒效应是影响小尺度衰落的最重要的两个因素,本文对无线信道的多径效应和多普勒效应进行了研究和仿真,并重点研究了平坦衰落信道和频率选择性信道的信道模型并仿真验证。短波通信是一种重要的无线通信手段,在现代通信中具有重要的地位,长期以来一直是一种不可缺少的远距离通信方式。短波信道与其它无线信道相比有其自身的特性,本文在对无线信道研究的基础上,研究了短波信道的特性,并对短波信道的数学模型(Watterson模型)的结构和仿真算法进行了分析与研究,基于Matlab建立了软件仿真平台并进行了仿真验证。最后,采用Watterson信道模型,提出了一种基于FPGA的可编程的短波信道模拟器的硬件实现方案,并对该方案中的关键技术和实现方法进行了分析。该信道模拟器能够实时模拟窄带信道条件下短波电离层反射信道的主要特点,如多径时延、瑞利衰落、多普勒频移等,其主要的技术指标达到了设计要求。该模拟器硬件结构简单,通用性强,可以部分或全部集成到处于研制阶段的接收机中,以便于性能测试。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章绪论  12-16
  1.1 课题研究背景和意义  12
  1.2 研究现状和方法  12-13
  1.3 工具软件简介  13-14
    1.3.1 Matlab  13-14
    1.3.2 ISE开发环境  14
  1.4 本文的主要工作和内容安排  14-16
第二章无线信道的电波传播模型  16-30
  2.1 引言  16-17
  2.2 传播路径损耗模型  17-20
    2.2.1 自由空间传播模型  17-18
    2.2.2 对数距离路径损耗模型  18
    2.2.3 经验模型  18-20
  2.3 阴影衰落模型  20-21
  2.4 小尺度衰落模型  21-29
    2.4.1 时延扩展——频率选择性衰落  21-24
    2.4.2 多普勒扩展——时间选择性衰落  24-26
    2.4.3 角度扩展——空间选择性衰落  26-27
    2.4.4 小尺度衰落信道小结  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章无线通信系统的基带模型  30-40
  3.1 信号的表示方法  30-33
    3.1.1 信号频谱  30
    3.1.2 信号的复数表示  30-31
    3.1.3 无线通信系统数学表示  31-32
    3.1.4 时变信道的冲激响应模型  32-33
  3.2 连续时间信号模型  33-35
    3.2.1 SISO信号模型  34
    3.2.2 SIMO信号模型  34
    3.2.3 MISO信号模型  34-35
    3.2.4 MIMO信号模型  35
  3.3 离散时间信号模型  35-38
    3.3.1 SISO信号模型  36-37
    3.3.2 SIMO信号模型  37
    3.3.3 MISO信号模型  37-38
    3.3.4 MIMO信号模型  38
  3.4 本章小结  38-40
第四章典型无线信道模型及仿真  40-50
  4.1 多径效应与多普勒效应仿真  40-44
    4.1.1 多径效应的仿真  40-42
    4.1.2 时延扩展对信道频率选择性的影响  42-43
    4.1.3 多普勒效应的仿真  43-44
    4.1.4 多普勒扩展对时间选择性的影响  44
  4.2 平坦衰落信道仿真  44-47
  4.3 频率选择性信道仿真  47-49
  4.4 本章小结  49-50
第五章短波信道模型及仿真  50-61
  5.1 电离层特性  50-51
  5.2 短波电波传播特性  51-52
    5.2.1 传输模式  51
    5.2.2 多径传播  51
    5.2.3 衰落  51-52
    5.2.4 多普勒频移和扩展  52
    5.2.5 噪声和干扰  52
  5.3 短波信道模型  52-60
    5.3.1 Watterson信道模型结构  53-55
    5.3.2 Watterson模型软件仿真算法  55-56
    5.3.3 仿真结果分析  56-60
  5.4 小结  60-61
第六章基于FPGA的短波信道模拟器设计  61-73
  6.1 模型选择  61
  6.2 信道模拟器硬件结构  61-64
    6.2.1 控制模块  62
    6.2.2 输入接口  62
    6.2.3 信道模拟模块  62-63
    6.2.4 输出接口  63-64
  6.3 FPGA实现的关键技术  64-72
    6.3.1 希尔伯特变换的实现  64-66
    6.3.2 复延时线的实现  66-67
    6.3.3 高斯噪声的产生  67-69
    6.3.4 瑞利衰落与多普勒扩展的实现  69
    6.3.5 多普勒频移的实现  69-71
    6.3.6 信道模拟模块整体结构  71-72
  6.4 本章小结  72-73
第七章结束语  73-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
攻读硕士学位期间作者完成的主要论文  78-79
攻读硕士学位期间作者所从事的科研工作  79

无线通信系统的信道建模与仿真研究

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