摘 要

随着无线通信技术的发展，人们对于无线通信系统设备的要求越来越高，无线通信设备更新速度越来越快，这就对在实验室进行设备性能检测提出了要求。通信设备在无线信道中的性能是一项重要的衡量标准，于是本次设计我们要做一个无线信道仿真器，更具体来说，着重研究莱斯信道并对其进行信道建模与FPGA仿真。

本文首先研究了莱斯信道的各项特性，对它进行物理建模与数学建模。之后介绍了几种莱斯信道仿真模型，并对分析模型的优缺点，最后使用的是基于Clarke统计模型的一种改进的Jakes仿真模型。该模型由Xiao、Zhang与Beaulieu等人提出，只用8个正弦波就能得到与Clarke模型同样的统计特性，并且可以用于平坦衰落信道和频率选择性衰落信道的仿真，大大节约了资源，提高了效率。

在进行平坦衰落信道仿真器的实现过程中结合FPGA芯片的特点，采用了模块复用以及流水线技术，使得最后的仿真在占用资源很少的情况下得到了令人满意的结果。

关键词：莱斯衰落；Jakes仿真模型；平坦衰落信道；FPGA

ABSTRACT

With the development of wireless communication technology, people for the wireless communication system equipment requirements are getting higher and higher, wireless communication equipment update faster and faster, which in the laboratory equipment performance testing requirements. Communication equipment in the wireless channel performance is an important measure, so this design we have to do a wireless channel simulator, more specifically, focus on the study of the channel and its channel modeling and FPGA simulation.

In this paper, we first study the characteristics of the Lace channel, and carry out physical modeling and mathematical modeling. Then, we introduce several Lace channel simulation models and analyze the advantages and disadvantages of the model. Finally, we use an improved Jakes simulation model based on the Clarke statistical model. The model is proposed by Xiao, Zhang and Beaulieu et al., Using only eight sine waves to obtain the same statistical properties as the Clarke model and can be used for the simulation of flat fading channels and frequency selective fading channels, improved efficiency.

In the process of implementing the flat fading channel simulator, the module reuse and the pipeline technology are adopted in combination with the FPGA chip, so that the final simulation results in satisfactory results and the resources are very few.

Keywords: Rice Fading; Jakes Simulation Model;Flat Fading Channel;FPGA

目录

第1章 绪论 2

1.1 研究背景及意义 2

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文的结构及工作 3

第2章 莱斯衰落信道 4

2.1 莱斯衰落信道的物理模型 4

2.2 莱斯衰落信道的数学模型 5

2.2.1 多径传播 5

2.2.2 多普勒频移 6

2.3 莱斯衰落信道参数 7

2.3.1 莱斯信道的时间选择性 8

2.3.2 莱斯信道的频率选择性 9

2.3.3 莱斯信道的包络统计特性 10

第3章 莱斯衰落信道仿真模型 12

3.1 平坦衰落信道 12

3.1.1 Clarke统计模型 13

3.1.2 Jakes仿真模型 18

3.1.3 Jakes仿真模型的改进型 19

3.2 频率选择性信道 22

第4章 莱斯信道的FPGA仿真 24

4.1 随机数生成模块 26

4.2 余弦值计算模块 27

4.3 累加模块 29

4.4 随机数更新模块 30

4.5 FPGA仿真完整实现 31

第5章 总结 32

参考文献 33

致谢 34

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

近日，中国电信技术创新中心副主任杨锋在5G和未来网络战略研讨会上介绍了中国电信在5G方面所做的各项努力。他表示，希望在2020年实现5G的商用目标。由此可见，中国移动通信技术正在快速地发展，以满足人们日益增长的数据传输需求。

移动通信是一种信号在空间中传播的无线通信方式。而广阔的自然空间就是信号传输所需要的信道。信号在自然空间中的传播过程是复杂的，也即无线通信的传输环境是复杂的。地形地貌、地理位置、甚至天气变化都会对信号的质量产生严重的影响。如果想要测试通信设备的性能，工作人员需要花费大量的时间在不同的环境中进行检测，而且环境又是时变的，常常导致测试的结果不准确，还消耗了大量的人力物力财力。所以对于无线信道的分析与研究并且建立相应的信道模型尤其重要，这可以使工作人员在实验室环境下比较准确地记录通信设备的性能，提高了工作效率，节约了成本。

由于信号传输环境的复杂性，要想对无线信道的各项参数进行实地测量是非常困难的，我们无法准确的把握信道的特征参数。而如果能够建立一些模型，我们就可以通过计算机的模拟计算来得到相对更加准确的信道参数，更方便的检测通信设备的性能。这种方法更加简便容易，更加可取。