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长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。——李白

[电子电路]基于FPGA的无线信道模拟器设计

基于FPGA的无线信道模拟器设计(1)

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摘要:为了缩短研发周期，需要在实验室模拟出无线信道的各种传播特性，无

线信道模拟器设计必不可少。采用基于频率选择性信道Jakes仿真器模型，使用

Xilinx公司的VIrtex-2p模拟实现了频率选择性衰落信道，最后将数据通过串口

上传到Matlab分析信道的统计特性。

关键词:无线信道;FPGA;Matlab;信道模拟器

0引言

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，系统测试在整个设备研发过程中所占的比重也越来越大。为了更加方

便地对所设计的系统进行调试和测试，无线信道模拟器是进行无线通信系统硬件测

试不可或缺的仪器之一。目前，关于无线信道的模型研究比较多，而基于理论模型

的硬件实现并不是很广泛，同时成品十分昂贵，所以利用FPGA实现无线信道模拟

器变得很有意义，节约了成本，而且也便于实现。FPGA是在PLD的基础上发展起

来的高性能可编程逻辑器件，使用FPGA进行数字逻辑设计，开发过程的投资较

少，研制和开发的时间较短，并且因为引脚的可分配性电路一般比较简单，修改和

优化比较方便，并且在实际中易于使用。同时由于FPGA并行运算的特点，在大规

模的数字运算中很有优势，延时很小。

1频率选择性衰落信道模型

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多径传播信道的信道脉冲响应模式是模拟一个离散的广义平稳非相关散射模型

(WSSUS)。这样的频率选择性衰落信道应该满足两个假设条件:

(1)在时间t(可能是几个码元长度)内，衰落的统计特性是平稳的;

(2)电波到达角和传播时延是统计独立变量。

时变频率选择性衰落信道的确定仿真模型如图1所示。

Jakes在参考文献中介绍了一种单径衰落信道的仿真，且在此基础上提出了一

种对频率选择性衰落信道的仿真方法。在原来第l径中的多普勒相移bnl的基础

上，加上一个附加相移rnl，成为新的多普勒相移bnl+rnl，且保持其他参数不

变。为了保证各个可分辨多径之间相互独立，所以必须选择合适的bnl和rnl，其

中比较简单的一种方法是:

所以在参数bnl和rnl分别满足式(1)和式(2)的情况下:

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2信道模拟器的FPGA设计

FPGA采用Xilinx公司的Virtex-2p，其中芯片工作时钟为100MHz。本文设置

N0=8，fm=200Hz，

为了计算方便，将所得的值扩大32倍，也就是左移5位之后四舍五入成整数

值，存入寄存器调用。所以信道模拟器的实现过程主要为各个正弦波的FPGA实

现，与对应的系数相乘叠加成单径衰落，输入信号经过l个路径时延之后叠加成为

输出信号。

2(1正弦波的FPGA实现

FPGA产生正弦波一般可以采用直接产生和Xilinx或者Altera利用自带DDS的

IP核例化实现。FPGA直接产