基于Watterson模型的窄带短波信道仿真及其实现

论文摘要

短波通信长期以来一直是一种不可缺少的中、远距离通信方式。短波电离层反射信道属于时变色散信道,它具有时间、频率和空间三种选择性衰落,这些衰落直接影响短波通信系统的性能。因此,研究并模拟短波信道的传输特性,是人们进行短波通信系统研究的关键。在短波通信研究的实践中,往往需要对短波通信设备进行大量的测试,当测试在实际环境中进行时,由于电离层的时变性,不能保证每次测试都能遇到需要的测试条件,这便需要花费大量的时间、人力和财力;随着DSP芯片性能的飞速发展以及短波通信对在军事通信领域的不可替代性,研究短波信道的传输特性,并研制一种能够在室内模拟各种短波信道条件的设备,不仅具有理论意义,而且具有实用价值。本文从实际的工程需要出发,根据电离层影响短波电波传输的有关理论,对短波信道的传输特性进行研究,并以Watterson模型为理论基础,结合数字信号处理技术,确定短波信道模拟器的设计方案,并最终实现一种基于DSP的话音带宽短波信道模拟器。通过设置信道模拟器多径延时、多普勒频移、多普勒频扩等参数,达到在不同信道情况下仿真的目的。该模拟器采用Watterson高斯型散射短波电离层信道模型,利用软件编程实现了信道的各种模拟算法,并利用TI公司目前先进的C6000系列的数字信号处理器TMS320C6713芯片及其外围设备完成信号的数字化处理。通过利用MATLAB仿真波形与模拟器实际输出波形进行对比,表明该模拟器能够实时模拟窄带信道条件下的实际短波信道。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 短波概述
• 1.2 课题提出背景与研究意义
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 短波信道的基本特性
• 2.1 短波的传播方式
• 2.2 短波电离层信道的物理特性
• 2.3 短波电离层传播的基本特性
• 2.4 短波电离层信道对数据传输的影响
• 2.4.1 多径效应对短波数据传输的影响
• 2.4.2 多普勒效应对短波数据传输的影响
• 2.5 短波电离层信道的数学表述和统计特性
• 2.5.1 信道的表述方式
• 2.5.2 短波信道快乘性干扰的表述
• 2.5.3 短波信道的统计特性
• 第三章 基于 Watterson 模型的短波信道模拟器设计方案
• 3.1 Watterson 信道模型
• 3.1.1 Watterson 模型条件
• 3.1.2 Watterson 模型传输函数
• 3.2 相关理论基础及数学分析
• 3.2.1 希尔伯特变换与解析信号
• 3.2.2 带通信号的等效基带表示
• 3.3 信道模拟器的实现算法
• 3.3.1 软件总体结构
• 3.3.2 各部分软件实现方法
• 3.4 关键技术的实现算法
• 3.4.1 低通滤波器的实现
• 3.4.2 希尔伯特滤波器的实现
• 3.4.3 高斯噪声的产生
• 3.4.4 抽头延时的产生
• 3.4.5 高斯成型低通滤波器实现
• 3.4.6 插值滤波器的实现
• 3.4.7 加性噪声的实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 采用 TMS320C6713 实现信道模拟器
• 4.1 关于 DSP 的硬件平台
• 4.1.1 信道模拟器组成框图
• 4.1.2 DSP 芯片的选择
• 4.1.3 TMS320C6713 的特点
• 4.2 多通道缓冲串口（McBSP）
• 4.2.1 信号接口
• 4.2.2 数据的收发
• 4.2.3 串口的初始化
• 4.3 音频输入输出接口芯片
• 4.3.1 TLV320AIC10 芯片特点
• 4.3.2 TLV320AIC10 与DSP 的接口设计
• 4.4 基于 DSP 的嵌入式软件实现
• 4.4.1 C6000 程序基本结构
• 4.4.2 主程序设计
• 4.4.3 DSP 的中断和中断程序的设计
• 4.4.4 信号处理算法的程序设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验结果分析
• 5.1 信道模拟器测试参数
• 5.2 测试方法
• 5.3 测试结果
• 5.4 测试结果分析
• 5.5 测试结论
• 第六章 全文总结
• 6.1 短波信道模型的发展趋势
• 6.2 论文工作总结
• 6.3 下一步工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文