基于瑞利衰落信道速率自适应算法的仿真设计与实现

摘要

在瑞利衰落信道下无线信号传输的过程中，传输介质的条件很不稳定，会受到衰减，延迟失真，噪声等各方面的影响，导致无线信道的瞬时信噪比处于变化中。为了实现无线网络资源的最优化利用，速率自适应技术应运而生。速率自适应可根据信道状况随时间的不同而选择最佳的传输速率。
　　速率自适应算法的核心是如何根据信道实时的变化选择最优的速率进行数据传输，在这方面国内外很多学者做了大量的研究，取得了很好的成果。然而现有的速率自适应算法仅仅考虑了自由空间损耗而忽略了实际存在的瑞利衰落情况。实际信道环境的衰落变化会对算法带来很大影响。对实际的工程指导来说，研究衰落信道环境下的算法表现具有很好的现实意义。
　　本文研究了在瑞利衰落统计信道下CHARM、RAM、RADM三种速率自适应算法的吞吐量和误码率性能，并分析了算法误码率性能较差的原因，对这三种速率自适应算法进行了改进，提出M-Charm，ERAM，M-RADM算法，能够快速适应瑞利衰落信道变化，并选择合适的传输速率，同时既考虑了系统误码率性能，又兼顾了吞吐量的性能，仿真结果表明:
　　1.M-charm与E-RAM算法降低误码率并且获得了较大的吞吐量，丢包率也较低，并且大部分信道条件下满足性能恶化小于3dB。
　　2.M-RADM算法相比RADM算法，对衰落变化较慢的信道跟踪性能较好，吞吐量和误码率性能都较好，丢包率较低;当信道衰落变化快时，M-RADM算法对原算法的短期和长期速率调整机制进行了改进，增强了算法的敏感性和适应性，在保证一定的误码率要求下提升了吞吐量。
　　最后在硬件平台对算法进行了实现，研制了速率自适应的散射通信调制解调器。经过野外实地测试，可以发现速率自适应的散射通信系统可以根据信道情况自动选择最优的通信带宽，从而使信道利用最大化，验证了速率自适应算法的有效性。

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摘要

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缩略语对照表

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 Charm速率自适应算法

1．2．2 RAM速率自适应算法

1．2．3 RADM速率自适应算法

1．3 本文的章节安排

第二章 速率自适应算法原理性能分析及改进

2．1 Charm速率自适应算法原理性能分析及改进

2．1．1 Charm速率白适应算法原理性能分析

2．1．2 Charm速率自适应算法改进

2．2 RAM速率自适应算法原理性能分析及改进

2．2．1 RAM速率自适应算法原理性能分析

2．2．2 RAM速率自适应算法改进

2．3 RADM速率自适应算法原理性能分析及改进

2．3．1 RADM速率白适应算法原理性能

2．3．2 RADM速率自适应算法改进

第三章 速率自适应通信系统总体仿真方案设计

3．1 系统总体仿真设计

3．2 主要功能模块实现

3．2．1 BPSK调制解调

3．2．2 速率白适应实现方式

3．2．3 M-Charm速率自适应算法实现

3．2．4 ERAM速率自适应算法实现

3．2．5 M-RADM速率自适应改进算法实现

3．3 评价指标说明

3．3．1 系统吞吐量

3．3．2 丢包率

3．3．3 误码率

第四章 仿真平台设计

4．1 开发平台

4．2 仿真平台框架设计

4．2．1 仿真平台构成

4．2．2 可视化界面设计

4．2．3 通信系统仿真功能设计

4．3 系统仿真程序设计

第五章 仿真结果及分析

5．1 速率自适应改进算法在瑞利信道下速率自适应过程性能分析

5．2 不同信道参数条件下速率自适应算法性能分析

5．3 不同信道参数条件下帧长对速率自适应算法性能影响

5．4 相同信道参数条件下各速率自适应算法性能对比

5．5 本章小结

第六章 设计适合瑞利衰落信道速率的调制解调器

6．1 调制解调器基本组成

6．2 各分机方案设计

6．3 外场试验及结论

6．3．1 参试设备

6．3．2 测试项目

6．3．3 测试记录及分析

6．3．4 试验结论

第七章 总结

参考文献

致谢

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