无线通信研究论文：空时MIMO信道模型的研究与仿真
无线通信研究论文：
空时MIMO信道模型的研究与仿真【摘要】随着无线通信业务的继续增长,的数据传输速率和更好的服务质量。下一代无线通信系统将提供用户更高多入多出(MlMO)技术被认为是现代通信技术重大突破之一,越来越成为宽带无线接入、3G等无线通信领域的研究热点。因此,了解和掌握陆地移动通信环境中MIMO信道的特性,对实现潜在的巨大信道容量、取得预期的性能、选择合适的系统结构和设计优良的信号处理算法至关重要。
基于上述认识,本文围绕无线通信系统中的MIMO信道建模这一主题,在MIMO信道建模、MIMO信道空时相关特性两个方面进行了系统而深入地研究。因为开发合理、符合实际环境条件的空时MIMO信道模型是评估各种空时处理算法性能、仿真与设计高性能通信系统的基础,而无线信道的空时特性是空时处理性能的关键。本文研究了现有应用环境下MIMO无线通信系统的信道建模理论与方法,对Rayleigh衰落信道模型进行了仿真,并与相关文献进行了分析比较。
【关键词】MIMO;信道建模;空时信道模型;空时相关;仿真;衰落信道
【Abstract】With the wireless communications business continues to grow, the data transfer rate and better quality of service. Next-generation wireless communications system will provide users a higher MIMO (MlMO) technology is considered a major breakthrough in modern communication technology, one has become more and more broadband wireless access, 3G and other wireless communications research in the field of hot spots. Therefore, understanding and knowledge of land mobile communication environment, the characteristics of MIMO channel, the realization of the tremendous potential channel capacity, to achieve the desired performance, choose the right system architecture and design of the fine signal processing algorithms is essential.Based on the above understanding, this article focus on wireless communication systems in the MIMO channel modeling this theme, in the MIMO channel modeling, MIMO space-time channel-related characteristics of the two aspects of the system and in-depth research. Because the development of reasonable and in line with the actual environmental conditions of space-time MIMO channel model is to assess the performance of space-time processing algorithms, simulation and design of high-performance communications systems, and wireless channel characteristics of the space-time processing performance of space-time is the key. In this paper, the existing application environments MIMO wireless communication systems channel modeling theory and method, the Raleigh fading channel simulation model and related literature are analyzed and compared.
【Key words】MIMO;Channel modeling;Space-time channel model;Space-time correlation;Simulation;Fading channels
1. 前言
MIMO技术被认为是第三代和未来移动通信与个人通信系统实现高速率数据传输,提高传输质量的重要途径,也是充分利用空间资源以提高频谱利用率的一个必然途径。从信息论的观点业已证明:MIMO系统的容量与发射、接收端的最少天线个数近似呈正比。容量的增加除了可以增加用户数外,还意味着当通信速率一定时可以改善系统的差错性能。而MIMO 系统容量的实现和系统性能的提高以及MIMO系统中使用的各种信号处理算法的性能优劣都极大的依赖MIMO信道模型的特性,特别是各个天线之间的相关性,所以对MIMO信道模型的研究就显得至关重要了。其重要性体现在:一方面我们可用所提模型评估各种空时处理算法的性能,另一方面可以进行系统级和链路级仿真,并给出天线设计的位置,间距参数等。
2. 空时MIMO信道模型理论
2.1 移动通信信道的基本特征。
移动通信信道是一种时变信道,无线电信号通过移动信道时会遭到来自不同途径的衰减损耗。一般来说,这些损耗可归纳为三类:电波传播的路径损耗、阴影衰落(效应)和小尺度衰落。
2.1.1 阴影衰落。
当电波在传播路径上遇到高矮、位置、占地面积不等的建筑物,起伏的地形、山峰和森林等的阻挡时,则会形成电磁场的阴影。当移动台通过不同障碍物的阴影时,就造成接收场强中值的变化。这种由于阴影效应导致解手场强中值随着地理位置改变而出现的缓慢变化称大尺度衰落。又称为阴影衰落。
2.1.2 小尺度衰落。
小尺度衰落是由于传播环境的多径运输、移动台与环境的相对运动所引起的衰落,以及信号在较短或时间之内急剧起落所引起的,设每条路径的幅度和相位分别服从高斯分布和[0,2π]内的均匀分布,且每条路径的幅度和相位都是统计独立的。
时间色散和频率选择性都是由于不同时延的多经信号叠加所产生的效果,依赖于发射机、接受机和周围的物理环境之间的几何关系。
由于无线通信中移动台和基站周围的散射环境不同,使得多天线系统中不同位置的天线经历的衰落不同,从而产生角度色散,即空间选择性衰落。
所有的角度信息都与散射环境密切相关,移动环境中的三种主要的散射体以及对信道都能够造成影响。
2.2 衰落信道的统计特性。
由于无线移动通信道里的多径现象,使得接收信号的包络呈现小尺寸衰落,研究表明,包络一般服从瑞利分布或莱斯分布。在移动无线信道中,瑞利衰落分布是常见的用于描述平坦衰落信号或独立多径分量接收中包络的时变统计特性的一种衰落类型;莱斯衰落分布是由于在瑞利衰落分布的基础上,存在一条直射路径的影响而造成的。瑞利分布和莱斯分布常用来描述从多径信道接收的信号的统计起伏性,它们都属于小尺度传播模型,描述的是短距离(几个波长)或短时间(秒级)内的接收场强的快速波动。
2.3 空时MIMO信道。
空时MIMO信道既要考虑信道的时间特性又要考虑信道的空间特性,如多径信号的到达方向、天线阵列几何等。为表达简洁,将忽略接收机端的加性噪声。用带下划线的小字母表示向量,用带下划线的大字母表示矩阵。
3. 空时MIMO信道模型建模方法
3.1 空时MIMO信道建模。
一个对移动通信信道准确地描述在设计无线通信系统的时是非常重要的。接收器的性能是非常依赖于无线信道特性的。如果有一个准确的信道模型,靠使用这些信道特性就可以设计出达到高性能的接收算法。
3.2 确定性信道模型。
3.2.1 双向传播的信道播模型。
之所以称双向传播信道模型是因为它包含了收发两端天线阵列的有关信息。为了把天线和自由空间对传输信号的作用分开,在这里把信道分为一般的无线信道和自由空问传播信道,后者用双向信道来描述,此信道中不含发射天线和接收天线,介于两者之间的信道称为单向信道,即一端包括天线,则另一端不包括天线,包括天线的一端假定使用全向天线,另外一端则使用方向性的天线,单向信道的脉冲响应用而h(t,τ,φR)或h(t,τ,φr)来表示。
3.2.2 射线跟踪模型。
计算能力的发展使得在具有传播区域详细的地图的情况下,精确的预测无线信道成为可能。使用光学理论,比如,视波为光线,场强可以被计算出来。这样,一些方法经常被称为射线跟踪技术。然而,射线跟踪技术的计算经常非常复杂,而且对于给定确定场景地图的建模来说是有限的。射线跟踪技术的主要应用在小区规划,例如在覆盖该区的平均接受功率需要确定的情况下。
3.3 随机MIM0信道模型。
同样基于光学理论的数量巨大的经验信道模型也发展起来,其中两个最著名的例子是
0kumura和Hara模型。在这种情况下不是建立地区的详细模型,而是通过一些数量的参数,使瑞利的简化模型适用于测量数据。这种类型建模典型的例子适用于信号经过光滑或者不规则的地形传播,经过屋顶的衍射的情况。这些模型同样主要被用于小区规划当中。这类模型一般使用高度简化的物理原理,从而实现一个对无线信道的统计描述。尽管在某些情况下,这些统计模型可以通过将统计模型适用于测量的数据来实现。这些模型经常用于模拟信道数据,并且在设计最佳接收器的时候经常作为开始研究的方法。
3.4 信道衰落和扩展。
发射出去的信号在空间传播过程中所遭受的损害,大致可分为两大类:即衰落和扩展。衰落是指无线信号所经受的传播损耗,表现为接收信号的电平在时间、空间或频率的某个区域内围绕平均值起伏变化。而信道扩展是指携带信息的信号能量在时间、空间或频率轴上的扩散。信道衰落可以分为两类:慢衰落,快衰落和块衰落。慢衰落也称为准(拟)静态衰落,是由建筑物的长时间的阴影效应或.山区的自然特征所引起,它也可以看成是快速衰落信号的局部平均值,这个平均值的统计分布经过实验研究,证明它要受到天线的高度、工作频率和周围环境的影响,一般很难预测。
4. 空时MIMO信道的仿真与实现
要仿真整个MIMO无线信道,关键是要产生信道模型中的L个矩阵A的各个元素,以便为MIMO信道的空间相关性以及时频衰落特性建立恰当的模型。可以从三个方面来考虑这个问题:首先,如何描述MIMO信道的空间相关性;其次,如何正确的反映MIMO信道的时频衰落特性;第三,在得到了对信道空间相关性和时频衰落特性的正确描述以后,如何产生各个抽头的系数(矩阵)。
对MIMO信道模型的描述,MIMO信道矩阵可以由下面的方法产生,
首先,产生MIMO信道收发两端的相关矩阵R BS和R MS,再按照MIMO 信道的整体相关矩阵。由R MIMO进行相应的矩阵分解得到一个对称映射矩阵C, C 即为MIMO信道的空间相关成形矩阵,即
R MIMO=CC T (1)
参考文献
[1] 《移动通信中的空时信号处理》,谢显中,雷维嘉,电子工业出版社,2008.8
[2] 《通信系统建模与仿真》,韦岗,季飞,傅娟,电子工业出版社,2007.6
[3] 《空时无线通信导论》,Arogy aswami paulraj,Rohit Nabar, Dhananiay Gor著刘威鑫译,李少谦审,清华大学出版社,2007.12
[4] 《下一代宽带无线通信OFDM与MIMO技术》,周恩,张兴,品召彪,孙宇昊编,王文博审,人民邮电出版社,2008.5
无线信道建模与仿真毕业设计论文
毕业论文（设计）原创性声明 本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：日期： 毕业论文（设计）授权使用说明 本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名：指导教师签名： 日期：日期：
摘要 移动通信最近几年得到了突飞猛进的发展，人们对无线信道的研究也成了当前通信行业的主题，特别是对无线信道的建模与仿真也受到了许多学者的关注,在这个领域的研究也取得了很大成果。无线信道模型分为自由空间模型、无线视距模型和经验模型，本文首先研究了无线信道模型的特点，建立了无线信道的的模型，对自由空间模型和经验模型Okumura-Hata 模型、COST-231 Hata模型以及COST231-WI模型进行了比较，并将其用Matlab软件仿真，对仿真结果进行了分析。 关键字：无线信道、Hata模型、COST231-WI模型
Abstract Mobile communication several years obtained the development recently which progresses by leaps and bounds, The people have also become the current correspondence profession subject to the wireless channel research. Specially has also received many scholars' attention to the wireless channel modeling and simulation, Has also yielded the very big result in this domain research. Wireless channel model is divided into free space model, the wireless line of sight and empirical model, this paper studied the characteristics of wireless channel model is established radio channel model, on the free space model and empirical model Okumura-Hata model, COST-231 Hata model and COST231-WI model were compared, using Matlab software to simulate, the simulation results are analyzed. Keywords: Wireless channel, Hata model, COST231-WI model
无线信道建模与仿真
摘要 移动通信最近几年得到了突飞猛进的发展，人们对无线信道的研究也成了当前通信行业的主题，特别是对无线信道的建模与仿真也受到了许多学者的关注,在这个领域的研究也取得了很大成果。无线信道模型分为自由空间模型、无线视距模型和经验模型，本文首先研究了无线信道模型的特点，建立了无线信道的的模型，对自由空间模型和经验模型Okumura-Hata 模型、COST-231 Hata模型以及COST231-WI模型进行了比较，并将其用Matlab软件仿真，对仿真结果进行了分析。 关键字：无线信道、Hata模型、COST231-WI模型
Abstract Mobile communication several years obtained the development recently which progresses by leaps and bounds, The people have also become the current correspondence profession subject to the wireless channel research. Specially has also received many scholars' attention to the wireless channel modeling and simulation, Has also yielded the very big result in this domain research. Wireless channel model is divided into free space model, the wireless line of sight and empirical model, this paper studied the characteristics of wireless channel model is established radio channel model, on the free space model and empirical model Okumura-Hata model, COST-231 Hata model and COST231-WI model were compared, using Matlab software to simulate, the simulation results are analyzed. Keywords: Wireless channel, Hata model, COST231-WI model
移动无线信道多径衰落的仿真
******************* 实践教学 ******************* 兰州理工大学 计算机与通信学院 2011年秋季学期 移动通信课程设计 题目：移动无线信道多径衰落的仿真专业班级： 姓名： 学号： 指导教师： 成绩：
在移动通信迅猛发展的今天，人与人的交流越来越多的依赖于无线通信。而无线信道的好坏直接制约着无线通信质量的提高，因此对无线信道的研究有利于提高通信传输速率。本次课程设计用simulink对移动无线信道多径衰落特性进行了仿真，并且和理想传输环境下的情况进行比较得出了结论。 关键词：移动通信；无线信道；频率选择性衰落；多径传播
移动通信是指双方或至少其中一方在运动状态中进行信息传递的通信方式，是实现通信理想目标的重要手段。移动通信满足了人们在任何时间任何空间上通信的需求，同时，由于集成电路、计算机和软件工程的迅速发展为移动通信的发展提供了技术支持，移动通信的发展速度远远超过了人们的预料。移动通信追求在任何时间任何地方以任何方式与任何人进行通信，也就是移动通信的理想境界——个人通信。要实现这个理想，高效率、高质量是前提。所以，除了研究发射机接收机可以达到目的外，对于无线信道的研究更为重要。无线信道的好坏直接影响无线通信的质量和效率，对无线信道建立数学模型是一种科学的研究方法，通过建模可以了解影响信号传输质量的因素以及解决的方法。无线信道中，小尺度衰落占有重要地位，所以，研究小尺度衰落的特性和建模方法对于无线信道的研究具有重大意义。
第1章移动通信概述 (1) 1.1移动通信的发展史 (1) 1.2移动通信的特点 (2) 第2章无线信道的概念和特性 (4) 2.1 无线信道的定义 (4) 2.2 无线信道的类型 (4) 2.2.1 传播路径损耗模型(Propagation Path Loss Model) (4) 2.2.2 大尺度传播模型(Large Scale Propagation Model) (5) 2.2.3 小尺度传播模型(Small Scale Propagation Model) (5) 2.3 无线移动信道的概念 (5) 2.4 移动信道的特点 (6) 2.4.1 移动通信信道的3个主要特点 (6) 2.4.2 移动通信信道的电磁波传输 (6) 2.4.3 接收信道的3类损耗 (6) 2.4.4 三种快衰落（选择性衰落）产生的原因 (7) 第3章调制解调 (8) 第4章系统仿真及结果分析 (9) 4.1 QPSK 调制解调系统的仿真 (9) 4.2 利用Matlab研究QPSK信号 (11) 总结 (15) 参考文献 (16) 附录一： (17) 附录二： (19)
基于MATLAB的无线多径信道建模与仿真分析
基于MATLAB的无线多径信道建模与仿真分析 摘要:对于无线通信, 衰落是影响系统性能的重要因素, 而不同形式的衰落对于信号产生的影响也不相同。本文在阐述移动多径信道特性的基础上, 建立了不同信道模型下多径时延效应的计算机仿真模型，不仅针对不同信道衰落条件下多径衰落引起的多径效应进行仿真, 而且进一步阐述了多径效应的影响。本文运用MATLAB语言对有5条固定路径的多径信道中的QPSK系统进行BER 性能仿真。 关键词:多径衰落信道，瑞利/莱斯分布，码间干扰，QPSK，MATLAB仿真，BER 移动通信技术越来越得到广泛的应用,在所有移动通信基本理论和工程技术的研究中,移动无线信道的特性是研究各种编码、调制、系统性能和容量分析的基础。因此,如何合理并且有效地对移动无线信道进行建模和仿真是一个非常重要的问题。 本文在Matlab环境下的，通过编写程序让二进制数据经过QPSK调制，然后再让信号分别通过高斯信道、瑞利信道、莱斯信道和码间干扰信道，并在接收端进行QPSK解调后计算这三种信道条件下的误码性能，并得到了相应的分析结果。 1移动无线信道 无线信道是最为复杂的一种信道。无线传播环境是影响无线通信系统的基本因素。信号在传播的过程中,受各种环境的影响会产生反射、衍射和散射,这样就使得到达接收机的信号是许多路径信号的叠加,因而这些多径信号的叠加在没有视距传播情况下的包络服从瑞利分布。当多径信号中包含一条视距传播路径时,多径信号就服从莱斯分布[1]。在存在多径传输的信道中，由于各路径传输时间延迟不一致，以及传输特性不理想，加上信道噪声的影响，使得接受信号在时间上被展宽，从而延伸到临近码元上去，使得符号重叠，这样的信道会造成码间干扰。 2瑞利分布和莱斯分布 在实际情况中对数字通信系统来说,调制符号的周期比由多径传播引起的时延扩展要大,因此在一个符号周期内的所有频率分量都会经历相同的衰减和相移。信道对于所有频率分量来说是平坦的,因而定义这类信道为平坦衰落信道。理论分析和实测试验结果表明:平坦衰落的幅度在大多数情况下,符合瑞利分布(rayleigh distribution)或莱斯分布( rice distribution) 。由于移动通信信道的复杂性,其仿真一般是以平坦衰落信道建模为基础的,然后在此基础上,再对频率选择性信道等进行建模和仿真,下面就对瑞利分布和莱斯分布的特性进行推导和仿真。 当存在视距传播信号时,接收信号的视距成分由一个通用的时变成分描述[2]为：
信道建模与仿真
第七章标量信道建模及其仿真 (187) 7.1平坦衰落信道建模 (188) 7.1.1平坦衰落信道理论模型 (188) 7.1.1.1 Clarke信道模型 (188) 7.1.1.2 Suzuki 信道模型 (189) 7.1.2 多普勒功率谱 (191) 7.1.2.1 经典功率谱 (192) 7.1.2.2 高斯功率谱 (194) 7.1.2.3 平均多普勒频移和多普勒扩展 (195) 7.2平坦衰落信道仿真[13] (196) 7.2.1 正弦波叠加法 (197) 7.2.1.1 等距离法（MED）[8] (203) 7.2.1.2 等面积法（MEA）[8] (205) 7.2.1.3 Monte Carlo法（MCM）[8] (209) 7.2.1.4 最小均方误差法（MSEM）[8] (212) 7.2.1.5 精确多普勒扩展法（MEDS）[14] (214) 7.2.1.6 多普勒相位的计算方法 (217) 7.2.1.7 Jakes仿真器(JM)[1] (218) 7.2.1.8 仿真方法的性能分析 (233) 7.2.2 成形滤波器法 (236) 7.3频率选择性衰落信道建模[13] (238) 7.4频率选择性衰落信道仿真 (242) 参考文献 (244) 第七章标量信道建模及其仿真 前面的章节从总体上介绍了信道的基本知识和基本特性，包括大尺度传播、小尺度衰落等等。无疑，了解这些信道特性对我们要在频谱资源有限的信道上，尽可能高质量、大容量传输有用信息起着指导性的作用：讨论大尺度传播不仅对分析信道的可用性、选择载波频率以及切换有重要意义，而且对于移动无线网络的规划也很重要；而讨论小尺度衰落则对传输技术的选择和数字接收机的设计至关重要。因此，信道建模和仿真是研究移动无线通信各种技术和网络规划的基础和关键。建模的评估标准是在不同的环境下所建立的模型与真实无线信道的吻合程度；而仿真的评估标准则在于运算量的复杂度。因此，研究人员需要根据实际情况的不同来进行建模和仿真。下面的章节将重点讲述信道的建模和仿真，本章先介绍标量信道的建模和仿真。 在6.4节中已经介绍了小尺度衰落信道的分类：根据信道的频率选择性，可以把信道分为平坦衰落信道和频率选择性衰落信道；根据信道的空间选择性，可以把信道分为标量信道和矢量信道。因此，本章在介绍不考虑空间角度信息的标量信道建模和仿真时，将分别讨论平坦衰落信道和频率选择性衰落信道。事实上，平坦衰落信道只有一个可分辨径（包括了多个不可分辨径），而频率选择性衰落信道是由多个可分辨径组合而成（其中每一个可分辨径就是一个平坦衰落信道），这也就是说，频率选择性衰落信道的建模比平坦衰落信道的建模更复杂，它是由多个具有不同时延的平坦衰落信道组合而成。因此，平坦衰落信道建模是标量信道建模的基础，我们将在第七章的前半部分重点讲述；在此基础上，第七章的后半部分将介绍频率选择性衰落信道的建模和建模。
无线信道模型
无线信道模型 摘要：本文分析了无线信道模型。针对的是对无线信道的各种效应感兴趣的读者。众所周知，正是这些复杂的效应使得无线信道产生了不确定性，也就是通常所说的统计特性。由于这方面很少有比较全面，容易理解的资料，所以本文的内容是对其他几本书和相关的论文资料的综合。此外的资料不是只讨论了部分问题，就是虽然面面俱到，但缺乏一定的深度。 本文深入探讨了“是什么影响了无线信道的特性？”这一问题。主要阐述了无线信道的两种效应：一种是乘性效应，使信号产生衰落；另一种是加性效应，使接收到的信号产生畸变。信号的衰落不一定总是随机过程，但信号的畸变却总是。对于信道对信号产生的各种效应，找到了较好的数学模型，这些模型可以用来仿真和分析系统的性能。而且，我们简单举例分析了一些数字无线调制信道的特性。 内容 1 介绍 2 无线电信道 2.1路径损耗 2.1.1 天线 2.1.2 自由空间传播 2.1.3 双线模型 2.1.4 经验和半经验模型
2.1.5其他模型和参数 2.2 阴影 2.2.1 阴影模型 2.2.2 测量结果 2.2.3 阴影修正 2.3 衰落 2.3.1 物理基础 2.3.2 数学模型 2.3.3 衰落的时域和频域特性 2.3.4 一维统计特性 2.3.5 二维统计特性 2.3.6 衰落率和持续时间 3 调制信道 3．1 噪声 3．1．1 门限噪声 3．1．2 窄带高斯白噪声 3．1．3 人为噪声 3．1．4 一些结果 3．2 干扰 4 数字信道 4．1 数字信道的结构 4．2 高斯白噪声信道下二进制PAM信号的以SNIR为自变量的函数BER的计算
4．3 瑞利信道下BPSK信号以SNIR为自变量的函数BER的计算4．4 高斯白噪声信道下其他数字调制方案的一些结果 5 结论 第一章 介绍
瑞利信道仿真
瑞利衰落信道的matlab仿真 一瑞利衰落信道简介 瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包络服从瑞利分布。 二模型的适用 瑞利衰落模型适用于描述建筑物密集的城镇中心地带的无线信道。密集的建筑和其他物体使得无线设备的发射机和接收机之间没有直射路径，而且使得无线信号被衰减、反射、折射、衍射。在曼哈顿的实验证明，当地的无线信道环境确实接近于瑞利衰落。[3]通过电离层和对流层反射的无线电信道也可以用瑞利衰落来描述，因为大气中存在的各种粒子能够将无线信号大量散射。瑞利衰落属于小尺度的衰落效应，它总是叠加于如阴影、衰减等大尺度衰落效应上。信道衰落的快慢与发射端和接收端的相对运动速度的大小有关。相对运对导致接收信号的多普勒频移。图中所示即为一固定信号通过单径的瑞利衰落信道后，在1秒内的能量波动，这一瑞利衰落信道的多普勒频移最大分别为10Hz和100Hz，在GSM1800MHz的载波频率上，其相应的移动速度分别为约6千米每小时和60千米每小时。特别需要注意的是信号的“深衰落”现象，此时信号能量的衰减达到数千倍，即30～40分贝。 三性质 多普勒功率普密度
, 四瑞利衰落信道的仿真 根据上文所述，瑞利衰落信道可以通过发生实部和虚部都服从独立的高斯分布变量来仿真生成。不过，在有些情况下，研究者只对幅度的波动感兴趣。针对这种情况，有两种方法可以仿真产生瑞利衰落信道。这两种方法的目的是产生一个信号，有着上文所示的多普勒功率谱或者等效的自相关函数。这个信号就是瑞利衰落信道的冲激响应。 Jakes模型和clark模型 本次只以下图所示的模型来仿真单路信号的产生。课本上也有相关的分析。 仿真结果如下：当终端移动速度为30km/h时，瑞利分布的包络为：
无线信道建模与仿真-通信与信息工程学院
《无线信道建模与仿真》课程教学大纲 一、课程基本情况 二.课程性质与任务 《无线信道建模与仿真》是我院通信工程、电子信息工程专业的一门校定限选课。通过对本门课程的学习,使学生系统地获得无线信道数学建模、仿真方面的基础理论知识和相关实现方案、技术，掌握无线信道的电波传播理论、无线信道的衰落统计模型、基于典型系统和标准的无线信道建模方案,并注重培养学生将所学电磁场理论、数理统计与随机过程理论运用于通信系统中信道特征建模的思维能力，以及建模方案和技术通过仿真实验完成无线信道模拟实现的实践能力，从而使学生通过该课程的学习对无线信道的特征及描述方法有较深入的认识，为后续移动与无线通信类课程的学习奠定坚实基础。 三. 课程主要教学内容及学时分配 序号 教学内容 学时 1 数理统计与随机过程基础 6 2 无线信道的电波传播理论 5 3 路径损耗和阴影衰落 8 4 小尺度衰落和多径效应 7 课程编号 课程类别□必修 ■限选 □任选 学时/学分 48/3 课程名称 （中文）无线信道建模与仿真 （英文）Wireless Channel Modeling and Simulation 教学方式 ■课堂讲授为主 □实验为主 □自学为主 □专题讨论为主 课程学时 及其分配 课内总学时 课内学时分配 课外学时分配 48 课堂讲课 32 课后复习 32 自学交流 课外自学 16 课堂讨论 讨论准备 试验辅导 实验预习 课内试验 16 课外实验 4 考核方式 □闭卷 ■开卷 □口试 □实际操作 ■大型作业 成绩评定 期末考试（50%）＋大型作业（20%）＋平时成绩（30%） 适用院系 适用专业 通信与信息工程学院 通信工程、电子信息工程专业 先修课程 预备知识 高等数学、概率论与数理统计、随机过程、电磁场与电磁波
无线信道建模原理及SUI-3信道的MATlab仿真
无线衰落信道及仿真 无线衰落信道 在无线移动信道中，信号从发射天线经过复杂的传播环境到达接收天线，接收信号为各反射、衍射和散射分量以及信道噪声的复合，因而会产生严重的失真。另外，移动信道中由于移动台运动或信道环境的改变会使信道特性随时间随机变化，接收到的信号由于Doppler效应会产生更为严重的失真。 信号在无线移动信道中传播，除了自由空间固有的传输损耗之外，还会由于受到建筑物、地形等的阻挡而引起信号功率的衰减。除了这些衰减作用之外，影响接收信号的主要因素包括： 1 多径传播 无线移动信道中，由于反射、散射等的影响，实际到达接收机的信号为发射信号经过多个传播路径之后各分量的叠加。不同路径分量的幅度、相位、到达时间和入射角各不相同，使接收到的复合信号在幅度和相位上都产生了严重的失真。多径传播会引起信号在时间上的展宽，从而带来符号间的干扰（ISI）。 2 移动台的运动速度 在无线移动系统中，需要使用很高的载波频率进行信号传送。如果移动台相对于基站运动，由于各入射信号的入射角不相同，各路径分量受到不同的Doppler频率调制，使接收到的复合信号产生非线性失真。若所使用的载波频率一定，移动台的移动速度越高，Doppler频移对接收信号的影响就越严重。 3 传播环境中物体的运动 如果无线信道环境中存在运动的物体，会使到达接收天线的某些多径分量随时间变化。如果移动物体处于发射或接收天线附近且具有较高的速度，这时，移动环境中运动物体引起的Doppler频移对信号的影响就必须加以考虑。
4 信号的物理带宽 宽带信号和窄带信号在多径信道中的表现出不同的衰落特性。如果传送信号的物理带宽比“信道带宽”（相干带宽）更宽，接收信号将产生失真。但如果信号带宽比Doppler 带宽大很多，信号对Doppler 频移引起的失真将不敏感。如果传送信号的物理带宽比信道带宽窄，则接收信号波形在时间上不会引起明显的失真。但如果信号带宽窄到可以与Doppler 带宽相比拟时，信号对Doppler 频移引起的失真将较为敏感。 平衰落信道（多径传播，无附加时间扩展）传播特性与仿真模型 (1) 连续导频正弦波通过存在Doppler 频移的快衰落信道 假设基站使用一固定的垂直极化天线，移动台垂直于地面的接收天线接收了来自N 个入射方位角的电磁波，每一入射电磁波的方向、相位是随机的，并假设每一入射波能量相同。图1给出了移动台入射角为α的一束平面波示意图。实际上，如果移动台与基站之间不存在可视路径（LOS ），则接收天线的每一入射分量所经历的散射衰耗基本相同，等能量假设是合理的。设发射机发送一角频率为0ω的连续单频正弦信号 t A t s 0cos )(ω= （1） 设移动台相对于基站的运动速度为v ，第n 条入射电磁波与移动台运动方向夹角为n α，则其Doppler 频移为
基于Matlab的无线信道仿真
基于Matlab的无线信道仿真 近几年，随着无线通信业务和新兴宽带移动互联网接入业务的快速增长，对无线通信系统的优化显得尤为重要。与有线信道静态和可预测的典型特点相反，在实际中，由于无线信道动态变化且不可预测，无线通信系统的性能在很大程度上取决于无线信道环境，所以对无线信道的准确理解和仿真对设计一个高性能和高频谱效率的无线传输技术显得尤其重要。 无线信道的一个典型特征是“衰落”，衰落现象大致可分为两种类型：大尺度衰落和小尺度衰落。其中，大尺度衰落主要在移动设备通过一段较长的距离时体现，它是由信号的损耗（长距离传播）和大的障碍物（如建筑物、中间地形和植物）形成的阴影所引起的，一般分为路径损耗和阴影衰落，另一方面，小尺度衰落是指当移动台在较短距离内移动时，由多条路径的相消或相长干涉所引起信号电平的快速波动，主要表现为多径衰落。它们之间的关系如图1所示。报告中分别对这几种衰落的常见模型进行了总结和仿真。 图1 各种衰落之间的关系 一、大尺度衰落 大尺度衰落是在一个较大的范围上考察功率的渐变过程，功率的局部中值随距离变化缓慢。大尺度信道模型主要研究电波传播在时间、空间、频率范围内平均特性。 1.1 路径损耗 路径损耗由发射功率的辐射扩散及信道的传播特性造成，反映在宏观长距离
上。理论上认为，对于相同收发距离，路径损耗相同。其定义为有效发射功率和平均接收功率之间的比值。几种常用的描述大尺度衰落的模型有自由空间模型、对数距离路径损耗模型、Hata-Okumura 模型。 1.1.1自由空间模型 所谓自由空间是指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射，传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计。 自由空间模型中路径损耗计算公式： r t r t s G G c df πP P L 142 ??? ??== 其中，t P 为发射功率，r P 为接收功率，d 为发射端与接收端距离，f 为载波频率，c 为光速取8103?，t G 为发射端天线增益，r G 为接收端天线增益。转换成分贝表示： r t r t s G G f d P P L lg 10lg 20lg 2045.32lg 10dB -++==）（ 发射端与接收端均是全向天线，1==r t G G ，得图2： 图2 路径损耗随距离、频率变化曲线 1.1.2 对数距离路径损耗模型 与前面提到的自由空间路径损耗一样，在其他所有实际环境中，平均接收信号功率随距d 呈对数方式减小。通过引入随着环境而改变的路径损耗指数n 可以修正自由空间模型，从而构造出一个更为普遍的路径损耗衰落模型。