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

目录

第一章绪论 (4)

1.1 无线通信的发展和建模仿真的发展状况 (4)

1.1.1 无线通信的发展 (4)

1.1.2 信道建模仿真技术的发展概况 (4)

1.2 本文研究的容 (5)

第二章无线信道的概念和无线信道的模型 (6)

2.1 无线信道的概念 (6)

2.1.1 无线信道的定义 (6)

2.1.2 无线信道的特点 (6)

2.2 无线信道的模型 (15)

2.2.1 自由空间传播模型 (15)

2.2.2 无线视距传播模型 (17)

2.2.3 无线信道经验模型 (19)

第三章无线信道建模仿真及结果分析 (30)

3.1 Matlab软件介绍 (30)

3.2 路径损耗模型仿真及结果分析 (30)

3.2.1 自由空间模型仿真及结果分析 (30)

3.3 经验模型仿真及结果分析 (32)

3.3.1 Okumura-Hata模型仿真及结果分析 (32)

3.3.3 COST-231 Hata模型仿真及结果分析 (34)

3.3.5 COST231-WI模型仿真及结果分析 (36)

结论 (39)

参考文献 (41)

附录 (42)

中英文翻译 (42)

Matlab程序 (49)

致 (54)

第一章 绪论

1.1 无线通信的发展和建模仿真的发展状况

1.1.1 无线通信的发展

无线通信的开端可以追溯到公元1901年，当年的12月12日，意大利科学家列莫·马可尼实现了人类历史上首次无线电通信。基于发明无线电报及其对无线通信的发展所作出的贡献，1909年35岁的马可尼荣获了诺贝尔物理学奖，，而我们通常认为的现代数字通信的开端是以1924年奈奎斯特(Nyquist)的工作为标志的。当时，他研究并解决了在信道带宽给定的前提下，系统可实现的无码间干扰传输最高速率的问题。1948年，香农(C.E.Shannon)在前人研究成果的基础上发表了那篇划时代的论文—(A Mathematical Theory of Communication)。该文建立了信息传输的数学基础，同时提出了通信系统无差错传输的极限信息速率。该文中的一个著名公式为:

)1log(WNo p W C += s bit / （1-1）

其中，C 是信道容量，P 是发射信号的平均功率，W 是信道的带宽，0N 是白噪声的单边功率谱密度。二十世纪六、七十年代美国贝尔实验室提出了蜂窝网的概念。二十世纪七十年代适于无线通信的高可靠、小型化的晶体射频硬件也发明了。这两者，一个是理论，一个是硬件，极推动了无线通信的发展。从此，无线通信进入了蓬勃发展的时期。十几年间，移动用户的迅猛增长，既极大推动了无线通信的蓬勃发展，又证明着无线通信对社会生产力发展和人们生活水平提高的巨大推动作用。在当前的无线宽带通信领域中，MIMO 和OFDM ，这两项技术特别引人注目.MIMO 是英文Multiple-Input Multiple-Output 的简称，也就是多输入多输出，它被认为是“现代通信中最重要的技术突破之一”。 “任何人在任何地点、任何时候同任何其他人进行任何类型的通信”是人类通信的最高目标，这一宏伟而美好的理想正吸引着全世界的通信人为之不懈奋斗。

1.1.2 信道建模仿真技术的发展概况

移动通信系统的性能主要受到无线信道特性的制约。发射机与接收机之间的传播路径一般分布有复杂的地形地物，其信道往往是非固定的和不可预见的。具有复杂时变的电波传播特性，因而造成了信道分析和传播预测的困难。随着通信系统的日趋复杂化，无线信道的建模和仿真对于现代数字移动通信系统的研发具有越来越重要的意义。随着移动通信用户的增多，划分给移动通信的频带却没有改变，为了更有效地利用频带以支持更多的用户，移动通信中蜂窝的覆盖半径越来越小，经历了由大区制到宏小区、微小区以及微微小区的演变。未来的个人通信系统，基站天线差不多是街灯的高度，传播距离在1km 以。按照蜂窝覆盖半径

的大小，现代无线移动通信大致可分为宏小区、微小区和微微小区等几种频率复用方式。目前，大区制、宏小区和微小区己有公认的具有普遍意义的信道模型。对大区制和宏小区(R≈20km)的电波传播，常根据统计结果得出预测的经验公式，再根据实测进行修正。国际公认的大区制和宏小区模型是0kumura-Hata模型，它是一组基于测试数据的统计图表拟合的、具有计算不同区域传播路径损耗中值的经验公式，它以市区路径传播损耗为基准。在此基础上对其他地区进行修正。由于它的预测值与实测数据吻合较好，己被广泛应用于大区制和宏蜂窝的无线覆盖设计中，目前这方面的工作主要集中为无线信道建模与仿真技术的必然发展趋势。

1.2 本文研究的容

随着无线通信技术的发展，无线通信已与我们的日常生活密不可分，它渗透到我们生活的各个部分，对无线信道的研究也就成了当前通信方面研究的主要容，无线信道衰落的仿真也就成了研究的主要课题。

本文主要研究的是无线信道建模和仿真，第一章概论介绍了无线通信的发展历史及本文的研究容，第二章阐述了无线信道的基本概念和无线信道的模型，第三章主要是对无线信道建模仿真和仿真结果的分析，然后就是对本次研究容的总结。

第二章 无线信道的概念和无线信道的模型

2.1 无线信道的概念

2.1.1 无线信道的定义

无线信道指无线通信中发射天线到接收天线之间的电波通路。对于无线电波而言，从发送端到接收端并没有一个有形的连接，电波的传播路径也有可能不只一条(多径传播、反射等)。为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，我们想象两者之间有一个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为信道。信道有一定的频带宽度，正如公路有一定的宽度一样。无线通信系统的性能主要受到移动无线信道的制约。无线信道不像有线信道那样固定并可预见，而是具有很大的随机性，通常难于分析。甚至移动台的速度都会对信号电平的衰落产生影响。无线信道的建模历来是移动无线系统设计中的一个关键问题，也是一个难点。

2.1.2 无线信道的特点

（1）传播路径与信号衰落

在VHF 、 UHF 移动信道中， 电波传播方式除了直射波和地面反射波之外， 还需要考虑传播路径中各种障碍物所引起的散射波。

图2-1移动信道的传播路径

直射波的传播距离为d, 地面反射波的传播距离为1d ， 散射波的传播距离为2d 。 移动台接收信号的场强由上述三种电波的矢量合成。为分析简便，假设反射系数R=-1(镜面反射)，则合成场强E 为

)e e

1(212j 22j 10d d E E ?-?---=λπλπαα （2-1） 式中，0E 是直射波场强，λ是工作波长，1α和2α分别是地面反射波和散射波相对于直射波的衰减系数， 而

d d d -=?11

d d d -=?22 （2-2）

图2-2 典型信号的衰落特性

（2）多径效应与瑞利衰落

在陆地移动通信中，移动台往往受到各种障碍物和其它移动体的影响，以致到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和。

图2-3 移动台N 条接收路径信号

假设基站发射的信号为

)](ex p[)(0000?ω+=t j a t S （2-3）

式中，0ω为载波角频率，0?为载波初相。 经反射(或散射)到达接收天线的第i 个信号为)(t S i ，

其振幅为i a , 相移为i ?。

假设)(t S i 与移动台运动方向之间的夹角为i θ, 其多普勒频移值为

i m i i f f θθλυcos cos ==

（2-4） 式中，υ为车速，λ为波长，m f 为i θ=0°时的最大多普勒频移， 因此)(t S i 可写成

)](exp[)]cos 2(exp[)(00?ωθυλ

π?++=j t j a t S i i i i （2-5） 假设N 个信号的幅值和到达接收天线的方位角是随机的且满足统计独立， 则接收信号为

∑-=N

i i t s t S 1)()( （2-6）

令 i i i t θυλπ

?φcos 2+= , ∑∑--==N i N i i i i x a x 11cos φ , ∑∑--==N i N

i i i i y a y 11sin φ

则S(t)可写成

S(t) = (x+jy)[])(j ex p 00?ω+ （2-7）

由于x 和y 都是独立随机变量之和，因而根据概率的中心极限定理，大量独立随机变量之和的分布趋向正态分布，即有概率密度函数为

22222221

)(21

)(y x y y x x e y p e x p σσπσπσ

--== （2-8）

式中，x σ、y σ分别为随机变量x 和y 的标准偏差。x 、 y 在区间dx 、dy 上的取值概率分别

为p(x)dx 、 p(y)dy ，由于它们相互独立，所以在面积dxdy 中的取值概率为

p(x,y)dxdy = p(x)dx ·p(y)dy （2-9） 式中，p(x, y)为随机变量x 和y 的联合概率密度函数。

假设2

22σσσ==y x ，且p(x)和p(y)均值为零，则

22222e π21),(σσy x y x p += （2-10）

通常，二维分布的概率密度函数使用极坐标系(r, θ)表示比较方便。此时，接收天线处的信号振幅为r, 相位为θ，对应于直角坐标系为

x y y x r arctan 2

22=+=θ （2-11）

在面积θd d r 中的取值概率为

p(r,θ)drd θ = p(x,y)dxdy （2-12）

得联合概率密度函数为

a r

r p r 2222e 2)0,(σπσ-= （2-13）

对θ积分，可求得包络概率密度函数p(r)为 22

22222202e e 21

)(σσπσθπσr r r d r r p --==? （2-14）

多信道无线信道建模方案

2008年7月 July 2008 计 算 机 工 程Computer Engineering 第34 第13期 Vol 卷.34 No.13 ·网络与通信· 文章编号：1000—3428(2008)13—0081—03 文献标识码：A 中图分类号：TN915 多信道无线信道建模方案 王月丽，李红艳 (西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室信息科学研究所，西安 710071) 摘 要：分析OPNET 仿真环境中现有的无线信道建模方案，针对其在多信道仿真中的问题，提出一种新的无线信道建模方案，以弥补原有方案在节点进行信道切换时无法实时侦听信道状态的缺陷，保证动态多信道环境中物理载波侦听的实时性。通过对无线自组织网络多信道MAC 层协议的仿真及仿真数据的分析，验证了新方案适用于多信道网络的场景仿真。 关键词：多信道；自组织网络；MAC 层协议 Radio Modeling Scheme for Multi-channel Wireless Networks WANG Yue-li, LI Hong-yan (State Key Lab of Integrated Service Networks and Institute of Information Science, Xidian University, Xi’an 710071) 【Abstract 】The radio model in OPNET is not suitable for multi-channel scenarios. It can not give physical carrier-sensing state correctly while channel is switching. The problems which forbid multi-channel simulations in OPNET are analyzed. A new radio model which supports the transceivers of a node to switch between multiple channels is also proposed. And the radio model with the multi-channel MAC protocol simulations in wireless Ad Hoc network scenarios is certified. 【Key words 】multi-channel; Ad Hoc network; MAC protocol OPNET 软件提供的无线信道模型，充分考虑了无线信道易受噪声、干扰、多径等因素影响的特点，因此能够十分精确地模拟实际无线环境。然而，该模型只考虑了收发信机处于固定信道时的无线信道特点，不适用于收发信机在多个信道间动态切换的无线网络仿真场景。本文分析了基于现有的OPNET 无线信道模型的多信道MAC 层协议[1-4]仿真中的问题。在此基础上，提出了一种更为精确、高效的适用于多信道仿真的无线信道建模方案。 1 OPNET 无线信道建模简介 1.1 IEEE80 2.11WLAN 节点模型 图1给出了OPNET 中WLAN 节点模型的构造图。 source sink wlan _mac_intf wireless _lan_mac wlan_port _rx0wlan_port_tx0 name wlan _port_rx0bkgnoise model channel modulation noise figure ecc threshold ragain model power model inoise model snr model ber model error model ecc model (...)dpsk 1.00.0NONE wlan _power dra_bkgnoise dra_inoise dra_snr wlan _ber wlan_error wlan _ecc name channel modulation rxgroup model txdel model closure model chanmatch model tagain model propdel model (...)dpsk wlan _port_tx0wlan _rxgroup wlan _txdel wlan _chanmatch wlan _propdel NONE NONE 图1 WLAN 节点模型内部构造图 该模型由6个进程构成，进程间通过包流(实线)或状态线(虚线)相连。包流负责包在进程间的传递，状态线负责传递进程的状态变化信息。源(source)进程模拟高层数据包到达的过程，池(sink)进程模拟数据包上传的过程。MAC 层接口 (wlan_mac_intf)负责将源的数据包传给MAC 层(wireless_lan_ mac)，同时将来自MAC 层的数据包传送给池。MAC 层负责将包传送给无线发信机(wlan_port_tx0)，并对无线收信机(wlan_port_ rx0)收到的包进行处理。IEEE 802.11WLAN 协议的具体实现过程是通过MAC 层和物理层完成的。图1右方上下2个属性列表分别属于发信机和收信机。表中各无线链路模型分别通过相应的管道阶段函数调用来实现，以计算噪声、干扰、多径等无线链路参数。 1.2 无线收发信机管道建模 假设时刻节点开始发包，管道阶段函数调用情况如下： 1t (1)时刻：调用发送节点发信机的管道阶段函数，依次是接收主询(查找并滤除外网节点和发送节点的收信机)、传输时延(计算包在无线信道中的传输时间)、信道匹配(检查接收节点的收信机信道是否与发送节点的发信机信道相匹配)和传播时延(计算包的传播时间)。 1t (2)t 1t +?时刻(开始收包时刻，为传播时延)： t ?计算接收功率； if(接收功率大于接收功率门限) {触发高门限中断，告知MAC 层收信机开始收包； 将收信机结束收包时刻更新为当前包的结束接收时刻； if(收信机空闲) {当前包为有效包； if(收信机正在接收噪声包) 对有效包计算干扰噪声、背景噪声和信噪比； else 对有效包计算背景噪声和信噪比； } 基金项目：国家自然科学基金资助项目(60572145) 作者简介：王月丽(1984－)，女，硕士研究生，主研方向：无线通信网络理论与技术；李红艳，教授 收稿日期：2007-07-27 E-mail ：ylwang@https://www.sodocs.net/doc/441264835.html, —81—

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

(完整word版)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。

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

移动通信瑞利衰落信道建模及仿真

移动通信瑞利衰落信道建模及仿真 信息与通信工程学院 09211123班 09212609 蒋砺思 摘要：首先分析了移动信道的表述方法和衰落特性，针对瑞利衰落，给出了Clarke模型，并阐述了数学模型与物理模型之间的关系，详细分析了Jakes仿真方法，并用MATLAB进行了仿真，并在该信道上实现了OFDM仿真系统，仿真曲线表明结果正确，针对瑞利衰落的局限性，提出了采用Nakagami-m分布作为衰落信道物理模型，并给出了新颖的仿真方法。 关键词：信道模型；Rayleigh衰落；Clarke模型；Jakes仿真；Nakagami-m分布及仿真 一．引言 随着科学技术的不断进步和经济水平的逐渐提高，移动通信已成了我们日常生活中不可缺少的必备品。然而，移动通信中的通话常常受到各种干扰导致话音质量的不稳定。本文应用统计学及概率论相关知识对移动通信的信道进行建模仿真和详尽的分析。 先来谈谈移动通信的发展历史和发展趋势。所谓通信就是指信息的传输、发射和接收。人类通信史上革命性的变化是从电波作为信息载体（电信）开始的，近代电信的标志是电报的诞生。为了满足人们随时随地甚至移动中通信的需求，移动通信便应运而生。所谓移动通信是指通信的一方或双方处于移动中，其传播媒介是无线电波，现代移动通信以Maxwel1理论为基础，他奠定了电磁现象的基本规律；起源于Hertz的电磁辐射，他认识到电磁波和电磁能量是可以控制发射的，而Marconi无线电通信证实了电磁波携带信息的能力。第二次世界大战结束后，开始了建立公用移动通信系统阶段。这第一代移动通信系统最大缺点是采用模拟技术，频谱利用律低，容量小。90年代初，各国又相继推出了GSM等第二代数字移动通信系统，其最大缺点是频谱利用率和容量仍然很低，不能经济的提供高速数据和多媒体业务，不能有效地支持Internet业务。90年代中期以后，许多国家相继开始研究第三代移动通信系统，目前，我国及其他国家已开始了第四代移动通信的研究。相比之前的系统，3G或4G有以下一些特点：1.系统的国际通用性：全球覆盖和漫游。2.业务多样性，提供话音、数据和多媒体业务，支持高速移动。3.频谱效率高，容量大。4.提供可变速率业务，具有QoS保障。在3G或4G的发展中，一个核心问题就是系统的高速数据传输与信道衰落之间的矛盾。从后面的分析中，我们会看到多径衰落是影响移动通信质量的重要因素，而高速数据传输和移动终端高速移动会加剧多径衰落，因此，抗衰落是3G或4G的重要技术，对移动信道的研究是抗衰落的基础，建模及仿真是研究衰落信道的基本方法之一。 再来看看移动通信系统组成及移动信道特点。移动通信组成如图（1）所示，包括信源、信道、信宿，无线信道是移动通信系统的重要

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：

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

无线信道模型

信道模型 1. Okumura-Hata 模型 Okumura-Hata 模型是根据测试数据统计分析得出的 经验公式，应用频率在150MHz 到1500MHz 之间，适用于小区半径大于1 km 的宏蜂窝系统，基站有效天线高度在30 m 到200 m 之间，移动台有效天线高度在1 m 到10 m 之间。 Okumura-Hata 模型路径损耗计算的经验公式为： —工作频率，单位符号：MHz — 基站天线有效高度，单位符号：m ，定义为基站天线实际海拔高度与 基站沿传播方向实际距离内的平均地面海波高度之差，即 — 移动台有效天线高度，单位符号：m ，定义为移动台天线高出地表的 高度 — 基站天线和移动台天线之间的水平距离，单位符号：km — 有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数。 — 小区类型校正因子 []?? ???-+--=乡村 郊区城市98.40log 33.18)(log 78.44.5)28/log(2-0 22 c c c cell f f f C — 地形校正因子 地形分为：水域、海、湿地、郊区开阔地、城区开阔地、绿地、树林、40m ()()()terrain cell te re te c p C C d h h h f dB L ++-+--+=log log 55.69.44log 82.13log 16.2655.69αc f te h ga BS te h h h -=re h d ()re h α()()() ()( )()() ??? ? ? ???≥-≤----=MHz f h MHz f h f h f h c re c re c re c re 30097 .475.11log 2.33001.154.1log 29.88.0log 56.17.0log 11.12 2大城市、郊区、乡村中小城市αcell C terrain C

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。

无线通信系统信道仿真源码

function signal=bin(N) signal=rand(1,N)>=0.5; end //BpskModu.m function Signal=BpskModu(signal)%信号波形调制 t=linspace(0,0.000001,32);%把0.000001分成32等分 fc=1000000000; carrier=sin(2*pi*fc*t); signal=signal*2-1; Signal=[]; for i=1:length(signal) Signal=[Signal,signal(i)*carrier]; end figure(2); plot(Signal) title('调制后的波形') end //demobpsk.m function bitstream=demobpsk(gussianhannel,N) load pass1 load pass2 %gussianhannel=filter(bandpass,1,gussianhannel); %figure %plot(gussianhannel);%滤除噪声后的波形 %title('滤除噪声后的波形') t=linspace(0,0.000001,32); fc=1000000; carrier=cos(2*pi*fc*t); result=[]; for i=1:N result=[result,carrier.*gussianhannel(((i-1)*32+1):i*32)]; end figure(4); subplot(2,1,1); plot(result); title('与相干波相乘后的波形') result=[result]; result1=filter(lowpass,1,result); subplot(2,1,2); plot(result1); title('通过低通滤波器滤波后的波形') IN=fix(length(lowpass)/2); bitstream=[];

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：

瑞利衰落信道模型的研究与仿真

瑞利衰落信道模型的研究与仿真 瑞利衰落信道模型的研究与仿真 matlab程序 % written by Amir Sarrafzadeh (14Jan2008) % this function generates normalized rayleigh samples based on Inverse DFT % method as was proposed by David J. Young, and Norman C. Beaulieu % "The Generation of Correlated Rayleigh Random Variates by Inverse % Discrete Fourier Transform, " % Sample Use: % chan=genRayleighFading(512,ceil(10000/512),1e4,100); % chan=chan(1:10000); % where 10000=number of needed samples % parameters: % fftsize: size of fft which used % numBlocks: number of samples/fftsize % fs: sampling frequency(Hz) % fd: doppler shift(Hz) function [ outSignal ] = genRayleighFading( fftSize,numBlocks,fs,fd ) numSamples=fftSize*numBlocks; %total number of samples fM=fd/fs; %normalized doppler shift NfM=fftSize*fM; kM=floor(NfM); %maximum freq of doppler filter in FFT samples doppFilter=[0,1./sqrt(2*sqrt(1-(((1:kM-1)./NfM).^2))),sqrt((kM/2)*((pi/2)-atan((kM-1)/sqrt(2*kM -1)))),... zeros(1,fftSize-2*kM-1),sqrt((kM/2)*((pi/2)-atan((kM-1)/sqrt(2*kM-1)))),1./sqrt(2*sqrt(1-(((kM-1:-1:1)./NfM).^2)))].'; sigmaG=sqrt((2*2/(fftSize.^2))*sum(doppFilter.^2)); gSamplesI=randn(numSamples,2); %i.i.d gaussian input samples (in phase) gSamplesQ=randn(numSamples,2); %i.i.d gaussian input samples (quadrature phase) gSamplesI=(1/sigmaG)*(gSamplesI(:,1)+1j*gSamplesI(:,2)); gSamplesQ=(1/sigmaG)*(gSamplesQ(:,1)+1j*gSamplesQ(:,2)); %filtering filterSamples=kron(ones(numBlocks,1),doppFilter); gSamplesI=gSamplesI.*filterSamples; gSamplesQ=gSamplesQ.*filterSamples; freqSignal=gSamplesI-1j*gSamplesQ;

移动通信信道的建模与仿真

移动通信信道的建模与仿真 【摘要】针对移动通信的特点，本文以中继卫星通信链路为主要研究对象，分析了该链路通信信道中存在的传播损耗，并以此为基础建立了链路通信的信道模型;最后仿真分析了不同的通信传输速率在加性高斯白噪声（AWGN）衰落信道、多径Rayleigh衰落信道、Rician衰落信道以及复杂衰落信道中的误码率特性曲线，仿真结果表明，满足Rayleigh衰落信道模型的信号分量对系统的性能影响较大，且传输速率越高，信号分量中的反射分量与多径分量影响越大。 【关键词】信道模型;高斯白噪声衰落信道;多径;误码率 1.引言 随着移动通信环境越来越复杂，使得移动通信可靠性受到巨大挑战。数据链无线通信信号在空间传播过程中不可避免的受到自然环境如降雨、雨雾、大气吸收、多径、阴影等不同因素的影响，从而对通信信号的质量造成不同程度的衰减，分析这些信道因素的特性，建立适合的链路信道模型可以为移动通信系统方案设计与验证测试提供重要的理论支持，这就对研究移动数据链的通信信道建模提出了新需求。 为此，本文针对移动与卫星的通信信道进行了建模与仿真。 2.数据链信道传播特性分析 无线信号传播过程中，链路传播损耗的影响因素主要有自由空间损耗、雨衰、云雾衰、大气吸收损耗，以及由多径效应引起的多径衰落、阴影衰落。 2.1 自由空间传播损耗 无线电波传播中最基本的传播方式是自由空间传播，在影响卫星通信链路中的传输损耗因素中，最主要的是自由空间损耗。 设d为通信距离，PT是天线发射功率，GT为天线发射增益，GR为天线的接收增益，D为天线直径，为信号的波长，则接收信号的功率如公式1。 （1） 其中，自由空间损耗为： 用dB表示传输距离d与频率f的转换关系如公式2。 （dB）

无线信道建模

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 面入射波

无线衰落信道建模仿真软件设计

Software Development ? 软件开发 【关键词】无线衰落信道 仿真软件 GUI 随着现代无线通信不断发展，5G 、物联网等等技术呼之欲出，信息与通信产业也已经成为我国经济发展的支柱型产业。而信道作为无线通信系统中的重要一环，无线信道的特性也就受到广泛关注。当前，随着无线通信应用场景的不断拓展，信道所面临环境越来越复杂，因此无线信道的快速仿真也变得更加重要。 目前，相对简单高效的信道仿真方法包括滤波法和SoS ( Sum-of-Sinusoids)。由于滤波法需要多次内插，复杂程度高。SoS 及其改进方法由于运算量相对小，性能高效并且硬件容易实现而被广泛使用。 本文简要介绍了无线信道衰落的系统模型，仿真方法，并简要说明无线信道模型参数计算方法。基于上述模型，设计Maltab 平台无线信道仿真软件。该软件的创新性在于将函数模块化，通过GUI 界面调用各个模块，软件操作简单，方便用户快速设置场景参数并能直观观测仿真结果。 1 信道模型 信号在传输过程中会有包括噪声、路径损耗、平坦衰落和频率选择性衰落的影响。而其中噪声和路径损耗一般是已知确定的，平坦衰落可用瑞利、莱斯和Nakagami 等模型模拟，频率选择性衰落可由多径平坦衰落相加得到。所以，本文对两种衰落进行模拟仿真的系统模型如下： 无线衰落信道建模仿真软件设计 文/张如楠 王亚文 朱秋明 陈小敏 （1） 式中 s(t)，r(t) 表示发送信号和接收信号； 表示信道时变复合衰落，包括阴影衰落和多径衰落因素；n(t)表示等效的信道噪声，通常设为高斯白噪声。系统框图如图1所示。 对于平坦衰落，本文采用的仿真模型为SOS 仿真模型。该模型可表示为： （2） 其中，N 表示不可分辨散射支路数目；c n 表示路径增益；f n 表示多普勒频率；θn 表示初始相位，且 服从的均匀分布。 对于频率选择性衰落，本文采用的仿真模型为离散延迟抽头模型。该模型第k 时刻冲 激响应可表示为： （3） 其中L 为可分辨多径数目，为利用采样周期归一化后时变的各径时延，为不同 簇径信号的随机复衰落。 2 模型参数计算 2.1 离散多普勒频率参数计算 本文SOS 仿真模型参数计算方法将采用等面积方法（MEA ）。令，确定 离散多普勒频率f n ： （1）将多普勒功率密度S(F)的面积N 等分；在f n-1