頻率選擇性衰落信道模型研究報(bào)告及仿真

1、-. z郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文題 目 頻率選擇性衰落信道模型研究與仿真 專 業(yè) 網(wǎng)絡(luò)工程 學(xué)生 班級(jí)*指導(dǎo)教師何雪云 評(píng)閱教師周克琴 指導(dǎo)單位 通信與信息工程學(xué)院無(wú)線電工程系 日期：2012年 11月 26 日至 2013 年 6月 21 日畢業(yè)設(shè)計(jì)論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)展研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本研究做出過(guò)重要奉獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明并表示了意。論文作者簽名： 日期： 年 月 日摘要在移動(dòng)通信中，信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的路徑傳送

2、到接收端，合成的接收信號(hào)相對(duì)于發(fā)送信號(hào)會(huì)產(chǎn)生衰落，這就是多徑衰落。本文研究了頻率選擇性衰落信道的特點(diǎn)；并且運(yùn)用仿真軟件Matlab對(duì)頻率選擇性衰落信道進(jìn)展模擬仿真，實(shí)現(xiàn)了基于Jake模型的頻率選擇性衰落信道的建模。并利用建立起來(lái)的模型比擬了具有不同載波頻率、數(shù)據(jù)傳輸速率以及移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)速度的移動(dòng)通信系統(tǒng)所具有的信道衰落特性。仿真結(jié)果說(shuō)明：移動(dòng)通信系統(tǒng)的參數(shù)會(huì)影響其信道的衰落特性。關(guān)鍵詞：頻率選擇性衰落; 瑞利衰落信道； Jake模型ABSTRACTIn mobile munications, signal arrives at the receiver through different tra

3、nsmission paths. The synthesis of the received signals in relation to the original signal will be faded, which is multi-path fading. In this paper, we research the frequency selectivefading channels characteristics；And make the simulation to frequency selective fading channels with the tool MATLAB,

4、which is based on jack model modeling. Using the established models, we pare the channel fading characteristics of different mobile munication systems which have different carrier frequencies, data transmission rates and mobile speeds. The simulation shows that: The mobile munication systems paramet

5、ers will affect their channel fading characteristics.Keywords:Frequency-selective fading;Rayleigh channels; Jake model目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc358481561第一章緒論 PAGEREF _Toc358481561 h 1HYPERLINK l _Toc3584815621.1移動(dòng)通信技術(shù) PAGEREF _Toc358481562 h 1HYPERLINK l _Toc3584815631.2移動(dòng)通信信道 PAGEREF _To

6、c358481563 h 2HYPERLINK l _Toc3584815641.3本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù) PAGEREF _Toc358481564 h 3HYPERLINK l _Toc358481565第二章移動(dòng)通信信道 PAGEREF _Toc358481565 h 4HYPERLINK l _Toc3584815662.1移動(dòng)通信系統(tǒng) PAGEREF _Toc358481566 h 4HYPERLINK l _Toc3584815672.2移動(dòng)通信信道的分類 PAGEREF _Toc358481567 h 5HYPERLINK l _Toc3584815682.3移動(dòng)通信信道的特性 PA

7、GEREF _Toc358481568 h 6HYPERLINK l _Toc358481569第三章頻率選擇性衰落信道模型 PAGEREF _Toc358481569 h 9HYPERLINK l _Toc3584815703.1瑞利衰落的特性 PAGEREF _Toc358481570 h 9HYPERLINK l _Toc3584815713.2Jake模型的具體算法 PAGEREF _Toc358481571 h 12HYPERLINK l _Toc3584815723.3基于Jake模型和抽頭延時(shí)線實(shí)現(xiàn)頻率選擇性衰落信道建模 PAGEREF _Toc358481572 h 16HYP

8、ERLINK l _Toc358481573第四章 Matlab仿真技術(shù) PAGEREF _Toc358481573 h 17HYPERLINK l _Toc3584815744.1Matlab仿真軟件 PAGEREF _Toc358481574 h 17HYPERLINK l _Toc3584815754.2本次仿真過(guò)程中遇到的函數(shù) PAGEREF _Toc358481575 h 19HYPERLINK l _Toc358481576第五章基于Jake模型的頻率選擇性衰落信道仿真 PAGEREF _Toc358481576 h 19HYPERLINK l _Toc3584815775.1仿真

9、的根本過(guò)程 PAGEREF _Toc358481577 h 21HYPERLINK l _Toc3584815785.2仿真結(jié)果及分析 PAGEREF _Toc358481578 h 21HYPERLINK l _Toc358481579完畢語(yǔ) PAGEREF _Toc358481579 h 27HYPERLINK l _Toc358481580致 PAGEREF _Toc358481580 h 28HYPERLINK l _Toc358481581參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc358481581 h 29HYPERLINK l _Toc358481582附錄 PAGEREF _Toc35

10、8481582 h 30-. z第一章 緒論1.1移動(dòng)通信技術(shù)當(dāng)今的社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)信息化的社會(huì)，沒有信息的傳遞和交流，人們就無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代化的快節(jié)奏的生活。移動(dòng)通信可以說(shuō)從無(wú)線電創(chuàng)造之日就產(chǎn)生了。1897年，馬可尼所完成的無(wú)線通信實(shí)驗(yàn)就是在固定站與一艘拖船之間進(jìn)展的。而蜂窩移動(dòng)通信的開展是在二十世紀(jì)七十年代中期以后的事。移動(dòng)通信綜合利用了有線、無(wú)線的傳輸方式，為人們提供了一種快速便捷的通訊手段。由于電子技術(shù)，尤其是半導(dǎo)體，集成電路及計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，以及市場(chǎng)的推動(dòng)，使物美價(jià)廉、輕便可靠、性能優(yōu)越的移動(dòng)通信設(shè)備成為可能。第一代是模擬蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)，時(shí)間是本世紀(jì)七十年代中期至八十年代中期。197

11、8年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功先進(jìn)移動(dòng)系統(tǒng)(AMPS)，建成了蜂窩狀移動(dòng)通信系統(tǒng)。而其它工業(yè)化國(guó)家也相繼開發(fā)出蜂窩式移動(dòng)通信網(wǎng)。這一階段相對(duì)于以前的移動(dòng)通信系統(tǒng)，最重要的突破是貝爾實(shí)驗(yàn)室在七十年代提出的蜂窩網(wǎng)的概念。蜂窩網(wǎng)，即小區(qū)制，由于實(shí)現(xiàn)了頻率復(fù)用，大大提高了系統(tǒng)容量。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是采用頻分復(fù)用，語(yǔ)音信號(hào)為模擬調(diào)制，每隔30KHz/25KHz一個(gè)模擬用戶信道。為了解決模擬系統(tǒng)中存在的技術(shù)缺陷，數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并且開展起來(lái)，這就是以GSM和IS-95為代表的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，時(shí)間是從八十年代中期開場(chǎng)。歐洲首先推出了泛歐數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)(GSM)的體系。隨后，美國(guó)和日本

12、也制訂了各自的數(shù)字移動(dòng)通信體制。數(shù)字移動(dòng)通網(wǎng)相對(duì)于模擬移動(dòng)通信，提高了頻譜利用率，支持多種業(yè)務(wù)效勞，并與ISDN等兼容。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)以傳輸話音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為目的，因此又稱為窄帶數(shù)字通信系統(tǒng)。第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的典型代表是美國(guó)的DAMPS系統(tǒng)，IS-95和歐洲的GSM系統(tǒng)。由于第二代移動(dòng)通信以傳輸話音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為目的，從1996年開場(chǎng)，為了解決中速數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，又出現(xiàn)了2.5代的移動(dòng)通信系統(tǒng)，如GPRS和IS-95B。移動(dòng)通信現(xiàn)在主要提供的效勞仍然是語(yǔ)音效勞以及低速率數(shù)據(jù)效勞。由于網(wǎng)絡(luò)的開展，數(shù)據(jù)和多媒體通信的開展勢(shì)頭很快，所以，第三代移動(dòng)通信的目標(biāo)就是移動(dòng)寬帶多媒體通信。第

13、三代移動(dòng)通信系統(tǒng)最早由國(guó)際電信聯(lián)盟于1985年提出，當(dāng)時(shí)稱為未來(lái)公眾陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)。主要體制有WCDMA，cdma2000和TD-SCDMA。1999年11月5日，國(guó)際電聯(lián)ITU-RTG8/1第18次會(huì)議通過(guò)了IMT-2000無(wú)線接口技術(shù)規(guī)建議，其中我國(guó)提出的TD-SCDMA技術(shù)寫在了第三代無(wú)線接口規(guī)建議中。總的來(lái)說(shuō)，第一代模擬系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的接入技術(shù)是頻分多址技術(shù)FDMA，它僅能提供9.6kbits通信帶寬。其典型系統(tǒng)，如美國(guó)的模擬系統(tǒng)AMPS、北歐的移動(dòng)系統(tǒng)NMT、英國(guó)的全接入通信系統(tǒng)TACS等。第二代窄帶數(shù)字系統(tǒng)的接入技術(shù)主要有時(shí)分多址技術(shù)TDMA和碼分多址技術(shù)CDMA兩種，它可以提供9.6

14、28.8kbits的傳輸速率。其典型系統(tǒng)，如歐洲的全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM、北美的數(shù)字增強(qiáng)型系統(tǒng)IS-136、CDMAOneIS-95A、IS-95B、日本的個(gè)人數(shù)字蜂窩系統(tǒng)PDC等。與第一代模擬蜂窩移動(dòng)通信相比，第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)具有性強(qiáng)、頻譜利用率高、能提供豐富的業(yè)務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等特點(diǎn)。無(wú)論是第一代還是第二代，主要針對(duì)話音通信設(shè)計(jì)的，話音仍是當(dāng)前和未來(lái)一段時(shí)間移動(dòng)通信市場(chǎng)的基石和主陣地。數(shù)字話音移動(dòng)通信仍是移動(dòng)通信的主流市場(chǎng)。特別對(duì)開展中國(guó)家而言，人們對(duì)通信的需求還主要集中在話音領(lǐng)域，所以，在未來(lái)幾年中，第二代數(shù)字話音通信仍然是這些國(guó)家移動(dòng)通信市場(chǎng)的重點(diǎn)和支柱。但是我們充分相信：在移動(dòng)通信

15、中，數(shù)據(jù)通信量也將在*一天超過(guò)話音通信。但要完成專門針對(duì)未來(lái)多媒體通信的第三代系統(tǒng)建立還需時(shí)日，所以如何利用現(xiàn)有的第二代數(shù)字系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，是填補(bǔ)市場(chǎng)需求空間的必然選擇。分析家們認(rèn)為，實(shí)際3G技術(shù)所具備的功能絕大局部其實(shí)完全就可以在目前第二代無(wú)線技術(shù)的根底上實(shí)現(xiàn)，特別是隨著移動(dòng)通信和因特網(wǎng)效勞快速開展而隨之產(chǎn)生的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信要求。其方法有兩種：一是在以為主的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中增加傳送數(shù)據(jù)的能力；二是移動(dòng)通信與因特網(wǎng)的結(jié)合。由此產(chǎn)生了幾種相關(guān)技術(shù)，如通用分組無(wú)線效勞GPRS技術(shù)；增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率改良EDGE技術(shù)；IS-95B利用碼聚集技術(shù)；CDMA20001*技術(shù)、無(wú)線應(yīng)用協(xié)議WAP技術(shù)；Blue

16、tooth技術(shù)等1.2移動(dòng)通信信道通信信道(munication Channel)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?，在?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)道分為物理信道和邏輯信道。物理信道指用于傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的物理通路，它由傳輸介質(zhì)與有關(guān)通信設(shè)備組成；邏輯信道指在物理信道的根底上，發(fā)送與接收數(shù)據(jù)信號(hào)的雙方通過(guò)中間結(jié)點(diǎn)所實(shí)現(xiàn)的邏輯通路，由此為傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)形成的邏輯通路。邏輯信道可以是有連接的，也可以是無(wú)連接的。 物理信道還可根據(jù)傳輸介質(zhì)的不同而分為有線信道和無(wú)線信道，也可按傳輸數(shù)據(jù)類型的不同分為數(shù)字信道和模擬信道。與其它通信信道相比，移動(dòng)通信信道是最為復(fù)雜的一種。多徑衰落和復(fù)雜惡劣的電波環(huán)境是移動(dòng)通信信道區(qū)別與其他信道最顯著的特征，這是由

17、運(yùn)動(dòng)中進(jìn)展無(wú)線通信這一方式本身所決定的。在典型的城市環(huán)境中，一輛快速行駛的車輛上的移動(dòng)臺(tái)所接收到的無(wú)線電信號(hào)在一秒鐘之的顯著衰落可達(dá)數(shù)十次，衰落深度可達(dá)20-30 dB。這種衰落現(xiàn)象將嚴(yán)重降低接收信號(hào)的質(zhì)量，影響通信的可靠性。為了有效地克制衰落帶來(lái)的不利影響，必須采用各種抗衰落技術(shù)，包括：分集接收技術(shù)、均衡技術(shù)和糾錯(cuò)編碼技術(shù)等。1.3本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是要深入理解無(wú)線信道的特點(diǎn)和分類，重點(diǎn)研究頻率選擇性衰落信道，并利用Matlab仿真工具通過(guò)Jake模型和抽頭延時(shí)線對(duì)其進(jìn)展建模。通過(guò)建立的模型掌握載波頻率、移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)速度等對(duì)信道衰落特性的影響。第二章 移動(dòng)通信信道2.1移動(dòng)通信系

18、統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)主要有蜂窩系統(tǒng)，集群系統(tǒng)，AdHoc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)，分組無(wú)線網(wǎng)，無(wú)繩系統(tǒng)，無(wú)線電傳呼系統(tǒng)等。蜂窩系統(tǒng)是覆蓋圍最廣的陸地公用移動(dòng)通信系統(tǒng)。在蜂窩系統(tǒng)中，覆蓋區(qū)域一般被劃分為類似蜂窩的多個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)設(shè)置固定的基站，為用戶提供接入和信息轉(zhuǎn)發(fā)效勞。移動(dòng)用戶之間以及移動(dòng)用戶和非移動(dòng)用戶之間的通信均需通過(guò)基站進(jìn)展?；緞t一般通過(guò)有線線路連接到主要由交換機(jī)構(gòu)成的骨干交換網(wǎng)絡(luò)。蜂窩系統(tǒng)是一種有連接網(wǎng)絡(luò)，一旦一個(gè)信道被分配給*個(gè)用戶，通常此信道可一直被此用戶使用。蜂窩系統(tǒng)一般用于語(yǔ)音通信。集群系統(tǒng)與蜂窩系統(tǒng)類似，也是一種有連接的網(wǎng)絡(luò)，一般屬于專用網(wǎng)絡(luò)，規(guī)模不大，主要為移動(dòng)用戶提供語(yǔ)音通

19、信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信圍最廣，可以為全球每個(gè)角落的用戶提供通信效勞。在此系統(tǒng)中，衛(wèi)星起著與基站類似的功能。衛(wèi)星通信系統(tǒng)按衛(wèi)星所處位置可分為靜止軌道、中軌道和低軌道3種。衛(wèi)星通信系統(tǒng)存在本錢高、傳輸延時(shí)大、傳輸帶寬有限等缺乏。上述移動(dòng)通信系統(tǒng)都需要有線網(wǎng)絡(luò)通信根底設(shè)施的支持，如基站、交換機(jī)、衛(wèi)星等。這些設(shè)施的建立和運(yùn)轉(zhuǎn)需要大量的人力和物力，因此本錢比擬高，同時(shí)建立的周期也長(zhǎng)。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不需要基站的支持，由主機(jī)自己組網(wǎng)，因此，網(wǎng)絡(luò)建立的本錢低，同時(shí)時(shí)間短，一般只要幾秒鐘或幾分鐘。上述通信系統(tǒng)中，移動(dòng)終端之間并不直接通信，并且移動(dòng)終端只具備收發(fā)功能，不具備轉(zhuǎn)發(fā)功能。而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由移動(dòng)主機(jī)

20、構(gòu)成，移動(dòng)主機(jī)之間可以直接通信，而移動(dòng)主機(jī)不僅收發(fā)數(shù)據(jù)，同時(shí)還轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。此外目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)主要為用戶提供語(yǔ)音通信功能，通常采用電路交換，拓?fù)錁?gòu)造比擬穩(wěn)定。而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)使用分組轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，主要為用戶提供數(shù)據(jù)通信效勞，拓?fù)錁?gòu)造易于變化。AdHoc網(wǎng)絡(luò)是一種沒有有線根底設(shè)施支持的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)均由移動(dòng)主機(jī)構(gòu)成。AdHoc網(wǎng)絡(luò)最初應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，它的研究起源于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下分組無(wú)線網(wǎng)數(shù)據(jù)通信工程，該工程由DARPA資助，其后，又在1983年和1994年進(jìn)展了抗毀可適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)SURANSurvivable Adaptive Network和全球移動(dòng)信息系統(tǒng)GloMoGlobalInformat

21、ionSystem工程的研究。由于無(wú)線通信和終端技術(shù)的不斷開展，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在民用環(huán)境下也得到了開展，如需要在沒有有線根底設(shè)施的地區(qū)進(jìn)展臨時(shí)通信時(shí)，可以很方便地通過(guò)搭建Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。在AdHoc網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)兩個(gè)移動(dòng)主機(jī)在彼此的通信覆蓋圍時(shí)，它們可以直接通信。但是由于移動(dòng)主機(jī)的通信覆蓋圍有限，如果兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的主機(jī)要進(jìn)展通信，則需要通過(guò)它們之間的移動(dòng)主機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)才能實(shí)現(xiàn)。因此在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)同時(shí)還是路由器，擔(dān)負(fù)著尋找路由和轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文的工作。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)主機(jī)的通信圍有限，因此路由一般都由多跳組成，數(shù)據(jù)通過(guò)多個(gè)主機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)才能到達(dá)目的地。故Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)也被稱為多跳無(wú)線

22、網(wǎng)絡(luò)。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可以看作是移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的穿插。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分組交換機(jī)制，而不是電路交換機(jī)制。通信的主機(jī)一般是便攜式計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理PDA等移動(dòng)終端設(shè)備。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不同于目前因特網(wǎng)環(huán)境中的移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)。在移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)主機(jī)可以通過(guò)固定有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線鏈路和撥號(hào)線路等方式接入網(wǎng)絡(luò)，而在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中只存在無(wú)線鏈路一種連接方式。在移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)主機(jī)通過(guò)相鄰的基站等有線設(shè)施的支持才能通信，在基站和基站代理和代理之間均為有線網(wǎng)絡(luò)，仍然使用因特網(wǎng)的傳統(tǒng)路由協(xié)議。而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)沒有這些設(shè)施的支持。此外，在移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)主機(jī)不具備路由功能

23、，只是一個(gè)普通的通信終端。當(dāng)移動(dòng)主機(jī)從一個(gè)區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)區(qū)時(shí)并不改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造，而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)主機(jī)的移動(dòng)將會(huì)導(dǎo)致拓?fù)錁?gòu)造的改變。2.2移動(dòng)通信信道的分類移動(dòng)通信信道可分為短波信道，超短波信道，微波信道。短波信道：短波按照國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)(CCIR，現(xiàn)在的ITU-R)，的劃分是指波長(zhǎng)在l00ml0m，頻率為3MHz30MHz的電磁波。利用短波進(jìn)展的無(wú)線電通信稱為短波通信，又稱高頻(HF)通信。實(shí)際上，為了充分利用短波近距離通信的優(yōu)點(diǎn)，短波通信實(shí)際使用的頻率圍為1.5MHz30MHz。與衛(wèi)星通信、地面微波、同軸電纜、光纜等通信手段相比，短波通信也有著許多顯著的優(yōu)點(diǎn)：1)短波通信不需

24、要建立中繼站即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，因而建立和維護(hù)費(fèi)用低，建立周期短;2)設(shè)備簡(jiǎn)單，可以根據(jù)使用要求固定設(shè)置，進(jìn)展定點(diǎn)固定通信。也可以背負(fù)或裝入車輛、艦船、飛行器中進(jìn)展移動(dòng)通信;3)電路調(diào)度容易，臨時(shí)組網(wǎng)方便、迅速，具有很大的使用靈活性;4)對(duì)自然災(zāi)害或戰(zhàn)爭(zhēng)的抗毀能力強(qiáng)。通信設(shè)備體積小，容易隱蔽，便于改變工作頻率以躲避敵人干擾和竊聽，破壞后容易恢復(fù)。短波通信也存在著一些明顯的缺點(diǎn)：1)可供使用的頻段窄，通信容量小。按照國(guó)際規(guī)定，每個(gè)短波電臺(tái)占用3.7kHz的頻率寬度，而整個(gè)短波頻段可利用的頻率圍只有28.5MHz。為了防止相互間的干擾，全球只能容納7700多個(gè)可通信道，通信空間十分擁擠。并且3kH

25、z通信頻帶寬度，在很大程度上限制了通信的容量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?)短波的天波信道是變參信道，信號(hào)傳輸穩(wěn)定性差。短波無(wú)線電通信主要是依賴電離層進(jìn)展遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸?shù)?，電離層作為信號(hào)反射媒質(zhì)的弱點(diǎn)是參量的可變性很大。它的特點(diǎn)是路徑損耗、延時(shí)散步、噪聲和干擾，都隨晝夜、頻率、地點(diǎn)而不斷變化著。一方面電離層的變化使信號(hào)產(chǎn)生衰落，衰落的幅度和頻次不斷變化。另一方面天波信道存在著嚴(yán)重的多徑效應(yīng)，造成頻率選擇性衰落和多徑延時(shí)。選擇性衰落使信號(hào)失真，多徑延時(shí)使接收信號(hào)在時(shí)間上擴(kuò)散，成為短波鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕拗啤?)大氣和工業(yè)無(wú)線電噪聲干擾嚴(yán)重。隨著工業(yè)電器化的開展，短波頻段工業(yè)電器輻射的無(wú)線電噪聲干擾平均強(qiáng)度

26、很高，加上大氣無(wú)線電噪聲和無(wú)線電臺(tái)間干擾，在過(guò)去，幾瓦、十幾瓦發(fā)射功率就能實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)距離短波無(wú)線電通信，而在今天，10倍、幾十倍于這樣的功率也不一定能夠保證可靠的通信。大氣和工業(yè)無(wú)線電噪聲主要集中在無(wú)線電頻譜的低端，隨著頻率的升高，強(qiáng)度逐漸降低。雖然，在短波頻段這類噪聲干擾比中長(zhǎng)波段低，但強(qiáng)度仍很高，影響著短波通信的可靠性，尤其是脈沖型突發(fā)噪聲，經(jīng)常會(huì)使數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)突發(fā)錯(cuò)誤，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。2、超短波信道。利用30300 兆赫波段的無(wú)線電波傳輸信息的信道。由于超短波的波長(zhǎng)在 110米之間，所以也稱米波通信。整個(gè)超短波的頻帶寬度有 270兆赫，是短波頻帶寬度的10倍。1超短波通信利用視距傳播方式

27、，比短波天波傳播方式穩(wěn)定性高，受季節(jié)和晝夜變化的影響小。 2天線可用尺寸小、構(gòu)造簡(jiǎn)單、增益較高的定向天線。這樣，可用功率較小的發(fā)射機(jī)。 3頻率較高,頻帶較寬,能用于多路通信。4調(diào)制方式通常用調(diào)頻制，可以得到較高的信噪比。通信質(zhì)量比短波好。3、微波信道：微波常指頻率在1000兆赫MHz以上波長(zhǎng)在30厘米以下的電磁波。微波的傳播特性類似于光的傳播，一般沿直線傳播，繞射能力很弱，一般進(jìn)展視距的通信，對(duì)于長(zhǎng)距離通信可采用接力的方式，為微波接力通信，或稱微波中繼通信也可利用對(duì)流層傳播進(jìn)展通信，稱為對(duì)流層散射通信；或利用人造衛(wèi)星進(jìn)展轉(zhuǎn)發(fā)，即衛(wèi)星通信。微波通信的特點(diǎn)是：1通信頻段的頻帶寬，傳輸信息容量大。2

28、通信穩(wěn)定、可靠。3在進(jìn)展地面上的遠(yuǎn)跟離通信時(shí)，必須采用接力的方式，發(fā)端信號(hào)經(jīng)假設(shè)干中間站屢次轉(zhuǎn)發(fā)，才能到達(dá)收端。4通信靈活性較大。5天線增益高、方向性強(qiáng)。6投資少、建立快。2.3移動(dòng)通信信道的特性信道是任何一個(gè)通信系統(tǒng)所必不可少的組成局部。陸地?cái)?shù)字移動(dòng)通信的信道和固定通信信道(無(wú)線本地環(huán)路例外)是完全不同的。在固定通信中,信號(hào)的傳輸媒介是人工制作,例如雙絞線、電纜、光纖等。這些媒質(zhì)的傳輸特性在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間是十分穩(wěn)定的，可以認(rèn)為這種信道為恒參信道。而在陸地移動(dòng)通信信道中，信號(hào)在空間中自由傳播，受外界信道條件的影響很大。由于天氣的變化、建筑物和移動(dòng)物體的遮擋、反射和散射作用以及移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)造成的多

29、普勒頻移的影響等造成信道的變化，可以認(rèn)為這種信道為隨參信道。移動(dòng)通信信道的主要特點(diǎn)：傳播的開放性，一切無(wú)線信道都是基于電磁波在空間傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳播的；接收點(diǎn)地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性，高樓林立的城市中心繁華區(qū)，以一般性建筑物為主的近郊小城鎮(zhèn)區(qū)，以山丘、湖泊、平原為主的農(nóng)村及遠(yuǎn)郊區(qū)，通信用戶的隨機(jī)移動(dòng)性慢速步行時(shí)的通信，高速車載時(shí)的不連續(xù)通信。移動(dòng)通信信道中電磁波傳播的特點(diǎn)：直射波，它指在視距覆蓋區(qū)無(wú)遮擋的傳播，直射波傳播的信號(hào)最強(qiáng)。多徑反射波，指從不同建筑物或其他物體反射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號(hào)，其信號(hào)強(qiáng)度次之。繞射波，從較大的山丘或建筑物繞射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號(hào)，其強(qiáng)度與反射波相當(dāng)。散射波，

30、由空氣中離子受激后二次發(fā)射所引起的漫反射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號(hào)，其信號(hào)強(qiáng)度最弱。移動(dòng)通信系統(tǒng)號(hào)的損耗：路徑傳播損耗，又稱衰耗，它是指電波在空間傳播所產(chǎn)生的損耗，它反映了傳播在宏觀大圍(即公里量級(jí))的空間距離上的接收信號(hào)電平平均值的變化趨勢(shì)。慢衰落損耗，它是由于在電波傳輸路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)而產(chǎn)生的損耗。它反映了中等圍數(shù)百波長(zhǎng)量級(jí)接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，其變化率較慢故又稱為慢衰落，由于慢衰落表示接收信號(hào)的長(zhǎng)期變化，所以又稱長(zhǎng)期衰落long-term-fading?？焖ヂ鋼p耗，它主要由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，由于移動(dòng)體周圍有許多散射、反射和折射體，引起信號(hào)的多徑傳

31、輸，使到達(dá)的信號(hào)之間相互疊加，其合成信號(hào)幅度表現(xiàn)為快速的起伏變化，它反映微觀小圍數(shù)十波長(zhǎng)量級(jí)接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，其變化率比慢衰落快，故稱它為快衰落，由于快衰落表示接收信號(hào)的短期變化，所以又稱短期衰落(short-term -fading。仔細(xì)劃分快衰落又可分為以下三類：空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落、時(shí)間選擇性衰落。所謂選擇性是指在不同的空間，不同的頻率和不同的時(shí)間其衰落特性是不一樣的?？臻g選擇性衰落，多徑信號(hào)到達(dá)天線陣列的到達(dá)角度的展寬稱為角度擴(kuò)展。角度展寬給出信號(hào)的主要能量的角度圍，產(chǎn)生空間選擇性衰落。頻率選擇性衰落，假設(shè)發(fā)射端發(fā)射的是一個(gè)時(shí)間寬度極窄的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)多徑信道后

32、，由于各信道時(shí)延的不同，接收端接收到的信號(hào)為一串脈沖，即接收信號(hào)的波形比原脈沖展寬了。這種由于信道時(shí)延引起的信號(hào)波形的展寬稱為時(shí)延擴(kuò)展。時(shí)延擴(kuò)展產(chǎn)生頻率選擇性衰落。時(shí)間選擇性衰落，多普勒擴(kuò)展是一種由于多普勒頻移現(xiàn)象引起的衰落過(guò)程的頻率擴(kuò)散，又稱時(shí)間選擇性衰落。移動(dòng)信道的特點(diǎn)及其帶來(lái)的傳播上的特點(diǎn)，對(duì)接收點(diǎn)的信號(hào)將會(huì)產(chǎn)生三種效應(yīng)：陰影效應(yīng)，移動(dòng)臺(tái)在運(yùn)動(dòng)中，由于大型建筑物和其他物體對(duì)電波的傳輸路徑的阻擋而在傳播接收區(qū)域上形成半盲區(qū)，從而形成電磁場(chǎng)陰影，這種隨移動(dòng)臺(tái)位置的不斷變化而引起的接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)中值的起伏變化叫做陰影效應(yīng)。陰影效應(yīng)是產(chǎn)生慢衰落的主要原因。遠(yuǎn)近效應(yīng)，由于接收用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，移動(dòng)用戶

33、與基站間的距離也是在隨機(jī)的變化，假設(shè)各用戶發(fā)射功率一樣，則到達(dá)基站的信號(hào)強(qiáng)弱不同，離基站近信號(hào)強(qiáng)，離基站遠(yuǎn)信號(hào)弱。通信系統(tǒng)的非線性則進(jìn)一步加重，出現(xiàn)強(qiáng)者更強(qiáng)、弱者更弱和以強(qiáng)壓弱的現(xiàn)象，通常稱這類現(xiàn)象為遠(yuǎn)近效應(yīng)。因?yàn)镃DMA是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，所有用戶共同使用同一頻率，所以遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題更加突出。多普勒效應(yīng)，它是由于接收的移動(dòng)用戶高速運(yùn)動(dòng)而引起傳播頻率的擴(kuò)散而引起的，其擴(kuò)散程度與用戶的運(yùn)動(dòng)速度成正比。隨參信道的一般衰落特性和選擇性衰落特性，是嚴(yán)重影響信號(hào)傳輸?shù)闹匾匦?。至于前面所說(shuō)的慢衰落特性，因?yàn)樗淖兓俣仁致?，通?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整設(shè)備參量如調(diào)整發(fā)射功率來(lái)彌補(bǔ)。而為了抗快衰落，通?？刹捎枚喾N措施，

34、例如，各種抗衰落的調(diào)制解調(diào)技術(shù)、抗衰落接收技術(shù)及擴(kuò)頻技術(shù)等。其中，明顯有效且被廣泛應(yīng)用的措施之一，就是分集接收技術(shù)。其根本思想就是，快衰落信道中接收的信號(hào)是到達(dá)接收機(jī)的各徑分量的合成，如果在接收端同時(shí)獲得幾個(gè)不同路徑的信號(hào)，將這些信號(hào)適當(dāng)合并構(gòu)成總的接收信號(hào)，則能夠大大減小衰落的影響。關(guān)于具體的分集接收的方法，這里不再贅述?？傊苿?dòng)通信系統(tǒng)的信道特性是非常復(fù)雜的，而解決這些特性帶來(lái)的負(fù)面影響則是移動(dòng)通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。我們研究移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能，就必須仔細(xì)研究此系統(tǒng)的信道特性，這對(duì)于提高系統(tǒng)的性能非常重要。第三章 頻率選擇性衰落信道模型3.1瑞利衰落的特性我們已經(jīng)知道，無(wú)線環(huán)境中存在多徑效

35、應(yīng)引起的快衰落和地形環(huán)境緩慢變化所引起的陰影衰落。另外，多徑衰落信道的特性還可以通過(guò)頻率選擇性衰落和時(shí)間選擇性衰落來(lái)加以研究。當(dāng)信號(hào)通過(guò)信道時(shí)，這兩種衰落情況的產(chǎn)生與否不但與信道的特征參數(shù)有關(guān)，還與信號(hào)的參數(shù)有關(guān)。我們可以用多徑擴(kuò)展d和相干帶寬BWc來(lái)衡量信道的頻率選擇性特性。兩個(gè)頻率間隔靠得比擬近的衰落信號(hào)，存在不同的時(shí)間延遲，可能使兩個(gè)信號(hào)變得相關(guān)起來(lái)。符合這一條件的頻率間隔取決于多徑擴(kuò)展。這個(gè)頻率間隔稱為相干帶寬或相關(guān)帶寬。相干帶寬的準(zhǔn)確定義在不同的參考文獻(xiàn)中有不同的定義。典型的定義是： (3.1)當(dāng)信號(hào)的帶寬W遠(yuǎn)大于相干帶寬BWc或者說(shuō)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間T遠(yuǎn)小于多徑擴(kuò)展d時(shí)，信號(hào)以多條路徑

36、到達(dá)接收端經(jīng)過(guò)矢量疊加之后，會(huì)造成接收信號(hào)在有的頻率上幅度較大，而在有的頻率上幅度較小，也就是信道對(duì)不同頻率信號(hào)的衰減是不一致的，引起所謂的頻率選擇性衰落。時(shí)間選擇性衰落的特性可以用多普勒擴(kuò)展Bd和相干時(shí)間Td來(lái)衡量。對(duì)于時(shí)間選擇性衰落，起伏變化的接收信號(hào)電平不再相關(guān)的最小時(shí)間間隔稱為信道的相干時(shí)間。該參數(shù)的物理意義是：如果兩個(gè)觀測(cè)時(shí)刻間隔小于相干時(shí)間，則在這兩個(gè)時(shí)刻接收到的信號(hào)電平可以認(rèn)為經(jīng)歷了非選擇性衰落；反之，如果這兩個(gè)時(shí)間間隔大于相干時(shí)間，則認(rèn)為這兩個(gè)時(shí)刻所接收到的信號(hào)所經(jīng)歷的衰落沒有什么相關(guān)性。相干時(shí)間定義為 (3.2)當(dāng)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間T遠(yuǎn)大于相干時(shí)間Td或者信號(hào)帶寬W遠(yuǎn)小于多普勒擴(kuò)

37、展Bd時(shí)，會(huì)造成接收信號(hào)幅度在一個(gè)持續(xù)時(shí)間的起伏變化，即信號(hào)在不同的時(shí)間上遭受不同的衰落，也就是所謂的時(shí)間選擇性衰落。根據(jù)發(fā)送的信號(hào)帶寬W和數(shù)字信號(hào)的碼元周期T與相干帶寬BWc和相干時(shí)間Td的關(guān)系，衰落信道可以分為以下四種類型：非色散信道，也稱時(shí)/頻非選擇性衰落信道： (3.3)時(shí)間色散信道，也稱頻率選擇性衰落信道： ( 3.4)頻率色散信道，也稱時(shí)間選擇性衰落信道： (3.5)雙重色散信道，接收信號(hào)既遭受頻率選擇性衰落又遭受時(shí)間選擇性衰落： 3.6 OFDM技術(shù)是將高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流分配到個(gè)子載波上并行傳輸?shù)?，這時(shí)符號(hào)的持續(xù)時(shí)間Ts就變成并行傳輸之前的倍，很容易滿足遠(yuǎn)大于多徑擴(kuò)展這一條件；OF

38、DM信道中的子信道帶寬一般也在幾十到幾百kHz，遠(yuǎn)大于多普勒頻移一般為100Hz數(shù)量級(jí)，所以在使用了OFDM技術(shù)的無(wú)線通信中，信道應(yīng)屬于頻率非選擇性慢衰落信道，即瑞利衰落信道。移動(dòng)通信中接收信號(hào)是經(jīng)過(guò)多徑傳播的多路信號(hào)的矢量疊加。下面就介紹一下接收信號(hào)的情況。在接收信號(hào)中，第n路信號(hào)以與移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向成n(t)的角度到達(dá)接收天線，從而引入的多普勒頻移為：fD,n(t) = fmcosn(t) Hz (3.7)這里fm= v/c，為最大多普勒頻移。多普勒頻移可正可負(fù)，這與其入射角度有關(guān)。假設(shè)要傳輸?shù)膸ㄐ盘?hào)為：s(t) = Reu(t) (3.8)這里u(t)是復(fù)低通信號(hào)，fc是載波頻率。如果信

39、道包括N條路徑，則接收到的帶通信號(hào)為： *(t)=Re (3.9)這里r(t)是復(fù)低通接收信號(hào)： (3.10)n(t)和n(t)分別是第n路信號(hào)的幅度和時(shí)延。將式(3.10)重寫為： (3.11)這里 (3.12)是第n路信號(hào)的相位。從(3.11)式，我們知道信道可看成時(shí)變線性濾波器，其復(fù)低通脈沖響應(yīng)為： (3.13)這里c(,t)是t時(shí)刻信道對(duì)t時(shí)刻輸入脈沖的響應(yīng)。從式(3.11)和式(3.12)可以看出：因?yàn)閒c + fD,n(t)非常大，時(shí)延n(t)很小的變化都會(huì)引起n(t)很大的改變。在任何時(shí)刻t，隨機(jī)相位對(duì)信號(hào)的重建都有著奉獻(xiàn)性的或消滅性的影響。而幅度n(t)依賴于散射體的外表形狀或

40、衍射體的大小，在很小的空間圍，這些量不會(huì)發(fā)生顯著的改變。因此，衰落主要由多普勒頻移fD,n(t)和時(shí)延所引起的相位n(t)的快速變更導(dǎo)致的。假設(shè)發(fā)送一未調(diào)制載波，則接收信號(hào)相當(dāng)于信道的轉(zhuǎn)移函數(shù)，對(duì)接收信號(hào)的研究就相當(dāng)于對(duì)信道的研究，此時(shí)接收到的復(fù)低通信號(hào)為： (3.14)由式(3.8)，接收到的帶通信號(hào)可寫成：*(t) = rI(t)cos2fctrQ(t)sin2fct (3.15) (3.16) (3.17)r(t) = rI(t) + jrQ(t)，當(dāng)N比擬大時(shí)，rI(t)和rQ(t)都可以近似為獨(dú)立分布的高斯隨機(jī)過(guò)程。當(dāng)不存在直射分量時(shí)， rI(t)和rQ(t)的均值為零，其復(fù)包絡(luò)(t

41、) = |r(t)|的概率密度是瑞利分布的： ( 0 ) (3.18)其中2是同相和正交分量的方差，通常在宏蜂窩環(huán)境利衰落比擬多見。對(duì)于瑞利分布的包絡(luò)，其平均功率為： (3.19)當(dāng)存在直射分量且不強(qiáng)時(shí)，rI(t)和rQ(t)的均值不為零，其復(fù)包絡(luò)為萊斯分布： ( 0 ) (3.20)這里 (3.21) 2表示散射的同相和正交分量的功率，s是直射分量的幅度，I0()是零階修正貝塞爾函數(shù)。萊斯衰落在微蜂窩環(huán)境中比擬多見。我們定義萊斯因子： (3.22)當(dāng)K = 0時(shí)，信道是瑞利衰落的，當(dāng)K = 時(shí)，信道就不衰落了。對(duì)于萊斯分布的包絡(luò)，平均功率為。 (3.23)定義復(fù)低通信號(hào)的相位為： (3.24

42、)在瑞利衰落中，rI(t)和rQ(t)是相互獨(dú)立的高斯隨機(jī)過(guò)程，可知(t)在，之間均勻分布，即 () (3.25)對(duì)多徑衰落信道最準(zhǔn)確的模擬是利用磁帶記錄下實(shí)際寬帶信道的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)展的，但這樣很難控制信道的特征參數(shù)。因?yàn)槲覀兘?jīng)常需要評(píng)估在*種信道條件下系統(tǒng)的性能，因此能夠控制信道的特征參數(shù)就很有必要，鑒于此，對(duì)多徑衰落信道的計(jì)算機(jī)模擬是很有意義的。而Jake模型是瑞利衰落信道最常用的一種信道模型。3.2Jake模型的具體算法 我們假設(shè)隨機(jī)過(guò)程是廣義平穩(wěn)的，即fD,n(t) = fD,n，n(t) = n，n(t) = n，n(t) = n，并假設(shè)每路多徑分量的強(qiáng)度均為1，即n = 1。則接收到的

43、復(fù)低通包絡(luò)為： (3.26)這里 (3.27)N路入射信號(hào)分量的角度是均勻分布的： (3.28) 如果N/2是奇數(shù)，則式(3.26)可寫為： (3.29)這里 (3.30)考察(3.29)式第一個(gè)等式中的求和局部，當(dāng)n從1取到N/21時(shí)，第一項(xiàng)的多普勒頻移從+2fmcos(2/N)到2fmcos(2/N)，第二項(xiàng)中的多普勒頻移從2fmcos(2/N)到+2fmcos(2/N)，有重復(fù)的頻率分量，因此可以改寫成第二個(gè)等式中的求和，為了保持功率不變，需乘以因子。對(duì)(3.29)式作變換，得到： (3.31)其中是一個(gè)任意相位， (3.32)n的取值將在下面討論。去掉式(3.31)中的系數(shù)，得到其同相

44、分量和正交分量： (3.33) (3.34)當(dāng)我們選擇恰當(dāng)?shù)暮蚽使得 (3.35)并且 (3.36)這里表示時(shí)間平均，則可以保證r(t) = rI(t) + jrQ(t)的相位是均勻分布的。3.37 (3.38) (3.39)令 = 0，n = n/M，則，根本滿足式(3.35)和式(3.36)的要求。 對(duì)Jake信道的計(jì)算機(jī)模擬，是完全根據(jù)上節(jié)Jake模型的推導(dǎo)進(jìn)展的。模型的同相分量和正交分量為： 3.40 (3.41)其中fm = v/c，fn= fm cos(2n / N)，n = n / M,。則滿足0.5當(dāng)較大時(shí)， 從理論上講，多徑數(shù)N應(yīng)為無(wú)限多，才能運(yùn)用中心極限定理將同相分量rI(

45、t)和正交分量rQ(t)近似為高斯分布，我們這里取N = 34，M = 8已能滿足要求。又因?yàn)楹偷娜≈凳钩闪ⅲ芍猺I(t)和rQ(t)是均值為0且相互獨(dú)立的高斯過(guò)程，因此(t) = | rI(t) + jrQ(t)|是瑞利分布的。利用(3.40)和(3.41)式，產(chǎn)生2500個(gè)樣點(diǎn)，其中，得到圖3.1所示的瑞利衰落包絡(luò)，其中包絡(luò)電平以包絡(luò)的均分根為參考的。圖3.1 Jake模型生成的瑞利衰落信號(hào)的包絡(luò)為了分析Jake模型所產(chǎn)生信號(hào)包絡(luò)的概率分布，我們先生成100000個(gè)樣點(diǎn)，然后統(tǒng)計(jì)包絡(luò)取不同值時(shí)的概率，畫出如圖3.2所示的信號(hào)包絡(luò)的概率分布，從此圖我們可以看出，其分布和瑞利分布一致。圖3.

46、2 Jake模型生成的瑞利衰落信號(hào)包絡(luò)概率分布3.3基于Jake模型和抽頭延時(shí)線實(shí)現(xiàn)頻率選擇性衰落信道建模由于頻率非選擇性衰落信道滿W BWc，因此在信號(hào)帶寬W可以劃分為W/ BWc=WT個(gè)互不相關(guān)或獨(dú)立的頻率間隔，每個(gè)頻率間隔中的多徑分量具有很強(qiáng)的相關(guān)性是不可分辨的。也就是說(shuō)，頻率選擇性衰落信道可以劃分為WT=T/(1/W)個(gè)互相獨(dú)立的瑞利衰落信道，或者說(shuō)承受信號(hào)的多徑分量是可分辨的，其分辨率為l/W。所以信道數(shù)學(xué)模型為抽頭延遲線模型，如下列圖所示，起抽頭數(shù)為L(zhǎng)=TW+1,抽頭系數(shù)L=TW+1,抽頭系數(shù)Ck(t)k=1，2，L為相互獨(dú)立的復(fù)高斯過(guò)程。1/W1/W1/W相加 圖3.3 頻率選擇

47、性衰落信道抽頭延遲線模型第四章 Matlab仿真技術(shù)4.1Matlab仿真軟件MATLAB是美國(guó)Math Works公司推出的一種面向工程和科學(xué)計(jì)算的交互式計(jì)算軟件。它以矩陣運(yùn)算為根底，把計(jì)算、可視化、程序設(shè)計(jì)融合在一個(gè)簡(jiǎn)單易用的交互式工作環(huán)境中，是一款數(shù)據(jù)分析和處理功能都非常強(qiáng)大的工程實(shí)用軟件。在20世紀(jì)70年代中期，Cleve Moler博士和其同事在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金的資助下開發(fā)了調(diào)用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序庫(kù)。EISPACK是特征值求解的FORTRAN程序庫(kù)，LINPACK是解線性方程的程序庫(kù)。在當(dāng)時(shí)，這兩個(gè)程序庫(kù)代表矩陣運(yùn)算的最高水平。到20世紀(jì)70年代后期

48、，身為美國(guó)New Me*ico大學(xué)計(jì)算機(jī)系系主任的Clev e Moler，在給學(xué)生講授線性代數(shù)課程時(shí)，想教學(xué)生使用EISPACK和LINPACK程序庫(kù)，但他發(fā)現(xiàn)學(xué)生用FORTRAN編寫接口程序很費(fèi)時(shí)間，于是他開場(chǎng)自己動(dòng)手，利用業(yè)余時(shí)間為學(xué)生編寫EISPACK和LINPACK的接口程序。Cleve Moler給這個(gè)接口程序取名為MATLAB，該名為矩陣matri*和實(shí)驗(yàn)室laboratory兩個(gè)英文單詞的前三個(gè)字母的組合。在以后的數(shù)年里，MATLAB在多所大學(xué)里作為教學(xué)輔助軟件使用，并作為面向群眾的免費(fèi)軟件廣為流傳。1983年春天，Cleve Moler到Stanford大學(xué)講學(xué)，MATLAB

49、深深地吸引了工程師John Little。John Little敏銳地覺察到MATLAB在工程領(lǐng)域的廣闊前景。同年，他和 Cleve Moler、Sieve Bangert一起，用C語(yǔ)言開發(fā)了第二代專業(yè)版。這一代的MATLAB語(yǔ)言同時(shí)具備了數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)圖示化的功能。1984年，Cleve Moler和 John Lithe成立了MathWorks公司，正式把MATLAB推向市場(chǎng)，并繼續(xù)進(jìn)展MATLAB的研究和開發(fā)。在當(dāng)今30多個(gè)數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中，就軟件數(shù)學(xué)處理的原始核而言，可分為兩大類。一類是數(shù)值計(jì)算型軟件，如 MATLAB、*math、Gauss等，這類軟件長(zhǎng)于數(shù)值計(jì)算，對(duì)處理大批數(shù)據(jù)

50、效率高；另一類是數(shù)學(xué)分析型軟件，如Mathematica、Maple等，這類軟件以符號(hào)計(jì)算見長(zhǎng)，能給出解析解和任意精度解，其缺點(diǎn)是處理大量數(shù)據(jù)時(shí)效率較低。MathWorks公司順應(yīng)多功能需求之潮流，在其卓越數(shù)值計(jì)算和圖示能力的根底上，又率先在專業(yè)水平上開拓了其符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模和實(shí)時(shí)控制能力，開發(fā)了適合多學(xué)科、多部門要求的新一代科技應(yīng)用軟件MATLAB。經(jīng)過(guò)多年的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，MATLAB 已經(jīng)占據(jù)了數(shù)值型軟件市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。在MATLAB進(jìn)入市場(chǎng)前，國(guó)際上的許多應(yīng)用軟件包都是直接以FORTRAN和C語(yǔ)言等編程語(yǔ)言開發(fā)的。這種軟件的缺點(diǎn)是使用面窄、接口簡(jiǎn)陋、程序構(gòu)造不開放以及沒有標(biāo)準(zhǔn)的

51、基庫(kù)，很難適應(yīng)各學(xué)科的最新開展，因而很難推廣。MATLAB的出現(xiàn)，為各國(guó)科學(xué)家開發(fā)學(xué)科軟件提供了新的根底。在MATLAB問(wèn)世不久的20世紀(jì)80年代中期，原先控制領(lǐng)域里的一些軟件包紛紛被淘汰或在MATLAB上重建。時(shí)至今日，經(jīng)過(guò)Math Works公司的不斷完善，MATLAB已經(jīng)開展成為適合多學(xué)科、多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)勁的大型軟件。在國(guó)外，MATLAB已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在歐美等高校，MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的根本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的根本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，MATLAB

52、被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問(wèn)題。一種語(yǔ)言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語(yǔ)言的特點(diǎn)。正如同F(xiàn)ORTRAN和C等高級(jí)語(yǔ)言使人們擺脫了需要直接對(duì)計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)展操作一樣，被稱作為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來(lái)。MATLAB的最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。MATLAB用更直觀的、符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C和FORTRAN語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼。MATLAB給用戶帶來(lái)的是最直觀、最簡(jiǎn)潔的程序開發(fā)環(huán)境。以下簡(jiǎn)單介紹一下MATLAB的主要特點(diǎn)。語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)極其豐富。MATLAB程序書寫形式

53、自由，利用其豐富的庫(kù)函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫(kù)函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必?fù)?dān)憂函數(shù)的可靠性?？梢哉f(shuō)，用MATLAB進(jìn)展科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。具有FORTRAN和C等高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言知識(shí)的讀者可能已經(jīng)注意到，如果用FORTRAN或C語(yǔ)言去編寫程序，尤其當(dāng)涉及矩陣運(yùn)算和畫圖時(shí)，編程會(huì)很麻煩。例如，如果用戶想求解一個(gè)線性代數(shù)方程，就得編寫一個(gè)程序塊讀入數(shù)據(jù)，然后再使用一種求解線性方程的算法例如追趕法編寫一個(gè)程序塊來(lái)求解方程，最后再輸出計(jì)算結(jié)果。在求解過(guò)程中，最麻煩的要算第二局部。解線性方程的麻煩在于要對(duì)矩陣的元素作循環(huán)，選擇穩(wěn)定的算法以及代碼的調(diào)試都不

54、容易。即使有局部源代碼，用戶也會(huì)感到麻煩，且不能保證運(yùn)算的穩(wěn)定性。解線性方程的程序用FORTRAN和C這樣的高級(jí)語(yǔ)言編寫至少需要好幾十行。再如用雙步QR方法求解矩陣特征值，如果用FORTRAN編寫，至少需要四百多行，調(diào)試這種幾百行的計(jì)算程序可以說(shuō)很困難。運(yùn)算符豐富。由于MATLAB是用C語(yǔ)言編寫的，MATLAB提供了和C語(yǔ)言幾乎一樣多的運(yùn)算符，靈活使用MATLAB的運(yùn)算符將使程序變得極為簡(jiǎn)短。MATLAB既具有構(gòu)造化的控制語(yǔ)句如for循環(huán)、while循環(huán)、break語(yǔ)句和if語(yǔ)句，又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。語(yǔ)法限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。例如，在MATLAB里，用戶無(wú)需對(duì)矩陣預(yù)定義就可使用。程

55、序的可移植性很好，根本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。MATLAB的圖形功能強(qiáng)大。在FORTRAN和C語(yǔ)言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡(jiǎn)單。MATLAB還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。MATLAB的缺點(diǎn)是，它和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢。功能強(qiáng)勁的工具箱是MATLAB的另一重大特色。MATLAB包含兩個(gè)局部：核心局部和各種可選的工具箱。核心局部中有數(shù)百個(gè)核心部函數(shù)。其工具箱又可分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來(lái)擴(kuò)大其符號(hào)計(jì)算

56、功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能。功能性工具箱能用于多種學(xué)科。而學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比擬強(qiáng)的，如control、toolbo*、signal processing toolbo*、munication toolbo*等。這些工具箱都是由該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)水平很高的專家編寫的，所以用戶無(wú)需編寫自己學(xué)科圍的根底程序，而直接進(jìn)展高、精、尖的研究。4.2本次仿真過(guò)程中遇到的函數(shù)PLOT函數(shù)：plot命令翻開一個(gè)稱為圖形窗口的窗口，將坐標(biāo)軸縮擴(kuò)以適應(yīng)并描繪數(shù)據(jù)。如果已經(jīng)存在一個(gè)圖形窗口，則plot命令會(huì)去除當(dāng)前圖形窗口的圖形，繪制新的圖形。plot函數(shù)的根本調(diào)用格式為：1、ploy(

57、y)當(dāng)y為向量時(shí)，是以y的分量為縱坐標(biāo)，以元素序號(hào)為橫坐標(biāo)，用直線依次連接數(shù)據(jù)點(diǎn)，繪制曲線。假設(shè)y為實(shí)矩陣，則按列繪制每列對(duì)應(yīng)的曲線。2、plot(*,y)假設(shè)y和*為同維向量，則以*為橫坐標(biāo),y為縱坐標(biāo)繪制連線圖。假設(shè)*是向量，y是行數(shù)或列數(shù)與*長(zhǎng)度相等的矩陣，則繪制多條不同色彩的連線圖，*被作為這些曲線的共同橫坐標(biāo)。假設(shè)*和y為同型矩陣，則以*,y對(duì)應(yīng)元素分別繪制曲線，曲線條數(shù)等于矩陣列數(shù)。3、plot(*1,y1,*2,y2,)在此格式中，每對(duì)*,y必須符合plot(*,y)中的要求，不同對(duì)之間沒有影響，命令將對(duì)每一對(duì)*,y繪制曲線。以上三種格式中的*,y都可以是表達(dá)式。plot是繪制一

58、維曲線的根本函數(shù)，但在使用此函數(shù)之前，須先定義曲線上每一點(diǎn)的*以及y坐標(biāo)。legend函數(shù)的根本用法是LEGEND(string1,string2,string3, .)分別將字符串1、字符串2、字符串3標(biāo)注到圖中，每個(gè)字符串對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)為畫圖時(shí)的圖標(biāo)。Zeros:產(chǎn)生全零矩陣。Cos:三角函數(shù)。Sqrt:求算數(shù)平方根。第五章 基于Jake模型的頻率選擇性衰落信道仿真5.1仿真的根本過(guò)程利用Matlab工具完成Jake模型和抽頭延時(shí)線的實(shí)現(xiàn)。改變模型的參數(shù)載頻、移動(dòng)速度等觀察信道時(shí)域和頻域特性的改變。5.2仿真結(jié)果及分析第一組仿真：頻率選擇性不強(qiáng)，時(shí)間選擇性不強(qiáng)載頻、車速都低的一組Jingshu

59、=1;tao_ma*=1;nonzeropath=1;PDF=0; QUOTE =9e8; V=10。第二組仿真：頻率選擇性不強(qiáng)，時(shí)間選擇性較強(qiáng)載頻高、車速都低的一組Jingshu=1;tao_ma*=1;nonzeropath=1;PDF=0; QUOTE =2e9; V=10。第三組仿真：頻率選擇性不強(qiáng)，時(shí)間選擇性較強(qiáng)載頻低、車速高的一組Jingshu=1;tao_ma*=1;nonzeropath=1;PDF=0; QUOTE =9e8; V=300。第四組仿真：頻率選擇性不強(qiáng)，時(shí)間選擇性較強(qiáng)載頻高、車速高的一組Jingshu=1;tao_ma*=1;nonzeropath=1;PDF=

60、0; QUOTE =2e9; V=300。第五組仿真：頻率選擇性強(qiáng)，時(shí)間選擇性不強(qiáng)載頻、車速都低的一組Jingshu=5;tao_ma*=20;nonzeropath=1,4,9,16,20;PDF=0,-3,-5,-9,-11; QUOTE =9e8; V=10。第六組仿真：頻率選擇性強(qiáng)，時(shí)間選擇性較強(qiáng)載頻高、車速都低的一組Jingshu=5;tao_ma*=20;nonzeropath=1,4,9,16,20;PDF=0,-3,-5,-9,-11; QUOTE =2e9; V=10。第七組仿真：頻率選擇性強(qiáng)，時(shí)間選擇性較強(qiáng)載頻低、車速高的一組Jingshu=5;tao_ma*=20;non