《遥测设备室内测试无线信道的研究与仿真》由会员分享，可在线阅读，更多相关《遥测设备室内测试无线信道的研究与仿真（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、西安电子科技大学 硕士学位论文 遥测设备室内测试无线信道的研究与仿真 姓名：刘梅 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：杨家玮 20080101 摘要 本文的主要工作是研究遥测设备在室内测试时的无线电波传播机制，分析 2 2 G H z 频段通信信道的特性。在研究了建筑材料的特性之后，本文分析了电磁波 的传播机制和电参数对传播机制的影响。利用射线跟踪模型对室内无线信道进行 建模。文中分析了特定建筑物环境对室内无线信道特性的影响，针对不同的接收 机位置，仿真了信号衰落特性、时延扩展等。我们的仿真实验模拟实验室和厂房 环境，由于处于发射、接收天线附近的接收机在本地小范围的移动导致信道
2、变化 十分频繁，文中给出了一些遥测设备室内测试时有关室内环境下的多径接收功率 随空间、时间的变化关系和均方时延扩展的重要结果，并对结果进行了分析。 关键宇：无线信道多径模型射线跟踪时延扩展 A b s t r a c t T h ep r e s 衄tr c s e a r c ha i m e da ti n v 韶t i g 痂gt h ep r o p a g a 6 0 no fd e c t m m a g n e t i c w a v 韶i n s i d et l I eb u i l d i n g 勰dt 0o b t a i nat l l o r o u 曲o f2 2
3、G H zb 孤dt e c h n o l o 百e sb y c h a m c t e r i z 她t l I e2 2G H z b 缸dc o m m u n i c a t i o nc h 锄d F o l l o w i n gt h ec h 啦曲e r i z 吨 o fb u i l d i n gm a t 两a l s 也em e c h a I l i s m so fc l e c t m m a 印c t i cw a v ep r o p a g a t i o n 柚dt h e e 丘宅c to fp a r a m e t e r so nt l l
4、e s em e c h a n i 锄sa r ep r c s c n t e d R a y 仃a c i n gm o d c lh 硒b e u s e dt 0s i m u l a t ct l l ei n d 0 0 rr a d i oc h 黝c 1 1 i n f l u e n c eo f 血ed i 虢r e n tp l a c co ft l l e 描弼V 盯o nt h ei n d o o rr a d i oc h 蛳c 1c h a r a 曲c r i s t i c sh 勰b 嘲p e r f o m e d S i g I l a ll e
5、v e l ， 缸1 ed e l a y 一单r c a d 勰dc o h e r c cb a n dw i d ma r c 百v 衄矗”d i 佼残n tv a l u e so f p 咖i m “哆勰dc o n ( 1 u c d V i 够S i m u l a t i o n sw e r cm a d ei nt l l ei I l d o o re I l v i r o m e n to f f h 咖r y 锄dl a b o r a t o 吼i nm es 锄eo r d 盯o fr e n e c t i o n b _ i n d o o r 髓、，i l
6、 - o I 皿e n t ，c h 砌e 1 V a r i a t i o n sw l l i c ho c c l 】rm o s t ，台e q u e n t l ya r ed u et 0t h el o c 猷m o v e m e n t so fr c c e i v c r 盯o u n d sa 西v 1 0 c a t i o n s h p o n a n ti n f 0 瑚a t i o nd b o u ts p a t i a l 柚ds h o r tt i m ev a r i a t i o n s f o rm u l t i p a 吐lr e
7、c c i V c dp o w e ra n dt i m ed e l a y s p r e a di ni n d o o r 吼v i m 脚e n t si sp r e s 锄t e d 锄d t h e a n a l y s i s f b r t h e f 髓u l t i s 舀v c d 1 ( e yw o r d s ：w i m I e s sc h a n n a lm l I l 6 - p a t h sm o d e l r a y 仃a c i n g m ed d a y - s p r e a d 独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优
8、良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果：也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 、，世 本人签名：盈：垄堕日期：塑匠：L 趁 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文鲍规定，即；研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技
9、大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用彰印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保 证，毕业后结合学位论文研究课题在撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大 学。( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期：。型塑：! ! ! 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题来源与背景 以往对通信系统设计及通信对抗装备的鉴定、验收试验工作主要靠外场试验 系统完成。外场试验系统的最大优点在于试验
10、信道环境的真实性。信号环境虽然 是人工制造的，但也是相对逼真的。但外场试验系统的局限性也非常明显。它的 真实信道环境只限于试验场区环境，而在试验场区营造各种不同的无线信道环境 几乎不可能。另外它还存在受气候条件限制、机动性差、试验成本高等一系列缺 点。与之相比，仿真试验系统具有很多优点，可以很容易地制造各种典型信道特 性环境和电磁环境：能够模拟的地域跨度非常广阔，不受气候条件限制，可以随 时进行多次重复试验。显然要建立仿真试验系统，信号环境和信道环境的仿真问 题是需要解决的核心技术问题。 本论文研究来源于飞行通信系统的总体技术方案和研制方案的技术论证。需 要对本项目的目标是通过对运载火箭遥测无
11、线信道的建模仿真对无线遥测信号通 过各类无线信道的性能进行评估。运载火箭遥测系统的信道仿真主要在三种环境 中实现：实验室环境、靶场环境和飞行环境。这些指标主要包括：模拟的电波路 径数、多径信道的传播时延、各路径的传播时延、多径信道模型的结构、信道冲 激响应的实现、小尺度路径衰减的规律和瑞利衰落的机理以及其它衰落类型和信 道模型的模拟方法研究等。通过对运载火箭遥测无线信道建立模型的过程，把错 综复杂的实际问题简化、抽象为合理的数学结构，为飞行器研制工作提供参考依 据。 本文主要研究了2 2 G H Z 室内移动信道的小尺度衰落模型，包括通信信号传 播特性研究、信道参数分析、信道建模等关键问题，对
12、经过信道的码元进行处理。 信道参数包括根据实际室内环境无线信道径数的变化、模拟各信道传播衰减、模 拟各信道的多径时延及其分布以及模拟波通过无线信道后信号衰落特性。 1 2 课题的研究现状 从1 8 9 7 年，人类第一次实现了无线通信【l 】此后百余年来，尤其是最近2 0 年在移动通信领域获得了突飞猛进的发展。这一方面归功于芯片、算法和基础制 造技术的提高，另一方面归功于几十年来无线传播工作者在电波传播领域所做的 2 遥测设备室内测试无线信道的研究与仿真 不朽工作。 信道是发射端和接收端之间传播媒介的总称，它是任何一个通信系统不可或 缺的组成部分。按传输媒介的不同，物理信道分为有线信道和无线信
13、道两大类。 由于无线信道不像有线信道那样固定并可预见，而是具有随机性，因此，无线通 信系统的性能主要受到无线信道的制约，对无线信道的研究亦有十分重要的意义。 无线信道的研究方法基本上有三种： 理论分析：用电磁场理论或概率统计理论分析电波在移动环境中的传播特 性，并用各种数学模型来描述移动信道。这时往往要提出一些假设条件使信道的 数学模型简化。所以数学模型对信道的描述是近似的，粗略的。即便是这样，信 道的理论模型对我们研究移动信道仍具有重大指导作用。例如，自由空间模型， 双线地面反射模型等，这些模型可以用来预测不同地区的路径损耗，并且在某些 情况下还相当准确。 实际电波传播测试：在不同的传播环境
14、中，作电波传播的实测试验。需测 试的参数包括接收信号的幅度、时延以及路径损耗等等，用来确定理论模型的一 些修正因子，并对实测数据进行统计分析可得出一些有用的结果。由于移动环境 的复杂性和多样性，实际电波传播测试一直作为研究移动信道的重要方法。 计算机仿真：随着近年来计算机运行速度的高速化发展，出现了计算机模 拟的研究方法。任何理论分析都要假设一些简化条件，而实际移动传播环境是千 变万化的，这在很大程度上限制了理论结果的应用范围。实际电波传播测试虽然 准确，但耗时费力，并且是针对某个特定的环境进行的不能推广。因此，移动信 道的计算机仿真方法应运而生。计算机在硬件的支持下，具有很强的计算能力， 能
15、灵活快速地模拟各种移动环境。因而计算机模拟将逐步成为移动信道研究的重 要方法。 由于无线信道的复杂性，理论分析和计算机仿真往往难以考虑的很全面，为 达到较高的置信度实测研究是不可缺少的。其实，上述三种方法在实际应用中是 相辅相成的，在实际的信道研究中，三种方法应用在不同的研究阶段。 一般，移动环境中的电波传播特性研究结果往往用以下两种方式给出： 对移动环境中电波传输特性给出某种统计描述。大量学者的研究结果( 理 论分析和现场实测) 表明，在移动环境中，接收信号的幅度在大多数情况下符合 R a y l e i 曲分布，在有些情况下( 存在视距L O S ) 则符合硒c c 龇分布。电波衰落特性
16、的统计规律是研究无线信道特性的基本依据。 建立电波传播模型。模型可以包括图表、近似计算公式等。近年来，在计 算机上建模越来越普遍，进而在建模的基础上对参数进行仿真。应用电波传播模 型可对无线电波在传播过程中的损耗进行预测，直接为系统工程的设计服务。 从微区的移动无线电基站向移动台发出无线电信号，在传播过程中不仅受到 第一章绪论 3 陆地传播路径损耗的影响，而且受到城市微区内复杂且时变环境的多径反射、散 射。绕射和吸收严重影响导致传播信号的衰落，当信号通过移动无线信道时，其 衰落类型决定于发送信号特性及信道特性。信号参数( 如带宽、符号间隔等) 与信 道参数( 如时延和多普勒扩展) 决定了不同的发送信号将经历不同类型的衰落。由 于散射和反射环境的多径时延弓f 起的时阔色散。其结果是导致发送的信号产生平 坦衰落或频率选择性衰落：由于移动台相对运动产生的多普勒扩展引起频率色散， 这将造成发送的信号产生时间选择性衰落，包括快衰落和慢衰落；而由于无线电 波的不同入射角传播引起的信道角度色散，造成了数字信号的空间选择性衰落。 我们始终强调，
