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1、实 验 报 告课程名称通信系统建模与仿真实验项目名称实验五 无线多径信道特性及模型设计实验类型综合设计实验学时2班级通信二班学号201408207姓名蒋力指导教师何忠秋实验室名称21B 261实验时间实验成绩预习部分实验过程表现实验报告部分总成绩教师签字日期2017.哈尔滨工程大学教务处 制 实验五 无线多径信道特性及模型设计一、实验目的实验验证多径信道时间选择性和频率选择性特性，验证多径衰落信道模型。二、实验原理 在陆地移动通信中，移动台往往受到各种障碍物和其他移动体的影响，以致到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和。 而描述这样一种信道的常用信道模型便是瑞利衰落信道。瑞利衰落信道（R
2、ayleigh 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，表现为“衰落”特性，并且多径衰落的信号包络服从瑞利分布。由此，这种多径衰落也称为瑞利衰落。 这一信道模型能够描述由电离层和对流层反射的短波信道，以及建筑物密集的城市环境。瑞利衰落只适用于从发射机到接收机不存在直射信号的情况，否则应使用莱斯衰落信道作为信道模型。假设经反射（或散射）到达接收天线的信号为N个幅值和相位均随机的且统计独立的信号之和。其典型信道模型为Clarke信道模型。Clarke信道模型是用于描述小尺度衰落的一种平坦衰落信道模型，即瑞利衰落信道。其
3、移动台接收信号强度的统计特性是基于散射的，这正好与市区环境中的无直视通路的特点相吻合，因而广泛应用于市区环境的仿真中。在Clarke模型中，基站和移动台之间的传播环境的主要特征是多径传播，不存在直射路径，只存在散射路径，使到达波都经历了相似的衰落，具有几乎相等的幅度，但具有不同的频移和入射角。移动台的移动使得每个到达波都经历了多普勒频移，假设发射天线是垂直极化的，入射到移动台天线的电磁场由N个平面波组成。对于第n个以角度到达的x轴的入射波，多普勒频移为： (1)式中，为入射波波长，为移动台运动速度。到达移动台的垂直极化平面波的场强分量为： ( 2)式中，E0为本地平均电场的实数幅度；Cn为不同
4、电波幅度的实数随机变量；fc为载波频率。第n个到达分量的随机相位为： ( 3)为随机变量，其在0, 2间隔内有均匀的概率密度函数， （）。对Cn进行归一化： ( 4)式中表示求集总平均。由于多普勒频移与载波相比很小，因而电磁场分量可用窄带随机过程表示。若N足够大，电磁场分量可近似为高斯随机变量。式(5)可以用同相分量和正交分量表示为： ( 5) ( 6) (7)Ts(t)和Tc(t)都是高斯随机过程，但它们互不相关，其均值为零，方差为： ( 8)它们的包络为： ( 9)服从瑞利分布： (10)三、实验内容1. 由实验程序clark.m 验证 clark 信道模型, 给出实验结果分析特征。2.
5、由实验程序jakes.m 验证 jakes 信道模型, 给出实验结果分析特征。3.思考题四、方案设计和实现步骤1. 由实验程序clark.m 验证 clark 信道模型。计算合成信号的分量X，Y并求合成信号的包络。（服从瑞利分布）开始参数设置：N:路径条数Fd：画图产生随机数，作为幅度系数结束利用随机数产生均匀随机相位。2. 由实验程序jakes.m 验证 jakes 信道模型。求每条路径的随机相位及冲激响应开始冲激响应与归一化功率系数相乘得到信道传输函数参数设置：N:路径条数fd：多普勒频移t:抽样时间序列产生信道函数的实部虚部画图产生归一化的功率系数结束五、仿真结果1. 由实验程序clar
6、k.m 验证 clark 信道模型, 给出实验结果分析特征2. 由实验程序jakes.m 验证 jakes 信道模型, 给出实验结果分析特征。六、分析和结论1.小尺度平坦衰落信道中，由于移动体处于不断的运动状态，导致接收端接收到的是来自不同路径的多径信号。移动台的速率将会导致每条多径分量具有不同的多普勒频移，同时假设移动台接收的信号的入射角度在 0, 2间均匀分布。这样就产生了具有特定环境下的多普勒功率谱密度特性。Clarke信道模型描述的小尺度平坦衰落信道中，移动台接收信号具有基于散射方式的场强统计特性，这正符合市区移动通信环境不存在直射路径的特点,其包络统计特性服从瑞利分布，因此又称为瑞利
7、衰落信道模型。一般情况下，在 瑞利衰落的状态下，多普勒功率谱具有Jakes 功率谱密度函数,即U型谱。2.许多信道建模和仿真方法的研究，均以Clarke信道模型的统计特性作为性能评估的标准，但Clarke参考模型是一种理想模型，物理不可实现。Clarke参考模型是由多个正弦波相加，但要求个数非常大，理想统计特性在N为无穷大时取得。从对模型的仿真结果来看，一般需要在大于50个正弦波的条件下，才能取得较好的仿真效果3. Jakes提出了基于正弦波叠加法的Jakes仿真模型。Jakes仿真模型是一种确定模型，产生的信号非广义平稳且不具各态历经性，其二阶统计特性与Clarke参考模型也相差较大。Jakes仿真模型虽然对Clarke参考模型实现了简化，降低了复杂度，提高了仿真效率，但却引入了广义非平稳性。其主要原因就在于Jakes对模型中的随机相移进行了确定化，同时造成了随机相移之间存在相关性。在仿真效率方面，所需的低频振荡器（即正弦波发生器）的数目由N减小到M=(N/2一l)/2，运算量大大减少。七、参考文献MIMO-OFDM Wireless Communications with MATLAB
