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1、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AbstractMobile communication several yea
2、rs 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
3、 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 Okum
4、ura-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 model3目 录第一章 绪论41.1 无线通信的发展和建模仿真的发展状况41.1.1 无线通信的发展41.1.2 信道建模仿真技术的发展概况41.2 本文研究的内容5第二章 无线信道的概念和无线信道的模型62.
5、1 无线信道的概念62.1.1 无线信道的定义62.1.2 无线信道的特点62.2 无线信道的模型152.2.1 自由空间传播模型152.2.2 无线视距传播模型172.2.3 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303.1 Matlab软件介绍303.2 路径损耗模型仿真及结果分析303.2.1 自由空间模型仿真及结果分析303.3 经验模型仿真及结果分析323.3.1 Okumura-Hata模型仿真及结果分析323.3.3 COST-231 Hata模型仿真及结果分析343.3.5 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
6、译42Matlab程序49致 谢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 Mat
7、hematical 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: （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，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，极大地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
8、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
9、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以内。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(R20km)内的电波传播，常根据统计结果得出预测的经验公式，再根据实测进
10、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 本文研究的内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内容，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
11、论介绍了无线通信的发展历史及本文的研究内容，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内容的总结。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
12、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， 散射波的传播距离为。 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 （2-1）式中，是直
13、射波场强，是工作波长，和分别是地面反射波和散射波相对于直射波的衰减系数， 而 （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 （2-3）式中，为载波角频率，为载波初相。 经反射(或散射)到达接收天线的第i个信号为， 其振幅为, 相移为。假设与移动台运动方向之间的夹角为, 其多普勒频移值为 （2-4）式中，为车速，为波长，为=0时的最大多普勒频移， 因此可写成 （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
14、且满足统计独立， 则接收信号为 （2-6）令 , , 则S(t)可写成S(t) = (x+jy) （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 （2-8）式中，、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)dxp(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 ，且p(x)和p(y)均值为零，则 （2-10）通常，二维分布的概率密度函数使用极坐标系(r, )表示比较方便。此时，接收天线处的信号振幅为r, 相位为，对应于直角坐标系为 （2-11）在面积中的取值概率为 p(r,)drd = p(x,y)dxdy （2-12）得联合概率密度函数为 （2-13）对积分，可求得包络概率密度函数p(r)为 （2-14）同理，对r积
