【正文】 現(xiàn)為一串脈沖，結(jié)果使脈沖寬度被展寬了。標(biāo)準(zhǔn)偏差σ取決 于地形、地物和工作頻率等因素，郊區(qū)比市區(qū)大，σ也隨工作頻率升高而增大，如圖 27。圖 26(a)和 (b)分別畫(huà)出了市區(qū)和郊區(qū)的慢衰落分布曲線(xiàn)。所謂對(duì)數(shù)正態(tài)分布，是指以分貝數(shù)表示的信號(hào)電平為正態(tài)分布。 假設(shè) 222 ??? ?? yx ， 且 p(x)和 p(y)均值為零，則 22222 eπ2 1),( ?? yxyxp ?? （ 210） 通常，二維分布的概率密度函數(shù)使用極坐標(biāo)系 (r, θ )表示比較方便。 假設(shè) )(tSi 與移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角為 i? , 其多普勒頻移值為 imii ff ???? c osc os ?? （ 24） 式中， ? 為車(chē)速， ? 為波長(zhǎng) ， mf 為 i? =0176。 移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)由上述三種電波的矢量合成。甚至移動(dòng)臺(tái)的速度都會(huì)對(duì)信號(hào)電平的衰落產(chǎn)生影響。為了形象地描述發(fā)送端與接收端之間的工作，我們想象兩者之間有一個(gè)看不見(jiàn)的道路銜接，把這條銜接通路稱(chēng)為信道。 本文研究的內(nèi)容 隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn) 通信已與我們的日常生活密不可分，它滲透到我 們 生活的各個(gè)部分，對(duì)無(wú)線(xiàn)信道的研究也就成了當(dāng)前通信方面研究的主要內(nèi)容，無(wú)線(xiàn)信道衰落的仿真也就成了研究的主要課題。對(duì)大區(qū)制和宏小區(qū) (R≈ 20km)內(nèi)的電波傳播，常根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出預(yù)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)公式，再根據(jù)實(shí)測(cè)進(jìn)行修正。隨著移動(dòng)通信用戶(hù)的增多，劃分給移動(dòng)通信的頻帶卻沒(méi)有改變，為了更有效地利用頻帶以支持更多的用戶(hù)，移動(dòng)通信中蜂窩的覆蓋半徑越來(lái)越小，經(jīng)歷了由大區(qū)制到宏小區(qū)、微小區(qū)以及微微小區(qū)的演變。 信道建模仿真技術(shù)的發(fā)展概況 移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能主要受到無(wú)線(xiàn)信道特性的制約。從此，無(wú)線(xiàn)通信進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的時(shí)期。該文中的一個(gè)著名公式為 : )1log( WNopWC ?? sbit/ （ 11） 其中， C 是信道容量， P 是發(fā)射信 號(hào)的平均功率， W 是信道的帶寬， 0N 是白噪聲的單邊功率譜密度。基于發(fā)明無(wú)線(xiàn)電報(bào)及其對(duì)無(wú)線(xiàn)通信的發(fā)展所作出的貢獻(xiàn)， 1909 年 35歲的馬可尼榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)， 而我們通常認(rèn)為的現(xiàn)代數(shù)字通信的開(kāi)端是以 1924 年奈奎斯特 (Nyquist)的工作為標(biāo)志的。 無(wú)線(xiàn)信道模型 分為 自由空間模型、無(wú)線(xiàn)視距模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?本文首先研究了無(wú)線(xiàn)信道 模型的特點(diǎn)， 建立了無(wú)線(xiàn)信道的的模型， 對(duì) 自由空間模型和 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?OkumuraHata模型、 COST231 Hata 模型以及 COST231WI 模型進(jìn)行 了比較，并將其用 Matlab 軟件仿真，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。 關(guān)鍵字： 無(wú)線(xiàn)信道、 Hata 模型 、 COST231WI 模型 2 Abstract Mobile munication several years obtained the development recently which progresses by leaps and bounds, The people have also bee the current correspondence profession subject to the wireless channel research. Specially has also received many scholars39。當(dāng)時(shí)，他研究并解決了在信道帶寬給定的前提下，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的無(wú)碼間干擾傳輸最高速率的問(wèn)題。二十世紀(jì)六、七十年代美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室提出了蜂窩網(wǎng)的概念。十幾年間，移動(dòng)用戶(hù)的迅猛增長(zhǎng)，既極大推動(dòng)了無(wú)線(xiàn)通信的蓬勃發(fā)展，又證明著無(wú)線(xiàn)通信對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展和人們生活水平提高的巨大推動(dòng)作用 。發(fā)射機(jī) 與 接收機(jī)之間的傳播路徑一般分布有復(fù)雜的地形地物，其信道往往是非固定的和不可預(yù)見(jiàn)的 。未來(lái)的個(gè)人通信系統(tǒng)，基站天線(xiàn)差不多是街燈的高度，傳播距離在 1km 以?xún)?nèi)。國(guó)際公認(rèn)的大區(qū)制和宏小區(qū)模型是 0kumuraHata 模型，它是一組基于測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)圖表擬合的、具有計(jì)算不同區(qū)域傳播路徑損耗中值的經(jīng)驗(yàn)公式 ， 它以市區(qū)路徑傳播損耗為基準(zhǔn)。 本文主要研究的是無(wú)線(xiàn)信道 建模 和仿真，第一章概論介紹了無(wú)線(xiàn)通信的發(fā)展歷史及本文的研究?jī)?nèi)容，第二章闡述了無(wú)線(xiàn)信道的基本概念和無(wú)線(xiàn)信道的 模型 ，第三章主要是對(duì)無(wú)線(xiàn)信道 建模 仿真 和仿真結(jié)果的分析 ， 然后就是 對(duì)本次研究?jī)?nèi)容的總結(jié)。信道有一定的頻帶寬度，正如公路有一定的寬度一樣。無(wú)線(xiàn)信道的建模歷來(lái)是移動(dòng)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，也 是一個(gè)難點(diǎn)。為分析簡(jiǎn)便，假設(shè)反射系數(shù) R=1(鏡面反射 )，則合成場(chǎng)強(qiáng) E為 )ee1( 21 2j22j10 ddEE ???? ??? ???? ?? （ 21） 式中， 0E 是直射波場(chǎng)強(qiáng) ， ? 是工作波長(zhǎng)， 1? 和 2? 分別是地面反射波和散射波相對(duì)于直射波的衰減系數(shù)， 而 ddd ??? 11 7 ddd ??? 22 （ 22） 圖 22 典型信號(hào)的衰落特性 （ 2）多徑效應(yīng)與瑞利衰落 在陸地移動(dòng)通信中，移動(dòng)臺(tái)往往受到各種障礙物和其它移動(dòng)體的影響， 以致到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)是來(lái)自不同傳播路徑的信號(hào)之和。 時(shí)的最大多普勒頻移 ， 因此 )(tSi 可寫(xiě)成 )](e xp[)]c os2(e xp[)( 00 ??????? ??? jtjatS iiii （ 25） 假設(shè) N個(gè)信號(hào)的幅值和到達(dá)接收天線(xiàn)的方位角是隨機(jī)的且滿(mǎn)足統(tǒng)計(jì)獨(dú)立， 則接收信號(hào)為 ??? Ni i tstS 1 )()( （ 26） 令 iii t ?????? c os2?? , ? ?? ???NiNi iii xax 1 1c os ? , ? ?? ???NiNi iii yay 1 1s in ? 則 S(t)可寫(xiě)成 8 S(t) = (x+jy) ? ?)(jex p 00 ?? ? （ 27） 由于 x 和 y 都是獨(dú)立隨機(jī)變量之和，因而根據(jù)概率的中心極限定理，大量獨(dú)立隨機(jī)變量之和的分布趨向正態(tài)分布，即有概率密度函數(shù)為 22222221)(21)(yxyyxxeypexp?????????? （ 28） 式中， x? 、 y? 分別為隨機(jī)變量 x和 y的標(biāo)準(zhǔn)偏差。此時(shí)，接收天線(xiàn)處的信號(hào)振幅為 r, 相位為 θ ， 對(duì)應(yīng)于直角坐標(biāo)系為 xyyxrarctan222???? （ 211） 在面積 ?ddr 中的取值概率為 p(r,θ )drdθ = p(x,y)dxdy （ 212） 得聯(lián)合概率密度函數(shù)為 arrp r 2222 e2)0,( ??? ?? （ 213） 對(duì) θ 積分，可求得包絡(luò)概率密度函數(shù) p(r)為 2222222202 ee2 1)( ??? ???? rr rdrrp ?? ?? ? （ 214） 同理，對(duì) r積分可求得相位概率密度函數(shù) p(θ )為 ???? ? 212 1)( 22202 ?? ??? drrep r （ 215） 9 由式 (2 14)不難得出瑞利衰落信號(hào)的如下一些特征： ??? )()( 0 ???? ? ? drrrprEm （ 216） 均方值 20 22 2d)()( ??? ?? rrprrE （ 217） 瑞利分布的概率密度函數(shù) p(r)與 r的關(guān)系如圖 24 所示 圖 24 瑞利分布的概率密度 當(dāng) r=σ時(shí)， p(r)為最大值，表示 r在σ值出現(xiàn)的可能性最大。 此外，還有一種隨時(shí)間變化的慢衰落，它也服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。繪制兩種曲線(xiàn)所用的條件是：圖 26(a)中，基站天線(xiàn)高度為 220m, 移動(dòng)臺(tái)天線(xiàn)高度為 3m。 12 圖 27 慢衰落中值標(biāo)準(zhǔn)偏差 圖 27 示出了可通率 T 分別為 90%、 95%和 99%的三組曲線(xiàn)，根據(jù) 地形、地物、工作頻率和可通率要求，由此圖可查得必須的衰落儲(chǔ)備量。這種因多徑傳播造成信號(hào)時(shí)間擴(kuò)散的現(xiàn)象，稱(chēng)為多徑時(shí)散。 圖 210 時(shí)變多徑信道相應(yīng)示例 （ a） N=3 （ b） N=4 （ c） N=5 一般情況下，接收到的信號(hào)為 N 個(gè)不同路徑傳來(lái)的信號(hào)之和，即 ? ?)()( 10 ttSatS iNi ii ??? ?? （ 222） 式中， ia 是第 i條路徑的衰減系數(shù)； )(tti 為第 i條路徑的相對(duì)延時(shí)差。為分析簡(jiǎn)便，不計(jì)信道的固定衰減，用 “1” 表示第一條射線(xiàn)，信號(hào)為 )(tSi 。 圖 212 雙射線(xiàn)信道等效網(wǎng)絡(luò) 由圖可見(jiàn)，其相鄰兩個(gè)谷點(diǎn)的相位差為 15 Δφ =Δω179。工程上，對(duì)于角度調(diào)制信號(hào)，相關(guān)帶寬可按下式估算： ?? ?21cB （ 227） 式中， Δ為時(shí)延擴(kuò)展。無(wú)線(xiàn)信道可能是很簡(jiǎn)單的直線(xiàn)傳播，也可能會(huì)被許多不同的因素所干擾，例如信號(hào)經(jīng)過(guò)建筑物、山丘 等反射所產(chǎn)生的多徑效應(yīng)，多徑效應(yīng)會(huì)造成信號(hào)放大或衰減，最大和最小可以相差 30 到 40dB；此外， 發(fā)射端和接收端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，多普勒效應(yīng)會(huì)使通道的特性隨著時(shí)間而改變，增加了信號(hào)品質(zhì)的不確定性。基本上，在這種傳播模式底下，接收機(jī)所接收到的信號(hào)強(qiáng)度和距離的平方成反比，這也是依球面積和能量守恒定律所得來(lái)的結(jié)果。 假設(shè)：不規(guī)則地形的平均起伏高度差為Δ h 天線(xiàn)有效高度 aeh 為天線(xiàn)高于地形平均海拔的高度，則無(wú)線(xiàn)視距路徑距離的統(tǒng)計(jì)均值為： ? ?mhhLSLI aeedd 5,m a x/ ???? （ 240） 不規(guī)則地形使無(wú)線(xiàn)視距減小。 隨著地面反射系數(shù)減小，由反射引起的衰減因子也減小，視距路徑損耗將逐漸減小并變的與頻率有關(guān)，但目前尚沒(méi)有精確的定量描述。 reh 是移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)的有效天線(xiàn)高度（單位為 m， 適用范圍 1~10 m） 。 COST231 模型已被用于微小區(qū)的實(shí)際工程設(shè)計(jì)。 建筑物的間隔 b(m)； 178。 距離 d： ～ 5 km； 178。 (下面公式中的參量單位與該式相同 ) 2) 非可視傳播路徑損耗 非可視傳播路徑損耗的計(jì)算公式為 msdrtsb LLLL ??? 0 （ 254） 式中， L0 是自由空間傳播損耗； Lrts 是屋頂至街道的繞射及散射損耗； Lmsd 是多重屏障的繞射損耗。 b=20~50m； （ 樓層數(shù) ） + ???平頂斜頂03 ， 對(duì) COST231/Walfish/Ikegami 模型在某城市的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值作比較，平均誤差在177。從圖 中可以看出， Hata模型給出的路徑損耗要低 13~16 dB。 4. 多徑信道的沖激響應(yīng)模型 1). 基本多徑信道的沖激響應(yīng)模型 我們已對(duì)多徑的傳 輸原理進(jìn)行了討論，在多徑環(huán)境下，信道的沖激響應(yīng)可以表示為 ?? ?? Nk jkk kettath 0 )()( ?? （ 267） 式中 : N 表示多徑的數(shù)目 ； ka 表示每個(gè)多徑的幅值（衰減系數(shù)）； kt 表示多徑的時(shí)延（相對(duì)時(shí)延差）； K? 表示多徑的相位 。該式被稱(chēng)為典型的多普勒譜（簡(jiǎn)稱(chēng)為典型譜）。 在 COST207 中還用到了兩類(lèi)高斯 多普勒譜 (GAUS1 和 GAUS2)， 其表達(dá)式為 ???????? ??????????? ??????????? ??????????? ???22122GA U S 222122GA U S 1)(2)(e x p)(2)(e x p)()(2)(e x p)(2)(e x p)(mmmmmmmmfffBfffBfSfffAfffAfS （ 269） 式中： dBAA 101 ?? ， dBBB 101 ?? 2). GSM 標(biāo)準(zhǔn)中的多徑信道模型 在 GSM標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了鄉(xiāng)村地區(qū) (RA)、典型市區(qū)