频率选择性衰落信道模型研究与仿真.docx

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频率选择性衰落信道模型研究与仿真

频率选择性衰落信道模型研究与仿真

南京邮电大学通达学院

毕业设计（论文）

题目频率选择性衰落信道模型研究与仿真

专业网络工程

学生姓名

班级学号

指导老师何雪云

评阅教师周克琴

指导单位通信与信息工程学院无线电工程系

日期：

2012年11月26日至2013年6月21日

毕业设计（论文）原创性声明

本人郑重声明：

所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。

论文作者签名：

日期：

年月日

摘要

在移动通信中，信号经过不同的路径传送到接收端，合成的接收信号相对于发送信号会产生衰落，这就是多径衰落。

本文研究了频率选择性衰落信道的特点；并且运用仿真软件Matlab对频率选择性衰落信道进行模拟仿真，实现了基于Jake模型的频率选择性衰落信道的建模。

并利用建立起来的模型比较了具有不同载波频率、数据传输速率以及移动台移动速度的移动通信系统所具有的信道衰落特性。

仿真结果表明：

移动通信系统的参数会影响其信道的衰落特性。

关键词：

频率选择性衰落;瑞利衰落信道；Jake模型

ABSTRACT

Inmobilecommunications,signalarrivesatthereceiverthroughdifferenttransmissionpaths.Thesynthesisofthereceivedsignalsinrelationtotheoriginalsignalwillbefaded,whichismulti-pathfading.Inthispaper,weresearchthefrequencyselectivefadingchannels’characteristics；AndmakethesimulationtofrequencyselectivefadingchannelswiththetoolMATLAB,whichisbasedonjackmodelmodeling.Usingtheestablishedmodels,wecomparethechannelfadingcharacteristicsofdifferentmobilecommunicationsystemswhichhavedifferentcarrierfrequencies,datatransmissionratesandmobilespeeds.Thesimulationshowsthat:

Themobilecommunicationsystems’parameterswillaffecttheirchannelfadingcharacteristics.

Keywords:

Frequency-selectivefading;Rayleighchannels;Jakemodel

第一章绪论

1.1移动通信技术

 当今的社会已经进入了一个信息化的社会，没有信息的传递和交流，人们就无法适应现代化的快节奏的生活。

移动通信可以说从无线电发明之日就产生了。

1897年，马可尼所完成的无线通信实验就是在固定站与一艘拖船之间进行的。

而蜂窝移动通信的发展是在二十世纪七十年代中期以后的事。

移动通信综合利用了有线、无线的传输方式，为人们提供了一种快速便捷的通讯手段。

由于电子技术，尤其是半导体，集成电路及计算机技术的发展，以及市场的推动，使物美价廉、轻便可靠、性能优越的移动通信设备成为可能。

第一代是模拟蜂窝移动通信网，时间是本世纪七十年代中期至八十年代中期。

1978年，美国贝尔实验室研制成功先进移动电话系统（AMPS），建成了蜂窝状移动通信系统。

而其它工业化国家也相继开发出蜂窝式移动通信网。

这一阶段相对于以前的移动通信系统，最重要的突破是贝尔实验室在七十年代提出的蜂窝网的概念。

蜂窝网，即小区制，由于实现了频率复用，大大提高了系统容量。

第一代移动通信系统的主要特点是采用频分复用，语音信号为模拟调制，每隔30KHz/25KHz一个模拟用户信道。

为了解决模拟系统中存在的技术缺陷，数字移动通信技术应运而生，并且发展起来，这就是以GSM和IS-95为代表的第二代移动通信系统，时间是从八十年代中期开始。

欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网（GSM）的体系。

随后，美国和日本也制订了各自的数字移动通信体制。

数字移动通网相对于模拟移动通信，提高了频谱利用率，支持多种业务服务，并与ISDN等兼容。

第二代移动通信系统以传输话音和低速数据业务为目的，因此又称为窄带数字通信系统。

第二代数字蜂窝移动通信系统的典型代表是美国的DAMPS系统，IS-95和欧洲的GSM系统。

 由于第二代移动通信以传输话音和低速数据业务为目的，从1996年开始，为了解决中速数据传输问题，又出现了2.5代的移动通信系统，如GPRS和IS-95B。

移动通信现在主要提供的服务仍然是语音服务以及低速率数据服务。

由于网络的发展，数据和多媒体通信的发展势头很快，所以，第三代移动通信的目标就是移动宽带多媒体通信。

 第三代移动通信系统最早由国际电信联盟于1985年提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统。

主要体制有WCDMA，cdma2000和TD-SCDMA。

1999年11月5日，国际电联ITU-R TG8/1第18次会议通过了"IMT-2000无线接口技术规范"建议，其中我国提出的TD-SCDMA技术写在了第三代无线接口规范建议中。

总的来说，第一代模拟系统对应的接入技术是频分多址技术FDMA，它仅能提供9.6kbit／s通信带宽。

其典型系统，如美国的模拟电话系统AMPS、北欧的移动电话系统NMT、英国的全接入通信系统TACS等。

第二代窄带数字系统的接入技术主要有时分多址技术TDMA和码分多址技术CDMA两种，它可以提供9.6～28.8kbit／s的传输速率。

其典型系统，如欧洲的全球移动通信系统GSM、北美的数字增强型系统IS-136、CDMAOne IS-95A、IS-95B、日本的个人数字蜂窝系统PDC等。

与第一代模拟蜂窝移动通信相比，第二代移动通信系统具有保密性强、频谱利用率高、能提供丰富的业务、标准化程度高等特点。

无论是第一代还是第二代，主要针对话音通信设计的，话音仍是当前和未来一段时间内移动通信市场的基石和主阵地。

数字话音移动通信仍是移动通信的主流市场。

特别对发展中国家而言，人们对通信的需求还主要集中在话音领域，所以，在未来几年中，第二代数字话音通信仍然是这些国家移动通信市场的重点和支柱。

但是我们充分相信：

在移动通信中，数据通信量也将在某一天超过话音通信。

但要完成专门针对未来多媒体通信的第三代系统建设还需时日，所以如何利用现有的第二代数字系统实现数据通信，是填补市场需求空间的必然选择。

分析家们认为，实际3G技术所具备的功能绝大部分其实完全就可以在目前第二代无线技术的基础上实现，特别是随着移动通信和因特网服务快速发展而随之产生的移动数据通信要求。

其方法有两种：

一是在以电话为主的蜂窝移动通信系统中增加传送数据的能力；二是移动通信与因特网的结合。

由此产生了几种相关技术，如通用分组无线服务GPRS技术；增强数据速率改进EDGE技术；IS-95B利用码聚集技术；CDMA20001x技术、无线应用协议WAP技术；Bluetooth技术等

1.2移动通信信道

通信信道（CommunicationChannel）是数据传输的通路，在计算机网络中信道分为物理信道和逻辑信道。

物理信道指用于传输数据信号的物理通路，它由传输介质与有关通信设备组成；逻辑信道指在物理信道的基础上，发送与接收数据信号的双方通过中间结点所实现的逻辑通路，由此为传输数据信号形成的逻辑通路。

逻辑信道可以是有连接的，也可以是无连接的。

物理信道还可根据传输介质的不同而分为有线信道和无线信道，也可按传输数据类型的不同分为数字信道和模拟信道。

与其它通信信道相比，移动通信信道是最为复杂的一种。

多径衰落和复杂恶劣的电波环境是移动通信信道区别与其他信道最显著的特征，这是由运动中进行无线通信这一方式本身所决定的。

在典型的城市环境中，一辆快速行驶的车辆上的移动台所接收到的无线电信号在一秒钟之内的显著衰落可达数十次，衰落深度可达20-30dB。

这种衰落现象将严重降低接收信号的质量，影响通信的可靠性。

为了有效地克服衰落带来的不利影响，必须采用各种抗衰落技术，包括：

分集接收技术、均衡技术和纠错编码技术等。

1.3本次毕业设计的任务

本次毕业设计就是要深入理解无线信道的特点和分类，重点研究频率选择性衰落信道，并利用Matlab仿真工具通过Jake模型和抽头延时线对其进行建模。

通过建立的模型掌握载波频率、移动台移动速度等对信道衰落特性的影响。

第二章移动通信信道

2.1移动通信系统

移动通信系统主要有蜂窝系统，集群系统，AdHoc网络系统，卫星通信系统，分组无线网，无绳电话系统，无线电传呼系统等。

蜂窝系统是覆盖范围最广的陆地公用移动通信系统。

在蜂窝系统中，覆盖区域一般被划分为类似蜂窝的多个小区。

每个小区内设置固定的基站，为用户提供接入和信息转发服务。

移动用户之间以及移动用户和非移动用户之间的通信均需通过基站进行。

基站则一般通过有线线路连接到主要由交换机构成的骨干交换网络。

蜂窝系统是一种有连接网络，一旦一个信道被分配给某个用户，通常此信道可一直被此用户使用。

蜂窝系统一般用于语音通信。

集群系统与蜂窝系统类似，也是一种有连接的网络，一般属于专用网络，规模不大，主要为移动用户提供语音通信。

卫星通信系统的通信范围最广，可以为全球每个角落的用户提供通信服务。

在此系统中，卫星起着与基站类似的功能。

卫星通信系统按卫星所处位置可分为静止轨道、中轨道和低轨道3种。

卫星通信系统存在成本高、传输延时大、传输带宽有限等不足。

上述移动通信系统都需要有线网络通信基础设施的支持，如基站、交换机、卫星等。

这些设施的建立和运转需要大量的人力和物力，因此成本比较高，同时建设的周期也长。

AdHoc网络不需要基站的支持，由主机自己组网，因此，网络建立的成本低，同时时间短，一般只要几秒钟或几分钟。

上述通信系统中，移动终端之间并不直接通信，并且移动终端只具备收发功能，不具备转发功能。

而AdHoc网络由移动主机构成，移动主机之间可以直接通信，而移动主机不仅收发数据，同时还转发数据。

此外目前的移动通信系统主要为用户提供语音通信功能，通常采用电路交换，拓扑结构比较稳定。

而AdHoc网络使用分组转发技术，主要为用户提供数据通信服务，拓扑结构易于变化。

Ad　Hoc网络是一种没有有线基础设施支持的移动网络，网络中的节点均由移动主机构成。

Ad　Hoc网络最初应用于军事领域，它的研究起源于战场环境下分组无线网数据通信项目，该项目由DARPA资助，其后，又在1983年和1994年进行了抗毁可适应网络SURAN（SurvivableAdaptiveNetwork）和全球移动信息系统GloMo（Global　Information　System）项目的研究。

由于无线通信和终端技术的不断发展，AdHoc网络在民用环境下也得到了发展，如需要在没有有线基础设施的地区进行临时通信时，可以很方便地通过搭建AdHoc网络实现。

在Ad　Hoc网络中，当两个移动主机在彼此的通信覆盖范围内时，它们可以直接通信。

但是由于移动主机的通信