信道模型

一、时变信道的冲激响应

假设发送信号：

{}

{}{}2()Re ()Re ()cos(2)Im ()sin(2)c j f t c c s t u t e u t f t u t f t πππ==- 公式（3-1）

接收信号是直射信号分量及所有可分辨多径之和：

()(2(())())0()Re ()(()c n D n N t j f t t t n n n r t a t u t t e πτφτ-+=??=-????

∑ 公式（3-2）

在公式（3-2）中，可分辨多径的数目()N t ，各径的路径长度()n r t 、相应的时延()()/n n t r t c τ=、多普勒相移()D n t φ和幅度()n a t 是未知量。

每一个可分辨径可能是由单个反射体形成的，也可能是由一簇时延基本相同的反射体形成的。宽带信道一般都有可分辨的多径分量，公式（3-2）中的每项对应于一个单反射体形成的分量或者是多个不可分辨分量的和。窄带信道下，公式（3-2）中的每一项都是不可分辨的。

令

()2()()n

n c n D t f t t φπτφ=- 公式（3-3）

式（3-2）接收信号()r t 变为

()()20()Re ()(()n c N t j t j f t n n n r t a t e u t t e φπτ-=????

=-????????

∑ 公式（3-4）

在上式中，()n a t 取决于路径损耗和阴影衰落，()n t φ取决于时延和多普勒频移，所以一般可假设两个随机过程是相互独立的。

等效基带输入信号()u t 冲激相移响应(,)c t τ卷积，再上变频到载波频率就得到接收信号()r t ：

2()Re (,)()c j f t r t c t u t d e πτττ∞

-∞??????

=-?? ???????

? 公式（3-5）

对于时不变信道有(,)()c t c ττ=。这个()c τ就是标准的时不变信道的冲激响应，即0时刻发送的冲激在τ时刻的响应。

由（3-4）和（3-5）可知，在()t τ-时刻发送的冲激在t 时刻的等效基带响应(),c t τ必然由下式决定：

()

()0

(,)()(())n N t j t n n n c t a t e t t φτδτ-==-∑ 公式（3-6）

二、窄带衰落模型

假定信道的时延扩展m T 远远小于发送信号带宽B 的倒数（1m Y B - ），意味着所有径都近似有()()i u t u t τ-≈，因此公式（3-4）可以改为：

()

2()0()Re ()()c n N t j f t j t n n r t u t e a t e πφ-=????=?? ????

?∑ 公式（3-7）

在1m Y B - 的窄带条件下，接收信号和发送信号在表达形式上相差的复系数和发送信号()s t 及其等效基带信号()u t 无关。为了更好的描述多径造成的这个随机复系数的特性，我们假设()s t 是相移为0φ的未调制载波：

{}

020()Re cos(2)c j f t c s t e f t πφπφ+==+ 公式（3-8）

()s t 对于任意时延扩展m T 都是窄带的。此时，接收信号为

()()20()Re ()()cos 2()sin 2n c N t j t j f t n I c Q c n r t a t e e r t f t r t f φπππ-=????

==-????????∑ 公式（3-9）

在上述公式中，同相分量和正交分量的表达式为

()

0()()cos ()N t I n n n r t a t t φ==∑ 公式（3-10）

()

()()sin ()N t Q n n n r t a t t φ==∑ 公式（3-11）

相位项受时延、多普勒以及发送相位0φ的共同影响

()()02n

n c n D t f t φπτφφ=-- 公式（3-12）

自相关、互相关和功率谱密度

假设：（1）推导中使用的传播模型没有直射路径；

（2）幅度()n t α、多径时延()n t τ 和多普勒频移()n D f t 在我们关注的时间范围内变化足够慢，即()n n t αα≈ 、()n n t ττ= 、()n n D D f t f = 。

（3）第n 径的相位()n t φ 中，2c n f πτ 这一项比其他项变化要快的多。 这样可得：

()()[]()cos cos 0I n n n n n n E r t E t E E t αφαφ??

===???

?????????∑∑ 公式（3-13） 我们看同相分量和正交分量的自相关函数和互相关函数，由于n α 和n φ 独立，n φ和m φ 独立，并且n φ为均匀分布，所以有

()()()()cos sin I Q n n m m n m E r t r t E t t αφαφ??

??=????

??∑∑ []()()c o s s i n n m n m n

m

E E t t ααφφ=????∑∑

()()2

cos sin n n n n

E E t t αφφ??=??????∑ 0= 公式（3-14）

即()I r t 和()Q r t 不相关，又因为它们是联合高斯过程，所以它们是相互独立的。

()I r t 的自相关函数为

()()()()()2

,cos cos I r I I n n n n

A t t E r t r t E E t t τταφφτ??+=+=+???

???????∑ 2

12cos cos 2n n n v E E πταθλ

??????=

?????????∑ 公式（3-15）

由此可见，自相关函数(),I r A t t τ+ 只与τ 有关，即()(),I I r r A t t A ττ+= ，因此()I r t 是广义平稳随机过程。同理可知正交分量也是广义平稳过程。所以，接收信号也是广义平稳过程，其相关函数为

()[()()]r A E r t r t ττ=+

,()c o s (2)()s i n (

2)

I I Q

r c r r c A f A f τπττπτ=+ 公式（3-16）

在均匀散射情况下，接收信号的功率谱密度为

()()()()0.25I I r r r c r c S f F A S f f S f f τ??==-++??????

?

公式（3-17）

功率谱密度反应不同多普勒频率处的功率密度，也可能把它看成是对应于随机多普勒频率的概率密度函数。将这个功率谱密度对频率积分就是总接收功率。

包络和功率分布

设X 、Y 是任意两个独立同分布的零均值方差为2σ 的高斯随机变量，则

22Z=X Y + 服从瑞利分布，2Z 服从指数分布。对于均匀分布的()n t φ ，假定同相分量和正交分量的方差均为2σ，则接收信号的包络为

()()()()22I Q z t r t r t r t ==+ 公式（3-18）

它服从瑞利分布，其概率密度函数为

()22222exp exp 02z r r z

z z z p z z P P σ

σ????=-=----≥???????? 公式（3-19）

公式中的22r P σ= 是信号的平均接收功率，它只考虑路径损耗和阴影效应，不考虑多径时的接收功率。

将()()2

2z t r t = 带入公式（3-19），可得功率的概率密度函数为

()2

2210x

z r

p x e x p σ-=---≥ 公式（3-20）

即接收信号功率服从均值为22σ 的指数分布。所以()r t 的幅度是瑞利幅度，相位为均匀分布，且幅度和相位彼此间相互独立。

三、宽带衰落模型

宽带信号中多加个失真因素，就是多径时延扩展。若发送脉冲的持续时间为

T ，接收端脉冲就会扩展成m T T +，m T 为多径时延扩展。如果多径时延扩展

m T T ，那么接收到的多径分量在时间上大致重叠在一起，这些重叠的信号相互干涉能造成窄带衰落，但脉冲在时间上没有明显的扩展，因此对后续脉冲的干扰很小。而当多径时延扩展m T T 时，每一径都是可分辨的。这些多径分量将对后续脉冲造成干扰，这种现象称为码间干扰（ISI ）。

不同于窄带衰落模型的是，当宽带模型中的发送信号带宽B 逐步增加到

1m T B -≈ 时，近似关系()()i u t u t τ-≈不再成立，这样接收信号是原发送信号经过不同时延n τ 、不同相移()n t φ 之后各分量的和。相位差造成的信号相互抵消，而()n u t τ- 和 ()u t 的时延差会造成失真。在描述宽带信号时，仅仅反映幅度和相位随机过程是不够的，因为不同多径分量的时延扩展将会使接收信号失真，所以还必须考虑时延扩展和信道时变性对信号的影响。

对(,)c t τ进行傅里叶变换得

2(,)(,)j t c S c t e dt πρτρτ∞

--∞

=? 公式（3-21）

称(,)c S τρ为等效低通冲激响应(,)c t τ的确定散射函数。函数(,)c S τρ能通过频率参数ρ反映信道的多普勒特性。

宽带信号中我们假定每个路径的相位服从均匀分布，则有(,)c t τ的同相分量和正交分量也是相互独立的高斯过程，它们的自相关函数相同、均值为零、互相关为零。

(,)c t τ的自相关函数定义为

*1212(,;,)[(;)(;)]c A t t t E c t c t t ττττ+?=+? 公式（3-22）

广义平稳信道的带通响应为

{}

2(,)Re (,)c j f t h t c t e πττ-= 公式（3-23）

其自相关函数为

{}

21212(,;,)0.5Re (,;,)c j f t h c A t t t A t t t e πττττ-?+?=+? 公式（3-24）

假定信道模型是广义平稳的，则其自相关函数与t 无关：

公式（3-25）

此外，实际环境中时延分别为1τ 和21ττ≠ 的两个径来自不同的散射体，它们的信道响应是不相关的，称这样的信道为不相关散射（US ）信道。如果一个信道同时具备广义平稳和不相关散射这两个特性，则称为广义平稳不相关散射信道。

随机信道的散射函数定义为(,)c A t τ?关于t ?的傅里叶变换：

2(,)(,)j t c c S A t e d t πρτρτ∞

-?-∞

=??? 公式（3-26）

它反映信道的平均输出功率作为多径时延τ和多普勒频率ρ的函数。我们可以根据信道冲激响应是确定的还是随机的来确定(,)c S τρ是确定散射函数还是随机散射函数，所以不会造成混淆。

无线信道模型

无线信道模型 摘要：本文分析了无线信道模型。针对的是对无线信道的各种效应感兴趣的读者。众所周知，正是这些复杂的效应使得无线信道产生了不确定性，也就是通常所说的统计特性。由于这方面很少有比较全面，容易理解的资料，所以本文的内容是对其他几本书和相关的论文资料的综合。此外的资料不是只讨论了部分问题，就是虽然面面俱到，但缺乏一定的深度。 本文深入探讨了“是什么影响了无线信道的特性？”这一问题。主要阐述了无线信道的两种效应：一种是乘性效应，使信号产生衰落；另一种是加性效应，使接收到的信号产生畸变。信号的衰落不一定总是随机过程，但信号的畸变却总是。对于信道对信号产生的各种效应，找到了较好的数学模型，这些模型可以用来仿真和分析系统的性能。而且，我们简单举例分析了一些数字无线调制信道的特性。 内容 1 介绍 2 无线电信道 2.1路径损耗 2.1.1 天线 2.1.2 自由空间传播 2.1.3 双线模型 2.1.4 经验和半经验模型

2.1.5其他模型和参数 2.2 阴影 2.2.1 阴影模型 2.2.2 测量结果 2.2.3 阴影修正 2.3 衰落 2.3.1 物理基础 2.3.2 数学模型 2.3.3 衰落的时域和频域特性 2.3.4 一维统计特性 2.3.5 二维统计特性 2.3.6 衰落率和持续时间 3 调制信道 3．1 噪声 3．1．1 门限噪声 3．1．2 窄带高斯白噪声 3．1．3 人为噪声 3．1．4 一些结果 3．2 干扰 4 数字信道 4．1 数字信道的结构 4．2 高斯白噪声信道下二进制PAM信号的以SNIR为自变量的函数BER的计算

4．3 瑞利信道下BPSK信号以SNIR为自变量的函数BER的计算4．4 高斯白噪声信道下其他数字调制方案的一些结果 5 结论 第一章 介绍

宽带移动卫星通信信道模型研究

2009年第01期，第42卷 通 信 技 术 Vol.42，No.01,2009 总第205期Communications Technology No.205,Totally 宽带移动卫星通信信道模型研究 雍明远①， 梁 俊②，袁小刚② （①空军驻西北地区军事代表室，陕西 西安 710043；②空军工程大学 电讯工程学院，陕西 西安 710077） 【摘 要】从多径衰落、阴影效应和多普勒效应三个方面研究宽带移动卫星通信信道的频率色散特性和多普勒功率谱非对称特性。基于WSSUS模型提出宽带移动卫星通信信道的统计模型。采用蒙特卡洛仿真方法对农村地区和城市地区两种信道的冲激响应和误码率特性进行仿真。仿真结果表明该信道模型能够真实反映宽带移动卫星通信信道的特性，对卫星通信系统关键技术设计具有参考价值。 【关键词】宽带；卫星通信；广义平稳非相关散射；信道模型 【中图分类号】TN927【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(2009)01-0065-03 Study on Simulation Model for Wideband Satellite Mobile Communications Channels YONG Ming-yuan①， LIANG Jun②， YUAN Xiao-gang② (①Army Representation Office of Air Force in Northwest Area, Xi’an Shaanxi 710043, China； ②The Telecommunication Engineering Institute, Air Force Engineering University, Xi’an Shaanxi 710077, China) 【Abstract】In the paper, the fading characteristics of the frequency-dispersion and dissymmetry of Doppler frequency shifts of the wideband satellite mobile communications are studied. The model for wideband satellite mobile communications channels is proposed considering the multi-path and Doppler frequency shifts. Finally, two channels of country and urban area are simulated using Monte Carlo method. The model provides a theoretic suggestion for design of the wideband satellite mobile communications systems. 【Key words】wideband；satellite communications；WSSUS；channel model 0 引言 卫星移动信道同时具有卫星信道和移动信道的特征，存在着多径效应、阴影效应、多普勒频移和电离层闪烁等严重影响着数字信号传输可靠性的因素。窄带卫星移动通信信道的研究较早，提出了Loo模型、Corazza-Vatalaro模型和扩展Suzuki模型等多种比较符合实际的成熟信道模型。目前，由于实现全球漫游和宽带业务传输等需求，宽带移动卫星通信的发展很快，因而对于宽带卫星移动信道的研究也一步步展开。而在军用方面，如美军用于传输机载传感器所获取的实时高速数据、图像信号的通用数据链，其低轨道卫星通信的传输速率将分别达到137.08 Mb/s和274.17 Mb/s[1]。通信信道是通信系统设计的一个关键技术问题，因此对宽带卫星移动信道的研究很有意义。Bello提出的小尺度衰落信道WSSUS（广义静态非相关散射）模型，较好地描述了宽带信道的频率色散特性。文中基于WSSUS信道，研究非对称多普功率谱下，增加直射分量的宽带移动卫星通信信道模型。 1 移动卫星通信信道的传输特性 1.1 多径衰落 无线环境中始终存在反射和散射物体，使得信道处于一种不停地变化环境中，从而影响信号的幅度、相位、时延以及到达天线时的入射角度，造成接收到的合成信号起伏很大，这就是多径衰落，它是一种快衰落。在多径传播条件下，接收信号会产生时延扩展，时延扩展值的大小将决定信号的衰落是否具有频率选择性。在窄带卫星移动通信中，此时的衰落为平坦衰落，基带码元速率较低、信号带宽远小于信道相关带宽，信号通过信道传输后各频率分量的变化具有一致性。但在宽带移动卫星通信中，收发端的基带码元速率较高， 收稿日期：2008-06-26。 基金项目：国家自然科学基金（60671001）。 作者简介：雍明远（1963-），男，高级工程师，主要从事无线通信研究工作；梁 俊（1962-），男，教授，硕士研究生导师，主要从事微波通信和卫星通信研究工作；袁小刚（1980-），男，博士生，主要从事卫星通信研究工作。 65

紫外光通信大气信道模型研究

第36卷 第2期 电 子 科 技 大 学 学 报 V ol.36 No.2 2007年4月 Journal of University of Electronic Science and Technology of China Apr. 2007 紫外光通信大气信道模型研究 张 静1 ，廖 云1，武保剑2，史双瑾2，邱 琪1,2 (1. 电子科技大学光电信息学院 成都 610054; 2. 电子科技大学宽带光纤传输与通信网技术教育部重点实验室 成都 610054) 【摘要】紫外光通信是一种新兴的基于大气散射和吸收的无线光通信技术，系统结构参数的选择对系统性能有重要影响。该文通过利用Luettgen 提出的非视距单散射模型，比较了在不同仰角、光束孔径角情况下，损耗、延时、脉冲半宽展宽的变化特征，并给出了不同传输距离下能量密度的分布情况。根据仿真计算得到了不同紫外光通信条件下的损耗、时延和脉冲展宽。 关 键 词 信道模型; 损耗; 非视距; 延时; 紫外光通信 中图分类号 TN929.1 文献标识码 A Research on Atmospheric Channel Model of Ultraviolet Communication Systems ZHANG Jing 1 ，LIAO Yun 1 ，WU Bao-jian 2，SHI Shuang-jin 2，QIU Qi 1,2 (1. School of Optoelectronic Information, Univ. of Electron. Sci. & Tech. of China Chengdu 610054; 2. Key Laboratory of Broadband Optical Fiber Transmission and Communication Network of Ministry of Education, Univ. of Electron. Sci. & Tech. of China Chengdu 610054) Abstract Ultraviolet (UV) communication bases on atmosphere scatter and absorption. The structure parameters of system are important to UV system. The relationship between transmitter, receiver apex angle, beam divergence, and the value of loss-time delay are simulated by model developed by Luegtten. Energy distributing is elicited in the fixed angles. The value of loss and time-delay is given by simulation calculating in different conditions. Key words channel model; loss; non-line-of-sight; time-delay; ultraviolet communication 收稿日期：2006 ? 09 ? 06 作者简介：张 静(1982 ? )，女，硕士生，主要从事紫外光通信方面的研究. 紫外光通信主要采用中紫外波段光波(200～ 280 nm)作为传输介质，由于分子(颗粒)对这一波段 的强吸收作用，使得在近地面太阳光谱中没有紫外 光波段，属于日盲区，减少了对紫外发射光源干涉 带来的干扰。与传统通信方式相比，紫外光通信具 有以下优点：(1) 数据传输的保密性高。由于大气的 强吸收作用，系统辐射的紫外光通信信号强度按指 数规律衰减，这种强度衰减是距离的函数。因此， 可根据通信距离的要求来调整系统的辐射功率，使 其在通信范围之外的辐射功率减至最小，提高传输 保密性[1]。(2) 系统抗干扰能力强。(3) 可用于非视距通信。(4) 无需ATP 跟踪。目前，国内外信道模型研究主要采用Luettgen 提出的非视距单散射信道模型，对特定角度下能量分布进行了分析，但没有进行信道结构参数对传输性能影响的研究。本文利用非视距单散射模型，对紫外光通信大气信道模型进行了研究。 1 紫外光通信大气信道理论分析 图1所示为三种不同单对单传输系统模式[2]。由图可以看出，光信号只有通过发射仰角和接收仰角交叉部分的散射体散射后，才能到达接收机。光信号离开光源到达接收机的数量是由系统的几何结构和大气散射因子(k s )、衰减因子(k e )决定的。几何结构主要包括光束孔径角、发射机和探测接收机仰角以及传输距离等。其中，发射机和探测接收机的仰角分别为βT 、βR (0≤βT 、βR ≤)；光束孔径角为θπR 、θT (0≤θR ≤π，0≤θT ≤π/2)；传输距离为r 。 探测接收机接收到的能量是通过计算位于交叉部分经大气散射光信号的数量得出的。本文通过非视距单散射模型[3]计算探测接收机接收到的能量。假设发射机在t =0时刻，发射脉冲能量为Q T ；发射机固有圆锥角为ΩT =4πsin 2(θT /2)，则探测器接收到的能量为： 21 ()T s e s 2 ()T exp()2[()]()()d 2Q ck k r g P E r ηξηξφξηθξηΩξη22?ξ,=π?∫ (1) 式中 ξ为径向坐标；η为角坐标；φ为方位角坐标； P (θs )为单散射相位函数；g [φ(ξ, η)]为有效散射信道

三维空间域VMF分布模型的多天线系统性能

第47卷第3期系杳大学学板（自然科学版）Vol.47 N o.3 2017 年 5 月JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY (Natural Science Edition) May 2017 DOI：10. 3969/j. issn. 1001 -0505.2017. 03.004 三维空间域V M F分布模型的多天线系统性能 周杰1’2朱慧娟1菊池久和2 C1南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室，南京210044) (2国立新泻大学电气工程系，日本新潟950-2181) 摘要：针对城市移动通信环境，提出了散射体各向异性分布的VM F分布模型.在室外宏小区的移 动通信环境下引入散射体群的概念，并结合M IM O多天线Y型阵列（UYA)和圆形阵列（UCA)拓扑结构，使得模型能够估计多径衰落信道的重要信道参数，如UY A和U C A的空间衰落相关函数 (SFC)、衰落信道模型的信道容量及多天线阵列U Y A和U C A对平均佘炜的敏感度等，并延伸了 SFC在求解信道协方差矩阵的应用.结果表明:M IM O多天线系统的性能不仅取决于天线阵列阵元 间距，还与到达角度有关；所提模型的信道参数估计结果适用于实际的城市移动通信环境.针对 UYA和U C A的SFC和信道容量研究，拓展了 VM F分布模型在三维空间域移动通信领域的应用，对M IM O多天线阵列的信道参数评估和无线通信系统仿真提供了有力的工具. 关键词：V M F分布模型；散射体群;集中参数；空间衰落相关函数；多入多出 中图分类号：TN911.6 文献标志码：A 文章编号：1001 -0505(2017)03-0438-06 M ulti-antenna system performance of VMF distribution model based on three-dimensional space Zhou Jie1,2Zhu Huijuan1Hisakazu Kikuchi2 (1 Jiangsu Key Laboratory of Meteorological Observation and Information Processing, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China) (2Department of Electronic and Electrical Engineering,Niigata University, Niigata 950-2181, Japan) Abstract ：As for the mobile communication environment in the city, the von Mises Fisher (VMF) distribution model for a scatterer with anisotropic distribution was proposed. The concept of the scat-tering cluster was introduced into the mobile communication environment of outdoor macrocells. Based on the multiple-input and multiple-output (MIMO) uniform Y array (UYA) and the uniform circular array (UCA) topology, the VMF distribution model can estimate the important channel parameters of multipath fading channels, such as the spatial fading correlation function (SFC) of UYA and UCA, the channel capacity of the fading channel model, the sensitivity of the multi-antenna array of UYA and UCA to the mean colatitude of arrival and so on. The application of SFC in solving the channel covariance matrix is extended. The results show that the performance of the MIMO multi-antenna sys-tem depends on the antenna array element spacing and the angle of arrival. The parameter estimation results of the proposed model are suitable for the realistic city mobile communication environments. The study of SFC and the channel capacity of UYA and UCA expands the application of the VMF dis-tribution model in three-dimensional space domain in the field of mobile communication, and provides a powerful tool for the evaluation of the channel parameters of the MIMO multi-antenna array and the simulation of wireless communication systems Key words：von Mises Fisher(VMF) distribution model；scatter cluster；concentration parameter； spatial fading correlation function (SFC) ；multiple-input and multiple-output(MIMO) *43 收稿日期：2016-09-30.作者简介：周杰（1964—），男，博士，教授，博士生导师，zhonjie45@https://www.wendangku.net/doc/a418272446.html,. 基金项目：国家自然科学基金面上资助项目（61471153 )、江苏省高校自然科学基金重大资助项目（14KJA510001)、江苏省信息与通信工程 优势学科建设资助项目. 引用本文：周杰，朱慧娟，菊池久和.三维空间域V M F分布模型的多天线系统性能[J].东南大学学报（自然科学版），2017,47(3):438-443. DOI： 10.3969/j. issn. 1001 -0505.2017.03.004.

第6章(6.1.4)移动信道的模型(多径衰落信道)

6.1.4 移动信道的模型（多径衰落信道） 一、时变线性滤波器模型及其响应 1.带通系统分析 2()Re[()c l j f t s t s t e π=2()Re[()] c l j f t t r t e π= （1）离散多径 ）（t 1 α）（t 2α） （t 3α） （t 4α）（t 1τ）（ t 2τ） （t 3τ）（t 4ττ 信道：信道系数()n t α，即(,)n t ατ，时延()n t τ 响应： ()()(())(,)(()) n n n n n n x t t s t t t s t t αταττ=-=-∑∑ （14-1-2） （2）连续多径 信道：)(),,(t t ττα，即(,)t ατ表示在0时刻的冲激在τ时刻的响应。 响应：()(,)()x t t s t d ατττ∞ -∞ = -? （14-1-6）

2.等效低通分析 (l s t () l t ) ;(t c τ （1）离散多径 由带通信道模型： ()()(())(,)(())n n n n n n x t t s t t t s t t αταττ=-=-∑∑ 其中()(,)n n t t αατ=为实函数，所以有 22(()) Re ()e Re ()(())e c c n j f t j f t t n n l l n r t t s t t ππτατ-????=-????∑ 即得到等效低通模型为 2()()()e (())c n j f t n n l l n r t t s t t πτατ-=-∑ 所以得到： 信道系数：2()()c n j f t n t e πτα-或2()(;)c n j f t n t e πτατ- （14-1-5） 响应：2()()()(())c n j f t l n l n n r t t e s t t πτατ-=-∑ （14-1-4） 其中()(;)n n t t αατ@。 若令2()(;)()(())c n j f t n n n c t t e t πτταδττ-=-∑，则 ()(;)()l l r t c t s t d τττ∞ -∞ =-? 2()()(())()c n j f t n n l n t e t s t d πτα δττττ∞ --∞ =--∑? 2()()(())c n j f t n l n n t e s t t πτατ-=-∑ 可见(;)c t τ是0时刻的冲激通过信道后在τ时刻上的响应。 （2）连续多径

频率选择性衰落信道模型研究与仿真

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 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 In mobile communications, signal arrives at the receiver through different transmission paths. The synthesis of the received signals in relation to the original signal will be faded, which is multi-path fading. In this paper, we research the frequency selective fading channels’ characteristics；And make the simulation to frequency selective fading channels with the tool MATLAB, which is based on jack model modeling. Using the established models, we compare the channel fading characteristics of different mobile communication systems which have different carrier frequencies, data transmission rates and mobile speeds. The simulation shows that: The mobile communication systems’ param eters will affect their channel fading characteristics. Keywords:Frequency-selective fading; Rayleigh channels; Jake model

信道及信道容量

第5章 信道及信道容量 教学内容包括：信道模型及信道分类、单符号离散信道、多符号离散信道、多用户信道及连续信道 5．1信道模型及信道分类 教学内容： 1、一般信道的数学模型 2、信道的分类 3、信道容量的定义 1、 一般信道的数学模型 影响信道传输的因素：噪声、干扰。 噪声、干扰：非函数表述、随机性、统计依赖。 信道的全部特性：输入信号、输出信号，以及它们之间的依赖关系。 信道的一般数学模型： 2、 信道的分类 输出随机信号 输入、输出随机变量个数 输入和输出的个数 信道上有无干扰 有无记忆特性 3、信道容量的定义 衡量一个信息传递系统的好坏，有两个主要指标： 图5.1.1 一般信道的数学模型 离散信道、连续信道、半离散或半连续信道 单符号信道和多符号信道 有干扰信道和无干扰信道 有记忆信道和无记忆信道 单用户信道和多用户信道 速度指标 质量指标

速度指标：信息（传输）率R ，即信道中平均每个符号传递的信息量； 质量指标：平均差错率e P ，即对信道输出符号进行译码的平均错误概率； 目标：速度快、错误少，即R 尽量大而e P 尽量小。 信道容量：信息率R 能大到什么程度； )/()()/()();(X Y H Y H Y X H X H Y X I R -=-== 若信道平均传送一个符号所需时间为t 秒，则 ) ;(1 Y X I t R t =（bit/s ） 称t R 为信息（传输）速率。 分析： 对于给定的信道，总存在一个信源（其概率分布为* )(X P ），会使信道的信息率R 达到 最大。 （);(Y X I 是输入概率)(X P 的上凸函数，这意味着);(Y X I 关于)(X P 存在最大值） 每个给定的信道都存在一个最大的信息率，这个最大的信息率定义为该信道的信道容量，记为C ，即 ) ;(max max Y X I R C X X P P ==bit/符号 （5.1.3） 信道容量也可以定义为信道的最大的信息速率，记为 t C ?? ? ???==);(1max max Y X I t R C X X P t P t （bit /s ） （5.1.4） 解释： (1)信道容量C 是信道信息率R 的上限，定量描述了信道（信息的）最大通过能力； (2)使得给定信道的);(Y X I 达到最大值（即信道容量C ）的输入分布，称为最佳输入（概率）分布，记为* )(X P ； (3)信道的);(Y X I 与输入概率分布)(X P 和转移概率分布)/(X Y P 两者有关，但信道容量 C 是信道的固有参数，只与信道转移概率)/(X Y P 有关。 4、意义： 研究信道，其核心问题就是求信道容量和最佳输入分布。根据定义，求信道容量问题就是求平均互信息量);(Y X I 关于输入概率分布)(X P 的最大值问题。一般来说，这是一个很困难的问题，只有对一些特殊信道，如无噪信道等，才能得到解析解，对于一般信道，必须借助于数值算法。

分布式双极化卫星移动MIMO信道模型

第４７卷一第５期２０１５年５月一 哈一尔一滨一工一业一大一学一学一报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＡＲＢＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 一 Ｖｏｌ ４７ Ｎｏ ５ Ｍａｙ２０１５ 一一一一一一 ｄｏｉ：１０．１１９１８／ｊ．ｉｓｓｎ．０３６７?６２３４．２０１５．０５．００９ 分布式双极化卫星移动ＭＩＭＯ信道模型 郭一庆１，张一硕１，杨明川１，２，李一明１，唐文彦２ （１．哈尔滨工业大学通信技术研究所，１５００８０哈尔滨；２．哈尔滨工业大学精密仪器研究所，１５００８０哈尔滨）摘一要：为更好研究分布式双极化卫星移动ＭＩＭＯ通信系统，在对其信道特性进行分析的基础上，建立了信道模型，计算该信道模型的二阶统计量并估算系统信道容量．模型保证子信道之间的相关性与信道的统计特性不变，并考虑多普勒频谱扩展对小尺度衰落的影响．仿真结果表明，将ＭＩＭＯ技术应用于卫星通信中能够提高系统信道容量，信道容量与系统天线数正相关． 关键词：分布式系统；双极化；卫星移动通信；ＭＩＭＯ；信道建模中图分类号：ＴＮ９２ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７－６２３４（２０１５）０５－００５０－０７ Ｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｄｕａｌ?ｐｏｌａｒｉｚｅｄＭＩＭＯｌａｎｄｍｏｂｉｌｅｓａｔｅｌｌｉｔｅｃｈａｎｎｅｌｓ ＧＵＯＱｉｎｇ１，ＺＨＡＮＧＳｈｕｏ１，ＹＡＮＧＭｉｎｇｃｈｕａｎ１，２，ＬＩＭｉｎｇ１，ＴＡＮＧＷｅｎｙａｎ２ （１．ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１５００８０Ｈａｒｂｉｎ，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１５００８０Ｈａｒｂｉｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｄｕａｌ?ｐｏｌａｒｉｚｅｄＭＩＭＯｌａｎｄｍｏｂｉｌｅｓａｔｅｌｌｉｔｅ（ＭＩＭＯ?ＬＭＳ）ｓｙｓｔｅｍ，ａｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｆｔｅｒｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｃｈａｎｎｅｌｃａｐａｃｉｔｙｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｏｆＭＩＭＯ?ＬＭＳｓｙｓｔｅｍｉｓｅｓｔｉｍａｔｅｄ．ＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅＤｏｐｐｌｅｒｓｐｒｅａｄｉｎｔｈｅｓｍａｌｌｓｃａｌｅｆａｄｉｎｇａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｐｒｏｐｅｒｆｏｒｍｏｆＭＩＭＯｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｍｏｄｅｌｃａｎｋｅｅｐｔｈｅｓｔａｔｉｓｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｂ?ｃｈａｎｎｅｌｓｕｎｃｈａｎｇｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｃａｐａｃｉｔｙｃａｎｂｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙａｐｐｌｙｉｎｇＭＩＭＯｔｏＬＭＳｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｅｎｈａｎｃｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｎｕｍｂｅｒｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｓｙｓｔｅｍ；ｄｕａｌ?ｐｏｌａｒｉｚｅｄ；ｌａｎｄｍｏｂｉｌｅｓａｔｅｌｌｉｔｅ；ＭＩＭＯ；ｃｈａｎｎｅｌｍｏｄｅｌｉｎｇ 收稿日期：２０１３－０５－３１． 基金项目：国家自然科学基金（６１１０１１２６）；国家博士后基金（２０１１Ｍ５００６６４）． 作者简介：郭一庆（１９６４ ），男，教授，博士生导师．通信作者：杨明川，ｍｃｙａｎｇ＠ｈｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ． 一一卫星移动通信是全球通信网络中的重要组成 部分．随着通信技术的发展，卫星移动通信将由语音数据业务需求向多媒体业务需求拓展［１］，这需要通信系统具有更高质量二更高速率的传输能力和更大的系统容量多输入多输出ＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉ? ｉｎｐｕｔｍｕｌｔｉ?ｏｕｔｐｕｔ）技术在发送端和接收端配置多副天线，充分利用空间资源，在保证链路的可靠性的同时提高系统容量，现已成为３Ｇ二４Ｇ等移动通信系统的关键技术．２００５年，卫星ＭＩＭＯ系统开始得到广泛关注，人们对其信道［２－４］二系统设计［５］和 编码技术［６］等方面进行了研究．卫星通信系统的 设计和优化受到信道的制约，因此信道模型的建立尤为重要．文献［７］对低仰角的双极化卫星 ＭＩＭＯ信道在３种不同环境下的特性进行了模拟测量，建立了信道模型． 目前将ＭＩＭＯ技术运用到卫星通信系统主要有两种策略［８］．一种是利用空间分集构成分布式卫星ＭＩＭＯ系统；另一种是利用极化分集构成极化卫星ＭＩＭＯ系统．文献［９］同时考虑空间分集和极化分集，提出了分布式双极化卫星移动ＭＩＭＯ系统（４?４卫星移动ＭＩＭＯ系统），并给出其信道模型建立方法．但是该模型未对小尺度衰落信道的统计特性进行分析，也没有考虑多普勒频移的影响．在文献［９］的基础上，以小尺度衰落模型为研究重点，引入多普勒频谱扩展对小尺度衰落的影响，并保证子信道之间的相关性的同时保持信道的统计特性不变．同时，对所建立的信道模型进

城市环境下低轨道卫星信道模型及Rake接收

城市环境下低轨道卫星信道模型及Rake接收 摘要: 对城市环境城市环境下低轨道卫星低轨道卫星的信道进行了研究和建模，并对城市环境下低轨卫星地面终端采用Rake接收的性能进行了研究。关键词：低轨道卫星; CDMA; Rake; 多径多径衰落 低轨道卫星信道高度低，重量轻，研发周期短，研发成本低，组成星座系统可以实现全球任何人、任何时间、任何地点的通信，因此，低轨道卫星移动通信系统近年来已成为全球卫星通信领域的研究热点。然而，由于低轨道卫星存在较大的多普勒频移，在复杂的地面接收环境下，卫星信号会受到建筑物和树木遮挡，其信道又具有时变和衰落的特性，尤其在城市环境下，终端所接收到的信号常常没有直视分量，进入接收机的主要是多径信号。为了在如此恶劣的信道环境下实现有效的通信，采用扩频通信体制是一种可以有效抵抗衰落和干扰的方法，全球星(GlobalStar)、铱星等卫星系统的成功充分证实了这一点。在复杂的地形环境下，由于电波在传播时会遇到各种物体的反射、散射、绕射等作用，到达接收天线的信号是由幅度和相位各不相同的路径分量组成的，此时的合成信号起伏很大，称为多径衰落信号。因此对城市环境下低轨卫星信道特性进行研究和建模，是低轨卫星通信系统设计中必须考虑的重要方面。在扩频通信体制下，克服这种多径衰落的有效办法是采用Rake接收机对多径信号进行分集接收，并根据每条多径信号的信噪比按相应的权重合并起来，获得分集增益，以对抗多径衰落的影响。本文讨论了城市环境下低轨道卫星信道的特点并给出了信道模型，对Rake接收技术和性能进行了分析和仿真。1 低轨道卫星移动通信信道特性对于低轨道卫星信道特性和建模的研究，必须建立在大量的实验数据基础上，美国、日本和欧洲已对卫星信道进行了大规模测量，取得了卫星移动信道下信号传播的实际数据，为卫星通信系统的建立和运营打下了基础。目前，国内外常用的研究低轨道卫星移动通信信道特性的模型有：C.LOO模型、Corazza模型和Lutz模型三种概率分布模型。此三种模型把低轨卫星信道信号所受到的衰落分为三种：莱斯衰落、瑞利衰落和对数正态高斯衰落。在低轨道卫星移动通信系统中，卫星地面通信接收终端所处的环境较为复杂，对于不同的接收环境，低轨道卫星移动通信信道各有不同的特点。根据卫星地面终端所处的环境，将低轨道卫星移动传输环境分为三类：(1) 开阔地地区：接收信号由直视信号分量和反射多径信号分量(由镜反射和漫反射造成)组成，且直视信号不受遮蔽和阻挡，此时的接收信号包络服从莱斯分布；(2) 农村和城郊地区：接收信号存在直视分量，且直视信号被部分阻挡，存在阴影遮蔽效应，此时，受阴影遮蔽效应影响的直视信号包络服从对数正态高斯分布；(3) 城市地区：分为“好状态”和“坏状态”。“好状态”时，用户相对卫星的仰角较高，接收信号存在直视信号分量，并且直视信号不被遮挡，属于莱斯衰落信道衰落信道；“坏状态”时，用户相对卫星的仰角较低，直视信号被完全阻挡，接收信号不存在直视信号分量，此时的接收信号只有多径信号分量组成，属于瑞利衰落信道。下面重点对城市环境下的低轨道卫星信道做建模分析：① “好状态”情况:在“好状态”情况下，地面接收信号存在直视信号分量，图1给出了城市环境“好状态”情况下低轨卫星地面终端接收情景模型[1]。 ，在“好状态”时，卫星到地面接收机的信号由直视分量和反射分量组成。直视路径和反射路径的路径差Δr=rd+rS-rLOS,其中，rd=r′+r′′，因此，反射信号相对直视信号的延时为：Δt=c·Δr，其中c为光速，利用下列公式：以及等式γ-ε+α=0和r′′=rLOS·cos(γ)可以得到下式：由于γ很小，反射源靠近接收机，并且接收机和反射源之间的距离可近似为：rS=h/sin(α)≈h/sin(ε)，则接收机端接收到的可解析路径数可由主径和次径时间差除以码片码片周期Tc求得，即：将Δr代入(6)式，则

海上通信信道模型

海上通信信道模型 摘要海上的通信通常工作在复杂多变的信道环境下，由于受地球弧度和海浪、船只、海浪等的遮挡，以及存在深衰落和多径效应，设计海上通信系统时需要充分考虑这些不利因素的影响。本文只就海面反射以及大气吸收损耗做出简单的海上通信信道模型，通过Matlab进行信道仿真，并对仿真结果进行了简要的分析。 关键词海上信道特性；海面反射；大气吸收损耗；信道建模与仿真海上通信同陆地上通信相比，具有自己的环境特点。首先，在地形上，海上障碍物遮挡比较少，这样导致的直接结果就是电波传播余隙大，所以电波在海上传播时，绕射损耗比陆地上小。同时，传播余隙增大，增加了电波反射。并且电磁波在海上传播时，如果掠射角很小，在微波波段内反射系数就比较大。这样反射波的影响也比在陆地上大。本文仅考虑海上通信信道为海面反射以及大气吸收损耗的简单模型，没有考虑绕射损耗、云雾衰减、雨衰、海浪高度以及海洋恶劣环境等因素的影响，对海面反射以及大气吸收损耗的简单模型进行仿真运算。 2 信道传播特性 自由空间传播损耗 在海上通信传播模型当中，一般将电波视作自由空间传播，由参

考文献可知自由空间传播损耗p L 为： d f L p lg 20lg 2045.32++= (1) 式中，f 为工作频率（MHz ），d 为收发天线之间的距离（km ）。 图1 空间传播损耗与收发天线距离之间关系曲线 自由空间传播损耗仿真结果如图1，可以看出自由空间损耗与天线间收发距离基本上是成对数增长关系，随着天线间距离的增加，自由空间损耗呈对数增长。 海面反射传播损耗 目前，在移动通信的海面传播损耗预测中，一般都把海面的电波视作自由空间传播，这与实际情况有较大的误差。因为，在海面上接

卫星通信的信道测量和建模

卫星通信信道的建模和测量 一、通信卫星分类 卫星可以分类的方式有很多种，这里只列出常见的分类。 1.1 轨位 卫星可以根据轨道的高度分为以下几种。其中，近地轨道卫星（Land mobile satellite-LMS）为当前研究的热点。因为在高轨位上，卫星信道更加趋近于高斯信道。而在低轨位工作的卫星，由于其运动性，会存在遮挡、时变、多径效应和多普勒效应。 1.LEO (low earth orbit): 160~2000km 2.MEO (medium earth orbit): 2000~36000km 3.HEO (high earth orbit)：>36000km 4.GEO (geostationary orbit)：36000km 1.2 频段 按照卫星工作的频段，一般可以分为以下几类。其中，在卫星信道测量上，要特别考虑高频段所带来的阴影衰落，以及天气状况。工作在ka波段的卫星，雨衰严重。 1.L-band: 0.3~3G 2.S-band: 2-4G 3.C-band: 4~8G 4.X-band: 8~12G 5.Ku-band: 12~18G 6.Ka-band: 27~40G

1.3 服务区域 根据卫星服务的区域不同，又可以把卫星分为以下几类。如果卫星服务的区域在城区，则遮挡会更加严重。而在空旷的郊区，则遮挡会相应变少。另外，最近有些工作是测量热带区域的卫星信道，主要是因为热带区域天气多变，因此，有必要单独考虑。 1.Rural 2.Suburban 3.Urban 4.Tropical area 1.4 极化方式 根据卫星的极化方式不同，又可以把卫星分为多极化和双极化卫星。 1.Single-polarized 2.Dual-polarized 目前，大部分信道建模或者测量都是选择其中的一个子集，作为研究对象。比如，研究近地轨道卫星在Ka波段下城区的信道的测量和建模。就调研的结果来看，现在大部分文献都集中在低轨卫星条件下，研究卫星信道的测量和建模。主要是由于低轨卫星高度低，卫星运动速度快，当最小通信仰角为10°，卫星轨道高度为1300km时，用户看到卫星升起到卫星落下的持续时间在10分钟左右。因此在用户的一次呼叫过程中，用户与卫星之间的仰角变化很快且变化范围大。因而，在研究信道模型时，必须研究通信全仰角下的信道模型。 多数研究都是假设在大部分时间内卫星和移动台之间存在直射分量；由于建筑物和树木等物体的遮蔽，存在阴影效应；由于信号的反射、散射和绕射造成的多径效应；由于卫星和移动台间的相对运动形成的多普勒效应。所以，移动卫星通信信道的特点可以归纳为：时变、多径效应、阴影效应和多普勒效应。

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 In mobile communications, signal arrives at the receiver through different transmission paths. The synthesis of the received signals in relation to the original signal will be faded, which is multi-path fading. In this paper, we research the frequency selective fading channels’ characteristics；And make the simulation to frequency selective fading channels with the tool MATLAB, which is based on jack model modeling. Using the established models, we compare the channel fading characteristics of different mobile communication systems which have different carrier frequencies, data transmission rates and mobile speeds. The simulation shows that: The mobile communication systems’ parameters will affect their channel fading characteristics. Keywords:Frequency-selective fading; Rayleigh channels; Jake model