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MATLAB实现的移动衰落信道仿真研究及其参数影响
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更新于2024-06-23
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本篇毕业设计说明书详细阐述了基于MATLAB的移动衰落信道仿真方法。研究者针对移动通信中的关键问题,选择了瑞利信道作为研究对象,这是因为瑞利信道因其随机性和广泛应用于无线通信系统而具有重要意义。该论文的核心内容是采用JAKES法进行仿真,这是一种常用于描述移动通信信道中多径效应的数学模型,它能够准确地模拟信道的频率选择性。 JAKES模型着重于分析移动信道的功率谱密度(PSD),这是衡量信号在不同频率上能量分布的重要指标,对于信号的传输质量和通信系统的性能评估至关重要。此外,自相关函数也是研究的重要部分,它反映了信号随时间的变化特性,有助于理解和控制信号的时延和衰落特性。 通过MATLAB这一强大的数值计算平台,作者实现了移动衰落信道的精确仿真,并对比了仿真结果与理论上的参考模型。这一步验证了所用仿真方法的有效性和精度,同时也揭示了最大多普勒频移和谐波个数这两个参数对仿真结果的显著影响。多普勒频移是移动速度导致的信号频率变化,而谐波个数则体现了多径传播中不同路径的复杂性。 本论文不仅提供了实用的仿真技术,还为深入理解移动通信环境下的信号行为提供了实验依据。这对于无线通信系统的优化设计、抗衰落策略以及无线通信协议的开发都有着重要的参考价值。通过这篇毕业设计,作者展示了扎实的MATLAB编程技能和对移动通信理论的深入理解,为未来的无线通信研究奠定了坚实的基础。
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江苏技术师范学院毕业设计说明书(论文)
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第二章 无线信道的概念与特性
2.1 移动无线信道的概念
移动信道属于无线信道,是移动的动态信道,主要取决于用户所在地环境条件的客
观存在,其信道参数是时变的。移动通信中的各类新技术都是针对移动信道的动态时变
特性,为了解决有效性、可靠性和安全性设计的;了解移动信道的特点是解决移动通信
关键技术的前提。移动信道具有下列特点:
(1)传播的开放性:无线信道是基于电磁波在空间的传播来实现开放式信息传输的;
(2)接收环境的复杂性:可将接收点地理环境分为3类典型区域,即城市繁华区、近
郊区农村/远郊区;
(3)通信用户的随机移动性:准静态的室内用户通信、慢速步行用户通信、高速车
载用户通信。
2.2 移动无线信道基本理论
在移动通信中,由于障碍物阻挡了视距路径,发出的电磁波经常不能直接到达接收
天线,事实上,接收到的电磁波是由建筑物、树木及其他障碍物导致的反射、衍射和散
射而产生的来自不同方向的波叠加而成的。这种现象为多径传播。除了多径传播,多普
勒效应同样会对移动信道的传输特性产生负面影响。由于移动单元的运动,多普勒效应
降引起每个来波的频移。由第
n
条入射波的入射方向和移动单元的运动方向定义的入射
角
n
�
按照如下关系式决定第
n
条入射波的多普勒频率:
nn
ff
�
cos
max
�
(2-1)
式中,
max
f
与移动单元的速度 V、光速
0
C
和载波频率
0
f
的关系可以用数学表达式表示
如下
0
0
max
f
c
v
f �
(2-2)
由于多普勒频移从而引起的多普勒色散,造成信道的时变特性,也就是信道出现了时间
选择性衰落。时间选择性衰落会造成信号失真,这是由于发送信号还在传输的过程中,
传输信道的特征已经发生了变化。信号尾端时的信道特性与信号前端时的信道特性已经
发生了变化。如果信号持续的时间比较短,在这个比较短的持续时间里内,信道的特性
江苏技术师范学院毕业设计说明书(论文)
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还没有比较显著的变化,这时时间选择性衰落并不明显;当信号的持续时间进一步增加,
信道的特性在信号的持续时间内发生了比较显著的变化时,就会使信号产生失真。信号
的失真随着信号的持续时间的增长而增加。
2.3 移动无线信道的类型
在无线通信系统中,无线信道通常是利用信道的统计特性来分析和仿真的,一般来
说,整个无线信道对信号产生的影响,可以分为以下三大类:
2.3.1 传播路径损耗模型
一般来说,可以把接收信号的功率或者传播路径的损耗看作一个随机变量,而传播
路径损耗模型是用来描述接收信号的平均功率或是传播路径的平均损耗,平均功率会随
着传播距离的增加而减少,而传播路径的损耗会随着传播距离的增加而增加,因此,这个
随机变量是传播距离的函数,随着距离的改变,会有不同的平均值或中间值。这种模型中
较常使用的模型有:自由空间传播模型、对数距离路径损耗模型、及Hata模型。
2.3.2 大尺度传播模型
这个模型是用来描述信号经过长距离传播的变化(几百个波长或更多波长),主要探
讨各类地形与地物对传播信号所产生的遮蔽效应。遮蔽效应可以用一个随机变数来描述,
大部分的文献都一致的假设:遮蔽效应会使接收到的信号功率呈现对数常态分布。对数
常态遮蔽效应指的就是:在相同的传收距离下,不同接收机所接收到的信号强度(单位为
dB)将呈现高斯或是常态分布,这也就是说传播路径所造成的功率损耗(以dB为单位)是
呈现高斯或是常态分布的,而且这个随机变数标准差
�
的单位也是dB。大尺度传播中的
衰落包括:信号经过一段距离时信号的平均衰落。以及大型物体(如山脉或摩天大楼)导
致的信号衍射而产生的衰落,并且大尺度衰落的信号的平均功率是缓慢变化的。
2.3.3 小尺度传播模型
小尺度模型是用来描述在很短的距离(或时间)内,接收信号功率所呈现快速的变动。
小尺度传播模型是用来探讨小尺度衰落的现象,小尺度衰落也简称为衰落,主要是用来
描述无线电信号经过一段很短的时间(或是很短的距离)所产生的快速变化;这些变化包
括振幅、相位、频率、多重路径所造成的延迟等等。这种衰落是基带信号处理所必须要
面对的主要问题。
简单的来说,大尺度传播模型是用来描述在一段较长的时间之内,信号所呈现的平
均功率变化;而小尺度传播模型则是描述信号在短时间之内,受到信道影响瞬间所产生
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