无线移动信道特性分析(论文)文档格式.doc
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2011年12月7日--2011年12月14日：
论文论证
2011年12月15日--2011年12月21日：
整理所有材料、完成论文
2011年12月22日--2011年12月29日：
完成论文
2011年12月30日--2012年1月7日：
课题验收、答辩
参考文献：
[1]国扬、张厥盛编著·
移动通信（原理、系统及应用）·
电子工业出版社，1995
[2]刘颖等·
多通道干扰下的多径时延估计·
电子学报·
2001,Vol.29,No.6
[3]肖景明、王元坤编著·
电波传播工程计算·
西安电子科技大学出版社，1989
[4]董维仁、王华芝、云大年编著·
天线与电波传播·
人民邮电出版社，1986
[5]高新华·
移动通信发展状况和趋向·
通信技术与发展·
1991,No.6
[6]陈德荣、林家儒编著·
数字移动通信系统·
北京邮电大学出版社，1996
[7]常大年、王静、果明实·
现代移动通信技术与组织·
北京邮电大学出版社，2000
[8]朱洪波等编著·
无线接入网·
人民邮电出版社，2000
备注：
学生为通信技术专业。
摘要
本论文介绍了无线信道的基本概念和特性,对幅度服从莱斯分布和瑞利分布的衰落信道的概率密度函数进行分析。
建立了多径衰落信道模型[2],详细分析了BFSK信号在多种衰落信道中误比特率与信噪比的关系,并进行了性能比较。
结果表明,瑞利衰落信道的误比特性能较高斯白噪声信道和莱斯信道的误比特性能更差,且所建立的仿真方法可以作为多径衰落信道的分析方法。
本文针对目前无线信道存在的不确定性的信道衰落对无线通信质量提高有不利因素的状态，为改善无线移动通信系统多径时延[3]扩展而引起的符号间干扰的现状。
关键词：
衰落信道;
误比特率;
瑞利衰落信道;
莱斯衰落信道;
高斯白噪声信道
目录
无线移动信道特性分析 3
摘要 3
绪论 5
1无线移动通信技术的发展及应用 6
1.1无线移动通信技术发展历史和趋势[5] 6
1.2无线移动通信技术相关业务及频谱 6
1.3无线移动通信技术应用设想 8
本章小结 9
2无线信道的概念和特性 10
2.1无线信道的定义 10
2.2无线信道的类型 10
2.2.1传播路径损耗模型 10
2.2.2大尺度传播模型 11
2.2.3小尺度传播模型 11
2.3无线移动信道的概念 12
2.4移动信道的特点 12
2.4.1移动通信信道的3个主要特点 12
2.4.2移动通信信道的电磁波传输 12
2.4.3接收信道的3类损耗 12
2.4.4三种快衰落（选择性衰落）产生的原因 13
2.4.5接收信号的4种效应 13
本章小结 13
3移动信道的传输特性和信道模型 13
3.1传输损耗的初步定量分析 13
3.1.1大范围传输损耗的定量分析 14
3.1.2中小范围传输损耗的定量分析 15
3.1.3移动信道中的噪声和干扰 16
本章小结 17
4CDMA技术[11] 17
4.1CDMA技术含义 17
4.2CDMA技术的优点 17
致谢 19
参考文献 19
绪论
无线信道也就是常说的无线的“频段（Channel）”，其是以无线信号作为传输媒体的数据信号传送通道。
无线业务需求的不断增长使得无线频谱资源日益匮乏矛盾变得相当突出，为此需要研究能够提高天线与电波[4]通信链路频谱效率的传输理论和技术，为达此目的，衰落信道容量的研究收到广泛的重视。
对无线移动信道特性的分析,是移动通信系统研究中最重要的部分之一,也是近年来人们研究的热点之一。
其中多径传播和阴影效应是信道的主要特点,几乎所有统计特性都建立在此基础上。
无线信道是通信系统中较为恶劣的通信介质。
根据电波传送规律。
由于障碍物的阻挡，通常不能从发射端直接到接收天线。
由于电波的反射、绕射及散射现象，接收端所接收到的信号是各个方向到达的电磁波的叠加。
同时，用户在空间的运动将使接收信号产生多普勒扩展。
衰落直接体现了无线信道的复杂性和随机性，是决定移动通信系统性能基本问题。
移动无线信道的建模与仿真有许多不同的理论和方法,所以研究移动无线衰落特性，对建立无线信道传播模型研究与开发高质量移动通信系统有重要意义。
1无线移动通信技术的发展及应用
1.1无线移动通信技术发展历史和趋势[5]
无线移动通信技术[6]的发展始于上一世纪20年代，经历了五个发展阶段。
第一阶段从上一世纪20年代至40年代，为早期发展阶段。
在这期间，首先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统，其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统。
该系统工作频率为2MHz，到40年代提高到30～40MHz。
可以认为这个阶段是现代移动通信[7]的起步阶段，特点是专用系统开发，工作频率较低。
第二阶段从40年代中期至60年代初期。
在此期间内，公用移动通信业务开始问世。
这一阶段的特点是从专用移动网向公用移动网过渡，接续方式为人工，网的容量较小。
第三阶段从60年代中期至70年代中期，使用150MHz和450MHz频段，实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网。
这一阶段是移动通信系统改进与完善的阶段，其特点是采用大区制、中小容量，使用450MHz频段，实现了自动选频与自动接续。
第四阶段从70年代中期至80年代中期。
这是移动通信蓬勃发展时期。
1978年底，美国贝尔试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网，大大提高了系统容量。
第五阶段从80年代中期开始，这是数字移动通信系统发展和成熟时期，开发了新一代数字蜂窝移动通信系统。
数字无线传输的频谱利用率高，可大大提高系统容量。
另外，数字网能提供语音、数据多种业务服务，并与ISDN等兼容。
实际上，早在70年代末期，当模拟蜂窝系统还处于开发阶段时，一些发达国家就着手数字蜂窝移动通信系统的研究。
到80年代中期，欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网（GSM）的体系。
目前，我们正处在这一阶段的第三代数字移动通信系统时代。
这一时代的特点是通信频带进一步加宽，数据业务所占的比重大幅度增加，全面走向移动多媒体通信。
当今无线移动通信的发展主要体现在五大技术的发展中：
一是举世瞩目的3G技术，二是3.5GHz宽带固定无线接入网[8]的推广应用，三是WLAN标准的选用，四是宽带无线技术新宠WIMAX，五是超宽带无线接入技术UWB。
这些技术的发展和应用导致无线移动通信的总体走势是接入多元、网络一体和综合布局。
1.2无线移动通信技术相关业务及频谱
信息产业部最新公布的电信业“十一五”规划应前期研究的22项课题，这些课题广泛涵盖了通信业发展战略、法制与行管、网络融合、第三代移动通信、普遍服务、电子商务与电子政务等关系到未来通信发展的重点业务领域，总共包括69个子课题。
分析这些课题，我们可从中找到适合我们自身特点的研究方向。
从图一和图二中可看出，在各种不同的应用环境下，其业务带宽需求是不同的，从而产生不同的频谱分配和应用差异。
（1）卫星移动通信系统
卫星移动通信系统，其最大特点是利用卫星通信的多址传输方式，为全球用户提供大跨度、大范围、远距离的漫游和机动、灵活的移动通信服务，是陆地蜂窝移动通信系统的扩展和延伸，在偏远的地区、山区、海岛、受灾区、远洋船只及远航飞机等通信方面更具独特的优越性。
（2）无线接入系统
无线接入系统（又称无线本地环路），就是通过无线的方式，在有线管道铺设比较困难、投资大、电话用户密度大的市和近郊区，或电话用户稀少的远郊区、农村、山区等地方，提供固定电话的服务，作为有线电话网的补充和延伸。
无线接入系统所使用的频段有150MHZ、450MHZ、800/900MHZ、1－3GHZ及3GHZ以上；
所采用的技术有模拟蜂窝技术（包括TACS、AMPS、NMT等技术），数字蜂窝技术（包括GSM－DCS1800-PCS1900、800/1900MHZCDMA、DAMPS、PDC等技术），数字无线技术（包括DECT、PHS、PACS及美国UnlicensedPCS等）,扩展频谱技术及TDMA技术等等。
（3）无线寻呼业务
无线寻呼业务是近几年发展非常迅速的移动通信业务之一。
我国曾是世界上头号寻呼大国。
无线寻呼信息除传统的个人信息外，还有大量的公共信息，如天气预报、国内外要闻、娱乐节目预告，以及专用信息，如股票、期货、银行对帐、日用商品、灾情等信息。
目前，应该利用现有的无线寻呼网络，朝向规模经营、文字化、自动化、大联网、高速率、多业务、多用途，以及语音寻呼、双向信息寻呼和小区复用频率的组网方式等方面发展。
（4）未来公众陆地移动通信系统FPLMTS
FPLMTS又名IMT－2000，表示该系统将在2000年后使用。
FPLMTS属于第三代移动通信系统[9]，WARC－92为FPLMTS分配的频段为：
1885－2025MHZ和2110－2200MHZ。
其中1980－2010MHZ、2170－2200MHZ用于卫星通信业务。
FPLMTS集合了各种移动通信系统的功能，用户只需使用单一的移动终端设备，就可以在全球任何地方、任何时候，获得与任何人进行高质量的移动通信服务，也就是大家所期望的个人通信。
当前，我国第三代移动通信系统的体系仍然延续了二代移动通信的传统，趋向于采用混合组网，既有CDMA2000体制，也有我国自己提出的TD-SCDMA体制。
1.3无线移动通信技术应用设想
从长远的战略角度看，我们拟从无线通信网络及应用、基于WEB的城市虚拟现实和电子制造三个方面开展研究，这是根据21世纪的战略目标和它所面临的环境确定的。
第一，专家预测，21世纪是网络的世纪，关键领域将是那些与信息产业相关的领域，三次浪潮的预言已成为现实，我国正在努力从二线国家（工业化国家）向第三线国家（信息化国家）靠拢。
为这一革命性的转变提供了客观条件的是网络技术的发展，传统产业将依靠网络求新生，新兴的信息产业将高速发展，依赖网络生存会有更多的机会。
第二，我们认为无线通信网络在中国有更强的生命力和适应力（社会需求）：
互联网经济在中国经历了和全球一样的历程，只是，滞后了一段时间，无数的泡沫都未逃脱破碎的命运，我们认为这部分归因于中国的国情，有线通信网络下的互联网电子商务在中国无法普及。
但是，亿万中国人却几乎和世界同步地普及了手机，中国人更容易接受简洁、高效和容易推广的无线移动终端设备。
这种情况，使人想到日本手机I-MODE网络模式的空前成功。
我们认为，在中国会有一个无线电子商务的佳年盛世，这和世界权威机构所做的预测相一致。
第三，3G无线移动通信网络的运营必将带来人们生活和工作方式的革命性变化。
其实，移动办公和无线电子商务等无线移动通信技术应用在国外已经成熟，只是这种便捷的方式无法大面积地和国外发达国家的高质量的有线通信技术相抗衡，其主要瓶颈是无线通信带宽不够。
在中国，这种情况马上将会改变，信息产业部正在进行3G通信运营部署，其正式运营指日可待。
届时，亿万中国手机用户可以通过无线连接，移动地实现网络交互，我们可以迈过有线互联网电子商务惨淡经营的时代，直接推广无线移动办公和电子商务。
第四，以虚拟现实的方式提供人类的网络交互界面符合人类返璞归真的愿望。
在繁杂的信息时代，人们更注重效率，节省时间是人们获取信息时的最大要求。
虚拟现实可使人们以返璞归真的简单方式与网络交互。
第五，电子制造业是通信网络和计算机应用和数字家电的基础。
我们不可永远从国外购买通信和电子产品外壳内的芯片，必须开发自己的核心技术。
为了国家和民族的未来，我们有义务承担起这个重任，也有条件进行这项工作。
实施上述方案的要点是沟通无线移动网络和现存其它网络的多媒体通信渠道。
为了达到这一目标，应解决基于WEB的无线移动分布式数据库的建立问题，以及针对各类移动终端设备客户端的界面实现问题。
我们设想首先建立一个通过固定和移动IP共同决定位置的移动计算网格，如图三所示，以此作为开展移动办公和移动电子商务的基础平台。
该网格的主要思想是利用现有网络中具有固定IP的服务器作为移动节点的服务代理，以此沟通无线移动网络和WEB网络的交互，而这些性能不同的移动节点最终构成移动计算网格。
该网格中的移动节点可以是高性能的笔记本电脑，也可以是中档性能的掌上电脑，甚至是智能手机，它们的角色是在不同的具有固定IP网段的区域内移动漫游，具有所在的网段的虚拟IP地址，而它们之间的跨网通信需要以每个移动节点所属的具有固定IP的服务器为代理，实现整个移动计算网格中的相互通信。
本章小结
面对充满机会和挑战的二十一世纪，我们将以学习为本，以网络为源，以无线移动通信应用为生存空间，面对如饥似渴的市场需求，它正处在蓄势待发的状态。
信息产业部专家指出，移动通信的持续高速增长引人注目，移动通信业务收入在整个电信业务收入中所占比重达到44.6％。
与此同时，基于移动通信网络的增值业务也发展迅速，移动数据业务收入已经占到移动通信业务收入的15％。
因此，移动通信业务已成为中国信息通信业持续快速增长的一个主要推动力。
从各方面的情况来看，中国发展3G的条件已基本具备。
2无线信道的概念和特性
2.1无线信道的定义
各类信号从发射端发送出以后,在到达接收端之前经历的所有路径,统称为信道。
其中,如果传输的是无线电信号,电磁波所经历的路径,我们则称之为无线信道。
与其它通信信道相比,无线信道是最为复杂的一种,其衰落特性取决于无线电波传播[10]环境。
不同的环境,其传播特性也不尽相同。
无线信道可能是很简单的直线传播,也可能会被许多不同的因素所干扰,例如:
信号经过建筑物,山丘,或者树木所有反射而产生的多径效应,使信号放大或衰落。
在无线信道中,信号衰落是经常发生的,衰落深度可达30dB。
对于数字传输来说,衰落使比特误码率（BER）大大增加。
这种衰落现象严重恶化接收信号的质量,影响通信可靠性。
移动信道与非移动点对点无线信道相比,信号传输的误比特率前者比后者高106倍。
另外,在陆地移动系统中,移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域,其天线将接收从多条路径传来的信号,再加移动台本身的运动,使得信号产生多普勒效应,并且信道的特性也随时间变化而变化,增加了信号的不确定性,使得移动台和基站之间的无线信道多变且难以控制。
所以,与传统模型相比,无线信道多径数目增多,时延扩展加大,衰落加快。
2.2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:
2.2.1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、哈他模型。
2.2.2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:
在相同的传送距离下,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σ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。
2.2.3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的变化,两者不可混肴。
小尺度传播中的衰落是多径传播和多普勒频移两者作用的结果。
多重路径效应会造成各个路径信号到达接收机时有不同的相位、振幅、与时间延迟,因此会产生信号的时散效应与频率选择性衰落;
多普勒效应则会产生信号的频散（效应与时间选择性衰落。
2.3无线移动信道的概念
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。
（1）有效性：
占用尽量少的信道资源（频段、时隙、功率）的条件下尽可能多地传输信源信息。
（2）可靠性：
传输过程中抵抗各种干扰（信道固有特性、自然干扰、人为干扰）的能力。
（3）安全性：
在传输过程中的安全保密性能（接收端防窃听、发送端防伪造）。
2.4移动信道的特点
2.4.1移动通信信道的3个主要特点
（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。
2.4.2移动通信信道的电磁波传输
（1）直射波：
视距覆盖范围内无遮挡的传播，是超短波、微波的主要传输形式，经直线传播的信号最强。
（2）反射波：
从不同反射体反射后到达接收点的传播信号，强度弱于直射波。
（3）绕射波：
障碍物阻挡，经绕射后到达接收点的传播信号，强度弱于直射波。
（4）透射波：
穿透障碍物传播的电磁波，强度相当于直射波、反射波和绕射波较小。
（6）散射波：
空气中离子受激后二次反射的漫反射产生的电磁波，强度相当于直射波、反射波和绕射波较小。
2.4.3接收信道的3类损耗
（1）路径传播损耗：
（衰耗），电磁波在空间传播所产生的损耗，反映了大尺度空间（km量级）距离上的接收信号电平平均值的变换趋势。
（2）慢衰落损耗：
电磁波在传播路径上受到障碍物阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗，反映了中等尺度空间（数百波长量级）的接收信号电平平均值起伏变化的趋势，一般为无线传输所特有，在统计规律上满足对数正态分布，变化率较传输信息率慢。
（3）快衰落损耗：
反映小尺度空间（数十波长以下量级）接收信号电平平均值的起伏变化趋势，电平幅度分布满足瑞利分布、莱斯分布和纳卡伽米分布，变化率快于慢衰落。
分为：
空间选择性衰落、频率选择性衰落、时间选择性衰落，即不同的空间、频率和时间，其衰落特性不同。
2.4.4三种快衰落（选择性衰落）产生的原因
（1）时间选择性衰落：
由多普勒效应产生的多普勒频移扩散引起；
快速移动用户附近的物体的反射而形成的干扰信号，其特点是由用户的快速移动，在信号的频域上生成了多普勒频移扩散。
（2）频率选择性衰落：
由反射产生的时域扩散引起；
用户信号由于远处高大障碍物的反射而形成干扰信号，其特点是传输信号在时间上产生扩散，时域上的扩散引起频率选择性衰落。
（3）空间选择性衰落：
由反射产生的空间扩散引起；
由于接收信号受基站附近障碍物的反射而引起的干扰，其特点是严重影响到达天线信号入射角分布；
用户信号由于远处高大障碍物的反射而形成干扰信号，其特点是传输信号在空间上产生扩散，空域上波束角度的扩散引起接收信号产生空间选择性衰落。
2.4.5接收信号的4种效应
（1）阴影效应：
由大型障碍物的阻挡，在电磁波传输的接收区域中产生传播半盲区。
——发射功率的计算和预留
（2）远近效应：
由于接收用户的随机移动，移动用户和基站间距随机变化；
同时，通信系统中的非线性将进一步加重信号强弱的不平衡性，使得强攻率信号压制弱功率信号的现象，导致远离基站的用户通信中断。
——功率控制
（3）多经效应：
由于传输环境的复杂性，使得接收信号由直射波的主径信号、不同障碍物的反射波和绕射波组成的多条不同的传输路径；
到达时间、强度和载波相位不同，所接收的信号是多条路径信号的矢量和；
各路径间可能产生干扰，即多径干扰。
有时，接收信号中不存在直射波成分。
——分解接收、Rake接收
（4）多普勒效应：
移动用户高速移动引起传播频率的扩散，其扩散程度取决于用户与基站间的径向运动速度（成正比）。
——多普勒频移的抑制
本章初步介绍了无线信道的概念和特点，其中包括了移动通信的三个主要特点。
移动通信信道的电磁波传输；
接收信道的三类损耗；
四种快衰落产生的原因以及接收信号的四种效应。
3移动信道的传输特性和信道模型
3.1传输损耗的初步定量分析
传输损耗主要由大范围的路径衰耗、中范围的阴影效应、小范围的快衰落共同决定，即：
式中：
[d（t）]-n为大范围的路径衰耗,n=2～2.5；
S[d（t）]为中范围的阴影效应损耗；
K[d（t）]为小范围的快衰落损耗。
3.1.1大范围传输损耗的定量分析
移动通信信道是一个完全开放式的信道，其传播损耗从大范围看，主要取决于传播的环境和条件，即与传播距离、地形、地貌、载波频率、收发天线高度有关。
一般在工程中多采用经验公式与模型进行估算。
（1）奥村-哈塔模型适用于小城镇和郊区的准平坦地区，应用频率150MHz～1500MHz，有效距离1km～20km，基站发射天线高速为30m～200m，移动台接收天线高度1m～10m。
传播的平均衰耗主要由载波频率、基站天线有效高度、移动台天线有效高度、移动天线校正因子、传输距离、使用地区环境修正因子有关。
移动天线修正因子针对于大城市、中小城市具有
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