移动衰落信道的模型与模拟

论文摘要

在移动通信中,深刻理解和精确模拟传播信道对于通信系统的设计和性能分析是至关重要的。多年来,随着无线通信的发展,许多用来描述衰落信号幅度和相位的统计函数的信道模型已被提出,这些模型大多是依赖于系统工作环境的。本论文提出了一个通用的Rice和扩展的Suzuki移动衰落信道模型,它既适合于陆地与陆地移动通信信道也适合于陆地与卫星移动通信信道,因此是一个通用的信道模型。论文的主要工作是该模型的一阶以及二阶统计函数的推导,信道的计算机模拟方法,信道模型模拟实际衰落环境的性能分析,以及数字调制信号通过通用的Rice信道模型传输的误比特率性能研究等,主要内容安排如下:1.提出通用Rice和扩展的Suzuki数学模型,该模型同时考虑到多径和阴影这两种类型衰落的影响,以适应不同衰落环境的需要。推导通用Rice过程和扩展的Suzuki数学模型的一阶和二阶统计函数,包括信号电平和相位的概率密度函数、电平交叉率以及平均衰落持续时间等。研究数学模型中各参数对上述三个统计函数的影响。2.论文提出的通用Rice和扩展的Suzuki数学模型是通过对二个有色高斯噪声过程经过一系列滤波和运算后获得的,为了得到与该模型相对应的计算机模型,本文采用有限个经幅度加权和均匀相位分布的正弦信号的Rice和来近似有色高斯噪声过程,提出并比较此模拟法中五种计算离散正弦信号的频率和幅度的算法。利用计算机对数学模型中有关参数采用实际无线衰落信道的测量数据进行优化,得到数学模型、计算机模型和测量数据三者的一阶和二阶统计函数的比较曲线,总结通用Rice和扩展的Suzuki模型的性能。3.研究数字信号通过通用Rice衰落信道传输的误比特率性能,推导出频率非选择性慢衰落信道上相干BPSK、相干BFSK、差分相干DBPSK和非相干BFSK检测时的平均误比特率公式,并对通用Rice模型中各参数对误比特率的影响作分析比较。研究工作于频率选择性慢衰落信道上的数字信号传输性能,推导出采用L分集合并相干PBPSK、相干BFSK、准相干FDBPSK和非相干BFSK检测时的平均误比特率公式,分析分集合并技术对抗衰落的性能优点。4.制作一块扩展的Suzuki衰落信道模拟器电路板。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语
• 第一章 绪论
• 1.1 无线通信的回顾
• 1.1.1 早期的无线电通信
• 1.1.2 蜂窝移动通信的出现
• 1.1.3 信道建模的起源
• 1.2 移动通信信道的特性
• 1.2.1 自由空间传播的路径损耗
• 1.2.2 多径衰落信道的特性
• 1.3 衰落信道模型
• 1.3.1 多径衰落信道模型
• 1.3.2 阴影衰落信道模型
• 1.3.3 合成的多径—阴影衰落信道模型
• 1.4 多径衰落信号的多普勒功率谱密度函数
• 1.5 信道模型的一阶和二阶统计函数
• 1.5.1 Rayleigh
• 1.5.2 Nakagami-n（Rice）
• 1.5.3 Nakagami-q（Hoyt）
• 1.5.4 Nakagami-m
• 1.5.5 Weibull
• 1.5.6 Beckmann
• 1.5.7 Log-Normal
• 1.6 本文的主要内容及研究成果
• 参考文献
• 第二章 移动衰落信道的数学模型
• 2.1 小尺度衰落的数学模型
• 2.1.1 包络和相位及其导数过程的联合概率密度函数
• 2.1.1.1 非对称的多普勒功率谱密度函数的产生
• 2.1.1.2 包络和相位及其导数过程的联合概率密度函数的推导
• 2.1.2 通用Rice过程ξ（t）及其相位过程（?）（t）的概率密度函数
• 2.1.2.1 通用Rice过程ξ（t）的概率密度函数
• 2.1.2.2 相位过程（?）（t）的概率密度函数
• 2.1.3 通用Rice过程ξ（t）的电平交叉率和平均衰落持续时间
• 2.1.3.1 通用Rice过程ξ（t）的电平交叉率
• 2.1.3.2 通用Rice过程ξ（t）的平均衰落持续时间
• 2.2 大尺度衰落的数学模型
• 2.2.1 对数正态分布过程ζ（t）的概率密度函数
• 2.2.2 对数正态分布过程ζ（t）及其导数过程ζ（t）的联合概率密度函数
• 2.3 扩展的ZUSUKI过程的数学模型
• 2.3.1 扩展的Zusuki过程的概率密度函数
• 2.3.2 扩展的Suzuki过程的电平交叉率和平均衰落持续时间
• 2.3.2.1.扩展的Suzuki过程的电平交叉率
• 2.3.2.2.扩展的Suzuki过程的平均衰落持续时间
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 有色高斯噪声过程的计算机模拟
• 3.1 计算机模型的参数计算
• 3.1.1 等距离取样法（MED）
• 3.1.1.1 Jakes功率谱密度函数的MED法参数求解
• 3.1.1.2 Gaussian功率谱密度函数的MED法参数求解
• 3.1.2 等面积取样法（MEA）
• 3.1.2.1 Jakes功率谱密度函数的MEA法参数求解
• 3.1.2.2 Gaussian功率谱密度函数的MEA法参数求解
• 3.1.3 随机（Monte Carlo）取样法（MCM）
• 3.1.3.1 Jakes功率谱密度函数的MCM法参数求解
• 3.1.3.2 Gaussian功率谱密度函数的MCM法参数求解
• 3.1.4 最小均方误差法（MSEM）
• 3.1.4.1 Jakes功率谱密度函数的MSEM法参数求解
• 3.1.4.2 Gaussian功率谱密度函数的MSEM法参数求解
• 3.1.5 实际多普勒扩散法（MEDS）
• 3.1.5.1 Jakes功率谱密度函数的MEDS法参数求解
• 3.1.5.2 Gaussian功率谱密度函数的MEDS法参数求解
• 3.2 模拟过程的性能
• 3.2.1 平均多谱勒偏移因子及多谱勒扩散因子
• 3.2.2 Jakes功率谱密度的平均多谱勒偏移因子及多谱勒扩散因子
• 3.2.3 Gaussian功率密度谱的平均多谱勒偏移因子及多谱勒扩散因子
• 3.2.4 模拟过程的平均多谱勒偏移因子及多谱勒扩散因子
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 第四章 移动衰落信道的计算机模型及性能
• 4.1 信道模型的参量优化
• 4.1.1 通用Rice过程ξ（t）的参量优化
• 4.1.2 扩展的Suzuki过程η（t）的参量优化
• 4.2 扩展的SUZUKI过程的计算机模型
• 4.3 扩展的SUZUKI过程的计算机模拟及性能分析
• 4.4 扩展的SUZUKI过程模拟器
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 数字信号通过衰落信道的传输性能
• 5.1 频率非选择性慢衰落通用RICE信道上的数字信号传输
• 5.1.1 相干BPSK检测
• 5.1.2 相干BFSK检测
• 5.1.3 准相干DBPSK检测
• 5.1.4 非相干BFSK检测
• 5.1.5 通用Rice衰落信道上二进制信号传输的BER比较
• 5.2 频率选择性慢衰落通用RICE信道上的数字信号传输
• 5.2.1 相干BPSK检测
• 5.2.2 相干BFSK检测
• 5.2.3 差分相干DBPSK和非相干BFSK检测
• 5.2.4 通用Rice衰落信道上L分集合并检测二进制信号的BER比较
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 第六章 总结与展望
• 附录A（2.26A）式指数项矩阵的推导
• 作者攻读博士学位期间论文发表和专利申请情况
• 作者攻读博士学位期间参与的项目和获奖情况
• 致谢