频率选择性衰落信道模型研究与仿真 开题报告

南京邮电大学通达学院毕业设计(论文)开题报告题目频率选择性衰落信道模型研究与仿真

学生姓名班级学号专业网络工程

提纲(开题报告2000字以上)：

1.对指导教师下达的课题任务的学习与理解

随着无线通信业务需求量急剧增长，有限的频谱资源显得越来越紧张。未来物联网与无线通信网的融合更将占用频谱资源的范围扩展到世上万物。由于多数频谱资源被分配作授权频段，可灵活使用的非授权频段十分有限，而相当数量的授权频谱资源利用率非常低。目前，为提高频谱资源利用率，大部分研究都集中在编码调制等集中式静态频谱分配策略上，并不能灵活地完成时间空间上已分配频谱的动态复用。

无线通信系统的性能主要受到移动无线信道的制约。在陆地移动通信中，移动台常常工作在城市建筑群和其它地形地物较为复杂的环境中，其传输信道的特性是随时随地而变化的，移动无线信道上传输的信号要受到传播路径损耗，衰落和噪声干扰，这些都影响了通信系统的性能。所以在进行移动通信系统关键技术的理论研究时，信道模型是首要确定的问题。基于抽头延时线的频率选择性衰落信道，是非常常用的一种信道模型。

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。

2.阅读文献资料进行调研的综述

⑴无线信道的分类和特点

（一）信道类别

1、短波信道：短波按照国际无线电咨询委员会(CCIR，现在的ITU-R)，的划分是指波

长在l00m~l0m，频率为3MHz~30MHz的电磁波。利用短波进行的无线电通信称为短波通信，又称高频(HF)通信。实际上，为了充分利用短波近距离通信的优点，短波通信实际使用的频率范围为1.5MHz~30MHz。与卫星通信、地面微波、同轴电缆、光缆等通信

手段相比，短波通信也有着许多显著的优点：

1)短波通信不需要建立中继站即可实现远距离通信，因而建设和维护费用低，建设周期短;

2)设备简单，可以根据使用要求固定设置，进行定点固定通信。也可以背负或装入车辆、舰船、飞行器中进行移动通信;

3)电路调度容易，临时组网方便、迅速，具有很大的使用灵活性;

4)对自然灾害或战争的抗毁能力强。通信设备体积小，容易隐蔽，便于改变工作频率以躲避敌人干扰和窃听，破坏后容易恢复。

短波通信也存在着一些明显的缺点：

1)可供使用的频段窄，通信容量小。按照国际规定，每个短波电台占用3.7kHz的频率宽度，而整个短波频段可利用的频率范围只有28.5MHz。为了避免相互间的干扰，全球只能容纳7700多个可通信道，通信空间十分拥挤。并且3kHz通信频带宽度，在很大程度上限制了通信的容量和数据传输的速率。

2)短波的天波信道是变参信道，信号传输稳定性差。短波无线电通信主要是依赖电离层进行远距离信号传输的，电离层作为信号反射媒质的弱点是参量的可变性很大。它的特点是路径损耗、延时散步、噪声和干扰，都随昼夜、频率、地点而不断变化着。一方面电离层的变化使信号产生衰落，衰落的幅度和频次不断变化。另一方面天波信道存在着严重的多径效应，造成频率选择性衰落和多径延时。选择性衰落使信号失真，多径延时使接收信号在时间上扩散，成为短波链路数据传输的主要限制。

3)大气和工业无线电噪声干扰严重。随着工业电器化的发展，短波频段工业电器辐射的无线电噪声干扰平均强度很高，加上大气无线电噪声和无线电台间干扰，在过去，几瓦、十几瓦发射功率就能实现的远距离短波无线电通信，而在今天，10倍、几十倍于这样的功率也不一定能够保证可靠的通信。大气和工业无线电噪声主要集中在无线电频谱的低端，随着频率的升高，强度逐渐降低。虽然，在短波频段这类噪声干扰比中长波段低，但强度仍很高，影响着短波通信的可靠性，尤其是脉冲型突发噪声，经常会使数据传输出现突发错误，严重影响通信质量。

2、超短波信道。利用30～300兆赫波段的无线电波传输信息的信道。由于超短波的波

长在1～10米之间，所以也称米波通信。整个超短波的频带宽度有270兆赫，是短波频带宽度的10倍。

1）超短波通信利用视距传播方式，比短波天波传播方式稳定性高，受季节和昼夜变化的影响小。

2）天线可用尺寸小、结构简单、增益较高的定向天线。这样，可用功率较小的发射机。

3）频率较高,频带较宽,能用于多路通信。

4）调制方式通常用调频制，可以得到较高的信噪比。通信质量比短波好。

3、微波信道：微波常指频率在1000兆赫（MHz）以上（波长在30厘米以下）的电磁

波。微波的传播特性类似于光的传播，一般沿直线传播，绕射能力很弱，一般进行视距内的通信，对于长距离通信可采用接力的方式，为微波接力通信，或称微波中继通信也可利用对流层传播进行通信，称为对流层散射通信；或利用人造卫星进行转发，即卫星通信。

微波通信的特点是：

1）通信频段的频带宽，传输信息容量大。

2）通信稳定、可靠。

3）在进行地面上的远跟离通信时，必须采用接力的方式，发端信号经若干中间站多次转发，才能到达收端。

4）通信灵活性较大。

5）天线增益高、方向性强。

6）投资少、建设快。

⑵频率选择性衰落和如何降低影响

频率选择性衰落是指不同的频率衰落特性不一样，引起时延扩散，在不同的频段上衰落特性不一样。它是信道在时域的时延扩散而引起了在频域的选择性衰落。最有效的克服方法有自适应均衡、OFDM及CDMA系统中的RAKE接收等。

多径衰落可以影响移动接收机或固定接收机。移动接收机以及在包含移动物体的信道中工作的接收机还必须处理影响信号幅度和相位的其它因素。这些效应可以描述为时间变化或空间

变化的函数。如果接收机以恒定的速度移动，在不同时间上发送脉冲与在不同位置发送脉冲完全相同。

在变化的信道发送信号时，知道这些条件在多长时间内是稳定的非常重要。根据相干时间还可以在频域中查看时间变化。一直移动的接收机会经受频移，而这取决于接收信号的到达角度。时间展宽会导致信号在时间上展宽；而时间（或空间）上的变化会导致信号在频率上展宽。接收机并不是在一个频率上得到一个信号，而是在不同频率上得到信号的不同部分。这种多普勒展宽与相干时间T0成负相关的关系。

那么，如何降低快衰落的影响呢？

只有在没有信道损伤时，才能实现理想的无线链路性能。但是加性白色高斯噪声（AWGN）的存在则会使得无线信道不可能完全没有干扰。不过，在设计无线设备时可以采用许多技术，来降低衰落的影响。这些技术降低了最坏情况下的衰落曲线的误码概率，使其更接近最好情况下的AWGN曲线。不同形式的衰落对误码率有不同的影响。频率选择性衰落和快衰落会明显影响误码率，而平衰落和慢衰落对误码率的影响较小。在设计可以容忍衰落对信号恶化的无线链路时，确定信道中的衰落类型非常重要。然后，可以选择信息速率，减少能够避免的误码。

由于符号频率与符号周期呈倒数的关系，因此改变信号速率以补偿频率选择性衰落也会改变其在衰落速度方面的性能。为避免频率选择性衰落，传输速率应低于信道的相干带宽。换句话说，频率选择性衰落确定了信号带宽的上限，快衰落则确定了信号带宽的下限。

均衡是一种常用技术，它用来消除频率选择性衰落导致的ISI。这个过程是调用一个脉冲响应与传播信道相反的滤波器。因此，传输通道与接收滤波器相结合，产生平坦的线性响应。例如，GSM采用自适应均衡技术，来缓和失真。

CDMA技术使用Rake接收机减轻ISI的影响。Rake接收机使用专用滤波器，检测展宽信号里的成分，将这些成分收集起来，并将它们相干地叠加起来（对早到路径采用比晚到路径更多的延时）。

还可以使用交织技术和编码技术，降低准确检测信号所要求的Eb/No（能噪比）。编码技术通过在正交码道上发送多个信号拷贝，提供了冗余性。交织技术通过把误码分布到不同的时间，在链路中增加了稳定性，从而避免了大量连续数据丢失现象的发生，而这种现象可能会切断无线链路。