第32頁(yè)共33頁(yè)第一章前言1.1課題研究背景無(wú)線(xiàn)電波的傳播環(huán)境非常復(fù)雜，再加上無(wú)線(xiàn)電波自身的多樣性，使得電波會(huì)通過(guò)多種方式和途徑從發(fā)射天線(xiàn)傳播到接收天線(xiàn)。無(wú)線(xiàn)視距是指與無(wú)線(xiàn)視線(xiàn)相關(guān)的路徑的長(zhǎng)度，它不僅是建立無(wú)線(xiàn)傳播模型的基礎(chǔ)，也被用來(lái)區(qū)分不同的傳播模式。通常情況下，可以按照距離尺度將陸地移動(dòng)通信無(wú)線(xiàn)信號(hào)的傳播機(jī)制劃分為大尺度和小尺度兩種。大尺度傳播機(jī)制主要用于描述發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間長(zhǎng)距離的平均信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的變化，小尺度傳播機(jī)制用于描述短距離內(nèi)接收信號(hào)強(qiáng)度的變化。按照傳播模型的適用環(huán)境劃分，又可以分為室外傳播模型和室內(nèi)傳播模型。按照傳播模型的來(lái)源劃分，可以分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃痛_定性模型兩種。其中，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪歉鶕?jù)大量的測(cè)量結(jié)果，統(tǒng)計(jì)分析后歸納導(dǎo)出的公式；確定性模型則是對(duì)具體現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境直接應(yīng)用電磁理論計(jì)算的方法得到的公式。一個(gè)有效的傳播模型應(yīng)該能很好地預(yù)測(cè)出傳播損耗，該損耗是距離、工作頻率和環(huán)境參數(shù)的函數(shù)。由于在實(shí)際環(huán)境中地形和建筑物的影響，傳播損耗也會(huì)有所變化，因此預(yù)測(cè)結(jié)果必須在實(shí)地測(cè)量過(guò)程中進(jìn)一步驗(yàn)證。1.2課題研究意義無(wú)線(xiàn)信道是移動(dòng)通信的傳輸媒介，所有的信息都在這個(gè)信道中傳輸。信道性能的優(yōu)劣直接決定著信息傳送的正確率和時(shí)效性，進(jìn)而決定著人們的通信質(zhì)量。因此，要想在有限的頻譜資源上盡可能高質(zhì)量、大容量傳輸有用信息，就要求我們必須十分清楚地了解信道的特性，然后根據(jù)信道的特性采取一系列的抗干擾和抗衰落技術(shù)來(lái)保證傳輸質(zhì)量和傳輸容量方面的要求。而對(duì)于象認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電這樣的通過(guò)協(xié)商利用授權(quán)網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間、空閑頻段的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，首先就需要實(shí)時(shí)檢測(cè)授權(quán)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)當(dāng)前未使用的頻譜空洞，通過(guò)頻譜分析，估計(jì)相應(yīng)的參數(shù)，并根據(jù)非授權(quán)用戶(hù)的需求判斷可用的頻段和可以達(dá)到的通信容量和QoS。對(duì)于授權(quán)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的使用狀況仍需非授權(quán)網(wǎng)絡(luò)完全通過(guò)空中接收、分析授權(quán)網(wǎng)絡(luò)與其用戶(hù)間的上、下行信號(hào)進(jìn)行判斷。更何況就認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的設(shè)想而言，它應(yīng)該解決異構(gòu)的多種制式的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的共存問(wèn)題，CR網(wǎng)能夠在全頻段的頻譜范圍內(nèi)快速捕獲頻譜空洞，進(jìn)而重新配置網(wǎng)絡(luò)資源、工作模式和參數(shù)。縱向要打破傳統(tǒng)的分層概念，采用跨層新協(xié)議，橫向要打破靜態(tài)頻譜分割方法，不僅動(dòng)態(tài)接入，而且還要自適應(yīng)地改變頻段，改變制式、改變參數(shù)，甚至改變網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這就對(duì)非授權(quán)網(wǎng)絡(luò)如何通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道獲得授權(quán)網(wǎng)絡(luò)信息的能力提出更高的要求。目前，在實(shí)驗(yàn)室里研究移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道普遍使用的是無(wú)線(xiàn)信道仿真模型，這比實(shí)物試驗(yàn)更能節(jié)省費(fèi)用，并且信道仿真模型復(fù)用性高，可以利用其對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行測(cè)試、分析和評(píng)估。因此，無(wú)線(xiàn)信道仿真模型的研究有著重要的理論和實(shí)際意義。業(yè)界對(duì)無(wú)線(xiàn)信道仿真模型的研究由來(lái)已久，但多數(shù)只考慮了小尺度衰落，但對(duì)于認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的研究來(lái)說(shuō)，不單單需要解決小尺度衰落對(duì)數(shù)字傳輸技術(shù)的影響，最基礎(chǔ)的是要解決認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電在空中接口上對(duì)信息的感知，并且要根據(jù)感知的信號(hào)強(qiáng)度判斷非授權(quán)用戶(hù)的接入是否會(huì)對(duì)授權(quán)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)造成干擾以及干擾的程度，進(jìn)而提出非授權(quán)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)智接入和退出的機(jī)制以及接入和退出閾值的判斷和計(jì)算，這勢(shì)必要涉及到大尺度衰落1.3基于MATLAB仿真概要在MATLAB通信工具箱中有SLMULINK仿真模塊和MATLAB函數(shù)，形成一個(gè)運(yùn)算函數(shù)和仿真模塊的集合體，用來(lái)進(jìn)行通信領(lǐng)域的研究、開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。通信工具箱中的模塊可供直接使用，并允許修改，使用起來(lái)十分方便，因而完全可以滿(mǎn)足使用者設(shè)計(jì)和運(yùn)算的需要。MATLAB通信工具箱中的系統(tǒng)仿真，分為用SIMULINK模塊框圖進(jìn)行仿真和用MATLAB函數(shù)進(jìn)行的仿真兩種。在用SIMULINK模塊框圖的仿真中，每個(gè)模塊，在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上執(zhí)行一次，就是說(shuō)，所有的模塊在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上同時(shí)執(zhí)行。這種仿真被稱(chēng)為時(shí)間流的仿真。而在用MATLAB函數(shù)的仿真中，函數(shù)按照數(shù)據(jù)流的順序依次執(zhí)行，意味著所處理的數(shù)據(jù)，首先要經(jīng)過(guò)一個(gè)運(yùn)算階段，然后再激活下一個(gè)階段，這種仿真被稱(chēng)為數(shù)據(jù)流仿真。某些特定的應(yīng)用會(huì)要求采用兩種仿真方式中的一種，但無(wú)論是哪種，仿真的結(jié)果是相同的。Simulink是MATLAB提供的用于對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的工具包。Simulink提供了專(zhuān)門(mén)用于顯示輸出信號(hào)的模塊，可以在仿真過(guò)程中隨時(shí)觀(guān)察仿真結(jié)果。同時(shí)，通過(guò)Simulink的存儲(chǔ)模塊，仿真數(shù)據(jù)可以方便地以各種形式保存到工作區(qū)或文件中，供用戶(hù)在仿真結(jié)束之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。另外，Simulink把具有特定功能的代碼組織成模塊的方式，并且這些模塊可以組織成具有等級(jí)結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)，因此具有內(nèi)在的模塊化設(shè)計(jì)要求?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，Simulink稱(chēng)為一種通用的仿真建模工具，廣泛應(yīng)用于通信仿真、數(shù)字信號(hào)處理、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械控制和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。根據(jù)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系，Simulink提供3種類(lèi)型的模塊：連續(xù)模塊、離散模塊和混合模塊。連續(xù)模塊是指輸出信號(hào)隨著輸入信號(hào)發(fā)生連續(xù)變化的模塊，離散模塊則是輸出信號(hào)以固定間隔變化的模塊。對(duì)于連續(xù)模塊，Simulink采用積分方式計(jì)算輸出信號(hào)的數(shù)值，因此，連續(xù)模塊主要涉及導(dǎo)數(shù)的計(jì)算及其積分。離散模塊的輸出信號(hào)在下一個(gè)抽樣時(shí)刻到來(lái)之前保持恒定，這時(shí)候Simulink只需以一定的間隔計(jì)算輸出信號(hào)的數(shù)值?；旌夏K是根據(jù)輸入信號(hào)的類(lèi)型來(lái)確定輸出信號(hào)類(lèi)型的，它既能夠產(chǎn)生連續(xù)輸出信號(hào)，也能夠產(chǎn)生離散輸出信號(hào)。1.4信道仿真技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能主要受到無(wú)線(xiàn)信道特性的制約。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的傳播路徑上一般分布有復(fù)雜的地形地物，其信道往往是非固定的和不可預(yù)見(jiàn)的，具有復(fù)雜時(shí)變的電波傳播特性，因而造成了信道分析和傳播預(yù)測(cè)的困難。隨著通信系統(tǒng)的日趨復(fù)雜化，無(wú)線(xiàn)信道的仿真對(duì)于現(xiàn)代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究有著不可替代的意義。目前，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出的預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)公式，再根據(jù)實(shí)地測(cè)試進(jìn)行修正，大區(qū)制、宏小區(qū)和微小區(qū)已經(jīng)有公認(rèn)的具有普遍意義的信道模型-Okumura-Hata模型，它是一組基于各種地形地物環(huán)境中場(chǎng)強(qiáng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)圖表擬合的、能夠計(jì)算不同區(qū)域傳播路徑損耗中值的經(jīng)驗(yàn)公式。它以準(zhǔn)平坦地形大城市地區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)中值或路徑損耗作為基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上對(duì)不同的傳播環(huán)境和地形條件等因素用校正因子加以修正。由于它的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)能夠達(dá)到比較完美的吻合，所以被普遍應(yīng)用于覆蓋范圍不大于20km的大區(qū)制和宏蜂窩小區(qū)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，目前這方面的工作主要集中在測(cè)量手段和數(shù)據(jù)處理上。而在微小區(qū)（半徑小于1km）中，由于多半是地形復(fù)雜且業(yè)務(wù)量比較大的重點(diǎn)區(qū)域，基于統(tǒng)計(jì)和修正因子的經(jīng)驗(yàn)公式多半不適用。而且由于其采用的頻率達(dá)到微波波段，所研究的散射體和計(jì)算域電尺寸過(guò)大（每一維度均達(dá)幾百甚至幾千個(gè)波長(zhǎng)），導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間和計(jì)算機(jī)內(nèi)存的消耗急劇增加，使得理論分析微小區(qū)電波傳播特性存在很大困難。而且由于所處地區(qū)地物環(huán)境的復(fù)雜性，干擾也相對(duì)復(fù)雜，很難預(yù)測(cè)其場(chǎng)強(qiáng)，也很少有統(tǒng)一實(shí)用的信道仿真模型。于是，基于相似性原理的近似信道模型成為一種合理的選擇，常用的電波傳播預(yù)測(cè)模型有COST231模型和RayTracing模型。COST231模型是一個(gè)在業(yè)界獲得廣泛應(yīng)用的宏小區(qū)和微小區(qū)電波傳播預(yù)測(cè)模型，它對(duì)地形地物做了必要且合理的假設(shè)，以可視路徑以及非可視路徑電波傳播損耗為基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上對(duì)其他地形地物進(jìn)行修正。COST231模型能夠在較短時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)，頻率適用范圍為900MHz～1800MHz。RayTracing模型考慮建筑物的反射和繞射，通常采用射線(xiàn)跟蹤的方法對(duì)微小區(qū)的無(wú)線(xiàn)電電波傳播進(jìn)行預(yù)測(cè)，因而能更接近實(shí)際信道，但計(jì)算量偏大。至于微微小區(qū)中的無(wú)線(xiàn)電電波傳播的預(yù)測(cè)，在理論和實(shí)測(cè)兩方面都有研究在進(jìn)行，且取得了一定的研究成果，但目前還沒(méi)有公認(rèn)的具有普遍意義的模型。在現(xiàn)代高速移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，往往需要為各種各樣的無(wú)線(xiàn)移動(dòng)信道的多徑時(shí)延擴(kuò)展和衰落效應(yīng)進(jìn)行仿真建模。國(guó)際公認(rèn)的傳播預(yù)測(cè)模型并不能適用于所有無(wú)線(xiàn)通信環(huán)境，尤其是在微微小區(qū)中，傳播路徑更加復(fù)雜，從簡(jiǎn)單的視距傳播到復(fù)雜的具有各種各樣障礙物的反射、折射和散射路徑，無(wú)線(xiàn)信道的傳播特性具有極大的隨機(jī)性，環(huán)境微小的變化都能引起接收信號(hào)很大的波動(dòng)。因此，非常有必要從普遍意義上研究無(wú)線(xiàn)信道的仿真技術(shù)。研究表明，雖然無(wú)線(xiàn)信號(hào)在各種不同移動(dòng)環(huán)境中受到的時(shí)延擴(kuò)展和衰落影響各不相同，但他們都是時(shí)變的多徑傳輸信道，都可以用具有時(shí)變沖激響應(yīng)的線(xiàn)性濾波器描述。在很多文獻(xiàn)中，廣義平穩(wěn)非相關(guān)散射被公認(rèn)為是能夠顯示時(shí)延擴(kuò)展和多普勒擴(kuò)展的最簡(jiǎn)單的隨機(jī)過(guò)程。業(yè)已證明，高斯廣義平穩(wěn)非相關(guān)散射模型與許多實(shí)際的無(wú)線(xiàn)信道相吻合。1.5本課題主要研究?jī)?nèi)容本課題，我們根據(jù)實(shí)際情況，詳細(xì)介紹了Okumura-Hata模型、COST231Hata模型Walfisch-Ikegami模型和SUI模型的理論，并基于MATLAB/Simulink對(duì)四個(gè)無(wú)線(xiàn)信道模型進(jìn)行仿真和性能分析。第二章MATLAB簡(jiǎn)介2.1MATLAB的概況MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLaboratory）之意。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專(zhuān)業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。在當(dāng)今30多個(gè)數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中，就軟件數(shù)學(xué)處理的原始內(nèi)核而言，可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是數(shù)值計(jì)算型軟件，如MATLAB、Xmath、Gauss等，這類(lèi)軟件長(zhǎng)于數(shù)值計(jì)算，對(duì)處理大批數(shù)據(jù)效率高；另一類(lèi)是數(shù)學(xué)分析型軟件，Mathematica、Maple等，這類(lèi)軟件以符號(hào)計(jì)算見(jiàn)長(zhǎng)，能給出解析解和任意精確解，其缺點(diǎn)是處理大量數(shù)據(jù)時(shí)效率較低。MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLaboratory）的縮寫(xiě)。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多。當(dāng)前流行的MATLAB7.0/Simulink3.0包括擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包(Toolbox)，工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包，功能工具包用來(lái)擴(kuò)充MATLAB的符號(hào)計(jì)算，可視化建模仿真，文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能。學(xué)科工具包是專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的工具包。控制工具包，信號(hào)處理工具包，通信工具包等都屬于此類(lèi)。開(kāi)放性使MATLAB廣受用戶(hù)歡迎，除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶(hù)通過(guò)對(duì)源程序的修改或加入自己編寫(xiě)的程序構(gòu)造新的專(zhuān)用工具包。2.2MATLAB產(chǎn)生的歷史背景和發(fā)展歷程在70年代中期，CleveMoler博士和其同事在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金的資助下開(kāi)發(fā)了調(diào)用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序庫(kù)。EISPACK是特征值求解的FOETRAN程序庫(kù)，LINPACK是解線(xiàn)性方程的程序庫(kù)。在當(dāng)時(shí)，這兩個(gè)程序庫(kù)代表矩陣運(yùn)算的最高水平。到70年代后期，身為美國(guó)NewMEXico大學(xué)計(jì)算機(jī)系系主任的CleveMoler，在給學(xué)生講授線(xiàn)性代數(shù)課程時(shí)，想教學(xué)生使用EISPACK和LINPACK程序庫(kù)，但他發(fā)現(xiàn)學(xué)生用FORTRAN編寫(xiě)接口程序很費(fèi)時(shí)間，于是他開(kāi)始自己動(dòng)手，利用業(yè)余時(shí)間為學(xué)生編寫(xiě)EISPACK和LINPACK的接口程序。CleveMoler給這個(gè)接口程序取名為MATLAB，該名為矩陣(matrix)和實(shí)驗(yàn)室(labotatory)兩個(gè)英文單詞的前三個(gè)字母的組合。在以后的數(shù)年里，MATLAB在多所大學(xué)里作為教學(xué)輔助軟件使用，并作為面向大眾的免費(fèi)軟件廣為流傳。1983年春天，CleveMoler到Standford大學(xué)講學(xué)，MATLAB深深地吸引了工程師JohnLittle。JohnLittle敏銳地覺(jué)察到MATLAB在工程領(lǐng)域的廣闊前景。同年，他和CleveMoler，SteveBangert一起，用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了第二代專(zhuān)業(yè)版。這一代的MATLAB語(yǔ)言同時(shí)具備了數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)圖示化的功能。1984年，CleveMoler和JohnLittle成立了MathWorks公司。正式把MATLAB推向市場(chǎng)，并繼續(xù)進(jìn)行MATLAB的研究和開(kāi)發(fā)。在MATLAB進(jìn)入市場(chǎng)前，國(guó)際上的許多軟件包都是直接以FORTRANC語(yǔ)言等編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的。這種軟件的缺點(diǎn)是使用面窄，接口簡(jiǎn)陋，程序結(jié)構(gòu)不開(kāi)放以及沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的基庫(kù)，很難適應(yīng)各學(xué)科的最新發(fā)展，因而很難推廣。MATLAB的出現(xiàn)，為各國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)學(xué)科軟件提供了新的基礎(chǔ)。在MATLAB問(wèn)世不久的80年代中期，原先控制領(lǐng)域里的一些軟件包紛紛被淘汰或在MATLAB上重建。MathWorks公司1993年推出了MATLAB4.0版，1995年推出4.2C版（forwin3.X）1997年推出5.0版。1999年推出5.3版。MATLAB5.X較MATLAB4.X無(wú)論是界面還是內(nèi)容都有長(zhǎng)足的進(jìn)展，其幫助信息采用超文本格式和PDF格式，在Netscape3.0或IE4.0及以上版本，AcrobatReader中可以方便地瀏覽。2007年又推出了最新的7.0版，更加完善了Matlab的強(qiáng)大功能。時(shí)至今日，經(jīng)過(guò)MathWorks公司的不斷完善，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科，多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)大大大型軟件。在國(guó)外，MATLAB已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在歐美等高校，MATLAB已經(jīng)成為線(xiàn)性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生，碩士生，博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門(mén)，MATLAB被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)，特別是工程界，MATLAB一定會(huì)盛行起來(lái)?？梢哉f(shuō)，無(wú)論你從事工程方面的哪個(gè)學(xué)科，都能在MATLAB里找到合適的功能。 經(jīng)幾年的校間流傳，在Little的推動(dòng)下，由Little、Moler、SteveBangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市場(chǎng)。從這時(shí)起，MATLAB的內(nèi)核采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，而且除原有的數(shù)值計(jì)算能力外，還新增了數(shù)據(jù)圖視功能。 MATLAB以商品形式出現(xiàn)后，僅短短幾年，就以其良好的開(kāi)放性和運(yùn)行的可靠性，使原先控制領(lǐng)域里的封閉式軟件包（如英國(guó)的UMIST，瑞典的LUND和SIMNON，德國(guó)的KEDDC）紛紛淘汰，而改以MATLAB為平臺(tái)加以重建。在時(shí)間進(jìn)入20世紀(jì)九十年代的時(shí)候，MATLAB已經(jīng)成為國(guó)際控制界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。 到九十年代初期，在國(guó)際上30幾個(gè)數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中，MATLAB在數(shù)值計(jì)算方面獨(dú)占鰲頭，而Mathematica和Maple則分居符號(hào)計(jì)算軟件的前兩名。Mathcad因其提供計(jì)算、圖形、文字處理的統(tǒng)一環(huán)境而深受中學(xué)生歡迎。 MathWorks公司于1993年推出MATLAB4.0版本，從此告別DOS版。4.x版在繼承和發(fā)展其原有的數(shù)值計(jì)算和圖形可視能力的同時(shí)，出現(xiàn)了以下幾個(gè)重要變化：推出了SIMULINK。這是一個(gè)交互式操作的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境。它的出現(xiàn)使人們有可能考慮許多以前不得不做簡(jiǎn)化假設(shè)的非線(xiàn)性因素、隨機(jī)因素，從而大大提高了人們對(duì)非線(xiàn)性、隨機(jī)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)知能力。開(kāi)發(fā)了與外部進(jìn)行直接數(shù)據(jù)交換的組件，打通了MATLAB進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、處理和硬件開(kāi)發(fā)的道路。推出了符號(hào)計(jì)算工具包。1993年MathWorks公司從加拿大滑鐵盧大學(xué)購(gòu)得Maple的使用權(quán)，以Maple為“引擎”開(kāi)發(fā)了SymbolicMathToolbox1.0。MathWorks公司此舉加快結(jié)束了國(guó)際上數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算孰優(yōu)孰劣的長(zhǎng)期爭(zhēng)論，促成了兩種計(jì)算的互補(bǔ)發(fā)展新時(shí)代。構(gòu)成了Notebook和MathWorks公司瞄準(zhǔn)應(yīng)用范圍最廣的Word，運(yùn)用DDE和OLE，實(shí)現(xiàn)了MATLAB與Word的無(wú)縫連接，從而為專(zhuān)業(yè)科技工作者創(chuàng)造了融入科學(xué)計(jì)算、圖形可視、文字處理于一體的高水準(zhǔn)環(huán)境。 1997年仲春，MATLAB5.0版問(wèn)世，緊接著是5.1、5.2，以及和1999年春的5.3版。與4.x相比，現(xiàn)今的MATLAB擁有更豐富的數(shù)據(jù)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)、更友善的面向?qū)ο?、更加快速精良的圖形可視、更廣博的數(shù)學(xué)和數(shù)據(jù)分析資源、更多的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具。關(guān)于MATLAB5.x的特點(diǎn)下節(jié)將作更詳細(xì)的介紹。 在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門(mén)，MATLAB被認(rèn)作進(jìn)行高效研究、開(kāi)發(fā)的首選軟件工具。如美國(guó)NationalInstruments公司信號(hào)測(cè)量、分析軟件LabVIEW，Cadence公司信號(hào)和通信分析設(shè)計(jì)軟件SPW等，或者直接建筑在MATLAB之上，或者以MATLAB為主要支撐。又如HP公司的VXI硬件，TM公司的DSP，Gage公司的各種硬卡、儀器等都接受MATLAB的支持。2.3MATLAB優(yōu)點(diǎn)MATLAB之所以如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其它語(yǔ)言的特點(diǎn)。正如同F(xiàn)ortran和C等高級(jí)語(yǔ)言使人們擺脫了需要直接對(duì)計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作一樣，被稱(chēng)為第4代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來(lái)。MATLAB的主要特點(diǎn)：·功能強(qiáng)大MATLAB具有功能強(qiáng)勁的工具箱，其包含兩個(gè)部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中，有數(shù)百個(gè)核心內(nèi)部函數(shù)。其工具箱又可分為兩類(lèi)：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來(lái)擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能。功能性工具箱能用于多種學(xué)科，而學(xué)科性工具箱是專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的，例如controltoolbox,imageprocessingtoolbox,signalprocessingtoolbox等。這些工具箱都是由該領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)術(shù)水平很高的專(zhuān)家編寫(xiě)的，所以用戶(hù)無(wú)需編寫(xiě)自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，就能夠直接進(jìn)行高、精、尖的研究。MATLAB之所以成為世界頂級(jí)的科學(xué)計(jì)算與數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件，是因?yàn)樗S著版本的升級(jí)與不斷完善而具有越來(lái)越強(qiáng)大的功能，主要有：數(shù)值計(jì)算功能；符號(hào)計(jì)算功能；數(shù)據(jù)分析功能；動(dòng)態(tài)仿真功能；圖形文字統(tǒng)一處理功能。·界面友好，編程效率高M(jìn)ATLAB突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。它用更直觀(guān)的、符合人類(lèi)思維習(xí)慣的代碼代替了C和Fortran語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼，給用戶(hù)帶來(lái)的是最直觀(guān)、最簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。MATLAB語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)極其豐富，程序書(shū)寫(xiě)形式自由，利用其豐富的庫(kù)函數(shù)避開(kāi)繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫(kù)函數(shù)都是由本領(lǐng)域的專(zhuān)家編寫(xiě)的，因此用戶(hù)不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性?？梢哉f(shuō)，用MATLAB進(jìn)行科學(xué)開(kāi)發(fā)是站在專(zhuān)家的肩膀上來(lái)完成的。·開(kāi)放性強(qiáng)MATLAB有很好的可擴(kuò)充性，可以把它當(dāng)成一種更高級(jí)的語(yǔ)言去使用。各種工具箱中的函數(shù)可以互相調(diào)用，也可以由用戶(hù)更改。MATLAB支持用戶(hù)對(duì)其函數(shù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，用戶(hù)的應(yīng)用程序可以作為新的函數(shù)添加到相應(yīng)的工具箱中。2.4Simulink簡(jiǎn)介Simulink是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的軟件包，它是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，支持線(xiàn)性系統(tǒng)和非線(xiàn)性系統(tǒng)，可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶(hù)接口(GUI)，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需要單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成。利用這個(gè)接口，用戶(hù)可以像用筆在草紙上繪制模型一樣，只要構(gòu)建出系統(tǒng)的方塊圖即可，這與以前的仿真軟件包要求解算微分方程和編寫(xiě)算法語(yǔ)言程序不同，它提供的是一種更快捷、更直接明了的方式，而且用戶(hù)可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink中包括了許多實(shí)現(xiàn)不同功能的模塊庫(kù)，如Sources(輸入源模塊庫(kù))、Sinks(輸出模塊庫(kù))、Mathoperations(數(shù)學(xué)模塊庫(kù))，以及線(xiàn)性模塊和非線(xiàn)性模塊等各種組件模塊庫(kù)。用戶(hù)也可以自定義和創(chuàng)建自己的模塊，利用這些模塊，用戶(hù)可以創(chuàng)建層次化的系統(tǒng)模型，可以自上而下或自下而上地閱讀模型，也就是說(shuō)，用戶(hù)可以查看最頂層的系統(tǒng)，然后通過(guò)雙擊模塊進(jìn)入下層的子系統(tǒng)查看模型，這不僅方便了工程人員的設(shè)計(jì)，而且可以使自己的模型方塊圖功能更清晰，結(jié)構(gòu)更合理。創(chuàng)建了系統(tǒng)模型后，用戶(hù)可以利用Simulink菜單或在MATLAB命令窗口中鍵入命令的方式選擇不同的積分方法來(lái)仿真系統(tǒng)模型。對(duì)于交互式的仿真過(guò)程，使用菜單是非常方便的，但如果要運(yùn)行大量的仿真，使用命令行方法則非常有效。此外，利用示波器模塊或其他的顯示模塊，用戶(hù)可以在仿真運(yùn)行的同時(shí)觀(guān)察仿真結(jié)果，而且還可以在仿真運(yùn)行期間改變仿真參數(shù)，并同時(shí)觀(guān)察改變后的仿真結(jié)果，最后的結(jié)果數(shù)據(jù)也可以輸出到MATLAB工作區(qū)進(jìn)行后續(xù)處理，或利用命令在圖形窗口中繪制仿真曲線(xiàn)。Simulink中的模型分析工具包括線(xiàn)性化工具和調(diào)整工具，這可以從MATLAB命令行獲取。MATLAB及其工具箱內(nèi)還有許多其他的適用于不同工程領(lǐng)域的分析工具，由于MATLAB和Simulink是集成在一起的，因此任何時(shí)候用戶(hù)都可以在這兩個(gè)環(huán)境中仿真、分析和修改模型。與其他仿真軟件相比，MATLAB/Simulink具有以下特色：(l)框圖式建模。Simulink提供了一個(gè)圖形化的建模環(huán)境，通過(guò)鼠標(biāo)單擊和拖拉操作進(jìn)行框圖式建模；(2)采用模塊組合的方法來(lái)創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型，對(duì)于比較復(fù)雜的非線(xiàn)性系統(tǒng)，效果更為明顯；(3)支持混合系統(tǒng)仿真，即系統(tǒng)中包含連續(xù)采樣時(shí)間和離散采樣時(shí)間；(4)支持多速率系統(tǒng)仿真，即系統(tǒng)中存在以不同速率運(yùn)行的組件；(5)支持混合編程。Simulink提供了一種函數(shù)規(guī)則—S函數(shù)，S函數(shù)可以是一個(gè)M文件、C語(yǔ)言程序或者其他高級(jí)語(yǔ)言程序，程序自由度大，可移植性好；(6)開(kāi)放性。允許用戶(hù)定制自己的模塊和模塊庫(kù)。MATLAB與Simulink集成在一起，無(wú)論何時(shí)在任何環(huán)境下都可以進(jìn)行系統(tǒng)的建模、分析和仿真。第三章信道建模和基于MATLAB的仿真與分析3.1仿真概要MATLAB是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言，它集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖像處理等學(xué)科的處理功能于一體，具有極高的編程效率。MATLAB是一個(gè)高度集成的系統(tǒng)，MATLAB提供的Simulink是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持線(xiàn)性和非線(xiàn)性系統(tǒng)，能夠在連續(xù)時(shí)間域、離散時(shí)間域或者兩者的混合時(shí)間域里進(jìn)行建模，它同樣支持具有多種采樣速率的系統(tǒng)。在過(guò)去幾年里，Simulink已經(jīng)成為數(shù)學(xué)和工業(yè)應(yīng)用中對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)使用得最為廣泛的軟件包。MATLAB仿真有兩種途徑：（1）MATLAB可以在SIMULINK窗口上進(jìn)行面向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖的系統(tǒng)仿真；（2）用戶(hù)可以在MATLAB的COMMAND窗口下，用運(yùn)行m文件，調(diào)用指令和各種用于系統(tǒng)仿真的函數(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)仿真。下面介紹在MATLAB上實(shí)現(xiàn)幾類(lèi)基本仿真。計(jì)算機(jī)仿真，概括地說(shuō)是一個(gè)“建?！獙?shí)驗(yàn)—分析”的過(guò)程，即仿真不單純是對(duì)模型的實(shí)驗(yàn)，還包括從建模到實(shí)驗(yàn)再到分析的全過(guò)程。因此進(jìn)行一次完整的仿真包括以下步驟：·列舉并列項(xiàng)目：每一項(xiàng)研究都應(yīng)從說(shuō)明問(wèn)題開(kāi)始，問(wèn)題由決策者提供或由熟悉問(wèn)題的分析者提供?！ぴO(shè)置目標(biāo)及完整的項(xiàng)目計(jì)劃：目標(biāo)表示仿真要回答的問(wèn)題、系統(tǒng)方案的說(shuō)明。項(xiàng)目計(jì)劃包括人數(shù)、研究費(fèi)用以及每一階段工作所需時(shí)間?！そ⒛Ｐ秃褪占瘮?shù)據(jù)：模型和實(shí)際系統(tǒng)沒(méi)有必要一一對(duì)應(yīng)，模型只需描述實(shí)際系統(tǒng)的本質(zhì)或者描述系統(tǒng)中所研究部分的本質(zhì)。因此，最好從簡(jiǎn)單的模型開(kāi)始，然后進(jìn)一步建立更復(fù)雜的模型?！ぞ幹瞥绦蚝万?yàn)證：利用數(shù)學(xué)公式、邏輯公式和算法等來(lái)表示實(shí)際系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)和輸入/輸出的關(guān)系。建模者必須決定是采用通用語(yǔ)言如MATLAB、FORTRAN、C還是專(zhuān)用仿真語(yǔ)言來(lái)編制程序。在本教材中，我們選擇的是MATLAB和其動(dòng)態(tài)仿真工具Simulink?！ご_認(rèn)：確認(rèn)指確定模型是否精確地代表實(shí)際系統(tǒng)。它不是一次完成，而是比較模型和實(shí)際系統(tǒng)特性的差異，不斷對(duì)模型進(jìn)行校正的迭代過(guò)程?！?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：確定仿真的方案、初始化周期長(zhǎng)度、仿真運(yùn)行長(zhǎng)度以及每次運(yùn)行的重復(fù)次數(shù)。·生產(chǎn)性運(yùn)行和分析：通常用于估計(jì)被仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能量度。利用理論定性分析、經(jīng)驗(yàn)定性分析或系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)定量分析來(lái)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼_性，利用靈敏度分析等手段來(lái)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆€(wěn)定性。3.2基于MATLAB的信道建模與仿真3.2.1自由空間損耗假設(shè)無(wú)線(xiàn)電波是在完全無(wú)阻擋的視距內(nèi)傳播，沒(méi)有反射、繞射和散射，這種理想的情形叫做自由空間的傳播?；旧显谶@種信道傳播模式下，接收機(jī)所接收到的訊號(hào)強(qiáng)度是和距離的平方成反比，這也是依球面積和能力守恒定律得到的結(jié)果，在自由空間傳播模型中，最常用的是福利斯自由空間模型，在一定傳送和接收端的距離時(shí)，此模型提供了接收端的平均接收功率。在接收距離為d的時(shí)候，接收訊號(hào)的平均功率：其中Pt為傳輸功率，Gt為傳輸天線(xiàn)的增益，Gr為接收端天線(xiàn)的增益，L為系統(tǒng)散逸系數(shù)，為電磁波波長(zhǎng)。天線(xiàn)增益Gt和Gr和有效孔徑Ae有關(guān)：一般而言，天線(xiàn)是沒(méi)有放大訊號(hào)的功能的，也就是增益為0dB。但是有些天線(xiàn)可以朝特定方向傳送或接收訊號(hào)，這種天線(xiàn)我們成為方向性天線(xiàn)。此外不同的天線(xiàn)設(shè)計(jì)與天線(xiàn)實(shí)體形狀的大小，也會(huì)影響到訊號(hào)的強(qiáng)度。本課題，我們值考慮自由控件模型的損耗，我們假設(shè)收發(fā)天線(xiàn)之間的距離為d，發(fā)射頻率為f，自由空間的損耗可由以下公式計(jì)算：(dB)其中，d的單位為km；f的單位為MHz。其仿真結(jié)果如下所示：圖3-1自由空間損耗模型自由空間的傳播是電波傳播最基本也是最簡(jiǎn)單的一種理想情況，因此其損耗模型的仿真也十分的簡(jiǎn)單，隨著距離的增加，損耗的DB值也增加。3.2.2Okumura-Hata模型，當(dāng)頻率范圍在150Mhz至1500Mhz的范圍內(nèi)的時(shí)候，其表達(dá)式：其中fc為載波頻率（150Mhz至1500Mhz）；為一個(gè)修正系數(shù)，此修正系數(shù)的大小和基地臺(tái)的覆蓋區(qū)域相關(guān)，也是手機(jī)有效天線(xiàn)的高度的表達(dá)式。一般在中小城市中，可以表示為：對(duì)于大城市，當(dāng)載波頻率小于300Mhz，則為：當(dāng)載波頻率大于300Mhz，則為：如果要得到郊區(qū)的路徑散逸公式，Okumura-Hata模型必須修改為：而在農(nóng)村，則為：Okumura-Hata模型非常適用與廣大覆蓋面積的行動(dòng)通信系統(tǒng)，但不適用個(gè)人通信系統(tǒng)，因?yàn)閭€(gè)人通信系統(tǒng)所覆蓋的范圍通常只有1公里，所以當(dāng)為個(gè)人的時(shí)候，公式必須修改為：上式適用的范圍為1500MHz至2000MHz，而CM的定義如下所示：進(jìn)一步，我們可以得到Okumura-Hata模型的路徑損耗的經(jīng)驗(yàn)公式：其中：(MHz)：工作頻率；(m)：基站天線(xiàn)有效高度，定義為基站天線(xiàn)實(shí)際海拔高度與天線(xiàn)傳播范圍內(nèi)的平均地面海拔高度之差；(m)：終端有效天線(xiàn)高度，定義為終端天線(xiàn)高出地表的高度；d（km）：基站天線(xiàn)和終端天線(xiàn)之間的水平距離；α(hre)：有效天線(xiàn)修正因子，是覆蓋區(qū)大小的函數(shù)，其數(shù)字與所處的無(wú)線(xiàn)環(huán)境相關(guān)，參見(jiàn)以下公式。Ccell：小區(qū)類(lèi)型校正因子。根據(jù)前面的分析，MATLAB仿真代碼如下所示：functiony=wireless_hata_attenuation(Model,f,Hm,Hb,d)y1=69.55+26.16*log(f)/log(10)-13.82*log(Hb)/log(10)+(44.9-6.55*log(Hb)/log(10))*log(d)/log(10);ifModel==1a=(1.11*log(f)/log(10)-0.7)*Hm-(1.56*log(f)/log(10)-0.8);elseifModel==2a=8.29*(log(1.54*Hm)/log(10)).^2-1.1;elseifModel==3a=3.2*(log(11.75*Hm)/log(10)).^2-4.97;elseifModel==4a=(log(f/28)/log(10)).^2+5.4;elseifModel==5a=40.98+4.78*(log(f)/log(10)).^2-18.33*log(f)/log(10);elseerror('nothatmodel');endy=y1-a;我們可以得到如下的仿真結(jié)果：圖3-2Okumura-Hata信道模型仿真從這個(gè)仿真可以看到，隨著距離的變化，信道損耗模型逐漸增加，但是變化趨緩，大城市相對(duì)于郊區(qū)和農(nóng)村其信道的損耗最大，農(nóng)村損耗最小。3.2.3COST231Hata模型應(yīng)用頻率在1

500MHz到2

000MHz之間，適用于小區(qū)半徑大于1km的宏蜂窩系統(tǒng)，發(fā)射有效天線(xiàn)高度在30m到200m之間，接收有效天線(xiàn)高度在1m到10m之間。路徑損耗計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為：收發(fā)天線(xiàn)之間的距離為d(km)，發(fā)射頻率為f(MHz)，移動(dòng)臺(tái)高度(m)，基站高度(m)；為移動(dòng)天線(xiàn)修正因子。Cm為大城市中心校正因子。在中等城市和郊區(qū)，Cm＝0dB，在市中心，Cm＝3dB。COST231Hata模型和Okumura-Hata模型主要的區(qū)別在頻率衰減的系數(shù)不同，COST231Hata模型的頻率衰減因子為33.9，Okumura-Hata模型的頻率衰減因子為26.16；另外COST231Hata模型還增加了一個(gè)大城市中心衰減CM。其MATLAB建模代碼如下所示：functiony=wireless_COST231_hata_attenuation(Model,f,Hm,Hb,d)y1=46.3+33.9*log(f)/log(10)-13.82*log(Hb)/log(10)+(44.9-6.55*log(Hb)/log(10))*log(d)/log(10);ifModel==1a=(1.11*log(f)/log(10)-0.7)*Hm-(1.56*log(f)/log(10)-0.8)-3;elseifModel==2a=8.29*(log(1.54*Hm)/log(10)).^2-1.1;elseifModel==3a=3.2*(log(11.75*Hm)/log(10)).^2-4.97;elseifModel==4a=(log(f/28)/log(10)).^2+5.4;elseifModel==5a=40.98+4.78*(log(f)/log(10)).^2-18.33*log(f)/log(10);elseerror('nothatmodel');endy=y1-a;其仿真結(jié)果如下所示：圖3-3COST231Hata信道模型仿真3.2.4COST231-WI模型COST231-WI模型在使用高基站天線(xiàn)時(shí)該模型采用理論的Walfisch-Bertoni模型和IkegaCOST231-WI模型分為視距傳播(LOS)和非視距傳播(NLOS)兩種情況計(jì)算路徑損耗。視距(LOS)傳播環(huán)境，其路徑損耗為：其中，d的單位為km；f的單位為MHz。非視距傳播(NLOS)適用條件和主要參數(shù)如下表：表3-4非視距傳播(NLOS)適用條件和主要參數(shù)頻率f(MHz)800~2000基站高度Hb(m)4~50移動(dòng)臺(tái)高度(m)1~3距離d（km）0.02~5所用的公式為：式中，是自由空間的損耗：是從屋頂?shù)浇值赖睦@射和散射損耗：其中：是多屏繞射損耗：其中：，其中MATLAB建模代碼如下所示：functiony=wireless_Walfish_Ikegami_NLOS_attenuation(Model,f,d,Hm,Hb,Hroof,w,b,Phi)L0=32.4+20*log(d)/log(10)+20*log(f)/log(10);if(Phi>=0)&Phi<35%自由空間的損耗Lcri=-10+0.354*Phi;elseifPhi>=35&Phi<55Lcri=2.5+0.075*(Phi-35);elseifPhi>=55&Phi<=90Lcri=4.0+0.114*(Phi-55);endLrts=-16.9-10*log(w)/log(10)+10*log(f)/log(10)+20*log(Hb-Hm)/log(10)+LcriifHb>Hroof%從屋頂?shù)浇值赖睦@射和散射損耗Lbsh=-18*log(1+Hb-Hroof)/log(10);ka=54;kd=18;elseifd>=0.5Lbsh=0;ka=54-0.8*(Hb-Hroof);kd=18-15*(Hb-Hroof)/Hroof;elseLbsh=0;ka=54-0.8*(Hb-Hroof)*(d/0.5);kd=18-15*(Hb-Hroof)/Hroof;endifModel==1kf=-4+0.7*(f/925-1);elseifModel==2kf=-4+1.5*(f/925-1);endLmsd=Lbsh+ka+kf*log(f)/log(10)+kd*log(d)/log(10)-9.1*log(b)/log(10);%多屏繞射損耗ifLrts+Lmsd<=0y=L0;elsey=L0+Lrts+Lmsd;end其仿真圖形如下所示：圖3-4COST231-WI信道模型仿真3.2.5高斯白噪聲信道加性高斯白噪聲AWGN（AdditiveWhiteGaussianNoise）是最常見(jiàn)地一種噪聲，它存在于各種傳輸媒質(zhì)中，包括有線(xiàn)傳輸信道和無(wú)線(xiàn)傳輸信道。這里對(duì)BPSK在AWGN信道中的誤碼率進(jìn)行了仿真。其中Simulink如下所示：圖3-5高斯信道模型其仿真結(jié)果如下所示：圖3-6高斯信道模型仿真結(jié)果同上面的仿真分析，我們可以得到，隨著信噪比的增加，系統(tǒng)的誤碼率住家降低，當(dāng)信噪比在10dB左右的時(shí)候，誤碼率接近與10-6。3.2.6瑞利衰落瑞利衰落是移動(dòng)通信中的一種相當(dāng)重要的衰落信道類(lèi)型，它在很大程度上影響著移動(dòng)通信的質(zhì)量。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，發(fā)送端和接收端都可能處在不停的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之中，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生多普勒頻移（Dopplershift）。多普勒頻移與運(yùn)動(dòng)速度和方向有關(guān)，它的計(jì)算公式如下：其中，v是發(fā)送端和接收端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，是運(yùn)動(dòng)方向和發(fā)送端與接收端連線(xiàn)之間的夾角。在多徑信道中，發(fā)送端發(fā)出的信號(hào)通過(guò)多個(gè)發(fā)射之后沿多條路徑到達(dá)接收端，這信路徑具有不同的時(shí)延和不同的接收強(qiáng)度，它門(mén)之間的相互作用就形成了衰落。Matlab本身含有瑞利衰落信道模塊，其參數(shù)為最大多普勒頻移，多條路徑的延時(shí)，多條路徑的衰減。這里不能夠進(jìn)行在未作任何處理的情況下進(jìn)行BPSK誤碼率仿真，這是由于瑞利衰落導(dǎo)致信號(hào)的振幅和相位旋轉(zhuǎn)，因此需要信道估計(jì)估計(jì)無(wú)線(xiàn)信道的信道頻率響應(yīng)，然后在接收器端利用均衡把無(wú)線(xiàn)信道的頻率響應(yīng)去掉。其仿真結(jié)果如下所示：圖3-8瑞利衰落信道仿真通過(guò)仿真分析得知，瑞利信道的誤碼率由于高斯信道的誤碼率，這種優(yōu)勢(shì)隨著信噪比的增加而逐漸擴(kuò)大。3.2.8倫琴衰落信道當(dāng)發(fā)送端和接收端之間存在著一條視距傳播路徑LOS時(shí)，它們之間的信道是倫琴衰落信道。如果同時(shí)考慮視距傳播和多徑衰落，這時(shí)候需要用倫琴衰落信道和多徑瑞利衰落信道來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，由于存在著視距傳播路徑，信號(hào)在倫琴衰落信道中的誤比特率性能將優(yōu)于多徑衰落信道。在都市環(huán)境中，由于眾多建筑物的阻擋，移動(dòng)臺(tái)與基站之間很難存在一條視距傳播路徑（LOS），信號(hào)主要通過(guò)反射和折射到達(dá)接收端，仿真過(guò)程一般將信道看作是多徑瑞利衰落信道。對(duì)于郊區(qū)或農(nóng)村，由于視距傳播路徑的存在同樣的發(fā)射功率可以獲得更優(yōu)的傳輸效果，這時(shí)候采用倫琴衰落信道就顯得更為恰當(dāng)。因此，不同環(huán)境需要采用不同的信道模型進(jìn)行仿真。圖3-10倫琴衰落信道模型仿真通過(guò)仿真分析得知，倫琴衰落信道的誤碼率由于高斯信道和瑞利信道的誤碼率，這種優(yōu)勢(shì)隨著信噪比的增加而逐漸擴(kuò)大。3.2.8為了仿真一個(gè)無(wú)線(xiàn)接收機(jī)接受信號(hào)強(qiáng)度的變化，我們需要知道：接收機(jī)所處的地理環(huán)境，接收機(jī)到發(fā)射機(jī)的各個(gè)路徑信號(hào)所受的影響，多普勒頻偏等，即信道模型。對(duì)于頻域單載波(SC-FDE)技術(shù)，IEEE802.16主要規(guī)定其應(yīng)用于11GHz以下的非視距(NLOS)固定無(wú)線(xiàn)接入(FWA)，其典型的信道特征如下：·蜂窩半徑<10km，具有多樣化的地形和植被密度；·基站發(fā)送天線(xiàn)高15-40m；·接收天線(xiàn)高2~10m，位于屋檐、窗口以下，或者是房頂高度的定向天線(xiàn)；·高的蜂窩覆蓋率(80％~90％)。SUI模型基于AT&T的Wireless和Erceg等人的工作，Erceg將地形分成三種類(lèi)型：A類(lèi)：最大路徑衰落，適用于山地地形以及很大的植被密度，對(duì)應(yīng)于信道模型SUI-5、SUI-6；B類(lèi)：中等路徑衰落，適用于A、C描述之間的地形，對(duì)應(yīng)于信道模型SUI-3、SUI-4；C類(lèi)：最小路徑衰落，適用于平原地形以及極小的植被密度，對(duì)應(yīng)于信道模型SUI-1、SUI-2；SUI模型對(duì)于各類(lèi)衰落規(guī)定了具體的衰落公式，提出6種SUI模型的適用環(huán)境如下：·蜂窩半徑7km；·基站發(fā)送天線(xiàn)高30m，接收天線(xiàn)高6m·基站發(fā)送天線(xiàn)波束寬度120度，接收天線(xiàn)波束寬度：全向（360）和（30）；·天線(xiàn)垂直極化；·90％的蜂窩覆蓋率，覆蓋范圍內(nèi)99.9％的可信度。上訴介紹的SUI信道模型：SUI-1~6其參數(shù)分別如下所示：表3-6SUI信道模型參數(shù)SUI-1信道第一徑第二徑第三徑單位時(shí)延00.40.9us多普勒頻移0.40.30.5HzK因子400功率0-15-20dBSUI-2信道第一徑第二徑第三徑單位時(shí)延00.41.1us多普勒頻移0.20.150.25HzK因子200功率0-12-15dBSUI-3信道第一徑第二徑第三徑單位時(shí)延00.40.9us多普勒頻移0.40.30.5HzK因子100功率0-5-10dBSUI-4信道第一徑第二徑第三徑單位時(shí)延01.54us多普勒頻移0.20.150.25HzK因子000功率0-4-8dBSUI-5信道第一徑第二徑第三徑單位時(shí)延0410us多普勒頻移21.52.5HzK因子000功率0-5-10dBSUI-6信道第一徑第二徑第三徑單位時(shí)延01420us多普勒頻移0.40.30.5HzK因子000功率0-10-14dB由于我們要仿真的是頻率選擇性信道，要求每一徑的衰落都符合Rayleigh衰落。用兩個(gè)Guass變量作為復(fù)數(shù)信號(hào)的實(shí)部和虛部，該復(fù)數(shù)信號(hào)的包絡(luò)符合Rayleigh衰落，角度符合均勻分布。信道功率分布調(diào)整x1(.)，y1(.)：根據(jù)功率分布的衰落因子K，以及每一徑的信號(hào)功率，計(jì)算在Rayleigh衰落(=0)或者Ricean衰落(>0)情況下每一徑的功率補(bǔ)償因子。天線(xiàn)功率修正z1(.)：根據(jù)所使用的天線(xiàn)波束寬度，選擇天線(xiàn)功率歸一化因子F調(diào)整每一徑的功率。多普勒擴(kuò)展：根據(jù)已有的無(wú)線(xiàn)電頻率信道實(shí)測(cè)結(jié)果，得出多普勒頻譜擴(kuò)展近似曲線(xiàn)如下。多徑信道：我們仿真的3徑信道由不相關(guān)的3個(gè)Rayleigh隨機(jī)變量通過(guò)以上的調(diào)整，并經(jīng)過(guò)不同的時(shí)延后疊加，最終模擬了SUI的信道模型。下面我們對(duì)6種情況的SUI模型分別對(duì)其衰落曲線(xiàn)進(jìn)行仿真。圖3-11SUI1信道模型仿真圖3-12SUI2信道模型仿真圖3-13SUI3信道模型仿真圖3-14SUI4信道模型仿真圖3-15SUI5信道模型仿真圖3-16SUI6信道模型仿真3.3數(shù)字調(diào)制技術(shù)3.3.1A

幅度鍵控可以通過(guò)乘法器和開(kāi)關(guān)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。載波在數(shù)字信號(hào)1或0的控制下通或斷，在信號(hào)為1的狀態(tài)載波接通，此時(shí)傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號(hào)為0的狀態(tài)下，載波被關(guān)斷，此時(shí)傳輸信道上無(wú)載波傳送。那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無(wú)還原出數(shù)字信號(hào)的1和0。2-ASK信號(hào)功率譜密度的特點(diǎn)如下：

（1）由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成；連續(xù)譜由傳號(hào)的波形g(t)經(jīng)線(xiàn)性調(diào)制后決定，離散譜由載波分量決定；

（2）已調(diào)信號(hào)的帶寬是基帶脈沖波形帶寬的二倍?！r(shí)域波形及表達(dá)式數(shù)字基帶脈沖序列(數(shù)字調(diào)制信號(hào))g（t-nTs）表示以Ts為脈寬的方波。載波為cosct調(diào)制后的時(shí)域波形為：其調(diào)制波形如圖所示：圖3-1ASK調(diào)制過(guò)程·2ASK信號(hào)的相干解調(diào)圖3-2ASK相干解調(diào)結(jié)構(gòu)框圖相乘：低通：與模擬解調(diào)相比，數(shù)字信號(hào)判決需采用抽樣判決（碼元再生），能減弱隨機(jī)噪聲的影響。其MATLAB仿真結(jié)果如下所示：圖3-2ASP調(diào)制解調(diào)技術(shù)仿真圖ASK調(diào)制，左圖為調(diào)制仿真結(jié)果，右圖為解調(diào)仿真結(jié)果。信號(hào)為的1的時(shí)候，輸出為調(diào)制信號(hào)的載波，信號(hào)為0的時(shí)候，輸出為0，從而完成一次ASK調(diào)制，ASK調(diào)制比較簡(jiǎn)單，這里就