移动通信论文--基于MCM法和Jakes法的Rayleigh信道仿真.docx

基于MCM法和Jakes法的Rayleigh信道仿真
组员
冯晓东
潘朝云
高忠贤
摘要
瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包络服从瑞利分布。本次试验我们采用了蒙特克罗法和Jakes法进行Rayleigh信道时域仿真，并根据仿真信号得到仿真的Rayleigh概率密度函数（PDF），累积分布函数（CDF）以及多普勒功率谱，最后把得到的仿真结果与理论计算结果进行对比分析。
目录
引言 2
一、Rayleigh衰落概述 3
1、瑞利衰落 3
2、瑞利衰落适用环境 3
3、模型 4
4、应用 4
5、失真和散射效应 4
二、论题重述 5
三、Matlab仿真过程 5
1、蒙特卡罗法Rayleigh信道时域仿真 5
（1）Rayleigh概率密度函数（PDF） 6
（2）累积分布函数（CDF） 7
（3）多普勒功率谱 7
2、Jakes法Rayleigh信道时域仿真 8
（1）Rayleigh概率密度函数（PDF） 9
（2）累积分布函数（CDF） 9
（3）多普勒功率谱 10
五、仿真结果分析 11
参考文献 11
引言
由于多径效应和移动台运动等影响因素，使得移动信道对传输信号在时间、频率和角度上造成了色散，即时间色散、频率色散、角度色散等等，因此多径信道的特性对通信质量有着重要的影响，而多径信道的包络统计特性则是我们研究的焦点。根据不同无线环境，接收信号包络一般服从几种典型分布，如瑞利分布、莱斯分布等。在此专门针对服从瑞利分布的多径信道进行模拟仿真，进一步加深对多径信道特性的了解。
从网络上参考的文章和资料来看，关于瑞利信道仿真主要使用MATLAB自带的瑞利信道仿真函数和瑞利信道的定义函数，这样做虽然利于仿真和简单的结果分析，但是由于其中部分参数采用定值代替变量，比如多普勒频率和多普勒系数，会使瑞利信道的特性不能够完全展现，本文将使用精确的算法，例如蒙特卡洛算法和Jakes法，会使结果更加准确，更能表现瑞利信道的特性。
本文介绍了瑞利衰落相关概念，重点在于运用Matlab对Rayleigh信道进行时域仿真，并根据仿真信号得到仿真的Rayleigh概率密度函数（PDF），累积分布函数（CDF）以及多普勒功率谱，最终我们对实验仿真结果与理论计算结果进行了对比分析并得出重要结论。
正文
一、Rayleigh衰落概述
1、瑞利衰落
瑞利衰落（Rayleigh Fading）是指在无线通信信道中，由于信号进行多径传播达到接收点处的场强来自不同传播的路径，各条路径延时时间是不同的，而各个方向分量波的叠加，又产生了驻波场强，从而形成信号快衰落称为瑞利衰落。瑞利衰落属于小尺度的衰落效应，它总是叠加于如阴影、衰减等大尺度衰落效应上。
2、瑞利衰落适用环境
由于信号进行多径传播达到接收点处的场强来自不同传播的路径，各条路径延时时间是不同的，而各个方向分量波的叠加，又产生了驻波场强，从而形成信号快衰落称为瑞利衰落。
在无线通信信道环境中，电磁波经过反射折射散射等多条路径传播到达接收机后， 总信号的强度服从瑞利分布。 同时由于接收机的移动及其他原因， 信号强度和相位等特性又在起伏变化， 故称为瑞利衰落。 如果收到的信号中除了经反射折射散射等来的信号外， 还有从发射机直接到达接收机 （如从卫星直接到达地面接收机）的信号，那么总信号的强度服从莱斯分布， 故称为莱斯衰落。
一般来说， 多路信号到达接收机的时间有先有后，即有相对时（间）延（迟）。 如果这些相对时延远小于一个符号的时间， 则可以认为多路信号几乎是同时到达接收机的。 这种情况下多径不会造成符号间的干扰。 这种衰落称为平坦衰落， 因为这种信道的频率响应在所用的频段内是平坦的。
相反地， 如果多路信号的相对时延与一个符号的时间相比不可忽略，那么当多路信号迭加时， 不同时间的符号就会重叠在一起，造成符号间的干扰。 这种衰落称为频率选择性衰落， 因为这种信道的频率响应在所用的频段内是不平坦的。
至于快衰落和慢衰落， 通常指的是信号相对于一个符号时间而言的变化的快慢。 粗略地说，如果在一个符号的时间里，变化不大，则认为是慢衰落。 反之， 如果在一个符号的时间里，有明显变化，则认为是快衰落。 理论上对何为快何为慢有严格的数学定义。
3、模型
瑞利分布是一个均值为0，方差为σ^2的平稳窄带高斯过程，其包络的一维分布是瑞利分布。瑞利分布是最常见的用于描述平坦衰落信号接收包络或独立多径分量接受包络统计时变特性的一种分布类