第二章 无线信道模型 (二)

第一章无线信道1.1 概述无线信道系统主要借助无线电波在空中或水中的媒介传播来实现无线通信，其性能主要受到移动无线信道的制约和影响。

与有线通信不同，无线通信系统的发射机和接收机之间的传播路径非常复杂，从简单的室内传播到几千米或几十千米的视距（LOS）传播，会遭遇各种复杂的地物，如建筑物、山脉和树叶等障碍物的非视距（NLOS）传播。

由于无线信道不像有线信道那样固定并可预见，而是具有很大的随机性，甚至移动台的速度都会对信号电平的衰减产生影响，以上因素都造成无线信道非常难以分析。

仔细分析无线信道的传输特点，是提高无线传输效率和质量的前提，一般用统计方法来分析和建模无线信道。

1.2信号传播方式在无线环境下进行通信，信号可能要经过许多的障碍物，如大楼、街道、树木以及移动的汽车等。

信号的传播途径大致可分为4种：（1）直线传播在较广阔的地区，如郊区或农村。

然而在城市环境中，直线传播很少见。

（2）反射信号往往经过大的建筑物、平坦的地面和高山反射。

反射是信号传播的一种重要途径。

（3）折射信号经过障碍物的边界时，经折射绕过障碍物而到达目的地，信号经折射后衰减很大。

因此，在无线信道模型中，一般忽略这种传播途径。

（4）散射当信号遇到一个或多个较小的障碍物时，出现散射现象，即信号分成了许多个随机方向的信号。

散射在城市通信中为最重要的一种传播方式。

信号经散射后很难预测，因此理论上的建模往往建立在统计分析的基础上。

在实际环境中，信号利用障碍物的反射、散射或直线传播等，经多条路径到达接收端，即多径传播，从而形成了多径传播。

1.3移动无线信道的衰落特性移动无线信道是一种时变多径信道。

无线电信号通过移动信道时会遭受来自不同途径的衰减损害，这些来自不同途径的衰减损害对通信系统的性能带来极大的影响。

这些算还可以归纳为三类。

接收信号的功率可用公式（2-1）表示为：()()()n P d d S d R d -=⋅⋅ 式中，d 表示移动台到基站的距离。

信道模型1. Okumura-Hata 模型Okumura-Hata 模型是根据测试数据统计分析得出的经验公式，应用频率在150MHz 到1500MHz 之间，适用于小区半径大于1 km 的宏蜂窝系统，基站有效天线高度在30 m 到200 m 之间，移动台有效天线高度在1 m 到10 m 之间。

Okumura-Hata 模型路径损耗计算的经验公式为：—工作频率，单位符号：MHz— 基站天线有效高度，单位符号：m ，定义为基站天线实际海拔高度与基站沿传播方向实际距离内的平均地面海波高度之差，即— 移动台有效天线高度，单位符号：m ，定义为移动台天线高出地表的高度— 基站天线和移动台天线之间的水平距离，单位符号：km— 有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数。

— 小区类型校正因子[]⎪⎩⎪⎨⎧-+--=乡村郊区城市98.40log 33.18)(log 78.44.5)28/log(2-022c c c cell f f f C — 地形校正因子地形分为：水域、海、湿地、郊区开阔地、城区开阔地、绿地、树林、40m()()()terrain cell te re te c p C C d h h h f dB L ++-+--+=log log 55.69.44log 82.13log 16.2655.69αc f te h ga BS te h h h -=re h d ()re h α()()()()()()()⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧≥-≤----=MHz f h MHz f h f h f h c re c re c re c re 30097.475.11log 2.33001.154.1log 29.88.0log 56.17.0log 11.122大城市、郊区、乡村中小城市αcell C terrain C以上高层建筑群、20－40m规则建筑群、20m以下高密度建筑群、20m以下中密度建筑群、20m以下低密度建筑群、郊区乡镇以及城市公园。

论文题目：物联网中无线信道模型的分析专业：学生：签名：指导老师：签名：摘要物联网为了实现在任何时间和任何地点都可以连接到任何人和物品的目标，就必须确保信息在任何环境下的可靠传输。

然而信息传输主要是通过无线传输和有线传输。

相对而言，无线传输的成本廉价、适应性好、扩展性好、设备维护更容易实现。

但无线信道是动态变化的，它的随机性和时变性很强，而天气、地型等很多因素都会影响信号的传输，致使信号发生衰落或者失真，因此要保证物联网无线信道中信息的可靠传输，我们必须对无线信道的特性进行研究。

一般而言，根据不同的无线环境，接收信号服从瑞利分布和莱斯分布。

本文对物联网中的无线信道特性进行了系统的介绍，并对基于物联网市区环境中的Rayleigh分布和远郊条件下的Rician分布进行了理论分析，并对服从Rayleigh分布的Clarke模型、改进型Clarke模型以及服从Rician分布的改进型Rician模型进行了分析，最后利用仿真图验证了不同模型算法的性能。

【关键词】物联网瑞利信道莱斯信道【论文类型】论文型Title: Analysis on Channel Model of the Internet of ThingsMajor:Name: Signature:Supervisor: Signature:ABSTRACTTo achieve the target that the Internet of Things can connect to any people and goods at any time and any place, we must ensure reliable data transmission in any environent. However, the method of information transmission is mainly through the wireless transmission and cable transmission. Relatively speaking, the cost of wireless transmission is cheap,good adaptability, scalability, and it is easier to implement equipment maintenance. Compared with the cable channel, wireless channel is dynamic, which has strong variability and randomness. However, the weather, and many other factors will affect the signal transmission, resulting in the signal fading or distortion. Therefore, we must study the characteristics of the wireless channel to ensure the realiable transmission of information in the wireless channel of the Internet of things.. In general, according to the different wireless environment, the received signal will obey Rayleigh distribution and Rician distribution.In this thesis,the characteristics which exist in the wireless channel of the Internet of things were systematically introduced, Based on the Internet of Things, Rayleigh distribution under the urban environment and Rician distribution under the suburban conditions are analyzed in theory. The Clarke model and the improved Clarke model which obey the distribution of Rayleigh are analyzed theoretically and the improved Rician model of Rician distribution also did. finally, The performance is verified by simulation of different model algorithm.【Key words】: Internet of Things Rayleigh Channel Rician Channel【Type of Thesis】: Thesis type目录1绪论 (1)1.1 物联网的概况及现状 (1)1.1.1 物联网的概念 (1)1.1.2 物联网研究现状 (1)1.2 物联网的体系结构 (2)1.3 论文结构安排 (3)2无线信道传播模型 (5)2.1 无线信道基本特性 (5)2.1.1 无线信道概论 (5)2.1.2 无线电波传播机制 (5)2.1.3 无线信道的类型 (6)2.1.4 无线信道的研究方法 (7)2.2 自由空间的电波传播 (8)2.3 大尺度衰落模型 (9)2.3.1 路径损耗 (9)2.3.2 阴影衰落 (10)2.4 小尺度衰落模型 (11)2.4.1 影响小尺度衰落的因素 (11)2.4.2 无线信道参数 (11)2.4.3 多径效应及其引起的衰落 (16)2.4.4 多普勒效应及其引起的衰落 (19)2.4.5 多径信道建模 (21)2.5 噪声和干扰 (22)2.5.1 无线信道中的噪声 (22)2.5.2 无线信道中的干扰 (22)2.6小结 (23)3物联网市区环境中的衰落信道模型 (24)3.1 Reyleigh衰落分布 (24)3.2 Clarke模型 (26)3.2.1 信道模型 (26)3.2.2 仿真结果分析 (28)3.3 改进型Clarke (30)3.3.1 信道模型 (30)3.3.2 仿真结果分析 (31)3.4 其他模型 (32)3.4.1 Jakes模型 (32)3.4.2 改进型Jakes模型 (33)3.5 小结 (33)4物联网远郊环境中衰落信道模型 (34)4.1 Rician信道模型 (34)4.1.1 信道模型 (34)4.1.2 仿真结果分析 (35)4.2 改进型Rician模型 (37)4.2.1 信道模型 (37)4.2.2 仿真结果分析 (37)4.3 小结 (38)5结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)1绪论1.1 物联网的概况及现状1.1.1 物联网的概念物联网(Internet of Things,IOT)概念最早于1999年由麻省理工学院提出，后来不同国家和行业的专业人士都从不同角度重新进行了诠释，目前研究业界及产业界仍没有形成明确统一的定义，总体来说，主要包括狭义和广义两种。

无线信道模型摘要：本文分析了无线信道模型。

针对的是对无线信道的各种效应感兴趣的读者。

众所周知，正是这些复杂的效应使得无线信道产生了不确定性，也就是通常所说的统计特性。

由于这方面很少有比较全面，容易理解的资料，所以本文的内容是对其他几本书和相关的论文资料的综合。

此外的资料不是只讨论了部分问题，就是虽然面面俱到，但缺乏一定的深度。

本文深入探讨了“是什么影响了无线信道的特性？”这一问题。

主要阐述了无线信道的两种效应：一种是乘性效应，使信号产生衰落；另一种是加性效应，使接收到的信号产生畸变。

信号的衰落不一定总是随机过程，但信号的畸变却总是。

对于信道对信号产生的各种效应，找到了较好的数学模型，这些模型可以用来仿真和分析系统的性能。

而且，我们简单举例分析了一些数字无线调制信道的特性。

内容1 介绍2 无线电信道2.1路径损耗2.1.1 天线2.1.2 自由空间传播2.1.3 双线模型2.1.4 经验和半经验模型2.1.5其他模型和参数2.2 阴影2.2.1 阴影模型2.2.2 测量结果2.2.3 阴影修正2.3 衰落2.3.1 物理基础2.3.2 数学模型2.3.3 衰落的时域和频域特性2.3.4 一维统计特性2.3.5 二维统计特性2.3.6 衰落率和持续时间3 调制信道3．1 噪声3．1．1 门限噪声3．1．2 窄带高斯白噪声3．1．3 人为噪声3．1．4 一些结果3．2 干扰4 数字信道4．1 数字信道的结构4．2 高斯白噪声信道下二进制PAM信号的以SNIR为自变量的函数BER的计算4．3 瑞利信道下BPSK信号以SNIR为自变量的函数BER的计算4．4 高斯白噪声信道下其他数字调制方案的一些结果5 结论第一章介绍任何通信系统的性能决定于采用的物理媒质。

媒质可能是光纤，计算机的硬盘，或者一条无线链路，它们即通信信道。

可将现存在的大量信道分成两组：通信终端之间存在固定的连接，叫有线信道；没有固定的连接，叫无线信道。

第2 章无线信道引言内容本章目的：很好地理解无线信道。

主要的物理参数；信道建模。

移动无线信道定义的特征是信道强度随时间和频率而变，粗略地两类衰落：大尺度衰落——小区规划；小尺度衰落——设计可靠有效的通信系统，重点。

无线信道模型：电磁波物理模型；输入输出线性时变信道模型——重要的物理参数；随时间和频率变化的新的统计信道模型。

无线电波的多径传输一般直觉影响接收信号强度的两个因素： 距离⇒路径衰减多径⇒相位差绿色信号比蓝色信号到达红接收点的传输距离长1/2λ。

对2.4 GHz 信号，λ(波长) =12.5cm。

产生多径的原因自由空间传播（LOS）。

反射：当电波信号传播碰撞到大大地大于信号波长的障碍物时发生反射。

导体与绝缘体材料（折射）散射：当电波信号传播碰撞到小于信号波长障碍物或小平面（facet）时发生散射。

“混乱”相对波长较小绕射：信号能量绕过障碍物传播的机制称为绕射。

费涅尔区模型是特定的尺度不同：大尺度（数米范围内的平均值）小尺度（在波长量级范围内的测量值）环境特征不同：室外、室内、陆地、海洋、空间、等等。

应用区域不同：宏蜂窝（2km）、微蜂窝（500m）、微微蜂窝。

大尺度传播模型大尺度模型预测距离>> λ的电波传播行为：距离和主要环境特征的函数，粗略地认为与频率无关；当距离减小到一定程度时，模型就不成立了；用于无线系统覆盖和粗略的容量规划建模。

小尺度传播模型小尺度（衰落）模型描述信号在λ尺度内的变化：多径效应（相位抵消）为主，路径损耗（大尺度）可认为是常数；与载波频率和信号带宽有关；着眼于“衰落”建模：在短距离或数个波长范围内信号快速变化。

第2 章无线信道第1 节无线信道的物理模型自由空间，发射和接收天线固定 在远场的任何位置，相应于发射的正弦波cos2πft ，t 时刻电场的表达式为：式中(r , θ, ψ) 表示测量电场的空间点u ，r 为发射天线到点u 的距离，(θ, ψ) 分别表示天线到点u 的垂直和水平夹角； 常数c 为光速，αs (θ, ψ, f ) 是发射天线在频率f 、方向(θ, ψ) 的辐射图案，其中也包含了天线损耗的标量因子。

无线网络通信中的信道模型分析与优化一. 信道模型分析无线网络通信中，信道模型是用来描述信号在传输过程中的衰减、多径效应、噪声和干扰等影响因素的数学模型。

通过对信道模型的分析，可以更好地理解无线信号传输的特性，并为优化网络性能提供指导。

1. 多径效应多径效应是指信号由发射端到达接收端存在多条路径，因此会产生多个反射、折射和散射的信号，这些信号在接收端会以不同的相位和功率到达，造成信号的衰减和散射。

多径效应会导致传输中的淡化、频率选择性衰落和时域扩展等问题。

2. 干扰和噪声干扰指其他无关信号对目标信号的影响，可以分为同频干扰和异频干扰。

同频干扰是指相同频率的其他信号对目标信号的影响，异频干扰则是指不同频率信号的影响。

噪声是指信号传输过程中由于各种电磁干扰和器件本身的噪声而产生的随机干扰，会降低通信系统的信噪比。

3. 信道容量信道容量是描述无线信道所能承载的最大信息量，通常以比特率为单位。

信道容量的大小受到信噪比、带宽和调制方式等因素的影响。

在优化无线通信中，提高信道容量是一项重要的目标。

二. 信道模型优化为了提高无线网络通信的质量和性能，需要针对信道模型进行优化调整。

以下是几种常见的信道模型优化方法：1. 天线设计天线是无线通信系统中起关键作用的设备，通过优化天线设计可以改善信号的传输性能。

例如，利用多个天线实现天线阵列技术，可以增加天线的方向性和增益，减少多径效应对信号的影响。

2. 基站的布局与优化合理的基站布局和优化可以减少信号的传播路径，降低多径效应的影响，并提高信道的质量。

通过对基站距离、方向和天线高度的调整，可以改善信号的覆盖范围和接收质量。

3. 功率控制适当的功率控制可以避免信号过强或过弱对信道带来的影响。

对发送端和接收端的功率进行优化调整，可以有效地减少干扰和噪声，提高信号的可靠性和传输速率。

4. 调制方式选择不同的调制方式对信号传输的性能有不同的影响。

根据具体的通信需求和环境情况，选择适合的调制方式可以提高传输的效率和可靠性。

信道模型1. 引言信道模型是无线通信领域中的一个重要概念，它描述了信号在传输过程中受到的各种干扰和衰落情况。

了解信道模型可以帮助我们分析和设计无线通信系统，提高通信质量和可靠性。

本文将介绍信道模型的基本概念、常见类型以及相关应用。

2. 信道模型的基本概念信道模型是对无线通信中信号传输过程进行抽象和描述的数学模型。

在信道模型中，我们假设信号是在一定时间和空间上传播的，受到各种干扰和衰落影响。

2.1 信道衰落信道衰落是指信号在传输过程中功率的减小。

常见的原因包括自由空间路径损耗、多径效应、阴影衰落等。

衰落的强度可以通过信号的损失因子或路径损耗指数来描述。

2.2 信号干扰信号在传输过程中可能会受到外部干扰。

干扰可以分为同频干扰和异频干扰两种类型。

同频干扰是指接收信号受到同一频率其他信号的影响，而异频干扰是指接收信号受到其他频率信号的影响。

2.3 信噪比信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）是指接收信号与噪声信号的比值。

信噪比描述了信号与噪声的对比情况，是衡量信号质量的重要指标。

信噪比越大，表示噪声对信号的影响越小。

3. 常见的信道模型类型根据信道模型的特点和应用场景，可以将信道模型分为多径衰落信道模型、杂波信道模型和衰落信道模型等。

3.1 多径衰落信道模型多径衰落信道模型是描述由于多径效应引起的信号衰落的模型。

多径效应是指信号在传播过程中经历多个路径，每个路径的传播时间和损失不同，导致接收信号叠加和衰落。

3.2 杂波信道模型杂波信道模型是描述无线通信中受到底噪、窄带干扰和宽带干扰等影响的模型。

底噪是常态存在的背景噪声，干扰源包括其他系统的信号和自然界的噪声。

3.3 衰落信道模型衰落信道模型是描述信号受到大尺度和小尺度衰落的模型。

大尺度衰落由于信号传输距离、遮挡和反射等因素引起，而小尺度衰落由于多径效应引起。

4. 信道模型的应用信道模型在无线通信系统设计和性能评估中起着重要作用。

通过对信道模型的建模和仿真，可以评估系统的容量、覆盖范围和连接质量等性能指标。