瑞利衰落信道简介PPT课件

实验报告哈尔滨工程大学教务处制实验五 无线多径信道特性及模型设计一、实验目的实验验证多径信道时间选择性和频率选择性特性，验证多径衰落信道模型。

二、实验原理在陆地移动通信中，移动台往往受到各种障碍物和其他移动体的影响，以致到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和。

而描述这样一种信道的常用信道模型便是瑞利衰落信道。

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，表现为“衰落”特性，并且多径衰落的信号包络服从瑞利分布。

由此，这种多径衰落也称为瑞利衰落。

这一信道模型能够描述由电离层和对流层反射的短波信道，以及建筑物密集的城市环境。

瑞利衰落只适用于从发射机到接收机不存在直射信号的情况，否则应使用莱斯衰落信道作为信道模型。

假设经反射（或散射）到达接收天线的信号为N 个幅值和相位均随机的且统计独立的信号之和。

其典型信道模型为Clarke 信道模型。

Clarke 信道模型是用于描述小尺度衰落的一种平坦衰落信道模型，即瑞利衰落信道。

其移动台接收信号强度的统计特性是基于散射的，这正好与市区环境中的无直视通路的特点相吻合，因而广泛应用于市区环境的仿真中。

在Clarke 模型中，基站和移动台之间的传播环境的主要特征是多径传播，不存在直射路径，只存在散射路径，使到达波都经历了相似的衰落，具有几乎相等的幅度，但具有不同的频移和入射角。

移动台的移动使得每个到达波都经历了多普勒频移，假设发射天线是垂直极化的，入射到移动台天线的电磁场由N 个平面波组成。

对于第n 个以角度n α到达的x 轴的入射波，多普勒频移为：cos n n vf αλ=(1)式中，λ为入射波波长，v 为移动台运动速度。

到达移动台的垂直极化平面波的场强分量为：01E cos(2)Nz n c n n E C f t πθ==+∑ ( 2)式中，E 0为本地平均电场的实数幅度；C n 为不同电波幅度的实数随机变量；f c 为载波频率。

瑞利信道和多径衰落信道
瑞利信道和多径衰落信道是无线通信中常见的信道类型之一。

瑞利信道是一种理想的无线信道模型，它假设了在接收信号的地方，只有一条直接的传输路径，其余的传输路径都被视为随机扰动。

多径衰落信道则是一种更为真实的信道模型，它考虑了多条传输路径同时存在的情况。

在瑞利信道中，传输信号受到的干扰主要来自于多普勒频移和相位扰动。

在多径衰落信道中，传输信号会经历多个传输路径，每个传输路径都会由于不同的传输距离和反射、绕射等因素引起不同程度的信号衰减和相位扰动。

对于瑞利信道和多径衰落信道，通信系统需要采用不同的信号处理技术来提高信号传输质量。

常见的技术包括等化、信道估计和信道编码等。

总之，瑞利信道和多径衰落信道是无线通信中两种常见的信道类型，对于信号传输质量的提高和信号处理技术的应用具有重要意义。

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瑞利衰落信道和高斯信道是无线通信中常见的两种信道模型。

瑞利衰落信道适用于描述城市中的移动通信环境，而高斯信道则适用于描述开阔地带或者室内的通信环境。

本文将使用Matlab来分别模拟这两种信道，并对模拟结果进行分析和比较。

一、瑞利衰落信道模拟1. 利用Matlab中的rayleighchan函数可以模拟瑞利衰落信道。

该函数可以指定信道延迟配置、多径增益和相位等参数。

2. 我们需要生成随机的信号序列作为发送端的信号。

这里可以使用Matlab中的randn函数生成高斯白噪声信号作为发送端信号的模拟。

3. 接下来，我们需要创建一个瑞利衰落信道对象，并指定相应的参数。

这里可以设定信道延迟配置、多径增益和相位等参数，以便更好地模拟实际的信道环境。

4. 将发送端的信号通过瑞利衰落信道进行传输，即将信号与瑞利衰落信道对象进行卷积操作。

5. 我们可以通过Matlab中的plot函数绘制发送端和接收端信号的波形图以及信号经过瑞利衰落信道后的波形图，以便直观地观察信号经过信道传输后的变化。

二、高斯信道模拟1. 与瑞利衰落信道模拟类似，高斯信道的模拟同样可以使用Matlab 中的函数进行实现。

在高斯信道的模拟中，我们同样需要生成随机的信号序列作为发送端的信号。

2. 我们可以通过Matlab中的awgn函数为发送端信号添加高斯白噪声，模拟信号在传输过程中受到的噪声干扰。

3. 我们同样可以使用plot函数绘制发送端和接收端信号的波形图以及信号经过高斯信道后的波形图，以便观察信号传输过程中的噪声干扰对信号的影响。

三、模拟结果分析和比较对于瑞利衰落信道模拟结果和高斯信道模拟结果，我们可以进行一些分析和比较：1. 信号衰落特性：瑞利衰落信道模拟中，我们可以观察到信号在传输过程中呈现出快速衰落的特性，而高斯信道模拟中，信号的衰落速度相对较慢。

2. 噪声干扰：高斯信道模拟中，我们可以观察到添加了高斯白噪声对信号的影响，而在瑞利衰落信道模拟中，虽然也存在噪声干扰，但其影响相对较小。

瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）Rayleigh fadingFrom Wikipedia, the free encyclopediaJump to: navigation, searchRayleigh fading is a statistical model for the effect of a propagation environment on a radio signal, such as that used by wireless devices.Rayleigh fading models assume that the magnitude of a signal that has passed through such a transmission medium (also called a communications channel) will vary randomly, or fade, according to a Rayleigh distribution — the radial component of the sum of two uncorrelated Gaussian random variables.Rayleigh fading is viewed as a reasonable model for tropospheric and ionospheric signal propagation as well as the effect of heavily built-up urban environments on radio signals.[1][2] Rayleigh fading is most applicable when there is no dominant propagation along a line of sight between the transmitter and receiver. If there is a dominant line of sight, Rician fading may be more applicable.其瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是⼀种⽆线电信号传播环境的统计模型。

1、题目要求（1） 利用图5.24（英文）完成频域法Rayleigh 信道仿真； （2） 在同一个图形中与Rayleigh 理论计算值进行比较； （3） 统计出均值、方差和均方根值；（4） 以上述均方根值为门限，统计出LCR 和AFD 以及BER 。

2、瑞利信号衰落模型2.1瑞利理论基础 在移动无线信道中，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收包络统计时变特性的一种分布类型。

瑞利分布的概率密度函数为：⎪⎩⎪⎨⎧<∞≤≤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=)0(~0)0(~2ex p )(222r r r r r p σσ σ是包络检波之前所接收电压信号的均方根值，2σ是包络检波之前所接收信号包络的时间平均功率。

瑞利分布的均值mean r 为：σ2533.1)(==r E r mean （1） 瑞利分布的方差为：22224292.0)()(σσ=-=r E r E r （2）瑞利信号的均方根为：σ2=rms （3）2.2瑞利衰落仿真模型基带瑞利衰落仿真器频域实现Matlab 仿真步骤：（1）首先确定接收机速率，载波频率，多普勒频移和)(f S E 的N 点；（2）根据书上多普勒平移公式，计算出)(f S E 的正频率部分频域值，对其取反，合成得到全频域的)(f S E（3）在matlab 生成两个独立的复数高斯噪声：对于噪声一，在时域信号产生N 点高斯噪声信号，对该号作快速傅里叶变换（FFT ）后得到复数高斯信号频谱；同样的方法再合成高斯噪声二；（4）将多普勒功率谱分别与复数高斯噪声信号相乘，再求快速傅里叶反变换（IFFT ），得到时域信号；（5）对IFFT 后的信号求模后分别平方相加，最后开方后即得到瑞利衰落信号。

3、瑞利信号衰落仿真通过上面的仿真步骤，结合仿真器结构图，运用Matlab 进行瑞利信道衰落仿真（代码件附录1）图：步骤（2）计算出)(f S E 的正频率部分频域值，对其取反，合成得到全频域的)(f S E 得到的多普勒功频谱如下：（3）在matlab合成两个独立的复数高斯噪声，对于噪声一，在时域信号产生N点高斯噪声信号，对该号作快速傅里叶变换（FFT）后得到复数高斯信号频谱；同样的方法再合成高斯噪声二；最终得到的高斯噪声结果如下：（5）将多普勒功率谱分别于高斯噪声信号相乘，得到如下结果：（6）再求快速傅里叶反变换（IFFT），得到如下结果：（7）对IFFT后的信号求模后分别平方，结果如下：（8）对（7）得到的信号相加，最后开方后即得到瑞利衰落信号，分别如下图所示：（10）用db表示瑞利信道;接收机120km/h时，瑞利信道衰落包络（2）在同一个图形中与Rayleigh理论计算值进行比较；红色线条表示仿真的瑞利概率密度，黑色线条表示理论概率密度在本次仿真中，通过将瑞利概率密度理论值在matlab 数值化后绘图（7071.0=σ，rms=1）再绘制出仿真概率密度来对比。

关于瑞利（rayleigh）信道
关于瑞利(rayleigh)信道
自从做物理层的仿真以来，对瑞利信道就一直不是很明白，查了一些资料，看了一些论坛上网友的发言，现在对瑞利信道就我自己的理解进行一下总结。

1、信号带宽小于相关带宽时，叫平坦衰落，这时多径可以不加区别的当作一径。

当信号带宽比较宽时，其中各频段经受各种不同的增益，这就是频率选择的含义。

这时多经不可看作一径，需要考虑各自的增益和时延。

2、瑞利分布就是两个独立的高斯分布的平方和的开方。

一个信号都是分为正交的两部分，而每一部分都是多个路径信号的叠加，当路径数大于一定的数量的时候，他们的和就满足高斯分布。

而幅度就是两个正交变量平方和和开方，就满足瑞利分布了。

3、如果是最简单的平坦瑞利衰落，将星座图映射后的信号，乘以功率为1的复高斯信号就完成了。

在接收端判决前，除以信道系数（即前边的复高斯信号），就可以判决了。

这样肯定是0误码率。

在加入衰落后，还可以加入不同功率的白噪声，进而得到SNR－BER曲线。

用正弦波叠加的方式生成一个最简单的瑞利衰落过程，具有多普勒频率。

公式(10)-(12) 给出了生成Rayleigh Fading Process 的一种简单的数学表达式。

接下来给出了matlab 源代码。

%-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- function [r]=ray_doppler(fm, M, dt, N)% Define variables:% fm -- the maximum Doppler frequency in Hz% M -- the number of sinusoids to generate the Rayleigh process, M > 16% dt -- one symbol duration in second% N -- the length of the fading sequence in symbolT=N*dt-dt;t=0:dt:T;c=sqrt(2/M); % scaling factor of powerw=2*pi*fm; % maximum Doppler frequency in radx=0;y=0;for n=1:Malpha=(2*pi*n-pi+(2*pi*rand-pi))/(4*M);ph1=2*pi*rand-pi;ph2=2*pi*rand-pi;x=x+c*cos(w*t*cos(alpha)+ph1); % x-axis Gaussian process, power is 1y=y+c*cos(w*t*cos(alpha)+ph2); % y-axis Gaussian process, power is 1end% generate a complex-valued sequence% its amplitude is Rayleigh distributed% its angle is uniformly distributedr=(x+sqrt(-1)*y)/sqrt(2); % normalized to the unit power%--------------------------------------------------------------------------------------------------------------通过检验PDF, CDF 和Spectrum 来核实生成的Rayleigh flat-fading channel 的可靠性。

瑞利衰落信道参数瑞利衰落是无线通信中常见的信道衰落模型之一，它描述了无线信号在传播过程中遇到的随机性衰落现象。

瑞利衰落信道参数是对瑞利衰落信道进行建模和分析的重要指标，下面将详细介绍瑞利衰落信道参数的定义、计算方法以及对无线通信系统性能的影响。

1. 瑞利衰落信道参数的定义瑞利衰落信道参数主要包括衰落深度、衰落带宽和衰落持续时间。

（1）衰落深度：衰落深度是指信号在传输过程中的幅度变化程度，它反映了信号强度的随机性。

一般情况下，衰落深度服从瑞利分布，可以用标准差来表示。

（2）衰落带宽：衰落带宽是指信号在传输过程中频率的变化程度，它反映了信号频率的随机性。

衰落带宽可以通过功率谱密度函数来描述。

（3）衰落持续时间：衰落持续时间是指信号在传输过程中衰落持续的时间长度，它反映了信号衰落的时域特性。

2. 瑞利衰落信道参数的计算方法（1）衰落深度的计算方法：衰落深度可以通过计算信号的平均功率和方差来得到。

假设信号的平均功率为P，方差为σ^2，则衰落深度为2σ。

（2）衰落带宽的计算方法：衰落带宽可以通过计算信号的自相关函数来得到。

自相关函数描述了信号在不同时刻的相关性，通过对自相关函数进行傅里叶变换可以得到信号的功率谱密度函数，从而得到衰落带宽。

（3）衰落持续时间的计算方法：衰落持续时间可以通过计算信号的相关时间来得到。

相关时间表示信号在不同时刻之间的相关性，通过对相关时间进行统计可以得到衰落持续时间。

3. 瑞利衰落信道参数对无线通信系统性能的影响瑞利衰落信道参数直接影响着无线通信系统的可靠性和传输质量。

（1）衰落深度的影响：衰落深度越大，信号的幅度变化越大，通信系统的误码率也会相应增加。

因此，衰落深度对通信系统的可靠性有较大影响。

（2）衰落带宽的影响：衰落带宽越大，信号的频率变化越大，导致信号的带宽增加，从而降低了信号的传输质量。

（3）衰落持续时间的影响：衰落持续时间越长，信号衰落的时间范围越大，导致传输信号的连续性受到影响，从而降低了信号的传输质量。

瑞利衰落信道参数瑞利衰落是无线通信中常见的一种信道衰落模型，描述了信号在传输过程中遇到的衰落现象。

在无线通信中，信号在传输过程中会经历多次反射、散射和衍射等现象，导致信号强度的变化。

瑞利衰落信道参数是描述瑞利衰落特性的重要参数，对无线通信系统的设计和性能评估具有重要意义。

一、瑞利衰落信道参数的定义瑞利衰落信道参数包括衰落深度、衰落带宽和衰落速度三个方面。

1. 衰落深度（Fading Depth）：衰落深度是指信号在瑞利衰落信道中的幅度变化范围。

在瑞利衰落信道中，信号的幅度会随机地从强到弱或从弱到强变化，衰落深度是表示这种变化范围的参数。

2. 衰落带宽（Fading Bandwidth）：衰落带宽是指信号在瑞利衰落信道中的频率变化范围。

在瑞利衰落信道中，信号的频率会随机地从高频到低频或从低频到高频变化，衰落带宽是表示这种变化范围的参数。

3. 衰落速度（Fading Rate）：衰落速度是指信号在瑞利衰落信道中的变化速率。

在瑞利衰落信道中，信号的幅度和频率会随着时间的变化而变化，衰落速度是表示这种变化速率的参数。

二、瑞利衰落信道参数的影响因素瑞利衰落信道参数受到多种因素的影响，包括传输距离、传输环境、接收天线高度等。

1. 传输距离：传输距离是指信号从发送端到接收端的距离。

随着传输距离的增加，信号在传输过程中会经历更多的反射、散射和衍射现象，导致衰落深度增加，衰落带宽减小，衰落速度加快。

2. 传输环境：传输环境包括城市、农村、室内、室外等不同的环境条件。

不同的环境条件会导致信号的多径传播特性不同，进而影响瑞利衰落信道参数。

例如，在城市环境中，信号会经历更多的反射和散射，导致衰落深度增加，衰落带宽减小，衰落速度加快。

3. 接收天线高度：接收天线高度是指接收端天线距离地面的高度。

接收天线高度的增加会导致信号的多径传播路径增加，进一步影响瑞利衰落信道参数。

通常情况下，接收天线高度越高，瑞利衰落信道参数的变化范围越大。