无线通信系统物理层仿真综述【文献综述】

《无线通信系统物理层仿真综述【文献综述】》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

毕业论文文献综述通信工程无线通信系统物理层仿真综述摘要：本文主要讲述了瑞利衰落信道的概念和matlab仿真概念和应用以及瑞利衰落信道在无线通信系统中如何克服，同时介绍了OFDM无线信道的原理和应用。关键词：瑞利衰落;matlab仿真;无线通信;OFDM一、瑞利衰落信道的概念瑞利衰落信道（Rayleighfadingchannel）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，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分布莱斯，则称为莱斯衰落。文献[1]中也提到蜂窝中的信号传播高度依赖基站布置和周围的反光物体的几何形状，如果信号没有被障碍物阻塞，信号的能量会一直向四面八方辐射。由于随机信号的变更，一个呼叫同样会被放弃如果移动物体和它的基站之间的信号强度低于通讯所需的最小阈值。就是说一个信号从无线信道里传出来如果基站周围有障碍物或者反光物体就会使信号强度变弱，信号幅度变得有高有低，如果低于信号接受的低于最小阈值，就无法通讯，这种现象就是瑞利衰弱。文献[2]主要讲述无线信道的布置和无线传感器的运用，同时为更好的分配通信频带，提供数学演算，为减少信号削弱提出了比较好的网络布置设计。二、Matlab仿真的概念MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Matlab也是大学数学实验室常用的一种教学软件，具有易上手和强大的数值计算功能，特别是矩阵的计算、应用数理统计、线性规划计算用matlab很方便。 MATLAB主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。文献[3]着重说明了matlab软件的基础使用方法法和及功能介绍，讲述了如何利用数学工具软件来做数学。同时介绍了其它集中数学软件如mathematica、maple等工具软件，并介绍了几种工具软件的特点功能，分析比较后着重讲述了matlab相对于其它数学软件的优势，matlab具有强大的数值计算能力与符号运算功能。并在书中指出了matlab在数学工作中的重大作用，为数学教学研究带来很大的便利。MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。而matlab在这些领域中的运用既是matlab仿真。文献[4]以实例介绍了MATLAB仿真软件在现代控制理论课程教学中的应用.为适应新形势下现代控制理论课程的教学,尝试将MATLAB仿真软件中的SIMUUNK工具引人现代控制理论的课堂教学中.借助于SIMULINK可视化的编程和仿真演示,将抽象的理论和概念变得更为通俗易懂，加深了学生对基础理论的认识和理解，也培养了学生系统综合设计的能力。三、Matlab仿真在无线通信系统中的应用当在实际电子通信系统中进行试验研究比较困难或更本无法实现时，仿真技术就成为必然选择。信息技术的快速发展,使得通信系统在性能不断提高的同时也变得越来越复杂。正因为如此,采用传统技术对通信系统进行分析和设计的日子一去不复返,而由于计算机仿真方法的廉价性、高效性和灵活性,使其成为了通信系统中的主要设计和分析手段之一。另一方面,计算机仿真更是进行通信与网络等科研工作时所必备的工具。matlab仿真就是是无线通信系统实验中常用的一种仿真技术。文献[5]指出研究信道的快变衰落特性及其仿真实现方法对通信系统的设计与性能分析具有重要意义现有的信道仿真方法主要用于缓变衰落信道而未来的无线通信系统工作频率更高容量更大用户移动速度更快信道的快变特性更加明显。同时研究了基于时间延迟线(TDL)模型和多速率滤波的快变信道仿真方法，讨论了其仿真实现过程给出了仿真结果，该方法具有计算量小和实现容易的优点，还分析了快变信道对正交频分复用OFDM通信系统性能的影响，为快变信道中的OFDM系统均衡器设计与性能优化奠定了基础。Matlab仿真在无线通信系统中的一项运用就是用于信道建模： 建立系统模型的过程。又称模型化。建模是研究系统的重要手段和前提。凡是用模型描述系统的因果关系或相互关系的过程都属于建模。图描述的关系各异，所以实现这一过程的手段和方法也是多种多样的。可以通过对系统本身运动规律的分析，根据事物的机理来建模;也可以通过对系统的实验或统计数据的处理,并根据关于系统的已有的知识和经验来建模。文献[6]和文献[7]从无线电波的传播特性出发，研究了无线信道的电波传播模型和信道描述的参数，重点分析了对基带信号处理有重要影响的小尺度衰落模型：研究了通信信号的复数表示方法，并结合无线信道的特点，讨论了信道的基带冲激响应模型和SIsO、SIMO、MISO、MIMO等无线通信系统的基带模型描述方法。并重点研究了平坦衰落信道和频率选择性信道的信道模型并仿真验证。四、基于Matlab仿真的OFDM系统OFDM是一种多载波调制技术，其原理是将高速的串行数据流转化为低速的并行数据流，再将这些并行数据调制在相互正交的子载波上，实现并行数据传输。文献[8]主要是本文主要是对OFDM系统无线信道特性进行建模与仿真，完成了以下工作：(1)在研究了无线信道传播理论基础上，分析了无线信道传播特性，建立了各种衰落信道的结构模型，设计了无线信道抽头延迟线模型和Jakes仿真模型。(2)对路径损耗信道模型进行了分析，比较了各模型的特点，仿真分析了模型误差，提出了各种模型的适用环境。对0FDM系统进行仿真，通过比较加保护间隔和不加保护间隔系统的误码率，给出OFDM具有独特的抗多径衰落特性。文献[9]和文献[10]主要讲述了基于Matlab的OFDM多载波无线通信系统的仿真平台，并在此平台上对OFDM的子载波调制方式、信道估计算法和同步算法作了比较全面的仿真和性能分析。并提出OFDM技术是现今最受关注的技术之一。文献[11]和文献[12]首先简要介绍了OFDM基本原理,重点研究了理想同步情况下,保护时隙(CP)和不同的信道估计方法在高斯信道和多径瑞利衰落信道下对OFDM系统性能的影响。在给出OFDM系统模型的基础上,用MATLAB语言实现了整个系统的计算机仿真并给出参考设计程序。最后给出在不同的信道条件下,保护时隙、信道估计方法对OFDM系统误码率影响的比较曲线,得出了较理想的结论。五、瑞利衰落信道的克服在MIMO中，传统的多天线被用来增加分集度从而克服信道衰落。具有相同信息的信号通过不同的路径被发送出去，在接收机端可以获得数据符号多个独立衰落的复制品，从而获得更高的接收可靠性。举例来说，在慢瑞利衰落信道中，使用1根发射天线n根接收天线，发送信号通过n个不同的路径。如果各个天线之间的衰落是独立的，可以获得最大的分集增益为n，平均误差可以减地更小。 对于发射分集技术来说，同样是利用多条路径的增益来提高系统的可靠性。在一个具有m根发射天线n根接收天线的系统中，如果天线对之间的路径增益是独立均匀分布的瑞利衰落，可以获得的最大分集增益为mn。需要特别指出的是在高信噪比的情况下，传输速率是自由度受限的，此时对于m根发射天线n根接收天线，并且天线对之间是独立均匀分布的瑞利衰落的。文献[13][14]指出信道模型对于评估MIMO通信系统的性能非常重要。并在分析无线信道传播特征的基础上，讨论了常见的MIMO物理模型，然后研究了MIMO信道建模的基本问题，提出了建模的基本步骤和方法，即从几何参数到阵列相关矩阵，然后导出MIMO协方差矩阵，最后产生符合要求的信道增益矩阵。这一方法对于进行MIMO系统性能的分析和仿真是很有用的。文献[15]提出MIMO．OFDM技术将OFDM与空时编码技术有机的结合在一起，能够大幅度的提高无线通信系统的信道容量和传输速率，并能有效的抵抗多径衰落、抑制干扰和噪声。本文在分析移动无线信道衰落特性的基础上，阐述了MIMO．OFDM系统的基本原理，描述了多入多／出(MIMO)iE交频分复用(OFDM)系统几种常见的信道估计方法。最后在LS频域信道估计的基础上提出了一种新的改进算法：分组LS频域信道估计算法，并结合MATLAB仿真对其原理、性能和实用性等进行了详细的分析。六、下一代移动通信系统无线移动通信自诞生以来，其发展速度令人惊叹。经历第二代和第三代移动通信的快速发展，下一代即后三代(Beyond3G)或第四代移动通信系统(4G)的研究工作已经开始展开。第四代移动通信的核心技术就是OFDM（正交频分复用）技术，4G（第四代移动通信技术)的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。此外，第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统。4G通信系统最主要的特征在于可提供高数据速率、大系统容量的无线通信业务。参考文献[1]A.GoldSmith,wirelesscommunications[M].NewYork:CambridgeUniversityPress,2005.[2]MAOJian-lin，WUZhi-ming,Optimaldistributedresourceallocationinawirelesssensornetworkforcontrolsestems[J]《浙江大学学报A（英文版）》2007年1期-[3]马正飞，殷翔.《数学计算方法与软件工程运用》[M]北学工业出版社，2002.9[4]郑艳，高立群，李浚圣.Matlab仿真软件在现代控制理论教学中的应用[J]《沈阳教育学院学报》-2008年2期，[5]代光发，陈少平.快变衰弱信道的matlab仿真及应用，[J]《系统仿真学报》，2005年1期． [6]杨大成等．移动传播环境理论基础、分析方法和建模技术[M]一北京：机械工业出版社，2003．[7]于春锐无线通信系统的信道建模与仿真研究.[D]，国防科学技术大学，2007[8]田期星．基于OFDM无线信道特性建模与仿真[D]，大连理工大学硕士学位论文，2008．5．[9]宦若虹，金向东．无线通信系统的Madab仿真[J]．电子技术应用，2006．1．[10]王乾,基于MATLAB/SIMULINK的多载波无线通信系统仿真及性能分析[D],中国海洋大学,2007.[11]吕爱琴，田玉敏，朱明华．基于MatlAB的OFDM系统仿真及性能分析]J]．计算机仿2005．922(10).[12]李煜国,多径瑞利信道下OFDM信号的识别方法研究[D],西安电子科技大学,2009.1[13]任晶秋，董琳，王秀芳，天线相关性对瑞利衰弱下的MIMO相关信道容量影响[J]《大庆石油学院学报》，2009年1期[14]徐凯，MIMO无线通信系统的理论与关键技术研究[D]，北京邮电大学，2005[15]付鹏，MIMO-OFDM系统中信道估计方法的研究[D],西安科技大学,2008.4