移动通信课程设计报告-车载电视信道特性的分析.doc

西安科技大学移动通信课程设计报告车载电视信道特性的分析专 业： 通信工程 班 级： 通信1004班 姓 名 学 号： 成 绩： 姓 名： 学 号： 成 绩： 姓 名： 学 号： 成 绩： 姓 名： 学 号： 成 绩： 姓 名： 学 号： 成 绩： 设计时间： 2013/07/08-2012/05 /12 审阅教师： 西安科技大学通信通信学院目录1车载电视系统简介11.1模块介绍及原理11.2传输技术22车载电视的信道模型的研究32.1无线通信信道建模技术发展的研究32.2常用的信道模型研究42.3模型适用范围比较72.4结论72.5瑞利信道统计特性分析72.6 瑞利衰落信道模型92.7 Clarke模型152.8 Clarke模型常用仿真方法162.9仿真实验成果193高架桥信号传播模型的研究233.1桥下道路上传播的双径模型233.2双径传播模型263. 3桥下道路上传播的多径模型274感想与总结28参考文献291车载电视系统简介车载电视系统，是指通过地面电视广播发射站天线发射无线电波，使用者可以在移动中由专业接收设备或电视机收看视频节目的传输形式。它与传统模拟电视广播相比，最大特点是节目容量更大、画面和音质更清晰、收看更自由，在信号覆盖范围内影像清晰度高、声音好。车载电视系统主要模块：发射模块和接收模块1.1模块介绍及原理1 发射模块 发射模块由传输网络和发射台组成。各发射台中又有调制器（包含单频网适配器）和发射机，还需要一个同步钟源（一般采用GPS），其主要任务是组成单频网，以便实现复杂地形条件下的地面广播覆盖。 单频网的功能，它就是在数字码流中插入一个 MIP包以传输同步信号，各节点的调制器将信号进行抗干扰处理后调制成IF信号，再由发射机将IF信号变频为RF信号后进行功率放大，最后才通过天线向空中发射。因此，要想有高覆盖率的信号，天线的带宽是决定性因素。此部分主要用到以下设备和软件：单频网规划和设计，城市覆盖测量，数字发机，调制器，单频网适配器，GPS同步钟源以及发射天线等。 2 接收模块 高频头主要负责将射频信号转换成解调器可以接收的中频或基带调制信号；解调器收到这些信号后进行解码，输出为包含广播数据的码流；之后解复用把广播数据从其它码流信号中分离出来，并根据控制信息，从分离出来的信号中选择对应于本机的音、视频数据进行下载或实时播放；再对其它的多媒体信息进行处理后最终在车载电视上显示出来。 接收系统主要用到以下设备和软件：移动接收天线、移动接收机、移动接收控制软件、移动存储软件、移动液晶显示屏等3 工作原理车载电视系统的工作原理如图1所示。该系统可分为发送端和接收端2个子系统，从技术角度则可分为信源和信道2部分。车载电视系统主要由信源编码/解码、多路复用/ 解多路复用、信道编码/解码和调制/解调等部分组成。信源编码主要包括视频编码、音频编码和数据编码。多路复用是将信源编码器送来的视频、音频和辅助数据的数据比特流，处理成单路的串行比特流，送给信道编码系统。信道编码为了保证信号传输的可靠性，通过纠错编码、均衡等技术提高信号的抗干扰能力。随后信号经调制设备调制后发送出去。接收端是发送端的逆过程图1-1 车载电视系统原理1.2传输技术移动数字电视的信号传输方式主要有2种：一是采用流媒体技术进行点对点的信传输，一般利用蜂窝移动网络来实现；二是采用数字多媒体广播技术进行点对面的信号传输，包括地面数字广播和卫星广播2种实现方式。车载电视通常采用数字多媒体广播技术中的地面数字广播方式。地面数字广播方式需要在接收端安装数字电视接收模块，可以不通过移动通信网络的链路，直接获得数字电视信号。该方式可以在高带宽信道上进行高速传输，在覆盖区域内受众数量没有限制，与使用点对点传输的移动蜂窝网络相比，可以更为经济地向广大受众提供完美的视听服务。目前，清华大学的DMB-T标准、上海交大的ADTB-T标准和国标DMB-TH都采用这种传输方式。国标自2007年8月1日起正式实施，目前正在逐步普及中。卫星广播方式则通过卫星提供下行信号的方式来实现传输目的。用户只需在接收端集成直接接收卫星信号的模块，就可以实现多媒体数据的接收。广播中心将内容上传至卫星，卫星再将内容发送到覆盖范围内的所有用户。在有屏蔽的区域，由转发站接收卫星广播并转播给在屏蔽区的接收终端。目前，广电总局的CMMB标准就采用这种传输方式。在技术层面上，车载电视信号主要通过无线传输，可以基本消除模拟电视时代因传输问题产生的屏幕雪花、重影、闪动等现象，画面清晰、接收稳定，而通过改进发射技术及增加辅助发射点，也可使接收状况大为改观。1 车载电视的传播优势：（1） 信息覆盖面大受公交车这一特殊载体的影响，公交车载移动电视节目可以在一个单位时间内频繁重复播出。同时，它的观众是流动的，从而可以扩大信息覆盖量。它传播的影响力巨大，信息到达率非常高。据悉，北京、上海等城市开通的公交车载移动电视，每日可直接影响到700 多万人。（2) 具有强迫收视的特点公交车载移动电视受众群体具有不可回避性。播放环境处于一个相对封闭的公交车厢，观众即使看不到图像，也不可回避地接收到电视广告节目声音传递的信息；因此，在乘客乘车途中，它播放的广告节目的接收具有一定的强制性。（3) 信息传播效果显著，有效到达率高公交车载移动电视具有信息传播效果显著的特点，这是为广告主提供了一个全新、超值的空间。乘客在乘车过程中大多无事可做，在车厢内看一会儿即时发生的新闻和最新的广告资讯，既可以放松紧张的心情，又可以打发枯燥的乘车时间，短短几分钟、几站路即能获得新知；因此，受众对车载电视显示出收看的主动性，更易接收与获取信息。同时，受众的稳定性与广泛性也使得信息的有效到达率非常高。受众的稳定性，包括乘车时间的固定和乘坐群体的稳定，其庞大的受众市场及移动人群，使车载电视传播的信息可重复到达受众，提高传播有效性。（4）采用无线数字电视传输方式：车载电视具备无线数字电视的优点，与卫星接收相比，有实现容易、价格低廉的特点；与有线接收相比，不易受城市施工建设、自然灾害等因素造成的断网影响;因此，从严格意义上说，公交车载移动电视是一个完整的电视频道。2 车载电视存在的主要问题（1）单一频道强制性传播的特点缺乏互动性。在有限的空间和时间内，受众失去了手中的“遥控器”，被动地接受枯燥的广告会大大降低受众对车载电视的兴趣，影响信息传播的有效性。（2）内容亟待完善。从节目内容和类型来看，节目缺乏多样性。目前，车载电视的节目量不多， 而且缺乏新意。商家为了商业利益，经常播放大量的广告类商业性质比较浓的节目，而服务性、公益性强的新闻资讯、实用信息类的节目并不多；因此，不能在节目内容上吸引更多的受众群。而提供更加丰富的节目内容是车载电视市场快速发展的推动力，节目内容的完善不容小视。（3）信号质量仍然有待提高。虽然采用数字电视转播使车载电视信号得到一定提高，但是，数字电视标准的统一问题依然是车载电视的发展瓶颈之一。数字电视标准不统一，想要实现跨区域甚至是全国性的覆盖就有困难。目前，地面数字移动传播技术尽管已经超过95%的覆盖率，但它毕竟是一项比较新的技术，还面临诸如偏僻区域信号干扰、延迟、中断等技术问题，这在一定程度上制约了车载电视产业的发展。2车载电视的信道模型的研究2.1无线通信信道建模技术发展的研究 众所周知，目前最为复杂的通信系统首推无线通信系统。它的复杂性主要在于无线通信的工作环境十分复杂，电波信号不仅会随着传播距离的增加而产生弥散损耗，而且会受到地形、建筑物的遮蔽而发生“阴影效应”，同时，信号传播过程中的多点反射会产生电平快衰落和时延扩展;另外，无线通信常常发生在快速移动中，因而会引起多普勒频移，产生随机调频，而且会使电波传播特性发生快速的随机起伏。根据实际情况建立合适的信道模型对研究信道特征和性能具有重要意义，任何无线通信系统的标准都需要指定一个信道模型作为性能评估和比较的基础.而该模型必须充分体现出目标应用环境的特性。对无线通信信道模型的研究，一类是实测统计方法的统计性信道模型;另一类是基于无线电磁波传播机理的分析而建立的确定性模型。在现有第二代无线通信系统的实际应用中，上述两种模型的有机结合取得了极大的成功。本文研究了信道建模在3个时期的发展，对主要并且常见的几个信道模型进行了研究.并对比了几种模型的适用范围。 在无线通信发展初期，对信道模型，无论是统计信道模型还是确定性信道模型，研究比较集中于电磁波在传播过程中的损耗。这个时期的模型主要有: 统计信道模型:(1)双斜率经验(Dual-slope empirical )模型，该模型的特点是有两个不同的路径损耗指数;(2)杂乱因子(Clutter factor)模型，该模型是依据大量不规则的多反射地形的测试结果而建立起来的;(3)Okumura-Hata。模型，它是国际公认的大区制和宏小区模型，预测和测试的路径损耗偏差为1014 dB 确定性信道模型:(1)Ikegami模型，该模型主要在于对特定点的场强给予完全确定;（2)COST231Walfiseh-Ikegami模型，该模型是一个在国际上获得广泛应用的宏小区和微小区传播预测模型标准，它给出了在没有直达信号时的模型公式，该模型主要用于市区环境，适用于频率在9001800M范围的情况;(3)Walfisch-Bertoni模型，该模型使用绕射来预测街道的平均信号场强;(4 )两射线模型，该模型适用于一种理想化的微蜂窝环境。 随着无线通信业务对通信系统的系统容量的不断渴求，引进了分析接收信号幅度分布情况、多普勒频移情况，它们适用于窄带传输系统的空时信道模型。这个时期的模型主要是统计信道模型:(1)Lees模型，该模型为阵元间距提供了可增大的分集增益;2)离散均匀分布模型，该模型与Lee，模型相似，它主要用来预测一排散射体中任意两物体之间的相关性;(3)GAA模型，该模型是只针对单一散射团的信道模型，与宽带信号的较大时延扩散相比，在信道时间扩散很小时GAA模型非常有用。 随着宽带接入和智能天线技术的引入，对信道模型又有了更深入的要求。与前文描述的信道模型相比，空时信道模型主要是通过信号多普勒功率谱的描述、接收信号来波角度的概率密度函数、以及信号传播的时延概率密度函数来分析信号相关性和功率谱等，从而建立空时信道模型。该时期的信道模型主要是统计模型:(1)均匀扇形分布(USD)模型，在该模型中信号衰落包络变成具有均匀相位的瑞利衰落。USD模型适用于研究角度扩展对空间分集技术的影响和波束宽度大于散射物宽度的散射物分布。(2)高斯广义平稳非相关散射模型(GWSSUS)，该模型认为，包含多个团波束时，即可用高斯广义平稳非相关散射模型(GWSSUS )建立频率选择性衰落信道模型。在很多文献中广义平稳非相关散射被公认为是能够显示时延扩展和多普勒扩展的最简单随机过程。其缺点是它需要在特定环境下获得额外信息，而且不能表明散射团的数目和位置。(3)基于单一反射的几何统计模型.它由空间散射物密度函数来定义。根据空间散射物密度函数的形状和尺寸，将此模型分为两种精确的信道模型基于单一反射的椭圆几何统计模型(GBSBEM)和基于单一反射的圆形几何统计模型(GBSBCM ) 。 (4)椭圆子区域模型(Lu, Lo, and Litvas Model)，它与GBSBEM模型非常相似，其主要区别在于选取散射物的个数上和在椭圆内的分布上。(5)Modified Saleh-Valenzuela模型，它是在室内数据测量基础上建立起来的统计信道模型。(6)Extend Tap-delay-Line模型，它是对Tap-le-lay-Li，模型的来波角度信息进一步延伸而得到的。(7)确定性信道模型:射线追踪模型是基于几何理论以及电磁波的反射、散射、绕射理论的确定性模型。不过，该模型的计算非常复杂，以至于很难实现。但随着计算机技术的发展.该模型将被应用。2.2常用的信道模型研究信道模型的数学表达1 Okumur:模型 Okumura模型为预测城区信号使用最为广泛的模型。 (1)准平坦地形大城市地区的中值路径损耗 Okumura模型中平坦地形大城市地区的中值路径损耗(dB)公式为: (2-1)式中， 为自由空间路径损耗: (2-2)其中为大城市地区当基站天线高度移动台天线高度汽时相对于自由空间的中值损耗;为基站天线高度增益因子(dB )，即实际天线高度相对于标准天线高度的增益，为距离的函数;为移动台天线高度增益因子(dB )，即实际移动台天线高度相对于标准天线高度的增益，为频率的函数。 (2)不规则地形及不同环境中的中值路径损耗 以准平坦地形中的中值路径损耗作为基础，针对不同传播环境和不规则地形中的各种因素.用修正因子加以修正，就可得到不规则地形及不同环境中的中值路径损耗，可用下式表示为: (2-3)式中，为郊区修正因子，为丘陵地形修正因子，为斜坡地形修正因子，为水陆混合传播路径修正因子。2 Walfisch-Bertoni模型 Walfisch和Bertoni对城市环境的传播情况进行了研究，结果表明路径损耗由3部分组成: 自由空间损耗 建筑物在屋顶范围的绕射损耗从屋顶到地而的折射损耗 后两项的损耗定义为假设建筑物的高度和街道规模都比较平均，那么主要的损耗发生在建筑物的顶部以上，则有: (2-4)其中 为入射波和地而的夹角。A是屋顶以下造成的损耗，为: A = （2-5） 其中b为建筑物间的平均距离。3 COST 231 Walfisch-Bertoni模型 该模型主要是在Walfisch-Bertoni模型和Ikegami模型基础上建立起来的.可表述为: （2-6）L0为自由空间路径损耗，为沿建筑物绕射损耗，为屋顶到街道的绕射和散射损耗。当 时，这种情况是不允许的。为了解决该问题，引入经验校正表达式如下: （2-7）和，表示因减小基站天线高度而引起的路径损耗增量.表达式为: （2-8） （2-9) 和分别表示多屏绕射损耗与距离及频率的关系: （2- 10)屋顶到街道的绕射损耗L,表达式为 （2-11）式中为街道走向的校正因子，有实验可得: （2-12）式中币为接收信号的入射方向与街道方向的夹角。4 COST 231 Walfisch-Ikegami模型 前述的各种模型均没有特别考虑LOS情况，COST 231Walfisch-Ikegami模型结合了Ikegami和Walfisch-Bertoni模型，并加入了LOS的处理，形成了目前最常用的路径损耗模型: LOS时: （2-13）NLOS时: （2-14）其中为自由空间损耗，为基于Ikegami定义的损耗，不同的是将Ikegami中的修正为: （2-15）为多次折射分量，基于Walfisch-Bertoni的损耗，对于基站天线高度大于周围屋顶高度: (2-16) 5 COST 231 Hat:模型 由于Hata模型的最高频率为1500 MHz，为了满足无线通信在更高频率工作的需要，COST计划提出了COST 231 Hata模型，该模型针对15002000 MHz对Hata模型进行了修正: (2-17) 6 Ikegami模型 Ikegami通过研究城市街道的散射环境提出了路径损耗模型。该模型假设一路信号直接接收，另一路信号通过相邻的建筑物被反射接收。模型为: (2- 18)其中，为街道的宽度，为建筑物的高度，为入射波与街道的夹角。2.3模型适用范围比较表1对几种信道模型的适用范围进行了比较。2.4结论 从文中几种信道模型的数学形式可以看出，相同环境下不同预测模型得出的路径损耗差别较大，在实际中进行网络规划前必须选择相对最为适合本地情况的信道模型进行预测分析。基站附近的建筑物特征以及电波信号所覆盖的范围是选择信道模型的重要依据，由于所选预测模型都有局限性，预测的结果与实测结果必然存在误差，因此通常都要对传播模型进行本地化校正。2.5瑞利信道统计特性分析 1 理论分析大量实测数据和理论分析表明，多径无视距时，接受信号的包络服从瑞利分布，相位服从均匀分布。当到达有无数条，且路径是离散均匀分布的N条电磁波时，接受信号为：（2-19）为第n条入射电波的初始相位，都是相互独立随机变量，分别表示幅度、信号到达角度和初始相位，N为多径信道个数。 基于正弦波叠加法的平坦衰落信道仿真主要就是通过确定参数（多普勒系数，多普勒频移和相移）的值，来建立仿真模型。(2-20) (2-21） (2-22) (2-23)当N很大时，根据中心极限定理， 是大量独立随机变量之和，趋于正态分布，是不相关的零均值、等方差的复高斯随机过程。(2-24)为窄带带通随机过程，带通信号的复低通等效表示法为： (2-25) (2-26)是复高斯随机过程，由同相分量 和正交分量 组成，这两个分量是零均值、等方差的高斯型随机变量，包络服从瑞利分布，相位服从均匀分布。2 一阶、二阶统计特性(1)包络概率密度函数为： (2-27)其中， 为第一类零阶贝塞尔函数；随着N的增加，包络概率密度函数趋向瑞利分布，且与时间无关，满足广义平稳过程的要求，即 (2-28)其中， 为的平均功率。(2)接收信号功率的均方根值可以描述为 (2-29)(3)相位概率密度函数为 (2-30)其相位为0,2 均匀分布的随机变量。(4)自相关函数是指一个随机过程本身不同时间的取值之间的联系。同相分量和正交分量的自相关函数为 (2-31)趋近于第一类零阶贝塞尔函数。(5)互相关函数是指不同的几个随机过程的取值之间的联系。 中国科技论文在线同相分量和正交分量的互相关特性 (2-32)该参考模型产生的随机过程是广义平稳的，其概率分布、相位分布、自相关函数和互相关函数等统计特性能较真实地反映信道。(6)电平交叉率（LCR）：瑞利衰落包络归一化为本地rms电平后，沿正向穿过某一指定电平的速率。表示为： (2-33)其中，为特定电平的归一化值。(7)平均衰落时段：接收信号低于某指定电平R的平均时间段的值。表示为： (2-34)2.6 瑞利衰落信道模型 建模及仿真评价标准信道模型的评估标准是所建立的模型与真实无线信道的吻合程度，在特性指标上与相应的仿真对象要良好的吻合；而仿真的评估标准则在于运算量的复杂度和实现时的速度，以保证其可实现性和实时性。本课题在评价时，主要用到振幅和相位的概率密度函数、功率谱密度、自相关函数、平均通过率、平均衰落持续时间等一阶、二阶统计量等指标，将得到的仿真值与理论值进行对比，评价建模是否准确、仿真性能是否优越。 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,高斯分布等。本次课程设计选择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。 瑞利衰落信道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。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。 瑞利衰落能有效描述存在能够大量散射无线电信号的障碍物的无线传播环境。若传播环境中存在足够多的散射，则冲激信号到达接收机后表现为大量统计独立的随机变量的叠加，根据中心极限定理，则这一无线信道的冲激响应将是一个高斯过程。如果这一散射信道中不存在主要的信号分量，通常这一条件是指不存在直射信号，则这一过程的均值为0，且相位服从0 到2 的均匀分布。即，信道响应的包络服从瑞利分布。设随机变量R，于是其概率密度函数为： （2-35）其中。 通常将信道增益以等效基带信号表示，即用一复数表示信道的幅度和相位特性。由此瑞利衰落即可由这一复数表示，它的实部和虚部服从于零均值的独立同分布高斯过程。模型的适用图2-1 最大多普勒频移为10Hz的瑞利衰落信道。图2-2最大多普勒频移为100Hz的瑞利衰落信道。 瑞利衰落模型适用于描述建筑物密集的城镇中心地带的无线信道。密集的建筑和其他物体使得无线设备的发射机和接收机之间没有直射路径，而且使得无线信号被衰减、反射、折射、衍射。 通过电离层和对流层反射的无线电信道可以用瑞利衰落来描述，因为大气中存在的各种粒子能够将无线信号大量散射。 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。信道衰落的快慢与发射端和接收端的相对运动速度的大小有关。相对运动导致接收信号的多普勒频移。图中所示即为一固定信号通过单径的瑞利衰落信道后，在1秒内的能量波动，这一瑞利衰落信道的多普勒频移最大分别为10Hz和100Hz，在GSM1800MHz的载波频率上，其相应的移动速度分别为约6千米每小时和60千米每小时。特别需要注意的是信号的“深衰落”现象，此时信号能量的衰减达到数千倍，即3040分贝。仿真原理（1）瑞利衰落分析环境条件： 通常在离基站较远、反射物较多的地区，发射机和接收机之间没有直射波路径（如视距传播路径），且存在大量反射波，到达接收天线的方向角随机的（02）均匀分布），各反射波的幅度和相位都统计独立。幅度与相位的分布特性：包络 r 服从瑞利分布，在02内服从均匀分布。瑞利分布的概率分布密度如图2-3所示：图2-3 瑞利分布的概率分布密度（2）多径衰落信道基本模型离散多径衰落信道模型为 （2-36） 其中,复路径衰落，服从瑞利分布; 是多径时延。 多径衰落信道模型框图如图2-4所示：图2-4 多径衰落信道模型框图（3）产生服从瑞利分布的路径衰落r(t)利用窄带高斯过程的特性，其振幅服从瑞利分布，即 （2-37）上式中，分别为窄带高斯过程的同相和正交支路的基带信号。仿真程序代码： function h=Rayleigh(fd,t) %产生瑞利衰落信道 fc=900*106; %选取载波频率 v1=30*1000/3600; %移动速度v1=30km/h c=3*108; %定义光速fd=v1*fc/c; %多普勒频移ts=1/10000; %信道抽样时间间隔t=0:ts:1; %生成时间序列h1=Rayleigh(fd,t); %产生信道数据v2=120*1000/3600; %移动速度v2=120km/hfd=v2*fc/c; %多普勒频移h2=Rayleigh(fd,t); %产生信道数据subplot(2,1,1),plot(20*log10(abs(h1(1:10000) title(v=30km/h时的信道曲线)xlabel(时间);ylabel(功率)subplot(2,1,2),plot(20*log10(abs(h2(1:10000)title(v=120km/h时的信道曲线)xlabel(时间);ylabel(功率)function h=Rayleigh(fd,t)%该程序利用改进的jakes模型来产生单径的平坦型瑞利衰落信道%输入变量说明：% fd：信道的最大多普勒频移 单位Hz % t :信号的抽样时间序列，抽样间隔单位s % h为输出的瑞利信道函数，是一个时间函数复序列 N=40; %假设的入射波数目 wm=2*pi*fd; M=N/4; %每象限的入射波数目即振荡器数目 Tc=zeros(1,length(t); %信道函数的实部 Ts=zeros(1,length(t); %信道函数的虚部 P_nor=sqrt(1/M); %归一化功率系 theta=2*pi*rand(1,1)-pi; %区别个条路径的均匀分布随机相位 for n=1:M %第i条入射波的入射角 alfa(n)=(2*pi*n-pi+theta)/N; fi_tc=2*pi*rand(1,1)-pi; %对每个子载波而言在(-pi,pi)之间均匀分布的随机相位 fi_ts=2*pi*rand(1,1)-pi; Tc=Tc+2*cos(wm*t*cos(alfa(n)+fi_tc); Ts=Ts+2*cos(wm*t*sin(alfa(n)+fi_ts); %计算冲激响应函数 end; h= P_nor*(Tc+j*Ts); %乘归一化功率系数得到传输函数输入程序代码:运行结果显示：结果分析：瑞利衰落模型适用于描述建筑物密集的城镇中心地带的无线信道。密集的建筑和其他物体使得无线设备的发射机和接收机之间没有直射路径，而且使得无线信号被衰减、反射、折射、衍射。 通过电离层和对流层反射 .无线电信道也可以用瑞利衰落来描述，因为大气中存在的各种粒子能够将无线信号大量散射。 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。信道衰落的快慢与发射端和接收端的相对运动速度的大小有关，相对运动导致接收信号的多普勒频移。车载电视系统多处于高速移动中，速度越大对信道瑞利衰落影响越大。2.7 Clarke模型其移动台接受信号的场强的统计特性基于散射，这种模型假设有一台具有垂直极化天线的固定发射机，入射到移动天线的电磁场由N个平面波组成，这些平面波具有任意载频相位、入射方位角以及相等的平均幅度3。相等的平均幅度的基础在于不存在视距通路，到达接收机的散射分量经小尺度距离传播后，经历了相似的衰落。图2-5图2-5显示了一辆以速率沿x 方向运动的汽车所接收到的入射平面波。根据运动方向，选择在x- y方向进行入射角度测量。由于接收机的运动，每个波都经历了多普勒频移并同一时间到达接收机。也就是说，假设任何平面波（平坦衰落条件下）都没有附加时延。分析可知，频谱集中在载频附近，超出范围的频谱均为0。每个入射波都有自身的载频（受入射方向影响），该频率与中心的频率有轻微偏移。对垂直 天线以及0到2间的均匀分布，其输出频谱：(2-17) 处的功率谱密度不确定，即0或180时到达的多普勒分量，其功率谱密度不确定。但由于连续分布，从这些确定角度到达的分量的概率皆为0。多普勒扩展的频谱形状决定了时域衰落波形，以及短时相关性和衰落快慢的影响。Rayleigh衰落仿真器必须采用(17)式的衰落频谱，以产生有适当时间相关性的实时衰落波形。由公式（1）可知，3个随机变量中只要满足随机特性就可以得到瑞利信道特性，故对于Clarke模型为(2-18) 均为上的独立均匀分布。2.8 Clarke模型常用仿真方法1 成形滤波法成形滤波法（Smith方法），即基于逆离散傅立叶变化法产生瑞利衰落序列。其原理是，首先是利用不相关的高斯随机变量样本序列来形成正频率分量的基带线性频谱，负频率分量的频谱可以通过取正频率分量的共轭来得到。将得到的线性频谱乘上多普勒频谱后，通过求其逆快速傅立叶变换得到的序列分别将作为瑞利衰落系数的实部和虚部，组成N个瑞利衰落。系数的幅度将服从瑞利分布，相位服从均匀分布4图2-6成形滤波法2 Fig2 Smith method4.2 Jakes仿真法基于无数个加权谐波的叠加。仿真中，一般是用有限个谐波代替无穷个谐波。基于正弦波叠加法的平坦衰落信道仿真主要就是通过确定参数（多普勒系数，多普勒频移和相移）的值，来建立仿真模型。图2-7 Jakes仿真器模型3 Jakes仿真模型改进方法根据Clarke模型简化生成的仿真模型有多种，它们的数学表达式相仿，关键区别在于到达角度、初始相位的选取，不同的选取方法所得结果相差很大。三者的数学表达式基本相同，根本区别在于到达角度和初始相位的不同5。（1）文献【6】提出改进模型一：(2-19) 初始相位： 模型一只考虑了同径信道的随机分布特性，但并没有包含多径因素；（2）文献【7】提出改进模型二：(2-20) 模型二包含同径和多径因素，但到达角为确定性分布，不是随机分布，违背了Clarke模型对到达角的要求。（3）文献【8】提出改进模型三：(2-21) 其中， ，模型三不仅包括同径和多径因素，而且到达角为随机分布。使修改后的多径瑞利衰落信道既能够满足单径信道正交分量间的非相关性，也能够满足多径信道间的非相关性。4 几种模型仿真对比：同向分量自相关函数；同信道正交分量间的互相关函数比较；非同径信道间的互相关函数比较。结论，模型三最好，可以径仿真证明。5 几种仿真方法及优劣对比近年来，各种用于仿真小尺度瑞利衰落波形的模型不断涌现。这些模型可大致分为两类：统计类和确定类。统计类模型是基于对时域或者频域上的复高斯随机过程进行功率谱密度的滤波成形，该类模型宜于产生满足各种统计特性的瑞利衰落波形，但实现复杂度高。而确定类模型是基于对时域上精心选择的有限个余弦波进行叠加。由于其简单性而得到广泛应用。但是不能反映信道的随机性，不能应用于频率分集无线通信系统的建模。实际中许多改进模型以克服Jakes模型的缺点，这里列举其几种改进模型，并进行对比分析。2.9仿真实验成果取值：抽样频率fs=90000hz，载波频率fc=9000hz，最大多普勒频移fm=900hz，抽样点数Ns=1024，设多径路数N=30。1、仿真流程设计采用matlab代码，实现对Clarke信道模型的仿真。代码实现采用模块化的方式，按图6编写不同功能的函数模块。下面简要介绍仿真实现中的各个模块接口及其功能。(1)parameter.m:设置参数模块，设置fc，fs，fm，N等参数。(2)simulation.m：仿真模块主。先调用参数模块设置参数，再调用不同信道仿真模块生成仿真信号，将得到仿真信号通过统计模块，分析信号一阶、二阶特性。(3)multipath.m：多径法信道仿真模块，输入参数，用多径叠加法实现，输出仿真信号。(4)smithfilter.m：Smith算法仿真模块。输入参数，用成形滤波法实现信道仿真，输出仿真信号。(5)jakes.m：Jakes改进算法仿真模块。输入参数，用Jakes及其改进算法实现信道仿真，输出仿真信号。(6)statistic.m：分析统计特性模块。输入得到的仿真信号，分析出信号的时域、频域、包络概率密度函数、自相关函数、功率谱密度函数等一阶、二阶统计特性，并分别用图表示。图2-8 仿真总流程图2 仿真结果（1）多径仿真法图2-9 正弦叠加和模型仿真结果图2-9中依次为：(2-9-1)仿真信号的时域图；(2-9-2)仿真信号的频域图；(2-9-3)仿真信号的包络直方图；(2-9-4)仿真信号的包络概率密度图；(2-9-5)仿真信号的包络随时间变化图；(2-9-6)仿真信号的功率的衰落图；(2-9-7)仿真信号的功率谱密度图；(2-9-8)仿真信号的自相关函数图。得出的结论：由于多径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，如时间色散、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至关重要的影响，在无线信道中，发送和接收天线之间通常存在多于一条的信号传播路径。多径的存在是因为发射机和接收机之间建筑物和其他物体的反射,绕射，散射等引起的当信号在无线信道传播史，多径和衰减的变化将使信号历经随机波动。因此，无线信道的特性是不确定的，随机变化的。多径衰落信道的两个特点：频率选择性衰落和时间选择性衰落。（2） 频域仿真法（Smith方法）Smith模型结果图2-10 Smith模型结果图2-10中依次为：(2-10-1)仿真信号的时域图；(2-10-2)仿真信号的频域图；(2-10-3)仿真信号的包络直方图；(2-10-4)仿真信号的包络概率密度图；(2-10-5)仿真信号的包络随时间变化图；(2-10-6)仿真信号的功率的衰落图；(2-10-7)仿真信号的功率谱密度图；(2-10-8)仿真信号的自相关函数图。（3）Jakes模型及其改进方法模型改进方法仿真结果图2-11 Jakes模型改进方法仿真结果图2-11中依次为：(2-11-1)仿真信号的时域图；(2-11-2)仿真信号的频域图；(2-11-3)仿真信号的包络直方图；(2-11-4)仿真信号的包络概率密度图；(2-11-5)仿真信号的包络随时间变化图；(2-11-6)仿真信号的功率的衰落图；(2-11-7)仿真信号的功率谱密度图；(2-11-8)仿真信号的自相关函数图。分析：Jake提出的统训一模型是广泛使用的但是，在Jake、仿真模型中，Jake、对各低频振荡器的幅度衰减，多普勒频移，和到达波的相角都分别采用各种形式给以确定化，从而导致了该模型产生的衰落波形是一个非平稳过程，从而在对实际的信道进行仿真方而存在一定的缺陷。另外，正因为Jake、仿真模型是一个确定性的模型，所以它无法产生多路非相关衰落波形，这对采用这种模型构造频率选择性衰落信道和M MO信道是很不利的。因此，在广泛运用Jake、模型进行信道仿真的同时，人们也不断地提出各种各样的方法对Jake、模型进行改进，保证各个传播路径间的相关性很小。在本论文的实际仿真中，根据Jake、模型进行了改进，可以保证各个传播路径间的相关性很小3 结果分析基于Clarke模型，分别用多径叠加法、成形滤波器法方法、Jakes方法及其改进方法，得到复低通信号。分析得到的仿真信号的一阶、二阶统计特性。时域信号是随机过程，频域信号产生多普勒频移并符合U型公式，按分贝表示的功率曲线反映出衰落特点，自相关函数和功率谱密度函数曲线符基本与理论一致。这些说明以上的几种仿真方法可以模拟无线信道衰落情况。4 总结了解了Clarke模型及其仿真方法：正弦波叠加法、成形滤波器法、Jakes及其改进模型等，对各种方法进行对比分析，并在matlab环境下，根据提出的模型及算法，编写程序，进行信道仿真，分析输出信号的一阶、二阶统计量等指标，将仿真结果与理论值进行对比，分析仿真性能等，证明了前人提出的仿真方法可以用来仿真瑞利衰落信道，有较强实用性。3高架桥信号传播模型的研究 射线跟踪的目的是确定可能到达接收点的传播路径.并对这些传播路径的传播衰减分别计算。在射线发射中，有限根射线从发射点发出，遇到障碍物时射线被分为反射部分和透射部分或绕射部分每个射线都被跟踪计算直到射线到达接收机或者射线强度弱到可忽略不计。当发射天线高出桥面时，到达高桥下道路上的射线很有可能是穿透桥面的透射线、来自桥劈的绕射线或来自地面的反射线。对接收信号最简单的近似是只考虑直射线和地面反射线，复杂一些的近似要考虑透射线和绕射线，即先求解反射点、透射点或绕射点交点，然后计算射线强度。考虑到模型的简洁，本文忽略对于总信号贡献较小的两次以上反射或绕射波。 为了解决交通拥挤，近年来中国的很多城市修建了高架环路，一般的城市建有两环三环，大城市则建到了五环六环。桥面宽度在25m42m之间，两侧为“L”型钢筋混凝土墙。桥面厚度约1m，面板为混凝土空心板梁。桥面设计标高大约5m15m，桥下交通净空标准为4.5m5m。高架桥将城市道路空间分割后，因桥面的遮挡使得桥下空间电波传播具有了特殊性，并影响地面道路上电波传播。本章将利用射线跟踪法揭示桥下道路阴影状况，研究桥下道路场强分布规律。3.1桥下道路上传播的双径模型 模拟电视系统通过单发射塔覆盖整个服务区，为了防止高大物体挡住电波，发射天线一般都悬挂在几百米高的塔上。为了确保高的移动覆盖率，数字电视移动覆盖网，采用了高塔与高楼顶塔组合成多发射天线单频网技术，如上海的单频网发射天线高度有420m, 150m, 140m和92m。只要发射天线高度高出桥面，高架桥面就有可能遮挡来自发射天线的直射线和地面反射线，造成桥下地面道路上的覆盖阴影，且阴影程度不同覆盖规律也不相同。1桥面阴影区域判定（1）直射线阴影区域 发射天线位于桥上方时，部分直射电波会被桥面遮挡，高架桥下的地面道路上，左右两侧分别出现了标注为Rlosl和Rlos2的直射线覆盖直视区;以及桥面遮挡造成的直射电波桥下覆盖阴影区域Rloss，如图所示图3-1直射电波桥下覆盖阴影区域Rloss 设桥面宽度WB，桥两侧地面道路宽度相等均为Ws，桥高hg，发射天线高度h接收天线高度h, Y轴位于地面并平行于桥面中心轴，Z轴由地面垂直向上，X轴位于地面并与YOZ平面垂直。直线段桥梁两侧劈为平行于Y轴的两条直线，左右两侧桥劈的参数方程分别是: (3-1) (3-2)桥梁两侧直线段地面道路也平行于Y轴，左右两侧地面道路边沿的直线参数方程分别是: (3-3) (3-4)不妨设发射天线坐标为(x; , y; , h;)，接收天线位于桥下地面道路上:(3-5)则由射线法可求得图3-1中直射波的覆盖直视区域为RloslURlos2，其中: (3-6) (3-7) 而图3-1中直射波的覆盖阴影区域为Rloss:(3-8)(2)地面反射线阴影区域 发射天线位于桥上方时，一些电波射到地面后被反射到接收天线，而另一些电波穿透桥面到达地面再经地面反射后到达接收天线。文中将源射线