通信系统中常用随机数的产生以及信道模型的分析仿真

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计(论文)，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文) 的规定，即：按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版，并提供目录检索与全部内容。取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本作者签名：学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 作者签名：导师签名：毕业设计任务书班级通信三班学生姓名王自建学号20072245专业通信工程题目通信系统中常用随机数的产生以及信道模型的分析仿真题目类型：工程设计技术专题研究√理论研究软硬件产品开发akagami Nakagami分布算法并测试这些算法。给出典型信道模型与相关随机数的关系分析。 三、应交出的设计文件及实物(包括设计论文、程序清单或磁盘、实验装置或产品等)各种随机数产生算法的c语言源代码一套，设计论文一本 产生随机数的各种算法五、要求学生搜集的技术资料(指出搜集资料的技术领域)C语言的仿真应用开发资料第一部分阅读c语言应用的相关资料和书籍，熟悉开发环境第二部分阅读随机数的相关资料及算法(4周)(4周)第三部分实现并测试，完成论文并测试，完成论文(7周)(2周)评阅及答辩注：设计任务书审查合格后，发到学生手上。西南交通大学信息科学与技术学院2010年制布的随机数的应用及产生算法，利用MFC仿真并绘制结果。接下来研究了高斯、瑞lmodelsisbasedoncommonrandomeI........ 2.5.1概念及主要特点 11 。在新兴通信技术的不断推动之下，3G系统开始商用，全球存在四种标准：实意义。过衰落信道后的包络进行很好的建模，然而，在实际的无线环境测试中，发现道的复杂多变性和列车较快行驶速度，使高速铁路无线移动通信系统的性能受到影空究12221babXX=(aX+c)mod(m)(2-3)n+1nC语言的系统库函数提供了产生均匀分布随机数烦的函数。函数原型：intMFC/}}用ξ表示随机试验的结果，如果事件发生的概率是p则反面不发生的概率PKCnkpkpnk(2-5)其中C(n,k)=n!/(k!*(n-k)!)，P称为发生K次的概率。记作B(n,p)，期在这试验中事件发生的次数为一随机事件，它服从二项分布。二项分布可以用、已知发生某一结果(是)的概率为p，其对立结果的概率为1-p，实际工作要求p是从大量观察试验中获得比较稳定的数值。、n次试验在相同条件下进行，且各个观察单位的观察结果是相互独立的，即每个观察单位的观察结果不会影响到其他观察单位的结果。inti,j;if(b[j]<0.5)N=N+1;统计小于p的随机数的个数}a[i]=N;}{{}}}量等等，以固定的平均瞬时速率λ随机且独立地出现时，那么这个事件在单位时间}a[i]=N;}for(i=0;i<400;i++){}}}平均值的差的平方来表示，由上式可minti;ilogxx}}{{}}}随机变量，设各环强度(或寿命)相互独立，分布相同，则求链强度或寿命)的概率分|0(x0)a[i]=y;}{ntxrectlefti}}}inti;}{xrectlefti}}nf(x)=Fa=P{X表现为均值越小，分布偏斜的越厉害。指数分布比幂分布趋近的速度慢很多所以有一条很长的尾巴。指数分布很多}加性高斯白噪声(AdditiveWhiteGaussianNoise)是最基本的噪声与干扰模型。加性噪声：叠加在信号上的一种噪声，而且无论信道中有无信号，噪声都始终存在。因此通常称该噪声为加性噪声或者加性干扰。白噪声：噪声的功率谱密度在所有的频率上均为常数，则称这样的噪声为白噪声。由于热噪声是由大量自由电子运动产生的，而其统计特性服从高斯分布，则称这样的噪声为高斯白噪声。高斯白噪声的概念：“白”指功率谱恒定；高斯指幅度取各种值时的概率p(x)是高斯函数。功率谱密度恒定的话，自相关系数则是功率谱密度的反变换，高斯白噪声的自相关系数为无延时的冲击函数，则在时间差不等于零的时候，自相关等于0，也就是不同时间的高斯白噪声的幅度是不相关的。AWGN，在通信上指的是一种信道模型(ChannelModel)，此信道模型唯一的信号损耗是来自于宽带(Wideband)的线性加成或是稳定谱密度与高斯分布振幅的白噪声。AWGN从统计上而言是随机无线噪声，其特点是其通信信道上的信号分布在很宽的频带范围内。信道中的高斯白噪声为一个高斯随机过程，其假设在整个信道带宽下功率谱密度：P(f)N0(<f<+)(3-1)n2XjTntt(3-2)0其中(t)为确定函数，则为高斯随机变量，可证得其数学期望为，方差为：2=N0jT2(t)dt(3-3)X20tdtE02112212121211221{{}{{}}}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。。且在~π内均匀分布；riciiS(t)Nacos(t2vcostriciiT(T(t)costT(t)sint(3-5)ccscSt态分布。求解得到多径接收信号的包络的概率rr222p(r)rexpr222/利用指数分布产生瑞利分布x2ln(u)/}{{}}}3-2瑞利分布随机数仿真结果ccsc(其中T(t)与T(t)为相互独立的正态分布随机数)，由该式子可知瑞利分布随机数可以csStTtjTtTtTt正态分布随机数)，则由指数分布可知瑞212利分布随机数可以由指数分布随机数衍化得到，该算法的优势在于避免了C语言在接收机(如从卫星或者基站直接到达地面接收机)的信号，那么总信号的强度服从莱p(r)=re-I(|A2)|(A瑞瑞利分布莱斯分布高斯分布KA。由莱斯因子产生均值为a2+b2的随机数算法：12122、利用上述产生的随机数产生两个正交随机数x,x，12nu1122121212yisqrtlogxisinyixizi];gusinu1212}{}}一个是尺度参数ω。1、当m时，p(r)=2rexp(-r2)=rexp(2r2)成为瑞利分布；业业ss、当m较大，则nakagami分布接近高斯分布。3m-23m-13m3m-2m3m-1m3mmm3m-1m3mmm由上述假设飞=飞，可以得到9(飞-lnU)r(k,9)，再由X=Y可以得到miinti,j;{y[m]=x[3*m-1]*x[3*m-1];z[m]=x[3*m]*y[m]*y[m];}{y[m]=1-log(x[3*m-1]);z[m]=x[3*m]*exp(-y[m]);}}}a[i]+=(50*y[i]-50*log(p[j]));}}{}}}行，组织运输生产和铁路建设，则需要一个迅速可靠、四通八达的铁路通信系统此、无线网络沿着铁路线状覆盖的特性使得同频小区数目减少减轻了同信道间的干扰并且可以根据列车的运行速度和运行方向判定列车将到达的下一个小区及到达时间这对于高速环境下实施越区切换是十分有利的；下基站放置在距离路轨很近且处于运行列车的正前方或者正后方很、铁路沿线主要是平坦地形地面起伏较小接收信号中直射波占主导地位并伴随有视距传播的衰落成分传输时延很小；时隧道对电磁波传播有明显的波导作用不造成附加的传播延提取载波频率的难度。求苛刻，主要体现在：通信系统中的数据处理、转发等功能必须适应高速要求，即能够满足高速移更短，所以必须有更加快速的越、电波的多径传输——传播信道中存在大量反射物和散射物，导致信号的多径、移动台与基站的相对运动——无线电信号在传输过程中，由于移动台相对基由上述三个原因形成的小尺度衰落信道，在高铁环境下的体现如图所示。i火车内移动台V0iiif——载波频率c径数iiiiii仰角两部分讨论。在方位角上假定入射波为均匀分布，其分布密度函数为：p()1(02)高斯分布，其分布密度函数如下：p()1exp{[mean]2}(0)22222ffcoscos(4-7)d因为方向上出现的概率密度p()和在方向上出现的概率密度p()相互独立，则联合概率密度p()为：p()p()p()22pexpmean22N为多径径数：多径径数的研究对于高铁信道模型的仿真是一个重要的参数。内径数分布为修正的泊松过程。并将其参数与特定高速铁路环境下地理参数联系起波传播时间为t=d/c，电波从基站发出到小区覆盖的临界区域的时间为t，则tt为maxx移动台能观测到的最大的传播时延，将tt定义为观测试验窗。结合随机理论，该max2、在相互独立的时间区间里，多径径数差：N=NN与N=NN相jijikjkj足够小时，径数改变两个以上的概率很小；ii时延t=t+t时的径数N只与N、t有关，与观测时刻无关。ii由上述得，瞬时的径数分布特性服从泊松随机过程。aiin12k其中任一次反散射衰减系数定义为：G=sin9znsin9+z0=j60入0T=iT=iic12k衰减系数的相位可表示为:：12kit条电波经历的路程不同和i12N12N电波之间的相对差分时延T：iiimini22n(n!)2imini22n(n!)2mini0minimin22n(n!)2min22n(n!)2min0min无线信道具有不可预测性，尽管某一时刻的多径效应可以通过电波传播理论描述，但不同时刻的无线电波传播情况可能变化非常大，其中包括多径的径数、时延、y(t)=rt(x)t(tx(t)(iqikkmk=1qkkmmkm=k/N，N=模型中的路径数。一个正弦信号频率经过信道后被扩展为一个窄带kP(f)=[f1(f/f)2]1(4-22)mm22cosx(t)M1x(t)M1·M11·M2mm++ikkkmmsqkkkmmk所以接收信号是为：U(t)u(t)Aaexp{j}exp{j(t)}000,k0,k00u(tt)Aaexp{j}exp{j((tt))}(4-25)0iii,ki,k0ii其中u(t)为传输时延信号，A为衰减系数，aexp{j}为多普勒效应，t0i0,k0,ki为传播时延，为电波入射相位。高速铁路环境下的信道仿真器框图如图4-3所示。i衰衰减系数生成器TDop(f生成器Dop(f11Dop(f2AAn角生成器生成器V(t)RDop(fDop(fAAAn0mkkmm21世纪是经济、社会全球化快速发展的世纪。这一世纪，通信系统的发展无疑随机数的概念和性质，在此基础上，研究各分布随机数的产生算法，利用MFC对话框仿真并显示了各参数下的的常用分布随机数。对于各分布在通信系统信道模型仿jakes模型以及其中主要涉及本论文的工作对通信系统随机数仿真特别是高铁信道模型仿真具有一定的借鉴意义和参考价值。。不会辜负你们的关心和期望。[2]周炯槃，庞沁华，续大我，吴伟陵，杨鸿文.通信原理[M].第3版.北京邮电大[3]李裕奇.概率论与数理统计(上)[M].第2版.国防工业出版社，2004[4]李裕奇.概率论与数理统计(下)[M].国防工业出版社，2004[5]李建东，郭梯云，邬国扬.移动通信[M].第4版.西安电子科技大学出版社，[6]A奥本海姆，A威尔斯基.信号与系统[M].刘树棠.第二版.西安交通大[10]殷福亮，宋爱军.数字信号处理C语