信道衰落模型汇总

1、简单模型的2种：常数(Constant )模型和纯多普勒模型1 .常数模型：常数模型没有衰落和多普勒移位，适用于可预测的固定业务无线信道。 振幅分布的概率密度函数(PDF )如下其中r是信道响应的幅度，a是概率常数。常数模型的多普勒光谱如下所示。式中fd是最大多普勒频率，f是基带频率，b是常数。2 .纯多普勒模型：单纯的多普勒模型没有衰退，但有多普勒移位，适合于可预测的移动业务无线信道。 其振幅分布与常数模型相同，多普勒频谱如下c是常数。根据移动通信中移动站的移动性，在无线信道中存在多普勒效应。 在移动通信中，频率随着移动站移动到基站而变高，而当移动站远离基站时频率变低。 我们必须充分考虑移动

2、通信中的“多普勒效应”。 在日常生活中，虽然由我们的移动速度的极限引起的非常大的频率偏移是不可能的，但这必然影响移动通信，并且应考虑各种技术以避免这种影响成为我们的通信问题。 移动通信的复杂性也增大了。3 .瑞利模型：瑞利衰落信道是无线信号传播环境的统计模型。 该模型假定信号在无线信道上传播之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包络遵循瑞利分布。 这个频道模型可以描述在电离层和对流层反射的短波频道和建筑物密集的城市环境。 瑞利衰落仅在从发射器到接收器不存在直接信号(LoS，Line of Sight )的情况下适用，否则无衰落信道用作信道模型。 在无线通信信道环境中，当电磁波通过多条路径

3、(诸如反射折射散射)到达接收器时，总信号的强度遵循瑞利分布。 同时，信号强度和相位等特性因接收机的移动和其他原因而变化，所以被称为瑞利衰落。瑞利分布是平均为0，方差为2的平稳窄带高斯过程中，其包络线的一维分布是瑞利分布。 其公式和概率密度如图所示。，瑞利分布的概率分布密度其中，r是接收信号的包络线，2是接收信号的包络线的平均功率。瑞利分布是描述平衰落信号的接收包络或独立多路径分量接收包络统计的时变特性的最常见分布类型。 两个正交高斯噪声信号的和的包络遵循瑞利分布。瑞利衰落可有效地描述存在能够大量散射无线信号的障碍物的无线传播环境。 在传播环境中存在足够的散射时，冲激信号被表示为到达接收机后大量

4、统计上独立的随机变量的叠加，根据中心极限定理，该无线信道的冲激响应是高斯过程。 如果该散射信道中不存在主要信号分量，这通常意味着没有直接信号(LoS )，这个过程的平均值是0，该相位遵循从0到2的均匀分布。 即，信道响应的能量或包络遵循瑞利分布。 当存在主要分量，诸如直接辐射信号(los )时，信道响应的包络遵循无损分布。 对应的信道模型是无衰落信道。信道增益通常用等效基带信号表示，即，表示多个信道的幅度和相位特性。 由此瑞利衰落由该复数表示，其实部和虚部遵循零平均的独立同分布高斯过程。瑞利衰落模型适合于描述建筑物密集的城镇中心地带的无线信道。 密集的建筑物和其他物体在无线设备的发射机和接收机

5、之间没有直接路径，并且使无线信号衰减、反射、折射和衍射。 在曼哈顿的实验证明当地的无线信道环境接近瑞利衰落。 在电离层和对流层反射的无线通道也可以用瑞利衰落记述。 因为大气中存在的各种粒子能大量散射无线信号。瑞利衰落是小比例的衰落效果，它总是叠加在比例的衰落效果(如阴影、衰减)上。 信道衰落的速度与发送侧和接收侧的相对移动速度的大小有关。 相对运动使接收信号的多普勒频率位移。 附图所示的是固定信号通过单通路瑞利衰落信道后，由于1秒内的能量变动，该瑞利衰落信道的多普勒频率最大分别为10Hz和100Hz，在GSM1800MHz的载波频率下分别为约6 kg 需要特别注意的是信号的“深衰落”现象，在这

6、种情况下，信号能量的衰减达到几千倍，即3040分贝。 如果接收信号中的多径分量中不存在主要的静态信号分量，那么该信道是瑞利衰落信道，否则是无衰落信道。瑞利衰落模型这里，多普勒滤波器传递函数的S(f )是多普勒功率谱密度fm表示最大多普勒频率。4 .无模型：如果接收到的信号除了诸如反射折射散射等信号之外，还存在从发射机直接到达接收器的信号(如从卫星直接到达地面接收器)，则信号整体的强度遵循无分布，因此称为无衰落。 瑞利衰落信道不包含直线路，而无衰落信道的模型适合描述具有明显直线路(例如郊区、山区等)的无线信道环境。 无衰落的包络分布P(r )和相位分布p ()如下式所示其中，r是接收信号包络线，

7、2直线分量的平均功率，散射多径信号的平均功率，I0 (.)是第一类零阶校正贝塞尔函数，erf (.)是误差函数。一般的摔跤因子k用于描述摔跤运动员衰退的衰退情况，定义如下切片系数k越大，表示直射日光成分的功率占有率越高，设包络平均功率为，则如下用无系数k和包络平均功率w表示的无分布的概率密度函数如下所示当k=0时，无衰落没有直接辐射分量，而当无衰落退化为瑞利衰落时，信道没有衰落。无衰落包络分布无衰落阶段分布无衰落的电平通过率的计算公式如下其中，参数根据不同的功率谱密度模型用下式计算。无衰落电平通过率互相关的高斯随机过程和构成的无过程的模型希尔伯特变换：卷积实数函数。 描述通过实数值载波调制的信

8、号的复包络。5 .平坦的衰落模型一般来说，复用信号到达接收机的时间先前，即，相对时间(时间)延迟(延迟)。 在这些相对时间比一码元的时间短得多的情况下，复用信号被认为几乎同时到达接收器。 在此情况下，多径不引起符号之间的干扰。 这种衰落被称为平衰落。 这样的信道的频率响应在所使用的频带中是平坦的。在这种情况下，信道的波形在时域中比信号的波形窄，并且信道的波形在频域中比信号的波形宽。 因此，接收信号的振幅增益发生变化(引起深度衰落)，但频谱仍保持。6 .频率选择性衰落在复用信号的相对延迟量相对于一个码元的时间不能忽视的情况下，如果复用信号重叠，则不同时间的码元重叠，引起码元间的干扰。 所述的衰落

9、被称为频率选择性衰落。 这样的信道的频率响应在所使用的频带中不是平坦的。 对于快衰落和慢衰落，信号通常是指符号时间变化的速度。 一般而言，如果一个码元的时间不怎么变化，则认为是慢衰落。 相反，如果码元的时间有明显的变化，则认为衰落很快。 理论上什么快什么慢有严格的数学定义。7. Nakagami衰落信道模型传统的瑞利衰落信道模型、赖斯衰落信道模型等向后兼容，是广泛应用于长距离、宽带信道建模的信道模型。 Nakagami衰落通过改变参数m的值，能够描述衰落、轻微、中等、重要性等不同程度的衰落信道，还能够描述瑞利衰落变成任意的摔跤因子的摔跤衰落状况。 当m=0.5时，描述瑞利衰落的参数m的值越大，

10、Nakagami衰落的衰落程度就越低，当m-时，Nakagami衰落描述没有衰落。参数m被称为Nakagami衰落的形状因子，描述了不同散射环境下多径传播衰退的程度。 计算公式如下所示其中，r是接收信号的包络线，=Er2是接收信号的平均功率。Nakagami衰落参数m和无衰落因子k具有如下近似关系Nakagami衰落的包络分布和相位分布的计算公式如下式所示Nakagami衰落包络分布Nakagami衰落相位分布Nakagami衰落的电平通过率的计算式如下式其中fd是最大多普勒频移，(m )是伽马函数。Nakagami衰落电平的通过率8 .对数正规模型Lognormal分布的功率谱密度和自相关函

11、数，高斯过程u3(t )的功率谱密度函数为：这里是高斯过程u3(t )的分散。 3dB的截止频率是功率谱密度和自相关函数相互是傅立叶变换对关系和高斯概率密度函数在积分区间整体中值为1，因此能够求出u3(t )的自相关函数u3(t )的平均功率是r(0)=1。 因为有随机的过程。S1(t )的自相关函数是联合PDF :9. SuzuKi模型由于存在多径传输和发送站和接收站的运动，所以在地面移动通信系统中，接收机的信号能量是随机变化的，但是这样的系统的信道可以看作是随机的统计过程y(t )，在消息周期，即几十波长中，随机的统计过程y 在长周期信号中，随机的统计过程y(t )的平均值不一定，可以认为

12、伴随着影子的效果，衰落发生了相当大的变化.稳定的Suzuki过程是由瑞利过程u(t )与对数正规过程v(t )的乘积得到的：瑞利过程u(t )由复高斯过程T(t)=T1(t) jT2得到，关系为：其中，T1、T2在平均值为零无关的高斯随机变量对数正规过程中为：式中，T3(t )是零平均、单位分散的高斯过程，s是描述对数正规过程和Suzuki过程的平均值的变化范围，例如：在s=0.0115时产生轻度的阴影，在s=0.161时产生中等程度的阴影，在s=0 .806时产生重的阴影.Suzuki概率分布密度函数显然，当s=0时，Suzuki过程与瑞利过程一致，参数m使对数正规过程v(t )具有单位平均

13、功率10 .高斯频道高斯信道是包括各种频率的特定噪声谱密度特征的射频通信信道，这导致各信道内的错误率的任何分布。 高斯信道通常是指加权高斯白噪声(AWGN )信道。 该噪声假定功率谱密度(PDF )在整个信道带宽中恒定，且振幅适合于高斯概率分布。 高斯信道和最简单的信道通常是指加权高斯白噪声(AWGN )信道。 该噪声假定功率谱密度(PDF )在整个信道带宽中恒定，且振幅适合于高斯概率分布。 高斯信道对评估系统性能具有重要意义，对定量或定性评估实验中的调制方式、误码率(BER )性能等具有重要意义。十一.杰克Jakes提出了基于正弦波叠加法的Jakes仿真模型。 Jakes仿真模型是确定模型，

14、发生的信号不是广义的而是平稳的，各状态没有经验，其二次统计特性也与Clarke参考模型有很大差异。 Jakes仿真模型简化了Clarke参考模型，降低了复杂度，提高了仿真效率，但引入了广义的非平稳性。 其主要原因是Jakes确定了模型中的随机相移，同时在随机相移之间存在相关。 在仿真效率方面，所需的低频振荡器(正弦波发生器)的数量从n减少到M=(N/2-l)/2，运算量大幅减少。Jakes仿真模型实现框图基于Jakes仿真模型的一些改进方法引入随机变量，如随机多普勒频率、随机正弦波初始相位，避免了确定性。参考文献：1 Matthias Patzold、Ulrich Killat法兰克laul.

15、adeterminiticdigitalsimulationmodelforsuki进程和applicationtoashadowedrayleighlandmo . ieetransactionvehiculartechnology，1996，45 (2) :18-3302李研. Matlab通信仿真开发手册M .北京：国防工业出版社，2005:12 -2893 b outros j viter BOE.signalspacediversity : a电源和带宽- effeffectitifitiedeveritytechnitionfortherrayleighfadin4 Li T，fan p leti efb.outageprobabilityofenergyharvestingrelay-aidedcooperativenetworksoverrayleighfadingchannel j .ieetract5 Ghani A、Naqvi H A、sher m et al.energyefficientcommunicationinbodyareanetworksusingcortioncommultionanco