无线信道测量及仿真实现
无线通信系统的MIMO信道测量与建模
机制 ， 达到对系统进行优化和设计的 目的 ， 有必要根据
我 国实际情况进行实际信道测试和建模。 本文主要根据近年各相关研究机构的 Ｍ Ｍ Ｉ Ｏ信道
测试和建模进行综合分析 ， 出适合我国具体情况的 提
ＭＭ Ｉ Ｏ信道测试与建模研究方案 。
收稿 日期 ： ０ ５０ － 修回 日期 ： ０ ６０ －５ ２ ０ －９１ ５； ２０ － ２ 。 ４
ＭＩ ＭＯ信道 测 量和 建模进 行 了研 究 ， 并进 行 了归纳和 分类 ， 同时分析 了 Ｍ ＭＯ信道 测 量和 建模 的方 法 ， Ｉ 指 出了 目前信 道 测量 和建模 中存 在 的 问题 ， 并给 出了一些针 对 ＭＩ ＭＯ信 道 测量 系统设计 的 建议 。
关 键词 ： 线通信 系统 ； ＭＯ； 无 ＭＩ 信道 测量 ； 信道 模 型
Ｔ Ｍ 时分复用 ） Ｄ （ 的开关切 换天线 阵方式 、 基于 Ｆ Ｍ Ｄ （ 频分复用） 的天线阵方式以及基于向量信道测试器 （ｅｔ ａｎｌ ｏｎｅ） ｖｃ ｒ ｈｎ ｅ ｓ ｄｒ方式 ４ 。对于第 １ ｏｃ ｕ 种 种和第 ２ 种测试方式 ， 要求环境稳定 ， 这是很难达到的， 所以这 些方式一般在午夜测试 ， 但还是不具备实时性。当然 ，
１１ ＭＩ ． ＭＯ信道测试分类
首先对国际上现有 的 Ｍ Ｍ Ｉ Ｏ信道测量 系统进行概 括和分类 ， 然后分析信道参数的测量和数据处理方法，
下面 分别详 细介 绍 。 按照 ＭＩ ＭＯ测 量 设 备 的测 量 机 理 可 以分 为 ＳＳ ＩＯ
据传输速率。无线通信系统的性能主要受到移动无线 信道的制约。传统发射机和接收机只具有一个天线 ，
中图分 类号 ：Ｎ ２ ． Ｔ ９９ ５
０ 引
言
信道实验报告
一、实验目的1. 了解信道的基本概念和分类；2. 掌握信道特性参数的测量方法；3. 分析信道的频率响应和时延特性；4. 熟悉信道仿真软件的使用。
二、实验原理信道是指信号传输过程中所经过的媒介，如电缆、光纤、无线电波等。
信道特性参数主要包括信噪比（SNR）、频率响应、时延等。
信噪比是衡量信号质量的重要指标，频率响应反映了信道对不同频率信号的传输能力，时延是指信号在信道中传播的时间。
三、实验内容1. 信噪比测量（1）实验原理：信噪比（SNR）是指信号功率与噪声功率之比，通常用分贝（dB）表示。
信噪比越大，信号质量越好。
（2）实验步骤：① 将信号发生器产生的信号接入信道；② 使用频谱分析仪测量信号功率和噪声功率；③ 计算信噪比。
2. 频率响应测量（1）实验原理：频率响应是指信道对不同频率信号的传输能力。
频率响应的测量通常使用扫频信号。
（2）实验步骤：① 将扫频信号发生器产生的信号接入信道；② 使用频谱分析仪测量信道输出信号的频率响应；③ 分析频率响应特性。
3. 时延测量（1）实验原理：时延是指信号在信道中传播的时间。
时延的测量通常使用脉冲信号。
（2）实验步骤：① 将脉冲信号发生器产生的信号接入信道；② 使用示波器测量信号在信道中的传播时间；③ 计算时延。
4. 信道仿真（1）实验原理：信道仿真是指利用计算机软件模拟信道特性，分析信道的传输性能。
（2）实验步骤：① 选择信道仿真软件，如MATLAB、CST等；② 根据实验需求，建立信道模型；③ 设置仿真参数，如信号频率、带宽等；④ 运行仿真，分析信道的传输性能。
四、实验结果与分析1. 信噪比测量结果：实验测得信噪比为20dB，表明信号质量较好。
2. 频率响应测量结果：实验测得信道频率响应在1MHz至100MHz范围内，传输能力较好。
3. 时延测量结果：实验测得信道时延为0.5ms，表明信号传播速度较快。
4. 信道仿真结果：仿真结果表明，在相同条件下，信道的传输性能与实验结果基本一致。
无线通信网络中的无线信道建模技术
无线通信网络中的无线信道建模技术无线通信网络的发展使得人们可以在不受时间和空间限制的情况下进行信息交流。
而这种无线通信的关键则是通过无线信道来传输数据。
无线信道的建模技术对于设计和优化无线通信系统至关重要。
本文将探讨无线通信网络中的无线信道建模技术的原理和应用。
一、无线信道建模技术的概念和分类无线信道建模技术是指通过数学模型来描述无线信道的传输特性，以便更好地理解和预测信道行为。
根据不同的建模方法和应用场景，无线信道建模技术可分为以下几类：1. 统计建模：统计建模方法基于实际信道测量数据进行分析和建模，通过统计学方法来描述信道的统计特性，如信号功率、幅度衰减、时延等。
常用的统计建模方法包括概率密度函数、自相关函数和功率谱密度等。
2. 几何建模：几何建模方法基于物理几何学原理来描述无线信道中的传播路径和障碍物对信号传输的影响。
几何建模可以分为确定性几何建模和随机几何建模两种类型。
确定性几何建模假设信道中存在具有确定位置和形状的障碍物，通过几何学方法来分析信号的反射、绕射和散射等现象，进而建立信号传输模型。
几何建模方法可以分为射线追踪法、物理光学法和几何光学法等。
随机几何建模假设无线信道中的障碍物是随机分布的，通过概率图谱模型、泊松点过程等方法来描述信道的随机性质。
3. 仿真建模：仿真建模方法通过计算机模拟信道传输过程来得到信道传输特性。
仿真建模可以是基于物理模型的仿真，也可以是基于统计模型的仿真。
常用的仿真建模工具有MATLAB、NS-3等。
二、无线信道建模技术的应用无线通信网络中的无线信道建模技术在许多应用场景中起着重要作用。
以下将介绍几个典型的应用案例：1. 传输性能评估：无线信道建模技术可以用于评估无线通信系统的传输性能，包括信号质量、信号功率、误码率等指标。
通过建立准确的信道模型，可以预测系统在不同环境条件下的性能表现，并进一步优化系统设计。
2. 链路预测：无线信道建模技术可以用于链路预测，即根据当前的信道状态预测未来一段时间的信道变化。
无线信道仿真仪的意义及价值
无线信道仿真仪无线信道仿真仪是一种信道仿真设备，用于仿真信号在空间传播过程中发生的功率衰落、多径叠加、信号延时、多普勒、多普勒变化率、干扰等现象带来的信号变化。
无线信道仿真仪广泛应用于无线设备性能比测、无线产品研发及问题定位、无线产品性能测试、外场半实物仿真、相控阵天线仿真、天线方向图测试、信道模型研究等不同领域。
无线信道的复杂性和不确定性导致了移动无线通信的不确定性，也大大增加了移动无线通信验证实验的复杂程度，而各种无线通信网络的组网性能测试涉及到多个无线通信网络节点设备及每个通信节点的不同通道，每个无线通信设备之间的路由和无线信道环境又各不相同，因此，以上因素大大增加了多级多通道无线通信网络组网测试的难度。
并且由于特定通信网络的使用背景各不相同，通信体制的针对性及适应性也各有特色，如何在实物及半实物层面对于通信体制进行可重复的针对性的验证成为一个关键的环节，也是从基于纯数学的软件仿真到实际通信质量的验证不可或缺的一个步骤。
总的来说，对于无线通信体制、信号系统的测试和仿真，最大的难点和不确定点是在于评估无线通信体制及设备在实际环境中的使用效果，尽管整个行业在从通信协议的仿真到基带的算法、模块的硬件设计直至天线系统的优化设计，已经拥有了十分完备的理论、标准、工具及仿真手段来进行设计工作，然而对于整个系统在实际应用环境中的测试一直是整个业界的短板，很大程度上还是依靠费时、费力、没有重复性的现场测试来发现问题。
尤其是在通信体制的验证方面，更多的依靠的是纯数学的软件仿真以及设备的实际测试，缺少针对通信体制、通信系统及通设备的实物仿真验证，这直接导致了在系统及设备在研制过程中的风险累积，关键节点无法进行定量及定性的分析，从而加大研制成本，降低研制的效率。
这种主要依靠纯软件仿真及现场测试的验证测试模式对于问题的发现和解决有着如下的薄弱环节：a)现场测试的方法无法在通信体制开发和设备研制的各个阶段定位出问题，导致问题向最终设备或者系统上累积，一旦最终的设备或者系统发现问题，就需要花费大量的时间从研制的各个阶段来定位问题；而前期的软件仿真系统更多的是验证整个系统在功能实现上的可行性，而由于设备和无线环境导致的整个网络的通信质量的影响的评估则无法得出定量的结论。
多径时变信道模型仿真及性能分析
多径时变信道模型仿真及性能分析
多径时变信道模型是一种模拟无线信道传输中存在的多径传播效应以
及随时间变化的信道时变性质的模型。
在无线通信中，信号在传播过程中
会经历多个路径，因此到达接收端的信号由多个路径传播并叠加在一起。
而时变性质则是指信道传输参数随时间变化的特性。
为了对多径时变信道进行模拟仿真并进行性能分析，首先需要选择合
适的信号模型。
常用的信号模型包括瑞利信道模型和高斯信道模型。
其中，瑞利信道适用于室外环境，主要考虑到多径传播效应；高斯信道适用于室
内环境，主要考虑到噪声的影响。
在仿真中可以根据具体需求选择合适的
信号模型。
接下来，需要确定仿真的参数。
多径时变信道模型的参数包括多径时延、多径衰落、多径幅度等。
这些参数可以根据实际场景进行设置，或者
通过测量获取。
在仿真过程中，可以通过设置不同的参数来模拟不同的信
道特性和环境。
进行性能分析时，常用的指标包括误码率、信噪比、信道容量等。
可
以通过对仿真结果进行统计分析得到不同信道条件下的性能指标，并与理
论值进行对比。
总结起来，多径时变信道模型的仿真和性能分析是针对无线通信中存
在的多径传播效应和信道时变性质进行的。
这可以通过选择合适的信号模型、参数设置和仿真工具来实现。
在仿真过程中，可以对不同的信道条件
进行模拟，并通过性能分析来评估系统的性能。
高铁隧道无线通信系统中的信道测量与建模综述
移动通信│MOBILE COMMUNICATION28 2018年7期高铁隧道无线通信系统中的信道测量与建模综述陈克勇焦峰广东省电信规划设计院有限公司沈阳分公司，辽宁沈阳110000摘要：高铁的迅速发展为现有的高铁无线通信系统带来了一些新的挑战。
一个准确描述隧道信道特性的信道模型，对高铁通信系统的设计和评估意义重大。
由于隧道狭长的空间、隧道本身的边界性以及产生的波导效应等，高铁隧道中的信道特性不同于其他的高铁场景。
关键词：高铁隧道；无线通信系统；信道测量；建模综述中图分类号：U285.2文献标识码：ASurvey of Channel Measurement and Modeling in High-Speed Rail Tunnel Wireless Communication SystemChen Keyong Jiao FengGuangdong Planning and Designing Institute of Telecommunications Co., Ltd., Shenyang Branch,Liaoning Shenyang 110000Abstract:The rapid development of high-speed rail has brought some new challenges to the existing high-speed rail wireless communication system. A channel model that accurately describes the characteristics of the tunnel channel is of great significance for the design and evaluation of high-speed rail communication systems. Due to the narrow space of the tunnel, the boundary of the tunnel itself, and the resulting waveguide effect, the channel characteristics in the high-speed rail tunnel are different from those in other high-speed rail scenarios.Keywords: high-speed rail tunnel; wireless communication system; channel measurement; modeling review引言隧道信道的一些特性目前还没有被充分研究。
信道测量与建模技术研究及其应用
信道测量与建模技术研究及其应用英文回答：Channel Measurement and Modeling Techniques for Wireless Communications.Channel measurement and modeling are crucial aspects of wireless communications, providing the foundation for understanding and predicting signal propagation characteristics in various environments. By accurately characterizing the channel, researchers and engineers can design and optimize communication systems to achieve reliable and efficient data transmission.Measurement Techniques:Over-the-Air (OTA) Measurements: Conducted in real-world environments to collect channel impulse responses (CIRs) and other channel parameters. OTA measurements are essential for capturing the effects of path loss, fading,and multipath.Channel Sounders: Specialized equipment that generates and transmits probe signals to measure channel characteristics. Channel sounders provide precise measurements with controlled parameters, allowing for extensive data analysis.Software-Defined Radios (SDRs): Software-based radios that can be programmed to perform channel measurements. SDRs offer flexibility and versatility, enabling the customization of measurement setups and parameter configurations.Modeling Techniques:Deterministic Models: Use physical principles to calculate channel parameters, such as path loss and shadowing. These models are typically simple and computationally efficient but may not fully capture the complexities of real-world channels.Stochastic Models: Based on statistical distributionsto represent channel variations. Stochastic models can provide a more realistic representation of fading and multipath effects but require more complex computations.Machine Learning (ML)-Based Models: Utilize artificial intelligence algorithms to learn channel characteristics from measured data. ML models offer the ability to adapt to changing environments and provide accurate predictions without the need for explicit mathematical formulations.Applications:Network Planning and Optimization: Channel measurements and models help in determining the optimal placement of base stations, improving coverage and capacity.Signal Processing Algorithms: Channel models guide the development of signal processing algorithms, such as equalization and beamforming, to enhance signal quality and mitigate interference.Wireless Device Design: Channel characterization aids in designing wireless devices with optimal antennas and power control mechanisms to adapt to different propagation environments.Spectrum Regulation: Channel models inform spectrum allocation decisions, ensuring efficient utilization and preventing interference between different services.Conclusion:Channel measurement and modeling techniques play a vital role in understanding and improving the performance of wireless communication systems. By accurately characterizing the channel, researchers and engineers can develop optimization strategies, design algorithms, and innovate device technologies to meet the demands of next-generation wireless networks.中文回答：信道测量与建模技术及其应用。
基于USRP的室内无线信道场强的仿真与测量
Ｒａ ｄ ｉ ｏ ｆ ｉ ｌ ｅ ｄ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎｔ ｉ ｎ ｄ ｏ ｏ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＵＳＲＰ
Ｚｈｏ ｎｇ ｐｉ ｎ Ｙａ ｎ ｇ Ｊ ｉ ｎ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｌｉ
ｍａ ｉ ｎｔ ｅｎ ａ ｎｃ ｅ ａ ｓ ｗｅ ｌ １ ａ ｓ ｕ ｐｇｒ ａ ｄｅ ｃ ｏｓ ｔ ｓ ． Ｆｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ，ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｉ ｎ ｄ ｏｏ ｒ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｅ ｎ ｖｉ ｒ ｏｎｍｅ ｎｔ ，ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｔ ｈｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｌ ｅ ｄ
ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇｔ ｈ， ｔ ｈｉ ｓ ｐａ ｐ ｅ ｒ ｕｓ ｅ ｔ ｈｅ ｂａ ｎ ｄ ｎ ｏｉ ｓ ｅ ｐｏ ｗｅ ｒ ，ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｌ ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎｄ ｍ ｏｖ ｉ ｎｇ ａ ｖ ｅ ｒ ａ ｇ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈｎ ｉ ｑｕ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕｅ ｎ ｃ ｙ ｄｏ ｍａ ｉ ｎ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：Ｇ ＮＵ Ｒａ ｄ ｉ ｏ； Ｕ ＳＲＰ； ｓ ｏｆ ｔ ｗａｒ ｅ ｒ ａ ｄｉ ｏ；ｐｏ ｗｅ ｒ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｒ ｕｍ ；ｒ ａ ｙ ＿ｔ ｒ ａ ｃ ｉ 第 ３ ８卷 第 ５期
２ ０ １ ５年 ５月
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩ Ｃ Ｍ ＥＡＳ Ｕ ＲＥＭ ＥＮ Ｔ ＴＥＣＨＮ ＯＬ０ＧＹ
基 于 ＵＳ Ｒ Ｐ 的 室 内无 线 信 道 场 强 的 仿 真 与 测 量
杨晋 生 李中品
（ 天津大学电子信息工程 学院 天 津 ３ ０ ０ ０ ７ ２ ）
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题目：宽带无线通信系统的信道
测量研究及仿真实现
内容：
1.了解无线信道大小尺度衰落特点以及基本测量方法；
2.掌握滑动相关法测量小尺度衰落原理及仿真实现；
3.掌握矢量信号分析技术在小尺度衰落中的应用；
4.SISO和MIMO系统的信道测量及误差修正；
5.实测数据处理及结果分析。
无线信道基础
无线通信系统的性能主要受到无线信道的制约。
发射机与接收机之间的传播路径非常复杂，电波传播的机制是多种多样的，但总体上可以归结为反射，绕射和散射。
无线信道的特性
•大尺度特性
大尺度传播描述了长距离内接收信号强度的缓慢变化。
这些变化是由发射天线和接收天线之间传播路上的山坡或湖泊以及建筑物等造成的。
一般来说，大尺度衰落与发射天线和接受天线之间的距离成反比，而且在不同地区有不同的衰减因子。
大尺度可以由天线分集和功率控制得到补偿。
•小尺度特性
小尺度衰落的主要特性是多径传播。
传播过程中会遇到很多建筑物，树木以及起伏的地形，会引起能量的吸收和穿透以及电波的反射，散射及绕射，这样，无线信道是充满反射波的传播环境。
大尺度测量
•连续波测量方法
•宽带信号测量法√
小尺度测量
•扩频滑动相关测量法√•直接脉冲测量法
•扫频测量
连续波测量方法
•连续波测量就是尽可能获取某一地区各地理位置的本地均值，因此要获取本地均值就必须除去瑞利衰落的影响。
对于无线移动通信系统，在特征长度为40个波长，采样50个样点时，可使测量数据与实际本地均值之差小于1dB.
•随机衰落现象：
扩频滑动相关法
•扩频信道检测系统基本框图如下
•该系统的优点是，尽管所探测的信号可能为宽带信号，接收机仍然可以用一个宽带混频器加一个窄带接收机来检测发送信号。
•实际中，理想的高斯白噪声用确定的伪噪声来代替。
在发射端发射一串伪随机码，在接收端对接信号进行采样，计算采样样本序列和伪随机序列的相关值，得出不同时刻的冲激响应。
•小尺度测量方法
在测试过程中，我们采用基于伪噪声序列的扩频滑动相关测试法。
该方案的基本思路是在发射周期性的PN序列，在接收端本地产生同样的PN序列并与接收下来的信号做互相关运算。
测量流程
（1）选择站址
（2）测量平台搭建
（3）扫频测量
（4）测量数据采集
PN码相关特性研究
•PN码是目前广泛应用的一种伪随机序列，其拥有均衡性，游程特性，移位相加等特性。
•序列的相关性定义为：
C(m)=E[A(n+m)*conj(B(n))]=E[A(n)*conj(B (n))]
当A，B都是双极性序列时，序列的相关函数定义为：
由上式可知，若是A=B时，相关函数求得的是PN
码的自相关函数；否则求得的是不同PN码的互相
关函数。
按照定义编写程序求得不同码长的PN码的自相关函数：
PN码互相关特性：•N=511
建立信道函数
•建立一个SISO信道，假设这个无线信道在测量过程中是时不变的，也就是在测量过程中，信道的衰减因子和时延参数均是不变，在测量过程中，信道可以等效为一个线性时不变系统。
建立的信道冲击相应函数如下
修正算法
•在测量中考虑到PN序列的自相关函数不是理想的冲激函数，即是在R（0）之外不严格为零，所以在滑动相关中，这些非零值对于测量结果有一定影响，使得测量值和实际中有一定的误差。
设计方向
•打算设置一个具有四条不同路径的多径环境，并设置了无噪声环境和有噪声环境，另外噪声环境分别为
SNR=5dB,SNR=0dB,SNR=-5dB三种不同的噪声环境，实验仿真中使用码长N=511的PN序列，利用滑动相关法在上述四种场景中分别对信道进行测量，并分别使用修正算法对结果进行修正，并分析比较结果和理想的误差。
完成进度
1.了解无线信道大小尺度衰落特点以及基本测量方法；√
2.掌握滑动相关法测量小尺度衰落原理及仿真实现；√
3.掌握矢量信号分析技术在小尺度衰落中的应用；
4.SISO和MIMO系统的信道测量及误差修正；
5.实测数据处理及结果分析。
谢谢！。