西南交通大学本科毕业设计（论文） 第VII页 3.1.2相关随机数产生算法及MFC仿真结果 .................................................. 18 3.2 瑞利信道模型 ....................................................................................................... 20
3.2.1 信道模型与其相关随机数关系分析 ....................................................... 20 3.2.2相关随机数产生算法及MFC仿真结果 .................................................. 22 3.3 莱斯信道模型 ....................................................................................................... 23
3.3.1 信道模型与其相关随机数关系分析 ....................................................... 23 3.3.2相关随机数产生算法及MFC仿真结果 .................................................. 24 3.4 nakagami信道模型 .............................................................................................. 26
3.4.1 信道模型与其相关随机数关系分析 ....................................................... 26 3.4.2相关随机数产生算法及MFC仿真结果 .................................................. 26
第4章 高速铁路信道模型 ............................................................................................... 29 4.1 高速铁路信道研究背景 ....................................................................................... 29 4.2 高速铁路电波传播统计特征 ............................................................................... 30
4.2.1电波入射相位 ............................................................................................ 30 4.2.2多径径数 .................................................................................................... 31 4.2.3 衰减系数 ................................................................................................... 32 4.2.4传播时延 .................................................................................................... 33 4.3 高速铁路信道建模 ............................................................................................... 33 结 论 ............................................................................................................................. 37 致 谢 ............................................................................................................................. 38 参考文献 ............................................................................................................................. 39
西南交通大学本科毕业设计（论文） 第1页 第1章 绪 论
1.1 研究背景和意义
随着世界经济的快速发展，用户对于数据通信与多媒体业务的需求也与日俱增，而现代移动通信的特点：通信终端的移动速度更大，通信的环境导致电波传输条件更复杂，噪声和干扰更加严重，系统和网络结构也更加的复杂，要求的频带利用率和设备的性能也更好。随之通讯技术也日新月异，从GSM、GPRS到3G再到4G，通信技术不断的演进。最早的移动通信电话采用的是模拟蜂窝通信技术，它只能提供区域性的语音业务，而且通话的质量很差、保密性能也不好，用户接听的范围也很有限。随着移动通信业务的迅猛发展，用户的数量也增长迅速，传统的通信模式已经满足不了人们对于通信的要求，在这种情况下就出现了GSM通信技术，该技术主要用的是窄带时分多址技术(TDMA)，允许在一个射频同时进行8组通话。它是根据欧洲电信标准组织ETSI制定的数字移动通信标准而确定的频率范围在900～1800MHz之间的数字移动通信系统。该系统自90年代中期投入商用以来，已经在100多个国家正式运营，GSM标准的设备占据全球蜂窝移动通信设备市场的80%以上。GSM数字网的特点就是它符合用户较强的保密性和抗干扰性，音质清晰，通话稳定，并具备容量大，频率资源利用率高，接口开放，功能强大等需求。
随着用户对通信要求的进一步提高，GSM就出现了其一定的缺陷，针对GSM通信出现的缺陷，人们在2000年又推出了一种新的通信技术GPRS，该技术是在GSM的基础上的一种过渡技术。GPRS的推出标志着人们在GSM的发展史上迈出了意义最重大的一步，GPRS在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X.25分组数据接入服务。
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：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WIMAX。该技术能为用户带来了最高2Mbit/s的数据传输速率，在这样的条件下，计算机中应用的任何媒体都能通过无线网络轻松的传递。WCDMA通过有效的利用宽频带，不仅能顺畅的处理声音、图像数据、与互联网快速连接；此外WCDMA和MPEG-4技术结合起来还可以处理真实的动态图像。人们之间沟通的瓶颈会由网络传输速率转变为各种新型应用的提供：如何让无线网络更好的为人们服务而不是给人们带来骚扰，如何让每个人都能从信息的海洋中快速的得到自己需要的信息，如何能够方便的携带、使用各种终端设备，各种终端设备之间如何更好的自动协同工作等等。在上述通信技术的基础之上，无线通信技术最终必然会迈向4G通信技术时代。
随着高速铁路的迅速发展，对高速可靠的无线传输的需求也日益迫切。高速列车
西南交通大学本科毕业设计（论文） 第2页 上也希望能够接入电话、因特网络，并拥有良好的通信质量，因此新的高铁信道模型也随之产生。然而高速铁路时变多径的传播环境造成了传输环境的复杂多变性和列车300km/h以上的快速行驶速度，使高速铁路无线移动通信系统的性能受到了严重的影响，其主要表现是：传播损耗、慢衰落、快衰落、时间选择性衰落、频率选择性衰落和空间选择性衰落，同时受远近效应、小区内干扰、小区间干扰、同频干扰和码间串扰等干扰。
对于通信系统随机数的研究，是通信系统信道模型仿真的基础，而再复杂的信道模型也都是由一些常用的随机数衍生而成，例如高铁信道模型的仿真分析过程涉及到的多径径数、传播时延、电波入射相位和衰减系数等参数的分布特性也同样与常用分布随机数相关。因此，基于随机数仿真的信道建模研究对通信的发展与我国的高速铁路发展具有重要的现实意义。
1.2 当前研究现状
对于复杂的信道模型而言，尽管瑞利和莱斯分布确实能够在很多情况下对信号通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Nakagami分布提供了更好的与实际测试的匹配度。该分布的提出最初为电离层和同温层的信道快速衰落建模时，发现该分布与实测数据较为温和，也适用于陆地移动通信模型。而对于高速铁路信道模型，由于高速铁路时变的多径传播环境造成了传输信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响，主要表现在传播损耗、慢衰落、快衰落、时间选择性衰落、频率选择性衰落、空间选择性衰落，同时易受远近效应、小区内干扰、小区间干扰、同频干扰、码间串扰等严重千扰。近年来，伴随着经济和社会的快速发展，世界各国特别是中国的高速铁路行业迅猛发展，高铁信道模型的仿真也成为通信信道模型研究的关键以及各国争相的热点。
1.3 本文的主要工作
本文先研究了均匀、指数、泊松、正态等通信系统中常用随机数的基本知识及产生算法，并在MFC中仿真实现各分布随机数的产生。接着介绍了高斯白噪声(AWGN)、瑞利衰落、莱斯衰落和nakagami衰落四种典型信道模型与其相关随机数的关系分析，并在MFC中仿真实现与各典型信道模型相关的随机数的产生。最后研究了眼前的研究热门——高铁信道模型。主要介绍了该信道的主要特征以及该信道以Jakes信道仿真模型为基础的多径效应信道模型。
1.4 本文的组织结构
第1章简单介绍了课题研究的背景及意义、通信系统常用随机数的研究现状和论
西南交通大学本科毕业设计（论文） 第3页 文内容与结构。
第2章主要介绍了均匀分布、指数分布、韦伯分布等通信系统常用随机数的基本知识及相关应用，并在MFC中实现了各分布随机数的仿真。
第3 章介绍了高斯白噪声(AWGN)、瑞利衰落、莱斯衰落和nakagami衰落四种典型信道模型与其相关随机数的关系分析。并在此基础上利用第2章的常用分布随机数在MFC中实现与典型信道模型相关的随机数的仿真。
第4章主要介绍了高速铁路对移动通信系统的要求及高速铁路通信信道的建模，以及仿真过程中涉及的各参数的分布特性。