第一章前言
1.1 课题研究背景
冰川融化无线电波的传播环境非常复杂，再加上无线电波自身的多样性，使得电波会通过多种方式和途径从发射天线传播到接收天线。无线视距是指与无线视线相关的路径的长度，它不仅是建立无线传播模型的基础，也被用来区分不同的传播模式。通常情况下，可以按照距离尺度将陆地移动通信无线信号的传播机制划分为大尺度和小尺度两种。大尺度传播机制主要用于描述发射机与接收机之间长距离的平均信号场强的变化，小尺度传播机制用于描述短距离内接收信号强度的变化。
按照传播模型的适用环境划分，又可以分为室外传播模型和室内传播模型。按照传播模型的来源划分，可以分为经验模型和确定性模型两种。其中，经验模型是根据大量的测量结果，统计分析后归纳导出的公式；确定性模型则是对具体现场环境直接应用电磁理论计算的方法得到的公式。
一个有效的传播模型应该能很好地预测出传播损耗，该损耗是距离、工作频率和环境参数的函数。由于在实际环境中地形和建筑物的影响，传播损耗也会有所变化，因此预测结果必须在实地测量过程中进一步验证。
1.2 课题研究意义
史进的故事无线信道是移动通信的传输媒介，所有的信息都在这个信道中传输。信道性能的优劣直接决定着信息传送的正确率和时效性，进而决定着人们的通信质量。因此，要想在有限的频谱资源上尽可能高质量、大容量传输有用信息，就要求我们必须十分清楚地了解信道的特性，然后根据信道的特性采取一系列的抗干扰和抗衰落技术来保证传输质量和传输容量方面的要求。而对于象认知无线电这样的通过协商利用授权网络空闲时间、空闲频段的无线通信网络，首先就需要实时检测授权网络用户当前未使用的频谱空洞，通过频谱分析，估计相应的参数，并根据非授权用户的需求判断可用的频段和可以达到的通信容量和QoS。
对于授权网络当前的使用状况仍需非授权网络完全通过空中接收、分析授权网络与其用户间的上、下行信号进行判断。更何况就认知无线电的设想而言，它应该解决异构的多种制式的无线网络的共存问题，CR网能够在全频段的频谱范围内快速捕获频谱空洞，进而重新配置网络资源、工作模式和参数。纵向要打破传统的分层概念，采用跨层新协议，横向要打破静态频谱分割方法，不仅动态接入，而且还要自适应地改变频段，改变制式、改变参数，甚至改变网络架构。这就对非授权网络如何通过无线信道获得授权网络信息的能力提出更高的要求。
目前，在实验室里研究移动无线信道普遍使用的是无线信道仿真模型，这比实物试验更能节省费用，并且信道仿真模型复用性高，可以利用其对系统性能进行测试、分析和评估。因此，无线信道仿真模型的研究有着重要的理论和实际意义。业界对无线信道仿真模型的研究由来已久，但多数只考虑了小
尺度衰落，但对于认知无线电的研究来说，不单单需要解决小尺度衰落对数字传输技术的影响，最基础的是要解决认知无线电在空中接口上对信息的感知，并且要根据感知的信号强度判断非授权用户的接入是否会对授权网络用户造成干扰以及干扰的程度，进而提出非授权网络用户智接入和退出的机制以及接入和退出阈值的判断和计算，这势必要涉及到大尺度衰落
1.3 基于MATLAB仿真概要
在MATLAB通信工具箱中有SLMULINK仿真模块和MATLAB函数，形成一个运算函数和仿真模块的集合体，用来进行通信领域的研究、开发、系统设计和仿真。通信工具箱中的模块可供直接使用，并允许修改，使用起来十分方便，因而完全可以满足使用者设计和运算的需要。
手机上网速度慢MATLAB通信工具箱中的系统仿真，分为用SIMULINK模块框图进行仿真和用MATLAB 函数进行的仿真两种。在用SIMULINK模块框图的仿真中，每个模块，在每个时间步长上执行一次，就是说，所有的模块在每个时间步长上同时执行。这种仿真被称为时间流的仿真。而在用MATLAB函数的仿真中，函数按照数据流的顺序依次执行，意味着所处理的数据，首先要经过一个运算阶段，然后再激活下一个阶段，这种仿真被称为数据流仿真。某些特定的应用会要求采用两种仿真方式中的一种，但无论是哪种，仿真的结果是相同的。
Simulink 是MATLAB 提供的用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包。Simulink 提供了专门用
于显示输出信号的模块，可以在仿真过程中随时观察仿真结果。同时，通过Simulink 的存储模块，仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作区或文件中，供用户在仿真结束之后对数据进行分析和处理。另外，Simulink 把具有特定功能的代码组织成模块的方式，并且这些模块可以组织成具有等级结构的子系统，因此具有内在的模块化设计要求。基于上述优点，Simulink 称为一种通用的仿真建模工具，广泛应用于通信仿真、数字信号处理、模糊逻辑、神经网络、机械控制和虚拟现实等领域。
根据输出信号与输入信号的关系，Simulink 提供 3 种类型的模块：连续模块、离散模块和混合模块。连续模块是指输出信号随着输入信号发生连续变化的模块，离散模块则是输出信号以固定间隔变化的模块。对于连续模块，Simulink 采用积分方式计算输出信号的数值，因此，连续模块主要涉及导数的计算及其积分。离散模块的输出信号在下一个抽样时刻到来
之前保持恒定，这时候Simulink 只需以一定的间隔计算输出信号的数值。混合模块是根据输入信号的类型来确定输出信号类型的，它既能够产生连续输出信号，也能够产生离散输出信号。
1.4信道仿真技术的发展及现状
移动通信系统的性能主要受到无线信道特性的制约。发射机和接收机之间的传播路径上一般分布有复杂的地形地物，其信道往往是非固定的和不可预见的，具有复杂时变的电波传播特性，因而造成了信道分析和传播预测的困难。随着通信系统的日趋复杂化，无线信道的仿真对于现代数字移动通信系统
的研究有着不可替代的意义。
目前，根据统计结果得出的预测经验公式，再根据实地测试进行修正，大区制、宏小区和微小区已经有公认的具有普遍意义的信道模型-Okumura-Hata模型，它是一组基于各种地形地物环境中场强实测数据的统计图表拟合的、能够计算不同区域传播路径损耗中值的经验公式。它以准平坦地形大城市地区的场强中值或路径损耗作为基准，在此基础上对不同的传播环境和地形条件等因素用校正因子加以修正。由于它的预测值与实测数据能够达到比较完美的吻合，所以被普遍应用于覆盖范围不大于20km的大区制和宏蜂窝小区的无线网络设计，目前这方面的工作主要集中在测量手段和数据处理上。
而在微小区（半径小于1km）中，由于多半是地形复杂且业务量比较大的重点区域，基于统计和修正因子的经验公式多半不适用。而且由于其采用的频率达到微波波段，所研究的散射体和计算域电尺寸过大（每一维度均达几百甚至几千个波长），导致计算时间和计算机内存的消耗急剧增加，使得理论分析微小区电波传播特性存在很大困难。而且由于所处地区地物环境的复杂性，干扰也相对复杂，很难预测其场强，也很少有统一实用的信道仿真模型。于是，基于相似性原理的近似信道模型成为一种合理的选择，常用的电波传播预测模型有COST231模型和RayTracing模型。COST231模型是一个在业界获得广泛应用的宏小区和微小区电波传播预测模型，它对地形地物做了必要且合理的假设，以可视路径以及非可视路径电波传播损耗为基准，在此基础上对其他地形地物进行修正。COST231模型能够在较短时间内预测场强，频率适用范围为900MHz～1800MHz。RayTracing模型考虑建筑物的反射
和绕射，通常采用射线跟踪的方法对微小区的无线电电波传播进行预测，因而能更接近实际信道，但计算量偏大。
至于微微小区中的无线电电波传播的预测，在理论和实测两方面都有研究在进行，且取得了一定的研究成果，但目前还没有公认的具有普遍意义的模型。在现代高速移动通信系统的设计中，往往需要为各种各样的无线移动信道的多径时延扩展和衰落效应进行仿真建模。
国际公认的传播预测模型并不能适用于所有无线通信环境，尤其是在微微小区中，传播路径更加复杂，从简单的视距传播到复杂的具有各种各样障碍物的反射、折射和散射路径，无线信道的传播特性具有极大的随机性，环境微小的变化都能引起接收信号很大的波动。因此，非常有必要从普遍意义上研究无线信道的仿真技术。研究表明，虽然无线信号在各种不同移动环境中受到的时延扩展和衰落影响各不相同，但他们都是时变的多径传输信道，都可以用具有时变冲激响应的线性滤波器描述。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的随机过程。业已证明，高斯广义平稳非相关散射模型与许多实际的无线信道相吻合。
1.5 本课题主要研究内容
本课题，我们根据实际情况，详细介绍了Okumura-Hata模型、COST231 Hata模型Walfisch-Ikegami模型和SUI模型的理论，并基于MATLAB/Simulink对四个无线信道模型进行仿真和性能分析。
第二章MATLAB简介
2.1 MATLAB的概况
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能。在当今30多个数学类科技应用软件中，就软件数学处理的原始内核而言，可分为两大类，一类是数值计算型软件，如MATLAB、Xmath、Gauss等，这类软件长于数值计算，对处理大批数据效率高；另一类是数学分析型软件，Mathematica、Maple等，这类软件以符号计算见长，能给出解析解和任意精确解，其缺点是处理大量数据时效率较低。MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的缩写。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多。
当前流行的MATLAB 7.0/Simulink 3.0包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包(Toolbox)，工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包，功能工具包用来扩充MATLAB 的符号计算，可视化建模仿真，文字处理及实时控制等功能。学科工具包是专业性比较强的工具包。控制工具包，信号处理工具包，通信工具包等都属于此类。开放性使MATLAB广受用户欢迎，除内部函数外，所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件，用户通过对源程序的修改或加入自己编写的程序构造新的专用工具包。
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2.2 MATLAB产生的历史背景和发展历程古代名诗
在70年代中期，Cleve Moler博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库。EISPACK是特征值求解的FOETRAN程序库，LINPACK是解线性方程的程序库。在当时，这两个程序库代表矩阵运算的最高水平。到70年代后期，身为美国New MEXico大学计算机系系主任的Cleve Moler，在给学生讲授线性代数课程时，想教学生使用EISPACK和LINPACK程序库，但他发现学生用FORTRAN编写接口程序很费时间，于是他开始自己动手，利用业余时间为学生编写EISPACK和LINPACK的接口程序。Cleve Moler给这个接口程序取名为MATLAB，该名为矩阵(matrix)和实验室(labotatory)两个英文单词的前三个字母的组合。在以后的数年里，MATLAB在多所大学里作为教学辅助软件使用，并作为面向大众的免费软件广为流传。
哪些省份需要核酸检测1983年春天，Cleve Moler到Standford大学讲学，MATLAB深深地吸引了工程师John Little。John Little敏锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景。同年，他和Cleve Moler，Steve Bangert一起，用C语言开发了第二代专业版。这一代的MATLAB语言同时具备了数值
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