面向5G移动通信的无线信道建模研究与仿真开题报告

全文总字数：3430字

1. 研究目的与意义（文献综述）

无线通信技术的发展为人们的生活带来了巨大的便利，使得人与人彼此交流沟通不再被距离约束。回看通信技术发展的历史，可以观察到通信技术的迭代大约每十年进行一次。第一代（1G）移动通信系统起始于20世纪80年代初，它的出现给人们带来了语音通话的希望，由于其使用的是模拟通信技术，但是其语音通话质量差，而且容量较小；于是在1990年时代第二代（2G）移动通信系统，与第一代使用模拟通信技术不同，它避免了以前的弊病转而采用数字移动通信技术，在容量上较之前有所提高，全球广泛采用的是基于TDMA的GSM制式，构成了现代互联网的基础；社会的日益发展要求了更高的传输质量和速度，图片、视频的传输也急剧增长，第三代（3G）移动通信采用WCDMA,TD-SCDMA和CDMA2000标准，以宽带码分多址复用技术支持提供无缝的全球漫游服务。而现在，我们刚刚经历过第四代（4G）移动通信时代，在这个时代中，无论是学习或是办公，都呼唤着更大的容量、更快的速度以及更好的体验，2013年底，正式进入了商用时代，采用的标准一般为FDD-LTE和TD-LTE，同时4G也使用了先进的技术，比如OFDM调制，MIMO等关键核心技术，可以快速传输音频、视频和图像等数据，使得用户的使用体验大大提高。随着人们对通信需求的不断增长，5G逐渐成为现代通信追逐的焦点，正在朝着网络服务的多元化、宽带化、综合化、智能化的方向发展。其基本特征是超高的速率、超低的时延、海量的设备连接以及低功耗。

在5G移动通信系统中，准确高效的信道模型在移动通信的物理层研发中起到基础和支撑作用，这也对在不同场景中应对不同的具体需求进行信道建模提出了巨大挑战，中外各国也都开始探寻更加适合5G的信道模型。在5G无线信道中，表现出了一些新的特性，比如大规模MIMO信道的近场球面波特性，阵列域簇的生灭特性和大尺度衰落特性；车对车信道的双端移动性，时间非平稳性；高铁信道的时间非平稳性，大多普勒频移特性；毫米波信道的严重路径损耗，高空时分辨率以及频率非平稳性等。通过查阅资料，在5G信道建模领域，国内外的众多高校和研究机构已经开展进行了大量的研究，并且提出了一系列的标准信道模型，例如应用最广泛的SCM、SCME以及WINNER I/ 模型。

在无线信道中，发射机与接收机之间的传播路径一般分布有复杂的地形地物，因此这样的信道往往是非固定的和不可预见的，而且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。但从总体上来看，各种信道的衰落都是在时间与空间上的衰落，包括小尺度衰落，原因是多径传播、移动台速度等等，而大尺度衰落则可以忽略不计，而且平均路径损耗和阴影衰落主要影响到无线区域的覆盖，通过合理的设计可消除此不利影响。

2. 研究的基本内容与方案

几乎在所有的无线通信中，收、发端之间用于通信的电磁波信号都是带通的射频信号。在发射的一端，信号首先产生在基带处理的过程中，接着被调制射频，经过发射天线从而转化为电磁波在自由空间中传播。从而得知天线与传播介质对信号到达接收端都有一定的影响，另外，移动信道中由于移动台运动或信道环境的改变会使信道特性随时间随机变化，所以接收到的信号由于多普勒效应会产生更为严重的失真。由于传播路径的不同，可以将它们进行区分，最理想的信道模型是自由空间传播模型，条件是四周没有障碍物；在实际环境中，由于在大气中包含着许多的小颗粒，即悬浮物，从发射端出发，一些传播方向上可能会经过一系列的反射或散射而到达目的端，也就是散射路径，到达目的端之后其相位各不相同，导致总的强度变低就产生了衰落现象，主要有瑞利衰落信道、莱斯衰落信道，统称为平衰落信道；当不同路径信号的不同信息码元之间会产生很大相互干扰，从频域上看，即不同频率分量受到不同程度的衰落，称作频率选择性衰落。

因此本次设计将在基于MATLAB的基础上，对自由空间传播模型、瑞利衰落、莱斯分布衰落模型、多径衰落信道模型的基本原理以及设计方法进行必要研究，论文主要目标是选定参数，利用MATLAB的仿真模拟优势，最终在MATLAB中完成以上几类信道的模拟，通过对比，对仿真结果进行分析。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究目的与背景，了解仿真工具。确定方案，完成开题报告。

第4－5周：查阅资料，研究理想信道、平衰落信道与频率选择性衰落信道的基本原理与各自特性，完成英文文献翻译。

第6-7周：搜集资料与文献研究各类信道的对应模型原理。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]边际. 5g及5g后无线通信系统中的非平稳信道建模研究[d].山东大学,2019.

[2]王鹏. 基于子空间的mimo-ofdm信道估计算法研究[d].西安科技大学,2016.

[3]尹辉. 室内mimo-ofdm可见光通信信道技术研究[d].重庆邮电大学,2016.