第一章绪论
1.1研究目的与意义
2009 年 2 月，ITU(International Telecommunication Union,国际电信联盟)启动了新一代移动通信IMT-Advanced (4G——第四代移动通信系统）系统标准的征集,这一启动正式拉开了继3G通信系统后新一轮的移动通信标准竞争的帷幕。2012年，我国自主提出的4G标准TD-LTE-Advanced正式被ITU接纳为IMT-Advanced国际标准以后的版本，TD-LTE-Advanced是时分双工模式的LTE系统，是我国继3G系统TD-SCDMA技术的后续演进技术和标准，该标准在基本多址介入基础上引入OFDM来替代CDMA，在智能天线的基础上又引入MIMO技术，形成了两者结合的多天线技术，比之前的技术更加先进。
从无线通信的发展历程可以看出，MIMO技术是通信系统发展的必然要求。这是因为MIMO系统打破了传统无线通信技术发展的瓶颈，在不增加系统带宽和发射功率的前提下极大地提高信号的传输速率，从而提高了频谱利用率，使系统获得更大的通信容量。无线通信事业的发展如火如荼，但其依然遵循最原始的通信系统传输规律：传输速率和传输效率是无线通信必须分析的两大性能指标。4G通信中，系统对传输速率的要求更高了，而且通信网络也更加复杂了，这就要求通信运营商改善和改进通信软件和硬件设施，以准确地规划通信网络。
在网络规划过程中，精确地分析研究无线通信信道是网络规划初期阶段的理论依据。这将影响到链路预算小区半径，影响到传播中信号衰落程度和干扰的计算,最终影响规划仿真的效果。无线移动信道一种十分复杂的多径衰落信道，多径衰落是导致移动通信接收信号不稳定的主要原因，多径信号在经历了长度不同的传播路径后会导致信号到达时刻不同。由于多径信号到达接收机时刻不同，导致其相位也不一样，同相时信号叠加会变强，反相时则相反。这个过程导致了接收信号产生畸变或衰落现象，十分影响对原始信号的恢复。因此，在无线通信系统研究中，研究无线信道自身特点，即研究信道模型是一个很重要的工作。总之，不管是传统的无线通信——SISO (单输入单输出）系统，还是MIMO系统，我们都必须先独立地来分析单个信道的特性，因此，单天线无线通信系统的研究仍然十分重要。
1.2研究现状分析
近年来，常用的信道建模方法可以分为两类：第一类是统计模型，它总结了建筑地形的统计特性（包括建筑物本身），这种无线传播的统计描述包括地形和多次反射、散射、衍射的次数等；第二类是确定性射线跟踪模型，它利用了从地形中各个障碍点到达接收机的多条射线进行直接计算，在接收点统计多条射线，以得到接收信号的统计特性，包括幅度、相位等，这样得到的结果十分精确。第二种方法在未对环境进行功率测量的情况下就可以进行建模，因此比较省时方便。
使用统计模型来对无线信道建模的研究分析比较早。最早出现的是瑞利模型、莱斯模型和对数正态模型，其中前面两个模型都是针对小尺度衰落而建立的，而对数正态模型则是针对大尺度衰落而建立的。后来随着人们对无线信道建模精确性要求的提高，越来越多的统计混合模型出现了，但都是以这三个模型为基础。1960年Nakagami. M提出了以其名字命名的模型，这种衰落信道模型适用性十分广泛，比瑞利、莱斯和对数正态模型更适应复杂的环境，Suzuki提出瑞利对数正态模型，该模型同时反映了大尺度衰落和小尺度衰落的特性，描述了这样一种传播场景，在发射端发射的信号主波经过几次反射和衍射后，达到了一个建筑物密集的地方，主波由于当地物体的散射、衍射等的结果将会分为许多子路径。模型令发射端到小区的路径服从对数正态分布，因为路径经历了乘法效应；而当地路径由于是加性散射效应导致的，服从瑞利分布；这时接收信号的包括服从瑞利-对数正态模型。
第二章无线信道概述及特性
2.1引言
在陆地无线通信系统，信号是以电磁波的形式传播。由于发射机和接收机之间的传播路径非常复杂，使通信系统的性能受到较大的制约，从只有简单的视距传播，到由于各种复杂的障碍物，如建筑物，树木，山等阻挡而形成的非视距传播。这些情况导致了无线信道是随机的，并且分析难度大，这就要求我们尽量准确、无误地分析无线通信信道。本章针对无线传输的各种情况进行了论述，并给出了一些无线信道的统计特性的描述。
2.2无线通信传输概述
在陆地无线通信传输过程中，信号在自由空间传播时很容易受外界环境的影响，如天气变化，建筑物和移动体的阻挡，散射、反射和绕射作用，以及由于移动台的运动所造成的多普勒频移，这些都会影响无线通信的传输。下面我们就对无线传输做一个简单概述。
第三章 无线信道模型.................................. 22-38
3.1 引言.................................. 22
3.2 统计模型 .................................. 22-29
3.3 物理模型.................................. 29-37
3.4 统计与物理模型的比较.................................. 37
3.5 本章小结.................................. 37-38
第四章 物理统计模型 .................................. 38-44
4.1 引言.................................. 38
4.2 基于莱斯分布的物理统计模型.................................. 38-40
4.3 基于Nakagami分布的物理统计模型.................................. 40-41
4.4 基于R~M统计模型的物理统计模型.................................. 41-43
4.5 本章小结 .................................. 43-44
第五章 物理统计模型的仿真.................................. 44-57
5.1 前言.................................. 44
5.2 MATLAB射线跟踪流程图.................................. 44-47
5.3 小尺度衰落空间采样 .................................. 47-48
5.4 射线跟踪仿真及结果 .................................. 48-53
5.5 物理统计模型的衰落特性.................................. 53-56
结论
本文做了一些关于陆地移动通信信道建模的工作，对SISO系统和MIMO系统都进行了建模，采用的建模方法有统计方法和物理统计方法两种。首先简要地介绍了本文工作的研究背景和意义，回顾了目前无线传播建模的研究情况，包括已取得的一些进展。又对无线信道做了一个简单的概述，介绍了无线通信的特点及其影响因素，对接收信号的损耗类型做了分类，并给出了基本的信道统计特性。
接着，本文简单地总结了已有的无线通信的信道模型，包括瑞利、莱斯、对数正态、Nakagami、Suzuki和RM等几种统计模型，又详细地介绍了一种物理模型——射线跟踪方法，包括其基本电磁理论，射线的发射、接收和求交运算，还有信号总场强的计算方法。并对这两大类信道建模方法进行了比较：统计模型计算简单，有明确的数学表达式，而射线跟踪模型结果精确，但计算量很大。借鉴Oestges.C提出的基于射线跟踪法和莱斯分布的物理统计模型，本文又提出了两种新的物理统计模型，都是基于射线跟踪方法，分别使用了 Nakagammi和RMLN统计模型，对这两个新建立的物理统计模型进行了推导。
仿真工作也做了许多，仿真平台为MATLAB。对于基于莱斯和RM统计模型的两个物理统计模型，仿真的难度更大，包括射线跟踪中的一系列问题：直射路径如何判别，如何进行相交判断，小尺度衰落情况下的空间采样应遵循什么原则等。解决完这些问题后，我们在两种不同的传播环境做了射线跟踪仿真，并利用射线跟踪结果确定了物理统计模型中参数，验证了物理统计模型的适用性。最后研究了 MIMO系统中的信道仿真，使用的方法是基于莱斯分布的物理统计模型。