通信系统中常用随机数的产生以及信道模型的分析仿真

西南交通大学毕业设计（论文）通信系统中常用随机数的产生以及信道模型的分析仿真年级:2007级学号:20072245姓名:王自建专业:通信工程指导老师:周杲二零一一年六月西南交通大学本科毕业设计（论文）第I页院系信息科学与技术学院专业通信工程年级2007级姓名王自建题目通信系统中常用随机数的产生以及信道模型的分析仿真指导教师评语指导教师(签章)评阅人评语评阅人(签章)成绩答辩委员会主任(签章)年月日西南交通大学本科毕业设计（论文）第I页毕业设计任务书班级通信三班学生姓名王自建学号20072245专业通信工程发题日期：2010年11月29日完成日期：2010年6月15日题目通信系统中常用随机数的产生以及信道模型的分析仿真题目类型：工程设计技术专题研究√理论研究软硬件产品开发一、设计任务及要求利用C语言产生均匀分布、二项式分布、泊松分布、拉普拉斯分布、韦伯分布、贝努力分布、指数分布的随机数产生算法，以及一些复杂的随机数实现算法，高斯分布、瑞利分布、莱斯分布、Nakagami分布算法。给出典型信道模型与相关随机数的关系分析。二、应完成的硬件或软件实验利用C语言产生均匀分布、二项式分布、泊松分布、拉普拉斯分布、韦伯分布、贝努力分布、指数分布的随机数产生算法，以及一些复杂的随机数实现算法，高斯分布、瑞利分布、莱斯分布、Nakagami分布算法并测试这些算法。给出典型信道模型与相关随机数的关系分析。三、应交出的设计文件及实物（包括设计论文、程序清单或磁盘、实验装置或产品等）各种随机数产生算法的c语言源代码一套，设计论文一本四、指导教师提供的设计资料产生随机数的各种算法西南交通大学本科毕业设计（论文）第II页五、要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域）C语言的仿真应用开发资料六、设计进度安排第一部分阅读c语言应用的相关资料和书籍，熟悉开发环境（4周）第二部分阅读随机数的相关资料及算法（4周）第三部分实现并测试，完成论文并测试，完成论文（7周）评阅及答辩（2周）指导教师：年月日系主任审查意见：审批人：年月日注：设计任务书审查合格后，发到学生手上。西南交通大学信息科学与技术学院2010年制西南交通大学本科毕业设计（论文）第III页摘要通信系统中的常用随机数的研究是通信系统仿真技术的基础。例如在信道仿真过程中，各种信道模型的建立都是常用随机数拓展而来。此外，我国的高速铁路正处于迅猛发展的阶段，该信道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。本设计首先通过对概率论与统计学上的几种常用概率分布的介绍，来导出各分布随机数的产生算法并利用VC++6.0进行仿真。接下来根据信道模型与相关随机数的关系，重点分析并仿真了高斯、瑞利、莱斯和nagakami四种典型的信道模型。最后根据高速铁路信道的主要特点，在电波传播特性的研究的基础上，分析了高速铁路环境下的电波传播过程中的各个参数的统计特性。并且利用常用的信道仿真方法Jakes信道仿真器，分两步：多普勒效应模型和多径效应模型，建立了高速铁路信道模型，并对Jakes信道模型进行了仿真分析。论文首先介绍了通信系统中常用的几种分布，比如均匀分布、指数分布等基础分布的随机数的应用及产生算法，利用MFC仿真并绘制结果。接下来研究了高斯、瑞利、莱斯和nakagami四种典型信道模型与其相关随机数的关系，并在常用分布随机数的基础上利用MFC仿真生成与该四种典型信道模型相关的随机数。最后介绍当前的研究热门——高铁信道模型。先介绍该信道的产生背景以及其主要特征，再着重研究了该信道以Jakes信道仿真模型为基础的信道模型。关键字：常用分布随机数；典型信道模型；jake仿真器；多径效应模型；西南交通大学本科毕业设计（论文）第IV页AbstractRandomnumberusedinthecommunicationsystemisthefoundationofcommunicationsystemsimulationtechnology.Forexample,intheprocessofchannelsimulation,thebuildingofallkindsofchannelmodelsisbasedoncommonrandomnumber.Inaddition,ourcountry’shigh-speedrailwayisinthestageofrapiddevelopment.Andthedistributioncharacteroftheparameters,whichareusedintheprocessofsimulationandanalysisofthehigh-speedrailwaychannelsuchasthenumberofmultipath、propagationdelay、theradiowavesincidentphase、attenuationcoefficient,arealsorelatedwiththecommondistributionrandomnumbers.Therefore,theresearchofchannelmodelingwhichisbasedonrandomnumbersimulationhasimportantpracticalsignificancetothedevelopmentofcommunicationandourcountry’shigh-speedrailway.ThissubjectderivesthealgorithmofgeneratingthesedistributionrandomnumbersbyintroducingseveralcommonprobabilitydistributionsontheprobabilityandstatisticsandsimulatestheresultsonVC++6.0.Thenaccordingtotherelationbetweenthechannelmodelandtherandomnumber，itfocusesontheanalysisandsimulationoffourtypicalchannelmodelssuchasGaussian,Rayleigh,Riceandnakagami.Finally,accordingtothemaincharacteristicsofhigh-speedrailwaychannel,thestatisticalcharacteristicsofradiowaveparametersareanalyzedonthebasisoftheresearchofthecharacteristicsoftheradiowavepropagation.Usingthejakeschannelmodelwhichiscommonlyusedinchannelsimulation,ahigh-speedrailwaychannelmodelisestablishedbydividingintotwosteps:Dopplereffectmodelandmultipatheffectmodel.Thejakeschannelmodelisanalyzedandsimulated.Thisthesisfirstintroducestheapplicationandthealgorithmofofseveraldistributionsrandomnumberswhicharewidelyusedinthecommunicationsystem,suchasuniformdistribution,exponentialdistributionandotherbasicdistribution.ThensimulatesonMFCanddrawstheresults.ThenextchaptercoversfourtypicalchannelmodelslikeGaussian,Rayleigh,Riceandnakagami,andtherelationshipwiththeirrelatedrandomnumber.Onthebasisofcommondistributionrandomnumber,wecangetrandomnumberswhicharerelatedwiththefourtypicalchannelmodel.Atlast,itdiscussesthecurrenthotspot——high-speedrailwaychannelmodel.Inthispart,thebackgroundofthechannelanditsmainfeaturesarethefirstsection,thenfocusesonthechannelmodelwhichisbasedontheJakeschannelsimulationmodel.西南交通大学本科毕业设计（论文）第V页Keywords：commondistributionrandomnumbers;typicalchannelmodel;jakeemulator;multipatheffectmodel西南交通大学本科毕业设计（论文）第VI页目录摘要.............................................................................................................................IIIAbstrsct.............................................................................................................................IV第1章绪论.........................................................................................................................11.1研究背景和意义.....................................................................................................11.2本课题的研究现状.................................................................................................21.3本文的主要工作.....................................................................................................21.4本文的组织结构.....................................................................................................2第2章通信系统常用随机数.............................................................................................42.1均匀分布随机数.....................................................................................................42.1.1概念及主