第1章 绪论 1
1．1 引言 1
1．2 研究背景 2
1．2．1 传统窄带无线信道研究概述 2
1．2．2 无线信道研究方法简介 5
1．2．3 无线信道的接收功率特性 9
1．3 主要研究内容和章节安排 10
第2章 随机射线的基本理论与统计特性分析 12
2．1 随机过程和随机分析基本知识 12
2．1．1 随机过程的概念 12
2．1．2 平稳随机过程 12
2．1．3 布朗运动 13
2．1．4 随机微分方程的数值仿真算法介绍 14
2．2 随机射线 17
2．2．1 历史发展 17
2．2．2 随机射线分类 18
2．3 传播环境的物理建模 19
2．3．1 精确描述的几何环境 19
2．3．2 Fresnel区理论 19
2．3．3 服从某个概率分布的随机环境 21
2．3．4 位置渗流网格模型和点渗流网格模型 22
2．3．5 随机网格信道 23
2．4 产生随机射线的方法 24
2．4．1 随机环境中镜面反射 24
2．4．2 随机游动 24
2．4．3 随机桥过程 25
2．5 随机波束 26
2．6 随机桥过程构造的基本随机变量 27
2．7 布朗桥过程产生的随机样本及其统计特性 27
2．7．1 布朗桥过程 27
2．7．2 自由布朗桥过程 28
2．7．3 有约束布朗桥过程 28
2．7．4 布朗桥过程产生的时间序列 29
2．7．5 布朗桥过程产生时间序列的相关特性 30
2．7．6 布朗桥过程产生基本随机变量的统计特性 30
2．8 Langevin桥过程产生的随机样本及其统计特性 32
2．8．1 Langevin方程 32
2．8．2 Langevin桥过程 32
2．8．3 有约束Langevin桥过程 33
2．8．4 Langevin桥过程产生基本随机变量的统计特性 34
2．9 发生k次反射随机射线的概率分布 36
2．9．1 最大熵原理 36
2．9．2 Manhattan距离度量下的概率分布 38
2．9．3 Euclid距离度量下的概率分布 40
2．10 随机游动的随机射线传播空间的概率分布 43
2．11 推广的酒徒行走问题及其平均行走距离 48
2．11．1 部分理性的随机游动模型 49
2．11．2 数值仿真 52
2．12 无线电波传播的概率模型 54
2．13 小结 55
第3章 超宽带脉冲无线信道多径传播特性的随机射线研究 56
3．1 脉冲无线信道和多径传播模型 56
3．2 基于随机桥过程的脉冲无线信道建模分析 59
3．2．1 随机桥方法分析UWB多径信道的物理基础 59
3．2．2 UWB脉冲信号失真分析 59
3．2．3 UWB脉冲信号相位分析 60
3．2．4 随机桥过程建模脉冲无线信道的两个假设 62
3．3 一种有多反射特性的UWB脉冲无线信道建模方法 62
3．3．1 无线信道的几何随机模型 63
3．3．2 UWB室内多径信道的几何随机多反射模型 64
3．3．3 多反射多径分量随机路径的数学建模 66
3．4 有约束的布朗桥模型 66
3．5 UWB信道成簇特性的概率分析 68
3．5．1 UWB室内信道成簇现象的原因 68
3．5．2 成簇现象对UWB信号检测与接收的影响 69
3．5．3 布朗桥方法对UWB信道成簇特性的仿真与分析 70
3．5．4 基于基本随机变量的统计特性对成簇特性的概率分析 71
3．6 超宽带脉冲无线信道多径传播特性仿真与分析 72
3．6．1 不同传播环境信道特性的仿真与分析 72
3．6．2 地下车库传播环境信道特性的实验验证 76
3．7 基于最优化方法和随机射线对脉冲无线信道的分析 77
3．7．1 UWB室内多径信道模型的最优化问题表述 77
3．7．2 UWB室内多径信道BBBM模型结合最优化方法的算法描述 78
3．7．3 数值仿真 79
3．8 小结 79
第4章 短程窄带无线信道传播特性的研究 80
4．1 基于随机桥过程的短程窄带无线信道空时特性分析 80
4．1．1 随机桥过程和基本随机变量 81
4．1．2 建模无线信道空间特性的数学模型 82
4．1．3 空间二维无线信道冲激响应的唯象模型 82
4．1．4 散射体均匀分布传播环境的空时特性的仿真分析 83
4．1．5 有约束传播环境的空时特性的仿真分析 84
4．1．6 讨论 85
4．2 基于随机射线的短程窄带无线信道电波传播多径特性分析 86
4．2．1 随机射线回顾 86
4．2．2 自由布朗桥过程构造基本随机变量统计特性的理论分析 87
4．2．3 自由Langevin桥过程构造基本随机变量统计特性的理论分析 88
4．2．4 无线电波多径参量的数学表达式 89
4．2．5 无线电波多径传播特性的仿真分析 90
4．2．6 讨论 92
4．3 随机桥过程分析街道拐角的传播特性 93
4．3．1 有约束布朗桥过程建模街道拐角无线传播信道算法 94
4．3．2 数值仿真 95
4．4 小结 97
第5章 短程窄带无线信道平均接收功率的研究 99
5．1 传统研究方法及其结果 99
5．2 无线电波二维无耗传播的概率模型 100
5．2．1 随机射线在传播空间的概率分布 100
5．2．2 无线电波传播的概率模型回顾 101
5．2．3 二维无耗传播的平均接收功率 101
5．2．4 数值仿真 102
5．3 无线电波二维有耗传播的概率模型 104
5．3．1 二维有耗传播平均接收功率概率方法 104
5．3．2 先验约束条件下的接收功率 104
5．3．3 一般随机射线平均接收功率的界 106
5．3．4 接收功率解析解的误差 107
5．3．5 随机网格信道与传统路径损耗模型平均接收功率的比较 108
5．3．6 模型参数对接收功率的影响 109
5．3．7 实验数据验证 110
5．4 无线电波传播的随机游动模型及其应用 111
5．4．1 作随机游动的随机射线在传播空间的概率分布 111
5．4．2 随机游动方式下二维有耗传播的平均接收功率 112
5．4．3 近似公式的精度及接收功率的变化规律 113
5．4．4 实验数据验证 113
5．4．5 讨论 114
5．5 新的无线电波传播路径损耗模型 114
5．5．1 对数距离路径损耗模型 114
5．5．2 基于随机射线方法的路径损耗模型 115
5．5．3 新的路径损耗模型 116
5．5．4 实验验证 117
5．6 无线中继传感网络中异向散射信道的路径损耗特性 118
5．6．1 传播信道的物理建模 119
5．6．2 无线电波在二维传播空间的概率分布 119
5．6．3 传感网络信号传播的功率模型 120
5．7 5.3 GHz移动通信系统的路径损耗非波动方法建模 122
5．7．1 理论模型 122
5．7．2 数值仿真 124
5．7．3 讨论与分析 125
5．8 小结 125
第6章 随机射线建模方法在其他领域的应用 127
6．1 半电波暗室中归一化场地衰减的应用 127
6．1．1 半电波暗室简介 127
6．1．2 归一化场地衰减（NSA）的理论计算模型 128
6．1．3 NSA偏差的随机射线模型 128
6．1．4 数值仿真 129
6．2 飞机尾流电磁散射特性中的随机建模——半圆柱雷达散射截面（radar cross section，RCS） 130
6．2．1 作随机游动的电磁射线在传播空间的概率分布 131
6．2．2 随机射线方法计算回波功率 131
6．2．3 飞机尾流的电磁散射特性 132
6．2．4 数值仿真 134
6．3 飞机尾流电磁散射特性中的随机建模——圆锥形雷达散射截面（RCS） 136
6．3．1 尾流介质的物理建模 136
6．3．2 数值仿真 138
6．4 水声信道随机射线传播 140
6．5 小结 141
第7章 结论与展望 143
7．1 结论 143
7．2 未来工作研究方向 144
参考文献 146
致谢 157