無線信道建模原理及SUI

1、無線衰落信道及仿真無線衰落信道在無線移動(dòng)信道中，信號(hào)從發(fā)射天線經(jīng)過復(fù)雜的傳播環(huán)境到達(dá)接收天線， 接收信號(hào)為各反射、衍射和散射分量以及信道噪聲的復(fù)合，因而會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的失 真。另外，移動(dòng)信道中由于移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)或信道環(huán)境的改變會(huì)使信道特性隨時(shí)間隨 機(jī)變化，接收到的信號(hào)由于Doppler效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生更為嚴(yán)重的失真。信號(hào)在無線移動(dòng)信道中傳播，除了自由空間固有的傳輸損耗之外，還會(huì)由 于受到建筑物、地形等的阻擋而引起信號(hào)功率的衰減。除了這些衰減作用之外， 影響接收信號(hào)的主要因素包括：1多徑傳播無線移動(dòng)信道中，由于反射、散射等的影響，實(shí)際到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)為發(fā) 射信號(hào)經(jīng)過多個(gè)傳播路徑之后各分量的疊加。不同路徑分量的

2、幅度、相位、到達(dá) 時(shí)間和入射角各不相同，使接收到的復(fù)合信號(hào)在幅度和相位上都產(chǎn)生了嚴(yán)重的失 真。多徑傳播會(huì)引起信號(hào)在時(shí)間上的展寬，從而帶來符號(hào)間的干擾（ISI）。2移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度在無線移動(dòng)系統(tǒng)中，需要使用很高的載波頻率進(jìn)行信號(hào)傳送。如果移動(dòng)臺(tái) 相對(duì)于基站運(yùn)動(dòng)，由于各入射信號(hào)的入射角不相同，各路徑分量受到不同的 Doppler頻率調(diào)制，使接收到的復(fù)合信號(hào)產(chǎn)生非線性失真。若所使用的載波頻率 一定，移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度越高，Doppler頻移對(duì)接收信號(hào)的影響就越嚴(yán)重。3傳播環(huán)境中物體的運(yùn)動(dòng)如果無線信道環(huán)境中存在運(yùn)動(dòng)的物體，會(huì)使到達(dá)接收天線的某些多徑分量 隨時(shí)間變化。如果移動(dòng)物體處于發(fā)射或接收天線附近且具

3、有較高的速度，這時(shí)， 移動(dòng)環(huán)境中運(yùn)動(dòng)物體引起的Doppler頻移對(duì)信號(hào)的影響就必須加以考慮。4信號(hào)的物理帶寬寬帶信號(hào)和窄帶信號(hào)在多徑信道中的表現(xiàn)出不同的衰落特性。如果傳送信 號(hào)的物理帶寬比“信道帶寬”（相干帶寬）更寬，接收信號(hào)將產(chǎn)生失真。但如果 信號(hào)帶寬比Doppler帶寬大很多，信號(hào)對(duì)Doppler頻移引起的失真將不敏感。如 果傳送信號(hào)的物理帶寬比信道帶寬窄，則接收信號(hào)波形在時(shí)間上不會(huì)引起明顯的 失真。但如果信號(hào)帶寬窄到可以與Doppler帶寬相比擬時(shí)，信號(hào)對(duì)Doppler頻移 引起的失真將較為敏感。平衰落信道（多徑傳播，無附加時(shí)間擴(kuò)展）傳播特性與仿真模型（1）連續(xù)導(dǎo)頻正弦波通過存在Dopp

4、ler頻移的快衰落信道假設(shè)基站使用一固定的垂直極化天線，移動(dòng)臺(tái)垂直于地面的接收天線接收 了來自N個(gè)入射方位角的電磁波，每一入射電磁波的方向、相位是隨機(jī)的，并 假設(shè)每一入射波能量相同。圖1給出了移動(dòng)臺(tái)入射角為a的一束平面波示意圖。 實(shí)際上，如果移動(dòng)臺(tái)與基站之間不存在可視路徑（LOS），則接收天線的每一入 射分量所經(jīng)歷的散射衰耗基本相同，等能量假設(shè)是合理的。設(shè)發(fā)射機(jī)發(fā)送一角頻 率為0的連續(xù)單頻正弦信號(hào)s（t） = A cos w t（1）0設(shè)移動(dòng)臺(tái)相對(duì)于基站的運(yùn)動(dòng)速度為V，第n條入射電磁波與移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向 夾角為a，則其Doppler頻移為n圖1移動(dòng)臺(tái)隨機(jī)入射角平面波示意圖V TOC o 1-5

5、h z 3 = 2兀 f cos a = 2寸 cos a =3 cos a(2)式中C為真空中光速，fd為最大Doppler頻率偏移。該單頻信號(hào)經(jīng)過多徑信 道到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的接收收信號(hào)為r (t)= aILc cos(3 t + 3 t + ) = T (t)cos3 t -T (t)sin3 t(3)n0 n n c0 s0n=1式中T (t)和T (t)分別為 csT (t)= Ale cos(3 t + )(4)cnn nn = 1T (t)= AC sin(3 t + )(5)snn nn = 1T (t)和T (t)為二不相關(guān)的零均值高斯過程，并具有相同的功率譜密度?，F(xiàn) 考察接收信號(hào)r

6、(t)的功率譜密度?？紤]r(t)的相關(guān)函數(shù) TOC o 1-5 h z R (t,t + t) = ET (t)cos3 t -T (t)sin3 tT (t)cos3 (t +t) -T (t)sin3 (t +t) rc0 s0 c0s0=ET (t)T (t +t)cos3 t cos3 (t + t) + ET (t)T (t +t)sin3 t sin3 (t +t) cc00ss00=R (t)c o3 t(6)c式中假定T (t)和T (t)都為平穩(wěn)隨機(jī)過程并具有相同的自相關(guān)函數(shù)。設(shè)隨機(jī)信號(hào)T (t)和T(t)的功率譜密度分別為P (3)和P (3)。對(duì)式(6)作傅立葉變換，可

7、csTTcs得到信號(hào)r(t)的功率譜密度P (3) = P (3-3 ) + P (3+3 )/2(7)cc設(shè)接收天線的微小入射角da內(nèi)入射功率為p (a )da，天線方向增益為G (a ),當(dāng)入射波數(shù)N T8時(shí)，接收功率可以表示為P =j2兀 G0 G (a) p (a )da(8)而入射角頻率(a)二 + cosa(9)從上式可見，從a和-a方向的入射波將產(chǎn)生相同的頻移。另外，考慮信號(hào) 為實(shí)信號(hào)，其雙邊功率譜的正負(fù)邊帶關(guān)于縱軸對(duì)稱，即()=P (-)，于是有1 _ 2 P (o) I d I + P (-o) I do I = G0G(a)p(a) | da | +G(-a)p(-a) |

8、 da |(10)由式(9)得到 | do |=o d | - sin a | da |，采用人/4 天線(G (a) = 1.5)并假定各方向入射功率相等(p(a) = 1/2)。令G0 = 1，并注意到功率譜正負(fù)頻域的對(duì)稱性，可得P (o)=ro -o1.5/o1-()2購 o dI o +o(1.5/o J1-()20，| o -o |o|o +o |o其他o(11)比較式(7)和(11)可以得到T(t)和T(t)的功率譜 o(12)3.0/od |1 -(-)2，|o |iPSD=0.785*f0.A4-1.72*f0.A2+1.0;filt= PSD(1:end-1) zeros(1

9、,M-2*M*D) PSD(end:-1:2); %S(f),前面正 頻率，后面負(fù)頻率filt=sqrt(filt);%from S(f) to IH(f)lfilt=ifftshift(ifft(filt); %get impulse response filt=real(filt);%want a real-valued filterfilt=filt/sqrt(sum(filt.A2); %normalize filter path=fftfilt(filt, paths_r(p,:) zeros(1,M); paths_r(p,:)=path(1+M/2:end-M/2); end;p

10、aths=paths_r+paths_c;paths=paths*10A(Fnorm/20); %Multiply all coefficients with F%Additional Info:average total tap powerPest=mean(abs(paths).A2,2);fprintf(tap mean power level:%0.2f dBn,10*log10(Pest);%Additional Info:spectral power distribution %figure,psd(paths(1,:),512,max(Dop);figure,psd(paths(

11、1,:),512,2*max(Dop) ); %should be 2 times max(Dop)SR=max(Dop)*2; %implicit sample rate m=lcm(SR/Dop_res,OR/Dop_res);P=m/SR*Dop_res; %find nominator Q=m/OR*Dop_res; %find denominator path_OR=zeros(L,ceil(N*P/Q); %create new array for p=1:Lpaths_OR(p,:)=resample(paths(p,:),P,Q,res_accu);end;Jupplri Sp

12、ectrum1 oloxviuE the Riccan power jcctral density (PSD) model in COST 207 18, we define scatter and fixed Doppler specniMii campoiietits Id fixed wireless cliaimels the Doppl白 PSD of lie scatfer (variablel coinpaneiif r iiamly ditribiilcd aiouiid L = 0 Hz i.Fig. 3a). Tlic shape c-f tie ipcctini! is

13、llicrcfoie different tlimi tlic clEissicEil Jakes ipcrhum fbi mobile oIieukJ、A lowded sluipe ns shown in Fie 3b 源n be used as a iwgli AppitiXiuiation to tlie Doppler PSD vduchhas the advantage that it isieadily available innuyst exisring radio frequency (Rf) diannel simulators I -J. Il can be approx

14、iiiialed Ly:S(f)fl-1.71/aa+(X7S544 f0wbeiieThe ftmctjoii is parEiiutteiized by & hxliuiull Doppler 比squetKyAltematjvely. die -3tB point con be used as &pfuamctci. where f-通 can bt related to 姑 iisiug flic above tqiiaHou. McasmciiKiits at 2.5 GHz center fi cqiieEicy show iiiaximiun f 一四 values of about 2 Hz A better approxunatnin of fixed wireless PS