无线通信原理与应用-55-多径衰落信道的统计模型课件.pptx

1、 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA多径衰落信道的统计模型多径衰落信道的统计模型第一个多径衰落信道模型第一个多径衰落信道模型Ossana模型模型 主要考虑因素：主要考虑因素：建筑物表明随机分布的反射波的相互影响。建筑物表明随机分布的反射波的相互影响。局限性：局限性：由于假设存在由于假设存在LOS，无法反映市区的信道特性。，无法反映市区的信道特性。为了更好地表示移动信道的统计特性，目前已经建立了许多为了更好地表示移动信道的统计特性，目前已经建立了许多多径模型，其中应用最广泛的是多径模型，其中应用最广泛的是Clarke模型。模型。电气

2、工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA平坦衰落的平坦衰落的Clarke模型模型(1)假设条件：假设条件：发射天线垂直极化；发射天线垂直极化；接收天线的电磁场由接收天线的电磁场由N个平面波组成个平面波组成 这些平面波具有随机附加相位、入射角和相等的平这些平面波具有随机附加相位、入射角和相等的平均幅度（不存在均幅度（不存在LOS），且经历相似的衰落。），且经历相似的衰落。,cosnnnnvf设第 个平面波与运动方向的夹角为则其多普勒频移为：电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA平坦衰

3、落的平坦衰落的Clarke模型模型(2)接收天线的电场和磁场强度可表示为：接收天线的电场和磁场强度可表示为：000()cos(2)()sincos(2)()coscos(2)zncnxnncnynncnE tECf tEHtCf tEHtCf t 02)ncnnnnECfnf t本地平均电场的实数幅度；不同电波幅度的实数随机变量；自由空间的固有阻抗；载波频率第 个分量的随机相位(可以证明：可以证明：接收的电场包络接收的电场包络服从瑞利分布服从瑞利分布 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA接收天线的接收天线的方向增益方向增益接收天线的

4、平接收天线的平均接收功率均接收功率平坦衰落的平坦衰落的Clarke模型模型(3)Clarke模型中由多普勒扩展产生的频谱形状：模型中由多普勒扩展产生的频谱形状：20()()rPAGpd接收功率：2()coscossincossin1()ccmmccmmvffffdffdffffff 到达方位角为 的分量的瞬时频率为：接收功率接收功率密度函数密度函数 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA平坦衰落的平坦衰落的Clarke模型模型(4)2()()()()()()()()()()1()()0cmcmmcmS fS f dfA pGpGdA

5、pGpGffffffS fffff设接收信号的频率密度函数为则21()()2/4()1.51.5()1()cmmNppGS fffff，为均匀分布，对于长度为的垂直(单鞭)天线，电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINAClarke衰落模型的仿真衰落模型的仿真(1)1.理论依据理论依据000()cos(2)()cos2()sincos2()cos(2)()sin(2)zncnccsccnnnsnnnE tECf tT tf tT tf tT tECf tT tECf t 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY

6、 OF SOUTH CHINAClarke衰落模型的仿真衰落模型的仿真(2)2.正交调幅的仿真模型正交调幅的仿真模型 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINAClarke衰落模型的仿真衰落模型的仿真(3)3.基带频域仿真模型基带频域仿真模型 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINAClarke衰落模型的仿真衰落模型的仿真(4)计算机实现步骤：计算机实现步骤：指定指定S(f)频域样点数频域样点数N和和fm计算相邻谱线的频率间隔计算相邻谱线的频率间隔：f=2fm/(N-1)用高斯随机

7、过程产生噪声源的用高斯随机过程产生噪声源的N/2个正频率分量个正频率分量将正频率分量取共轭得到噪声源的负频率分量将正频率分量取共轭得到噪声源的负频率分量将同相、正交的噪声源与将同相、正交的噪声源与S(f)相乘相乘进行进行IFFT变换变换将各信号点取平方和，得到将各信号点取平方和，得到求平方根得到求平方根得到r(t)22()()csTtTt 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINAClarke衰落模型的仿真衰落模型的仿真(5)4.具有可变增益和时延的瑞利衰落仿真模型具有可变增益和时延的瑞利衰落仿真模型输入信号瑞利衰落仿真器a01N瑞利衰落

8、仿真器a1瑞利衰落仿真器aNs(t)r(t)电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA电平交叉和衰落统计电平交叉和衰落统计1.电平交叉：瑞利衰落归一化为本地均方根信号电电平交叉：瑞利衰落归一化为本地均方根信号电平后，沿正向穿过某一电平的速率。平后，沿正向穿过某一电平的速率。20(),2()()/RmrmsmmRNp Rdfer tp RrRrfR RRNfrr rrrr，其中：对时间的导数处，与 的联合概率密度最大多普勒频移包络幅值 对于包络的均方根归一化后的值见是可，的函数。电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERS

9、ITY OF SOUTH CHINA电平交叉和衰落统计电平交叉和衰落统计2.平均衰落时段：接收信号低于某指定电平平均衰落时段：接收信号低于某指定电平R的平均时段的平均时段的值。的值。1()()rRrP rRNP rRrR对于瑞利衰落，其中，接收信号 小于 的概率。1()riiP rRTT其中，衰落时段，观测时间间隔()12rmmmP rRfff 22-由瑞利分布知是 的函数，1-ee。可见，。电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA双线瑞利衰落模型双线瑞利衰落模型(1)Clarke模型和瑞利衰落统计模型可适用与平坦衰落条件，模型和瑞利衰

10、落统计模型可适用与平坦衰落条件，但未考虑多径时延。但未考虑多径时延。而在现代移动通信中，多径时延扩展广泛存在。而在现代移动通信中，多径时延扩展广泛存在。常用模型：双线瑞利衰落模型常用模型：双线瑞利衰落模型冲击响应：冲击响应：11221212()exp()()exp()()hb tajtajtaa 其中：、相互独立且服从瑞利分布、相互独立且服从0,2 均匀分布两线间的时延 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA双线瑞利衰落模型双线瑞利衰落模型(2)通过调整通过调整可产生大范围的频率选择性衰落可产生大范围的频率选择性衰落 电气工程学院无线

11、通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINASaleh和和Valenzuela室内统计模型室内统计模型一个根据实测结果总结出来的信道模型。一个根据实测结果总结出来的信道模型。1.测试信号：载波测试信号：载波1.5GHz，宽度为，宽度为10ns的雷达脉冲的雷达脉冲2.天线：垂直极化全向天线天线：垂直极化全向天线3.环境：中等规模办公建筑、同层环境：中等规模办公建筑、同层4.测试结果：测试结果：室内信道类似于静态信道或仅有微小变化；室内信道类似于静态信道或仅有微小变化；在没有在没有LOS时，冲击响应与发射和接收天线的极化独时，冲击响应与发射和接收天线的极化独立

12、。立。电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA5.典型参数：典型参数：最大时延扩展：最大时延扩展：100ns200ns(房间房间)、300ns(走廊）走廊）均方根时延扩展：均方根时延扩展：25ns(中值中值)、50ns(最大值最大值)衰落深度：衰落深度：60dB(无视距无视距)衰落分布：对数距离指数率衰落分布：对数距离指数率(指数：指数：34)6.信道模型：信道模型：多径分量以簇的形式到达；多径分量以簇的形式到达；各分量的幅度是独立的瑞利随机变量；其方差和簇内各分量的幅度是独立的瑞利随机变量；其方差和簇内时延随簇的时延成指数形衰落；时延

13、随簇的时延成指数形衰落；各分量的附加相位服从均匀分布且相互独立各分量的附加相位服从均匀分布且相互独立 各簇和簇内分量构成了具有不同速率的泊松达到过程，各簇和簇内分量构成了具有不同速率的泊松达到过程，且簇和簇内多径分量到达此数成指数分布；且簇和簇内多径分量到达此数成指数分布；簇的组成由发射簇的组成由发射/接收机附近的多径反射组成，与建筑接收机附近的多径反射组成，与建筑结构有关。结构有关。电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINASIRCIM和和SMRCIM统计模型统计模型SIRCIM室内无线信道冲击响应模型仿真室内无线信道冲击响应模型仿真S

14、MRCIM移动无线信道冲击响应模型仿真（适合于市区移动无线信道冲击响应模型仿真（适合于市区和微蜂窝网）和微蜂窝网）（）（）SIRCIM1.测试环境与方法：测试环境与方法：室内，以室内，以/4为间隔为间隔1m范围内的功率延迟分布冲击响范围内的功率延迟分布冲击响应。应。电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA2.模型考虑的参数模型考虑的参数多径时延多径时延1m范围内小尺度接收机的间隔范围内小尺度接收机的间隔地形参数地形参数 （有无视距通路）（有无视距通路）大尺度间隔大尺度间隔特定的测试区域特定的测试区域3.冲击响应模型：冲击响应模型：i(,

15、)(,)(,)(,)ilmnnblmnnjx SDPiilmnnilmnnh t x SD PAx SD P etx SD P ilxmSnDnP 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA4.4.信道的参数信道的参数 多径时延：多径时延：4040800800nsns 平均多径时延和均方根时延扩展：平均多径时延和均方根时延扩展：3030300300nsns，中值：，中值：9696nsns、无视距：、无视距：105105nsns 时延扩展与时延扩展与 无关，与建筑物的材料、使用时间和布无关，与建筑物的材料、使用时间和布局有关局有关 多径分量

16、的数目是多径分量的数目是 、和和 的函数，服从高的函数，服从高斯分布，均值近似为斯分布，均值近似为3636nDlxmSnP 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA第七节第七节 多径衰落信道的统计模型多径衰落信道的统计模型测测试试图图例例：电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA5.拟合公式：（拟合公式：（P141,4.88和和4.89)1-110367110(,)0.65-110ns2003601000.22-200ns5001360iiiRiliiiTTnsTP T STns

17、TTns0.55100667(,)1000.08+exp()100ns500750iiRiliiTTnsP T STTnsLOS情况情况OBS情况情况 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA(二二)SMRCIM：类似于类似于SIRCIM统计建模技术统计建模技术 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINASIRCIM Simulation of all indoor propagation Characteristics 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINASMRCIM Simulation of all outdoor propagation Characteristics