寬帶無(wú)線信道建模方法研究與應(yīng)用.pdf

1、無(wú)線信道的基本特性是多徑傳播,到達(dá)的無(wú)線電信號(hào)由于不同的傳播路徑具有不同的衰減、Doppler頻移、到達(dá)時(shí)間和來(lái)波方向,并在接收端線性矢量疊加,從而造成接收信號(hào)的時(shí)間擴(kuò)散、頻率擴(kuò)散以及空間角度擴(kuò)散。因此,無(wú)線信道是一個(gè)時(shí)變的多徑衰落信道,會(huì)引入相當(dāng)程度的干擾、失真和噪聲,并最終影響通信系統(tǒng)構(gòu)架和設(shè)計(jì)方法。為此論文首先介紹了作者在博士期間對(duì)信道建模方面的一些重要研究,然后以TD-SCDMA為基礎(chǔ)討論了信道建模在無(wú)線系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的一些應(yīng)用問(wèn)

2、題。
　　 無(wú)線信道模型是以數(shù)學(xué)表達(dá)式或算法形式來(lái)表征信道輸入一輸出關(guān)系的一個(gè)多變量隨機(jī)過(guò)程,一般是通過(guò)大量的測(cè)量或基于實(shí)際的電磁波傳播理論推導(dǎo)出來(lái)的,需要用統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)分析和表征。無(wú)線信道的建模通常分兩步來(lái)實(shí)現(xiàn),分別為大尺度(宏觀)和小尺度(微觀)效應(yīng)。論文重點(diǎn)研究了無(wú)線信道小尺度衰落建模與仿真,具體內(nèi)容如下。
　　 論文第二章首先推導(dǎo)了無(wú)線信道數(shù)學(xué)表達(dá)式,介紹了大尺度路徑損耗模型最新的相關(guān)研究結(jié)果,然后將Bello提

3、出的WSSUS模型對(duì)空域進(jìn)行了擴(kuò)展,討論了空間信道在時(shí)域、頻域和空域的統(tǒng)計(jì)表征方法。
　　 論文第三章歸納了四種SOS法生成單抽頭平坦Rayleigh衰落信道的方法,通過(guò)分析確定了第二種方法同時(shí)具有各態(tài)歷經(jīng)和平穩(wěn)的特性。對(duì)FIR法生成經(jīng)典Jakes譜的理論進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo),討論了AR方法階數(shù)過(guò)高的固有缺點(diǎn)。最后提出了一種生成多個(gè)不相關(guān)Rayleigh衰落波形的方法,這種方法只使用了一個(gè)隨機(jī)變量來(lái)完成所有波形的Doppler頻率設(shè)

4、置,適合多個(gè)不相關(guān)Rayleigh衰落波形的生成,可用于WSSUS無(wú)線信道和MIMO信道的仿真實(shí)現(xiàn)。
　　 論文第四章提出了一種基于頻域設(shè)計(jì)的IIR濾波器生成無(wú)線衰落信道的方法。IIR濾波器通過(guò)LMS算法進(jìn)行優(yōu)化,可以用低階的濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn),并采用線性插值和抽取的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)任意帶寬的時(shí)變信道。其中線性插值和抽取的方法也可以有效地用于AR濾波等其他方法,可大大降低所需濾波器的階數(shù)。與其他方法相比,新方法不僅適合于非均勻散射環(huán)境,也適

5、合生成多個(gè)不相關(guān)Rayleigh衰落信道,可以結(jié)合MIMO系統(tǒng)或者WSSUS系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。
　　 論文第五章首先介紹了MIMO信道的建模方法和模型。然后提出了一種基于Fourier變換計(jì)算空間相關(guān)系數(shù)的方法,用這種方法求得的相關(guān)系數(shù)具有閉合解形式,而且計(jì)算方法非常簡(jiǎn)單,具有明確的物理意義,避免了計(jì)算傳統(tǒng)空間相關(guān)系數(shù)復(fù)雜的Bessel函數(shù)積分,可用于動(dòng)態(tài)MIMO系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì)。運(yùn)用新方法提出了一種簡(jiǎn)單高效的MIMO無(wú)線信

6、道仿真模型,并對(duì)基于ULA和UCA多天線系統(tǒng)的信道容量與不同來(lái)波方向的關(guān)系做了詳細(xì)的討論和比較,仿真表明UCA容量對(duì)于方向具有一定的均勻性,更適合系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　 論文第六章主要以作者本人實(shí)際工作內(nèi)容為基礎(chǔ)討論了無(wú)線信道建模在無(wú)線系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一些實(shí)際應(yīng)用。在大尺度建模方面以TD-SCDMA通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)首先詳細(xì)分析了TDD系統(tǒng)特有的干擾問(wèn)題即基站間干擾,同時(shí)介紹了基站間干擾分析的一些理論和仿真結(jié)果。在小尺度建模方面,3GP

7、P采用的是前面第三章和第四章所介紹的建模方法,即對(duì)于SISO信道,每個(gè)抽頭一般建模為Jakes譜的隨機(jī)過(guò)程,不同抽頭建模為不相關(guān)。因此第二部分提出了一種用于TD-SCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的信道估計(jì)改進(jìn)方法。TD-SCDMA系統(tǒng)中采用Steiner信道估計(jì)器,這種估計(jì)器實(shí)質(zhì)上是基于最小二乘的估計(jì),忽視了信道噪聲的影響,而信道的噪聲對(duì)估計(jì)精度不可忽略。利用TD-SCDMA為慢變信道的特征,提出了一種基于時(shí)延相關(guān)信道估計(jì)改進(jìn)方法,同時(shí)對(duì)Stei