寬帶無線信道建模方法研究與應(yīng)用.pdf

1、無線信道的基本特性是多徑傳播,到達(dá)的無線電信號由于不同的傳播路徑具有不同的衰減、Doppler頻移、到達(dá)時間和來波方向,并在接收端線性矢量疊加,從而造成接收信號的時間擴(kuò)散、頻率擴(kuò)散以及空間角度擴(kuò)散。因此,無線信道是一個時變的多徑衰落信道,會引入相當(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線系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的一些應(yīng)用問

2、題。
　　 無線信道模型是以數(shù)學(xué)表達(dá)式或算法形式來表征信道輸入一輸出關(guān)系的一個多變量隨機(jī)過程,一般是通過大量的測量或基于實(shí)際的電磁波傳播理論推導(dǎo)出來的,需要用統(tǒng)計(jì)的方法來分析和表征。無線信道的建模通常分兩步來實(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模型對空域進(jìn)行了擴(kuò)展,討論了空間信道在時域、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,通過分析確定了第二種方法同時具有各態(tài)歷經(jīng)和平穩(wěn)的特性。對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)過高的固有缺點(diǎn)。最后提出了一種生成多個不相關(guān)Rayleigh衰落波形的方法,這種方法只使用了一個隨機(jī)變量來完成所有波形的Doppler頻率設(shè)

4、置,適合多個不相關(guān)Rayleigh衰落波形的生成,可用于WSSUS無線信道和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濾波器生成無線衰落信道的方法。IIR濾波器通過LMS算法進(jìn)行優(yōu)化,可以用低階的濾波器來實(shí)現(xiàn),并采用線性插值和抽取的方法來實(shí)現(xiàn)任意帶寬的時變信道。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單高效的MIMO無線信

6、道仿真模型,并對基于ULA和UCA多天線系統(tǒng)的信道容量與不同來波方向的關(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)討論了無線信道建模在無線系統(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)特有的干擾問題即基站間干擾,同時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,即對于SISO信道,每個抽頭一般建模為Jakes譜的隨機(jī)過程,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,提出了一種基于時延相關(guān)信道估計(jì)改進(jìn)方法,同時對Stei