無線通信原理與應(yīng)用-55-多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型課件

多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型第一個(gè)多徑衰落信道模型——Ossana模型主要考慮因素：建筑物表明隨機(jī)分布的反射波的相互影響。局限性：由于假設(shè)存在LOS，無法反映市區(qū)的信道特性。為了更好地表示移動(dòng)信道的統(tǒng)計(jì)特性，目前已經(jīng)建立了許多多徑模型，其中應(yīng)用最廣泛的是Clarke模型。多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型第一個(gè)多徑衰落信道模型——Ossana平坦衰落的Clarke模型(1)假設(shè)條件：發(fā)射天線垂直極化；接收天線的電磁場由N個(gè)平面波組成這些平面波具有隨機(jī)附加相位、入射角和相等的平均幅度（不存在LOS），且經(jīng)歷相似的衰落。平坦衰落的Clarke模型(1)假設(shè)條件：平坦衰落的Clarke模型(2)接收天線的電場和磁場強(qiáng)度可表示為：可以證明：接收的電場包絡(luò)服從瑞利分布平坦衰落的Clarke模型(2)接收天線的電場和磁場強(qiáng)度可表接收天線的方向增益接收天線的平均接收功率平坦衰落的Clarke模型(3)Clarke模型中由多普勒擴(kuò)展產(chǎn)生的頻譜形狀：接收功率密度函數(shù)接收天線的方向增益接收天線的平均接收功率平坦衰落的Clark平坦衰落的Clarke模型(4)平坦衰落的Clarke模型(4)Clarke衰落模型的仿真(1)1.理論依據(jù)Clarke衰落模型的仿真(1)1.理論依據(jù)Clarke衰落模型的仿真(2)2.正交調(diào)幅的仿真模型Clarke衰落模型的仿真(2)2.正交調(diào)幅的仿真模型Clarke衰落模型的仿真(3)3.基帶頻域仿真模型Clarke衰落模型的仿真(3)3.基帶頻域仿真模型Clarke衰落模型的仿真(4)

計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)步驟：指定S(f)頻域樣點(diǎn)數(shù)N和fm計(jì)算相鄰譜線的頻率間隔：⊿f=2fm/(N-1)用高斯隨機(jī)過程產(chǎn)生噪聲源的N/2個(gè)正頻率分量將正頻率分量取共軛得到噪聲源的負(fù)頻率分量將同相、正交的噪聲源與S(f)相乘進(jìn)行IFFT變換將各信號(hào)點(diǎn)取平方和，得到求平方根得到r(t)Clarke衰落模型的仿真(4)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)步驟：Clarke衰落模型的仿真(5)4.具有可變?cè)鲆婧蜁r(shí)延的瑞利衰落仿真模型Clarke衰落模型的仿真(5)4.具有可變?cè)鲆婧蜁r(shí)延的瑞電平交叉和衰落統(tǒng)計(jì)1.電平交叉：瑞利衰落歸一化為本地均方根信號(hào)電平后，沿正向穿過某一電平的速率。電平交叉和衰落統(tǒng)計(jì)1.電平交叉：瑞利衰落歸一化為本地均方根電平交叉和衰落統(tǒng)計(jì)2.平均衰落時(shí)段：接收信號(hào)低于某指定電平R的平均時(shí)段的值。電平交叉和衰落統(tǒng)計(jì)2.平均衰落時(shí)段：接收信號(hào)低于某指定電平雙線瑞利衰落模型(1)Clarke模型和瑞利衰落統(tǒng)計(jì)模型可適用與平坦衰落條件，但未考慮多徑時(shí)延。

而在現(xiàn)代移動(dòng)通信中，多徑時(shí)延擴(kuò)展廣泛存在。常用模型：雙線瑞利衰落模型沖擊響應(yīng)：雙線瑞利衰落模型(1)Clarke模型和瑞利衰落統(tǒng)計(jì)模型可適雙線瑞利衰落模型(2)通過調(diào)整τ可產(chǎn)生大范圍的頻率選擇性衰落雙線瑞利衰落模型(2)通過調(diào)整τ可產(chǎn)生大范圍的頻率選擇性衰落Saleh和Valenzuela室內(nèi)統(tǒng)計(jì)模型一個(gè)根據(jù)實(shí)測結(jié)果總結(jié)出來的信道模型。1.測試信號(hào)：載波1.5GHz，寬度為10ns的雷達(dá)脈沖2.天線：垂直極化全向天線3.環(huán)境：中等規(guī)模辦公建筑、同層4.測試結(jié)果：室內(nèi)信道類似于靜態(tài)信道或僅有微小變化；在沒有LOS時(shí)，沖擊響應(yīng)與發(fā)射和接收天線的極化獨(dú)立。Saleh和Valenzuela室內(nèi)統(tǒng)計(jì)模型一個(gè)根據(jù)實(shí)測結(jié)果5.典型參數(shù)：最大時(shí)延擴(kuò)展：100ns～200ns(房間)、300ns(走廊）均方根時(shí)延擴(kuò)展：25ns(中值)、50ns(最大值)衰落深度：60dB(無視距)衰落分布：對(duì)數(shù)距離指數(shù)率(指數(shù)：3～4)6.信道模型：多徑分量以簇的形式到達(dá)；各分量的幅度是獨(dú)立的瑞利隨機(jī)變量；其方差和簇內(nèi)時(shí)延隨簇的時(shí)延成指數(shù)形衰落；各分量的附加相位服從均勻分布且相互獨(dú)立各簇和簇內(nèi)分量構(gòu)成了具有不同速率的泊松達(dá)到過程，且簇和簇內(nèi)多徑分量到達(dá)此數(shù)成指數(shù)分布；簇的組成由發(fā)射/接收機(jī)附近的多徑反射組成，與建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)。5.典型參數(shù)：SIRCIM和SMRCIM統(tǒng)計(jì)模型SIRCIM——室內(nèi)無線信道沖擊響應(yīng)模型仿真SMRCIM——移動(dòng)無線信道沖擊響應(yīng)模型仿真（適合于市區(qū)和微蜂窩網(wǎng)）（－）SIRCIM1.測試環(huán)境與方法：室內(nèi)，以λ/4為間隔1m范圍內(nèi)的功率延遲分布沖擊響應(yīng)。SIRCIM和SMRCIM統(tǒng)計(jì)模型SIRCIM——室內(nèi)無線信2.模型考慮的參數(shù)多徑時(shí)延1m范圍內(nèi)小尺度接收機(jī)的間隔地形參數(shù)（有無視距通路）大尺度間隔特定的測試區(qū)域3.沖擊響應(yīng)模型：2.模型考慮的參數(shù)4.信道的參數(shù)多徑時(shí)延：40～800ns平均多徑時(shí)延和均方根時(shí)延擴(kuò)展：30～300ns，中值：96ns、無視距：105ns

時(shí)延擴(kuò)展與無關(guān)，與建筑物的材料、使用時(shí)間和布局有關(guān)多徑分量的數(shù)目是、和的函數(shù)，服從高斯分布，均值近似為364.信道的參數(shù)第七節(jié)多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型測試圖例：第七節(jié)多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型測5.擬合公式：（P141,4.88和4.89)LOS情況OBS情況5.擬合公式：（P141,4.88和4.89)LOS情況O(二)SMRCIM：類似于SIRCIM統(tǒng)計(jì)建模技術(shù)(二)SMRCIM：類似于SIRCIM統(tǒng)計(jì)建模技術(shù)SIRCIM–SimulationofallindoorpropagationCharacteristicsSIRCIM–SimulationofallindSMRCIM–SimulationofalloutdoorpropagationCharacteristicsSMRCIM–Simulationofallout多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型第一個(gè)多徑衰落信道模型——Ossana模型主要考慮因素：建筑物表明隨機(jī)分布的反射波的相互影響。局限性：由于假設(shè)存在LOS，無法反映市區(qū)的信道特性。為了更好地表示移動(dòng)信道的統(tǒng)計(jì)特性，目前已經(jīng)建立了許多多徑模型，其中應(yīng)用最廣泛的是Clarke模型。多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型第一個(gè)多徑衰落信道模型——Ossana平坦衰落的Clarke模型(1)假設(shè)條件：發(fā)射天線垂直極化；接收天線的電磁場由N個(gè)平面波組成這些平面波具有隨機(jī)附加相位、入射角和相等的平均幅度（不存在LOS），且經(jīng)歷相似的衰落。平坦衰落的Clarke模型(1)假設(shè)條件：平坦衰落的Clarke模型(2)接收天線的電場和磁場強(qiáng)度可表示為：可以證明：接收的電場包絡(luò)服從瑞利分布平坦衰落的Clarke模型(2)接收天線的電場和磁場強(qiáng)度可表接收天線的方向增益接收天線的平均接收功率平坦衰落的Clarke模型(3)Clarke模型中由多普勒擴(kuò)展產(chǎn)生的頻譜形狀：接收功率密度函數(shù)接收天線的方向增益接收天線的平均接收功率平坦衰落的Clark平坦衰落的Clarke模型(4)平坦衰落的Clarke模型(4)Clarke衰落模型的仿真(1)1.理論依據(jù)Clarke衰落模型的仿真(1)1.理論依據(jù)Clarke衰落模型的仿真(2)2.正交調(diào)幅的仿真模型Clarke衰落模型的仿真(2)2.正交調(diào)幅的仿真模型Clarke衰落模型的仿真(3)3.基帶頻域仿真模型Clarke衰落模型的仿真(3)3.基帶頻域仿真模型Clarke衰落模型的仿真(4)

計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)步驟：指定S(f)頻域樣點(diǎn)數(shù)N和fm計(jì)算相鄰譜線的頻率間隔：⊿f=2fm/(N-1)用高斯隨機(jī)過程產(chǎn)生噪聲源的N/2個(gè)正頻率分量將正頻率分量取共軛得到噪聲源的負(fù)頻率分量將同相、正交的噪聲源與S(f)相乘進(jìn)行IFFT變換將各信號(hào)點(diǎn)取平方和，得到求平方根得到r(t)Clarke衰落模型的仿真(4)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)步驟：Clarke衰落模型的仿真(5)4.具有可變?cè)鲆婧蜁r(shí)延的瑞利衰落仿真模型Clarke衰落模型的仿真(5)4.具有可變?cè)鲆婧蜁r(shí)延的瑞電平交叉和衰落統(tǒng)計(jì)1.電平交叉：瑞利衰落歸一化為本地均方根信號(hào)電平后，沿正向穿過某一電平的速率。電平交叉和衰落統(tǒng)計(jì)1.電平交叉：瑞利衰落歸一化為本地均方根電平交叉和衰落統(tǒng)計(jì)2.平均衰落時(shí)段：接收信號(hào)低于某指定電平R的平均時(shí)段的值。電平交叉和衰落統(tǒng)計(jì)2.平均衰落時(shí)段：接收信號(hào)低于某指定電平雙線瑞利衰落模型(1)Clarke模型和瑞利衰落統(tǒng)計(jì)模型可適用與平坦衰落條件，但未考慮多徑時(shí)延。

而在現(xiàn)代移動(dòng)通信中，多徑時(shí)延擴(kuò)展廣泛存在。常用模型：雙線瑞利衰落模型沖擊響應(yīng)：雙線瑞利衰落模型(1)Clarke模型和瑞利衰落統(tǒng)計(jì)模型可適雙線瑞利衰落模型(2)通過調(diào)整τ可產(chǎn)生大范圍的頻率選擇性衰落雙線瑞利衰落模型(2)通過調(diào)整τ可產(chǎn)生大范圍的頻率選擇性衰落Saleh和Valenzuela室內(nèi)統(tǒng)計(jì)模型一個(gè)根據(jù)實(shí)測結(jié)果總結(jié)出來的信道模型。1.測試信號(hào)：載波1.5GHz，寬度為10ns的雷達(dá)脈沖2.天線：垂直極化全向天線3.環(huán)境：中等規(guī)模辦公建筑、同層4.測試結(jié)果：室內(nèi)信道類似于靜態(tài)信道或僅有微小變化；在沒有LOS時(shí)，沖擊響應(yīng)與發(fā)射和接收天線的極化獨(dú)立。Saleh和Valenzuela室內(nèi)統(tǒng)計(jì)模型一個(gè)根據(jù)實(shí)測結(jié)果5.典型參數(shù)：最大時(shí)延擴(kuò)展：100ns～200ns(房間)、300ns(走廊）均方根時(shí)延擴(kuò)展：25ns(中值)、50ns(最大值)衰落深度：60dB(無視距)衰落分布：對(duì)數(shù)距離指數(shù)率(指數(shù)：3～4)6.信道模型：多徑分量以簇的形式到達(dá)；各分量的幅度是獨(dú)立的瑞利隨機(jī)變量；其方差和簇內(nèi)時(shí)延隨簇的時(shí)延成指數(shù)形衰落；各分量的附加相位服從均勻分布且相互獨(dú)立各簇和簇內(nèi)分量構(gòu)成了具有不同速率的泊松達(dá)到過程，且簇和簇內(nèi)多徑分量到達(dá)此數(shù)成指數(shù)分布；簇的組成由發(fā)射/接收機(jī)附近的多徑反射組成，與建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)。5.典型參數(shù)：SIRCIM和SMRCIM統(tǒng)計(jì)模型SIRCIM——室內(nèi)無線信道沖擊響應(yīng)模型仿真SMRCIM——移動(dòng)無線信道沖擊響應(yīng)模型仿真（適合于市區(qū)和微蜂窩網(wǎng)）（－）SIRCIM1.測試環(huán)境與方法：室內(nèi)，以λ/4為間隔1m范圍內(nèi)的功率延遲分布沖擊響應(yīng)。SIRCIM和SMRCIM統(tǒng)計(jì)模型SIRCIM——室內(nèi)無線信2.模型考慮的參數(shù)多徑時(shí)延1m范圍內(nèi)小尺度接收機(jī)的間隔地形參數(shù)（有無視距通路）大尺度間隔特定的測試區(qū)域3.沖擊響應(yīng)模型：2.模型考慮的參數(shù)4.信道的參數(shù)多徑時(shí)延：40～800ns平均多徑時(shí)延和均方根時(shí)延擴(kuò)展：30～300ns，中值：96ns、無視距：105ns

時(shí)延擴(kuò)展與無關(guān)，與建筑物的材料、使用時(shí)間和布局有關(guān)多徑分量的數(shù)目是、和的函數(shù)，服從高斯分布，均值近似為364.信道的參數(shù)第七節(jié)多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型測試圖例：第七節(jié)多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型測5.擬合公式：（P141,4.88和4.89)LOS情況OBS情況5.擬合公式：（P141