无线通信信道模型简介

BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity1BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈第二章：信道模型李建东≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈第二章预读文献1.OverviewofSpatialChannelModelsforAntennaArrayCommunicationSystemsRichardB.Ertel，etalIEEEPersonalCommunications•February1998pp10-222.A.F.Molisch,WidebandWirelessDigitalCommunications,电子工业出版社：第3章：无线移动信道3.S.Barbarossaetal,Time-VaryingFadingChannels,inSignalProcessingAdvancesinWirelessandMobileCommunications,editedbyG.B.Giannakis,etalBroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity3BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈作业2.1.如果在我校新科技楼上架一个20m高的基站天线，传输信号的载频为900MHz，一个移动用户在钟楼附近行走，则基站和移动台之间的传输损耗是多少？2.2.在室内环境下，电波穿透三层楼的传输损耗是多少？2.3.角度扩展是如何定义的？相干距离为500m对应的角度扩展是多少？2.4.WSSUS-HO信道的物理含义是什么？BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity4BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈思考题1.如果我们想得到科技楼内的空时信道模型，如何建立实验平台？列出需要的设备(ISN实验室可以提供的或者在市场上可以买到的)，并将实验详细过程写成报告。2.选择一个时空信道模型并对信道进行仿真。详述模型和输出采样值。BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity5BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈第一节：不考虑空间特性的信道模型（采用全向天线）BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity6BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈一、信道基本特性BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity7BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈信道基本特性(1)1.多径(MultiplePaths)直射波大物体的反射和电磁波的绕射；信号的散射（scattering）；BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity8BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈信道基本特性RRSD灯柱DBroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity9BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈信道基本特性2.多普勒频移（DopplerShift）发射台或接收台和/或信道中其他物体的运动造成αλcosvfD=vα例如：f0=900MHz,λ=1/3mCase1:v=54km/h=15m/s;fmax=v/λ=45HzCase2:v=360km/h=100m/s;fmax=v/λ=300HzBroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity10BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈信道基本特性（2）n≈2n≈4ψϕψψ∆Γ+Γ+=cos)(2)(12EERΓ(ψ)BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity11BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈信道基本特性（3）β=2π/λBroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity12BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈多径传输(1)BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity13BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈多径传输(2)BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity14BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈信道基本特性（4）平均路径损耗（对数正态分布）平均值的慢变化快变化（瑞利分布）地面环境传输效应9.29微观衰落：几个波长内平均宏观衰落：几十个波长内平均BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity15BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈平坦衰落信道)()()()(tntxtaty+=其中，a(t)是Rayleigh或Rice或Nakagami分布。BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity16BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈典型分布]2exp[)(222σασαα−•=pdf∞≤α0)(]2exp[)(202222σασασααAIApdf•+−•=∞≤α0]exp[)()(2)(212Ω−•Ω•Γ=−αααmmmpdfmmRayleigh（瑞利）Rice（莱斯）Nakagami-m2/1;0≥≥mαIfm=1,itbecomesRice222Aσ=K“TheRiceanKfactor”BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity17BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈大范围内的幅度均值分布]2))(ln(exp[21)(22FFFFFpdfσµπσ−−•=µF,是ln(F)的均值和方差，其均值主要由基站和移动台之间的路径损耗决定，方差通常在4~8dB之间。平均值的慢变化：（F＝σ2信号的功率）FσBroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity18BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈二、传播预测模型BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity19BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈传播预测模型－Hata模型Hata模型是由Okumura提出的一个图解的平均路径损耗经验公式，适用于150MHz到1500MHz。Hata将城市地区传播损耗表示为一个标准公式，并给出了在其他情况下应用的校正公式。城市地区中等路径损耗标准公式如下式：dhhahfdBurbanLtereteclog)log55.69.44()(log82.13log16.2655.69))((50−+−−+=其中fc是载波频率(MHz，150MHz－1500MHz)，hte是发端(基站)天线有效高度(m，30m－200m)，hre是收端(移动台)天线有效高度(m，1m－10m)，d是收发端距离(km，1km－20km)，a(hre)是移动台天线的校正参数，是覆盖面积的函数。hteBroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity20BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈传播预测模型－Hata模型对于中小城市，移动天线的修正因子为：对于大城市，移动天线的修正因子为：)8.0lg56.1()7.0lg1.1()dB)((−−−=crecrefhfha1.1)54.1(lg29.8)dB)((MHz3002−=≤rerechhaf时，当97.4)75.11(lg2.3))((MHz3002−=≥rerechdBhaf时，当BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity21BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈IMT-2000室内路径损耗模型室内办公室测试环境路径损耗模型室内路径损耗(dB)模型以下面简化形式表示，它来自COST231的附录l提出的室内模型。式中，R为收发信机的距离间隔(m)，n为在传播路径中楼层的数目。L在任何情况下应不小于自由空间损耗，可以期望12dB的对数正态阴影衰落标准偏差。(3.32)BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity22BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈其他路径损耗模型COST231-Hata模型（将Hata模型的频率范围扩展到1500－2000MHz）COST231－Walfisch-Ikegami模型（频率范围800－1800MHz）IMT-AITU-RM.21353GPPLTETR36.814BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity23BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈IMT-AITU-RM.21353GPPLTETR36.814InHUmiUmaRmaSMa信道模型曾召华:LTE基础原理和关键技术，西电版，2010BroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity24BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈市区宏小区（UMa）阴影衰落标准方差σ=6dB22161.047.1lg7.5lg(24.373.7(/))lg(43.423.1lg)(lg3)20lg(3.2(lg(11.75))4.97)BSBSBScUTPLWhhhhhdfh=−+−−+−−+−−NLOSBroadbandWirelessCommunicationsLaboratory,XidianUniversity25BWCXidianUniv.≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈~≈信道模型仿真的参考书F.PérezFontánandP.MariñoEspiñeira:Modelingthewireles