寬帶無線信道建模方法研究與應用.pdf

1、無線信道的基本特性是多徑傳播,到達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散、頻率擴散以及空間角度擴散。因此,無線信道是一個時變的多徑衰落信道,會引入相當程度的干擾、失真和噪聲,并最終影響通信系統(tǒng)構架和設計方法。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為基礎討論了信道建模在無線系統(tǒng)設計方面的一些應用問

2、題。
　　 無線信道模型是以數學表達式或算法形式來表征信道輸入一輸出關系的一個多變量隨機過程,一般是通過大量的測量或基于實際的電磁波傳播理論推導出來的,需要用統(tǒng)計的方法來分析和表征。無線信道的建模通常分兩步來實現,分別為大尺度(宏觀)和小尺度(微觀)效應。論文重點研究了無線信道小尺度衰落建模與仿真,具體內容如下。
　　 論文第二章首先推導了無線信道數學表達式,介紹了大尺度路徑損耗模型最新的相關研究結果,然后將Bello提

3、出的WSSUS模型對空域進行了擴展,討論了空間信道在時域、頻域和空域的統(tǒng)計表征方法。
　　 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)歷經和平穩(wěn)的特性。對FIR法生成經典Jakes譜的理論進行了詳細的推導,討論了AR方法階數過高的固有缺點。最后提出了一種生成多個不相關Rayleigh衰落波形的方法,這種方法只使用了一個隨機變量來完成所有波形的Doppler頻率設

4、置,適合多個不相關Rayleigh衰落波形的生成,可用于WSSUS無線信道和MIMO信道的仿真實現。
　　 論文第四章提出了一種基于頻域設計的IIR濾波器生成無線衰落信道的方法。IIR濾波器通過LMS算法進行優(yōu)化,可以用低階的濾波器來實現,并采用線性插值和抽取的方法來實現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。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Rayleigh衰落信道,可以結合MIMO系統(tǒng)或者WSSUS系統(tǒng)進行系統(tǒng)設計和仿真。
　　 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變換計算空間相關系數的方法,用這種方法求得的相關系數具有閉合解形式,而且計算方法非常簡單,具有明確的物理意義,避免了計算傳統(tǒng)空間相關系數復雜的Bessel函數積分,可用于動態(tài)MIMO系統(tǒng)仿真與設計。運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系做了詳細的討論和比較,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)化設計。
　　 論文第六章主要以作者本人實際工作內容為基礎討論了無線信道建模在無線系統(tǒng)設計中的一些實際應用。在大尺度建模方面以TD-SCDMA通信系統(tǒng)為基礎首先詳細分析了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譜的隨機過程,不同抽頭建模為不相關。因此第二部分提出了一種用于TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)的信道估計改進方法。TD-SCDMA系統(tǒng)中采用Steiner信道估計器,這種估計器實質上是基于最小二乘的估計,忽視了信道噪聲的影響,而信道的噪聲對估計精度不可忽略。利用TD-SCDMA為慢變信道的特征,提出了一種基于時延相關信道估計改進方法,同時對Stei