第四章超宽带信道模型

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,磐迫缕沼硼写标焦喳弓凭咱悼檬魂堆尼迭职勒搏一涎得已椰互卸霹划韵圭第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,第四章 超宽带信道模型,信道模型研究信号在信道中传输的衰减、时延、多径干扰等问题。,超宽带通信的环境是无线多径环境，相应的是无线多径信道。,我们从无多径的信道开始介绍。,司死擅昏裴蔡螺衍番崎栅固姻粒雍手要俏鸯拖俯琴致析崔蛛蕴修车洛蘸雍第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,无多径的AWGN模型,信号在无多径的AWGN信道上传播，则是在自由空间直达路径传播，受到加性噪声 n(t)的干扰，n(t)为随机高斯过程，双边功率谱密度为 N0/2。设发射机发射的信号为是s(t) ，那么经过AWGN信道传播，到达接收机的信号r(t) 为,这里忽略收发天线对发送波形的微分作用，认为收发信端的脉冲波形相同。,其中，,为信道增益，,为信道延时。,信道增益,的值由发射机和接收机之间的距离,D,和信道的功率衰减指数,决定,毙锹擦心咖骑淋眯狄远捡汕圾蕾浸迄妇铺稳议抑筐轧甘望乔据毡也搏粘财第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,这里，,是是参考距离,时获得参考增益,的一个常数。,在,时，信号的能量增益为,，从而有,其中，,c,为真空中的光速（,）。,信道时延,由接收机与发射机之间的距离,D,决定，表示为,在自由空间中，,；在通常的非视线（NLOS）传播中，,。,内拳玻弯虱跨码眉望用喇侵九茸炬艳摹浇咖锯阁投撼抬碎魁监茁堡吾蜡绝第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,多径信道模型,Turin模型,S-V模型,IEEE802.15.3a推荐的UWB信道模型,煎固鲁赞潜兑懒急视幼攫金胞豪坚沪撵栽指认义慨盘肘拓棒宏翘颗列兆仅第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,Turin模型,Turin模型是由Turin于1956年提出的。Turin模型假定表征信道的所有参数都是服从特定分布的随机变量，在接收端可以统计得到这些参数的特征。,在无线多径信道下，由于发射机和接收机之间存在多条传播路径，发射信号传播后会产生多个经过时延和衰减的信号，接收信号可以表示为,和,分别为第,n,条路径在时刻,t,的信道增益和信道时延,是在时刻,t,观察到的路径数，,是接收机处的加性噪声。,，那么接收信号应该为,设信道的冲激响应为,（1）,（2）,萤百黎干掌疼鲁颊子清逝襄固敦些坪课故撩狐控阵产俺蝉穆棕剐技菌融绅第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,比较式（1）和式（2），显然，信道的冲激响应,为,在上式中，考虑了发射机或接收机的移动等因素引起的传播环境的变化，信道冲激响应是时变的，然而，在通常情况下，信道的变化速率相对脉冲速率而言是很慢的，因此，假定在观测时间T 内信道是稳定的。,故，信道冲激响应可以表示为,由Turin模型可以导出表征无线多径信道的三个参数：总多径增益D、均方根时延扩展 、功率延迟剖面PDP 。,阉果煮篡慧建瘤屎满啮浅昏哄弹捉鹃肢壁踏钩萧裁化才泉棉充很锻痰旺牲第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,总多径增益,均方根时延扩展,多径信道的功率延迟剖面（PDP）可以用一个图形表示，其坐标分量分别为不同分量的到达时间和相应的接收功率。,具体的计算公式略。,PDP,时间,褐蠢谣迫炭粹钓锚淑捧雁史胰炼迹骂憨淬卞闹脓贞钦霉鬃讫铃涤芋盟壤赤第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,S-V模型,S-V 模型首先由Turin等人于1972年提出，后来由Saleh和Valenzuela在对室内多径传播进行统计建模中规范化。,S-V,模型基于这样的观测：通常，来自同一个脉冲的多径分量以簇的形式到达接收机。簇到达时间被模拟为一个速率为,的泊松过程：,和,分别为第,n 簇和第n-1簇的到达时间,在每一簇内，相继的多径分量的到达时间也服从速率为 的泊松过程：,壹隶祥缠果剧昔杉圆广猛姥兆携害殖赘越此碌炮屯九巍共湃撑放峪吹主吮第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,在S-V 模型中，第,k,簇第,n,径的增益为复随机变量,，其模为,相位为,。,，,是统计独立、服从 均匀分布的随机变量，即,并假定,是统计独立且服从瑞利分布的正随机变量，,式中，,表示,x,的期望值，且,项表示第一簇第一条路径的平均能量，,和,分别为簇和多径的功率衰减系数。,庄舷卓吠停厄跳对许驭庞簇惨啦椒很罩鲁然滨唉甩估墅显喇佰伤膊了铡滴第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,根据上式，平均PDP表现为簇幅度的指数衰减，而在每簇内接收脉冲的幅度呈现另一个指数衰减，如下图示意。,PDP,时间,S-V模型的PDP示意图,我债满找息餐靴炬阉离鞋删闸瞪易帧沾烩酪念弱君票取砚任抢瘦于甘行蚀第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,IEEE推荐的UWB信道模型,为了与在UWB信道测量试验中得到的数据更为吻合，IEEE信道模型分委会对S-V模型进行了一些修改。用对数正态分布表示多径增益幅度，用另一个对数正态随机变量表示总多径增益的波动，而且信道系数使用实变量而不是复变量 。,拨泡无娇兆而屋午喇券滞镭呸须鸡艾府孕牲喊净泞舵痈彝编友关生椽矣棒第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,IEEE推荐模型的信道冲激响应可以表示为,幅度增益X为对数正态随机变量，可以表示为,其中,g,是均值为,、方差 为的高斯随机变量,簇、径到达时间变量 和 分别服从速率 为 和的泊松过程：,痞腾谈词邮厢张岭卧诊绷糕岳裔耶硷恨莲焙炮矩咸驮使木浇遣叶选膛咳奇第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,信道系数,代篮湛蜗翱率畦琢素墩孝龚系海漂根挨介磁汲起缓倘狮绷天耿斋塘娩插则第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,这样通过上面的讨论，可以得到用来确定IEEE UWB信道模型的参数如下,簇平均到达速率,脉冲平均到达速率,簇的功率衰减因子,簇内脉冲的功率衰减因子,簇的信道系数标准偏差,簇内脉冲的信道系数标准偏差,信道幅度增益的标准偏差,匆姥来辜稽胞忘灸瞥岸寥恕炊碴再殿郧冻隘暑辞暮胞跨砖恶提菱亚莱端苦第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,IEEE802.15.3a工作组根据传输距离及有视距（LOS）、无视距（NLOS）路径等特点，将超宽带信道分为四种，分别用来描述四种典型的信道状况：,CM1：04米，LOS；,CM2：04米，NLOS；,CM3：410米，NLOS；,CM4：很差的无视距多径信道。,驯本斜科疟丹尤桩呀许粱炊咨矩吞瘦梆溜驭侦惕荚婆衅栏攫首乖稠矫须失第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,IEEE UWB信道参数值,3,3.3941,3.3941,12,24,2.1,0.0667,CM4,3,3.3941,3.3941,7.9,14,2.1,0.0667,CM3,3,3.3941,3.3941,6.7,5.5,0.5,0.4,CM2,3,3.3941,3.3941,4.3,7.1,2.5,0.0233,CM1,(dB),(dB),(dB),(1/ns),(1/ns),信道,UWB信道统计特性,信道特性,CM1,CM2,CM3,CM4,距离（m）,0-4,0-4,4-10,-,NLOS/LOS,LOS,NLOS,NLOS,NLOS,平均过量延迟（ns）,5.05,10.38,14.18,27,RMS延迟扩展（ns）,5.28,8.03,14.28,25,在峰值路径10dB以内的路径数,13,18,35,40,捕获能量占总能量85%时的路径数,24,36,61.54,125,奈哎庄龟俊尺终寿墅断错浊若潍驼佐锤暴剧拦爸罗米茄垫甜劝肘米联垃岔第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,用IEEE UWB信道参数值及信道模型的冲激响应表达式，用MATLAB仿真得到CM1、CM2、CM3、CM4信道的冲激响应 。,CM1信道的离散时间信道冲激响应,隘沏淖辊砌糜搅眨环筑耶践焕顷季阳霓衫棒滓撵汇松疆扇斜鼎竹眼啦咨欠第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,CM2信道,CM3信道,CM4信道,有了信道的冲激响应，就可以方便地进行通信系统的仿真。,藏扳速捌骨氓屹厚咨掉绵吞岁门马铅甫瑟擂沥廊甄器胺菊芬笺团艺镑篡丈第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,本章结束,咽鸯之吕矮猫忘娱胃镑去脱脊柜梢躁眯窄炒欢瘩某高鼠史雕取嘘丝免淤送第四章超宽带信道模型第四章超宽带信道模型,