淺談室外無線通信系統FWGN 信道模型

淺談室外無線通信系統FWGN 信道模型 

牟  村  河北工業大學  天津  300130

1 研究意義及背景

隨著無線通信技術的快速發展，通信的業務量變得越來越大，并且對通信技術也提出了更高的要求。室外信道受終端移動速度的影響，其典型特點是信道增益隨時間的變化而變化。信道增益的時變特性依賴于移動臺的速度，并且受多普勒譜的影響。無線信道具有隨機性和時變性，而且還收多種因素的總和影響具有很大的復雜性。除了必要的實測外，建立室外信道模型，才能夠正確正確分析信道參數，合理利用頻率資源，提高信號強度的預測精度，并把模型運用到實際當中去,進而減少系統設計的盲目性。

2 主要信道模型種類

在無線通信信道模型發展初期，對信道模型的研究比較側重于電磁波在傳播過程中的損耗。這個時期的模型主要有：統計信道模型：（1）雙斜率經驗模型；（2）雜亂因子模型 ；（3）Okumura-Hata 模型。確定性信道模型 ：（1）Ikegami 模型 ；（2）COST 231/Walfisch-Ikegami 模型。

3 FWGN 信道模型 

3.1 Clarke/Gans 模型

Clarke/Gans 模型是最基本的一種FWGN信道模型，它是在假設條件下推導得到的：移動臺周圍的散射分量是均勻分布的，且每一份量的功率相等。Clarke/Gans模型的框圖（下圖1），其中有兩個分支，一個是實部，一個實虛部。在每一個的分支中，首先在頻域產生一個復高頻噪聲；然手通過一個多普勒濾波器，這樣頻域分量就符合多普勒頻移；最后將這個經過多普勒頻移后的高斯噪聲通過IFFT模塊變換為時域信號。由于IFFT模塊的輸出必須的實信號，所以IFFT模塊的輸入必須的共軛對稱的。將輸出的虛部和實部加起來，可以構造一個復信道增益，從而產生一個幅度服從瑞利分布的信道。

3.2 改進的頻域 FWGN 模型

在產生多普勒譜的過程中，令表示最大多普勒頻率。如圖1所示，對于常規采樣，多普勒譜以乃奎斯特頻率（2 ）重復。因為IFFT函數只能處理正頻率分量，所以必須對多普勒譜進行折疊。如圖2所示，對于過采樣，多普勒譜的帶寬變為 。多普勒譜帶寬的倒數是時域的采樣間隔，即，對應于衰落信道的相干時間。將多普勒譜分成 個子帶，每個子帶的長度為 ，由此得到整個信道的長度為 。此 外，圖3給出了一個離散的多普勒譜及其等效的離散時間的衰落信道。對于給定的淺談室外無線通信系統FWGN 信道模型 牟  村  河北工業大學  天津  300130IFFT 大小 ，多普勒譜的頻域間隔為。在整個多普勒譜上的離散頻率采樣數為。這一特定方法允許產生一個持續時間為的衰落信號，而不需要考慮最大多普勒頻率。此外，由于可以用最大多普勒頻率 通過插值獲得時域信號，所以這種方法有利于仿真的實現。更具有的， 信道的采樣數 和過采樣系數 決定了多普勒寬帶內的離散頻率采樣數 。在 不考慮最大多普勒頻率的情況下，一旦產生個采樣點的衰落信道信號，就可以根據醉倒多普勒頻率 改變采樣間隔 ，進而產生要仿真的實際衰落信號。事實上，扮演了最大多普勒頻率的角色，而 僅用來確定采樣間隔。

此外，由具有任意相位的多普勒頻譜，可以計算信道響應的幅度。每一徑的時域信道響應可以表示為。                 

其中， 為多普勒譜在離散頻率出的取值， 為離散時間編號， 為 上服從均勻分布的隨機變量。對多普勒濾波器施加均勻相位，可以在時域獲得一個比 Clarke/Gans 模型更加靈活的衰落過程。在式（1.0）中，如果使用復高斯隨機相位而不是均勻相位，那么在產生衰落的過程中需要增加低通濾波。

4 結論

室外信道模型的特點主要通過控制信道增益隨時間變化的多普勒譜來描述，FWGN模型是最流行的室外信道模型之一。Clarke/Gans 模型是一種基本的FWGN模型，幅度服從瑞利分布，相位服從均勻分布。但 Clarke/Gans 模型是在假設散射分量均勻分布且每一分量功率相等的條件下推導得到的。改進的頻域FWGN模型和時域 FWGN 模型是 Clarke/Gans 模型在時域和頻域上的變體。

【參考文獻】

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