浅谈室外无线通信系统FWGN 信道模型

浅谈室外无线通信系统FWGN 信道模型 

牟  村  河北工业大学  天津  300130

1 研究意义及背景

随着无线通信技术的快速发展，通信的业务量变得越来越大，并且对通信技术也提出了更高的要求。室外信道受终端移动速度的影响，其典型特点是信道增益随时间的变化而变化。信道增益的时变特性依赖于移动台的速度，并且受多普勒谱的影响。无线信道具有随机性和时变性，而且还收多种因素的总和影响具有很大的复杂性。除了必要的实测外，建立室外信道模型，才能够正确正确分析信道参数，合理利用频率资源，提高信号强度的预测精度，并把模型运用到实际当中去,进而减少系统设计的盲目性。

2 主要信道模型种类

在无线通信信道模型发展初期，对信道模型的研究比较侧重于电磁波在传播过程中的损耗。这个时期的模型主要有：统计信道模型：（1）双斜率经验模型；（2）杂乱因子模型 ；（3）Okumura-Hata 模型。确定性信道模型 ：（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 模型是最基本的一种FWGN信道模型，它是在假设条件下推导得到的：移动台周围的散射分量是均匀分布的，且每一份量的功率相等。Clarke/Gans模型的框图（下图1），其中有两个分支，一个是实部，一个实虚部。在每一个的分支中，首先在频域产生一个复高频噪声；然手通过一个多普勒滤波器，这样频域分量就符合多普勒频移；最后将这个经过多普勒频移后的高斯噪声通过IFFT模块变换为时域信号。由于IFFT模块的输出必须的实信号，所以IFFT模块的输入必须的共轭对称的。将输出的虚部和实部加起来，可以构造一个复信道增益，从而产生一个幅度服从瑞利分布的信道。

3.2 改进的频域 FWGN 模型

在产生多普勒谱的过程中，令表示最大多普勒频率。如图1所示，对于常规采样，多普勒谱以乃奎斯特频率（2 ）重复。因为IFFT函数只能处理正频率分量，所以必须对多普勒谱进行折叠。如图2所示，对于过采样，多普勒谱的带宽变为 。多普勒谱带宽的倒数是时域的采样间隔，即，对应于衰落信道的相干时间。将多普勒谱分成 个子带，每个子带的长度为 ，由此得到整个信道的长度为 。此 外，图3给出了一个离散的多普勒谱及其等效的离散时间的衰落信道。对于给定的浅谈室外无线通信系统FWGN 信道模型 牟  村  河北工业大学  天津  300130IFFT 大小 ，多普勒谱的频域间隔为。在整个多普勒谱上的离散频率采样数为。这一特定方法允许产生一个持续时间为的衰落信号，而不需要考虑最大多普勒频率。此外，由于可以用最大多普勒频率 通过插值获得时域信号，所以这种方法有利于仿真的实现。更具有的， 信道的采样数 和过采样系数 决定了多普勒宽带内的离散频率采样数 。在 不考虑最大多普勒频率的情况下，一旦产生个采样点的衰落信道信号，就可以根据醉倒多普勒频率 改变采样间隔 ，进而产生要仿真的实际衰落信号。事实上，扮演了最大多普勒频率的角色，而 仅用来确定采样间隔。

此外，由具有任意相位的多普勒频谱，可以计算信道响应的幅度。每一径的时域信道响应可以表示为。                 

其中， 为多普勒谱在离散频率出的取值， 为离散时间编号， 为 上服从均匀分布的随机变量。对多普勒滤波器施加均匀相位，可以在时域获得一个比 Clarke/Gans 模型更加灵活的衰落过程。在式（1.0）中，如果使用复高斯随机相位而不是均匀相位，那么在产生衰落的过程中需要增加低通滤波。

4 结论

室外信道模型的特点主要通过控制信道增益随时间变化的多普勒谱来描述，FWGN模型是最流行的室外信道模型之一。Clarke/Gans 模型是一种基本的FWGN模型，幅度服从瑞利分布，相位服从均匀分布。但 Clarke/Gans 模型是在假设散射分量均匀分布且每一分量功率相等的条件下推导得到的。改进的频域FWGN模型和时域 FWGN 模型是 Clarke/Gans 模型在时域和频域上的变体。

【参考文献】

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