MATLAB平台学习（9）信道模型应用场景各种场景下的路径损耗信道的建模

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我是靠谱客的博主斯文服饰，最近开发中收集的这篇文章主要介绍MATLAB平台学习（9）信道模型应用场景各种场景下的路径损耗信道的建模，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

应用场景

市内微小区（Urban-micro）

市区宏小区（Urban-macro）

郊区宏小区（Rural-macro）

室内热点（indoor-hotspot）

EPA、EVA、ETU、HST

各种场景下的路径损耗

信道的建模

Jakes模型

抽头时延线模型

信道建模例子

应用场景

IMT-Advanced信道模型用于IMT-Advanced无线接口的技术评估，在不同的应用场景下模拟实际的传播环境。该模型需要覆盖所有的IMT-Advanced应用场景测试，定义了室内热点（indoor-hotspot）、市内微小区（Urban-micro）、市区宏小区（Urban-macro）、郊区宏小区（Rural-macro）四个应用场景。
四种应用场景下分别定义了视距（LOS）和非视距（NLOS）模式。在每种场景中定义每个收发天线对之间的传播链路为一个路径，而每种场景的路径数不同。每条路径有不同的时延、入射角和出射角等小尺度参数，同时每条路径又被分为20条子径，并有不同的功率值，这些小尺度参数值都服从各自的概率密度分布函数。
对于无线通信系统而言，由于存在自由空间损耗，发射信号功率在到达接收机时会被衰减。另外，发射机通过天线向无线传播环境辐射的电磁波在到达与发射天线相距一定距离的接收机之前，通常会与传播路径上的一个或多个物体相互作用，而发生反射、透射、绕射和散射。这四种基本传播机制使得移动台接收到的信号功率随其空间位置的不同而发生变化，即产生衰落。

市内微小区（Urban-micro）

这种场景的特性为较小的小区半径（基站间距典型值ISD为200m）用户密度较高，基站天线位置通常为低于屋顶高度或更低（通常为10m）,大的角度扩展，中等的时延扩展以及较低的移动性。网络的拓扑结构采用的是传统的3扇区6变形蜂窝小区。
Example: [Tx height:10m, Rx height: 1.5-2.5 m, ISD: 200m]

市区宏小区（Urban-macro）

这种场景的特性为较大的小区半径（基站间距典型值ISD为500m）较高的基站天线位置，天线高于屋顶，高度在10~80m之间（通常为25m），中到高的时延和角度扩展以及较高的移动性。移动台可以位于室外街道或者室内，各有一定的比例。网络的拓扑结构采用的是传统的3扇区6边形蜂窝小区。
Example: [Tx height:25m, Rx height: 1.5-2.5 m, ISD: 500m]

郊区宏小区（Rural-macro）

这种场景的特性为较大的小区半径，较高的基站天线位置（保证较大的覆盖范围），移动台位于室外的街道环境或者室内，天线高于屋顶，高度在10~80m之间，通常为35m，中到高的时延扩展，低的角度扩展以及较高的移动性。网络的拓扑结构采用的是传统的3扇区6边形蜂窝小区。

室内热点（indoor-hotspot）

室内场景是目前数据业务应用的主要场景。该场景的主要特征是数据的高吞吐量和高用户密度。包括办公环境和购物中心。典型的办公环境包括开放式隔间区域、有围墙办公室、开放式区域、走廊等。BSs安装在天花板或墙壁上2-3米的高度。购物中心通常有1-5层高，可能包括一个开放区域。BSs安装在走廊和商店的墙壁或天花板上，高度约为3米的高度。
Example: [Tx height: 2-3m, Rx height: 1.5m, area: 500 square meters]

EPA、EVA、ETU、HST

TD-LTE系统中主要的四种信道模型:扩展步行模型(Extended Pedestrian A model，EPA)、扩展车速模型(ExtendedVehicular A model，EVA)、扩展城市模型(Extended Typical Urbanmodel，ETU)以及高速铁路模型(High Speed Train scenario，HST)。

各种场景下的路径损耗

参考标准38901

信道的建模

Jakes模型

当多径效应的径数足够多时，瑞利衰落可以用接收信号的包络来进行模拟。在仿真时利用jakes模型构建单径小尺度衰落瑞利信道.

抽头时延线模型

Jakes模型通常用于生成单径小尺度衰落信道，而多径信道则可以采用延时抽头结构建模。每径信号可以建模为单径衰落，然后经过延时相加后，得到总的多径信道响应，下图表征抽头延时线模型。抽头延时线模型是针对时域单径信道的合并，而针对于时频二维衰落信道，则需进行时域到频域的变换，即对于某一固定时间，得到不同频率上的频域响应。

信道建模例子

依据LTE信道中小尺度衰落的参数，先利用Jakes模型构建不同信道模型的单径衰落，比如，在EPA SHz信道模型搭建时，构建7个单径的小尺度衰落;在EVA 70Hz信道模型搭建时，则需构建9个单径小尺度衰落。之后再利用抽头时延线模型进行延时相加后即能得到最终的LTE信道模型衰落矩阵。首先利用Jakes模型生成单径瑞利衰落信道，而对于EPA来说，七径构建需要进行七径信道的合并，这样再利用抽头延时线模型对之前生成的七径时域单径信道进行合并，之后进行时域到频域的变换，即对于某一固定时间，得到不同频率上的频域响应，搭建出最终的时频二维衰落信道。

理论上Jakes模型的自相关函数表征时域信号的自相关特性，标准Jake模型的一阶贝塞尔函数如图4-5所示，可以看到0点的自相关为1，随着自身延时的增大，自相关特性呈现波动下降趋势，直至趋近于0。曲线纵坐标第一次到达0点所对应的横坐标值是时间和多普勒频移的乘积，这即为该信道相干时间。 EPA, EVA等信道模型可以利用Jakes模型产生的多径合并瑞利信道从理论上应该近似为Jakes模型。

多普勒功率谱密度表征了在不同频率偏移上的功率强度分布情况。对EPA 5Hz信道模型进行多普勒功率谱密度仿真后，可以看到该多普勒功率谱密度近似于标准Clarke模型功率谱密度，即频率偏移大对应的功率谱密度值较大，频率偏移小对应的功率谱密度值较小，曲线呈现为Jakes `U’型功率谱。利用Jakes模型和抽头时延线模型搭建的多径小尺度衰落模型的多普勒功率谱密度、自相关特性等与标准情况相符。