小尺度衰落信道中的瑞利衰落和萊斯衰落建模.ppt

1、小尺度衰落信道中的瑞利衰落和萊斯衰落建模,張羽翔,目錄,小尺度衰落信道簡介 瑞利分布及萊斯分布簡介 瑞利衰落信道仿真 萊斯衰落信道仿真 多徑信道模型的例子：Clarke/Gans模型 總結,小尺度衰落信道簡介,所謂小尺度(Small-Scale)是描述短距離(幾個波長)或短時間(秒級)內(nèi)接收信號強度快速變化的；而移動無線信道的主要特征是多徑，由于這些多徑使得這些接收信號的幅度急劇變化，產(chǎn)生了衰落。,小尺度衰落信道簡介,多徑包括以下視距路徑和非視距路徑兩種： （1）視距路徑(LOS)：收發(fā)之間的直接路徑。 （2）非視距路徑(NLOS)：經(jīng)過反射到達的路徑。 圖1 LOS和NLOS示意圖,小尺度衰

2、落信道簡介,經(jīng)過大量散射分量的多徑信道后(窄帶平穩(wěn)高斯過程)，接收信號的幅度包絡服從瑞利分布，相位服從均勻分布。此外，如果有一部分散射分量明顯強于其他分量（窄帶平穩(wěn)過程疊加隨相正弦信號），則包絡服從萊斯分布。,瑞利分布及萊斯分布簡介,瑞利分布是最常見的用于描述平坦衰落信號接收包絡或獨立多徑分量接受包絡統(tǒng)計時變特性的一種分布類型。兩個正交高斯噪聲信號之和的包絡服從瑞利分布。 瑞利分布的概率密度函數(shù)：,瑞利分布及萊斯分布簡介,不同值對瑞利分布PDF的影響 -隨著的增大，瑞利分布的PDF趨 于平坦，峰值位置改變。 圖2.不同下的瑞利概率密度分布函數(shù),瑞利分布及萊斯分布簡介,在隨機過程里，正弦信號加窄

3、帶高斯隨機信號的包絡服從萊斯分布。萊斯分布也稱作廣義瑞利分布。萊斯分布實際上可以理解為主信號與服從瑞利分布的多徑信號分量的和。 萊斯分布的概率密度函數(shù)：,瑞利分布及萊斯分布簡介,不同值對萊斯分布PDF的影響 -隨著的增大，萊斯分布的PDF趨 于平坦，峰值位置不變。 圖3.萊斯分布的概率密度函數(shù)(A=3),瑞利分布及萊斯分布簡介,不同A值對萊斯分布PDF的影響 -隨著A的增大，萊斯分布的PDF趨 于平坦，峰值位置改變。 圖4.萊斯分布的概率密度函數(shù)(=1),瑞利衰落信道仿真,在不存在LOS的環(huán)境中，無線信道可以由一個復高斯隨機變量W1+jW2，其中，W1、W2是均值為0，方差為1的獨立同分布高斯

4、隨機變量，其幅度為X=sqrt(W12+W22)。,瑞利衰落信道仿真,通過MATLAB內(nèi)建函數(shù)randn產(chǎn)生均值為0，方差為1的兩個高斯隨機變量W1、W2，瑞利隨機變量X為 X=*sqrt(W12+W22),瑞利衰落信道仿真,輸入 信道實現(xiàn)數(shù)N，散射徑功率2,產(chǎn)生 1個長度為N的高斯隨機向量 和1個長度為N的復高斯隨機向量，并相加,將該向量乘以 再除以向量長度，得到單位向量f，輸出,瑞利衰落信道仿真,通過該函數(shù)繪制的瑞利信道 概率密度分布圖 （L=20000、2=1） 圖5.仿真的瑞利分布的概率密度函數(shù)(=1),萊斯衰落信道仿真,存在強路徑的LOS環(huán)境中，強路徑不會有任何損耗，因此接收信號的幅

5、度可以表示為： X=A+W1+jW2 在NLOS環(huán)境下,A=0(K=0),萊斯分布退化為瑞利分布。,萊斯衰落信道仿真,輸入 信道實現(xiàn)數(shù)N，散射徑功率2 萊斯因子dBK_dB,將萊斯因子dBK_dB轉化為萊斯因子K,根據(jù)瑞利隨機變量與萊斯隨機變量的關系，得到萊斯向量f，輸出,萊斯衰落信道仿真建模,通過該函數(shù)繪制的萊斯信道 概率密度分布(PDF) 從圖中可以看出，當K小于-40dB 時，可以認為是瑞利信道環(huán)境， 當K大于10dB時，可以認為是高 斯信道環(huán)境。 圖6.仿真的萊斯分布的概率密度函數(shù)(=1),萊斯衰落信道仿真,腳本代碼如下,萊斯衰落信道仿真,當然，也可以使用MATLAB自帶的raylrn

6、d或者random函數(shù)產(chǎn)生服從瑞利分布或萊斯分布的隨機變量。 raylrnd(,m,n) random(rayl,m,n) random(rician,A,m,n),FWGN信道模型,室外信道的主要特點書由控制信道增益隨時間變化的多普勒譜來描述，可以通過濾波后的高斯白噪聲(FWGN)模型實現(xiàn)不同類型的多普勒譜。,Clarke/Gans模型,Clarke/Gans模型是一種基本的FWGN模型，是在以下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，每一分量的功率都相等。,Clarke/Gans模型框圖,圖7.Clarke/Gans模型的框圖,Clarke/Gans模型,圖8.Clarke

7、/Gans模型產(chǎn)生的時變信道,其他多徑模型,FWGN模型還包括改進頻域FWGN模型以及時域FWGN模型。 其他多徑模型還有：Jakes模型、基于射線信道模型、頻率選擇性衰落信道模型和SUI(斯坦福大學過渡)信道模型。,總結,總的來說，無論室內(nèi)或室外信道，任何無線信道的傳播環(huán)境都服從LOS(窄帶高斯過程疊加正弦信號)或NLOS(窄帶高斯過程)，從前文可知，這些環(huán)境的接收信號幅度(包絡)服從于瑞利分布或萊斯分布。通過仿真可以發(fā)現(xiàn)，當萊斯K因子小于-40dB時，可以認為是瑞利信道環(huán)境，當K大于10dB時，可以認為是高斯信道環(huán)境。最后，介紹了作為多徑信道模型特例的Clarke/Gans模型，該模型中，信道幅度符合瑞利分布，相位符合均勻分布。,參考文獻,1趙勇洙等MIMO-OFDM無線通信技術及MATLAB實現(xiàn)電子工業(yè)出版社.2012.4 2楊大成等移動傳播環(huán)境機械工業(yè)出版社2003,8 3郭文斌等通信原理-基于MATLAB的計算機仿真.北京郵電大學出版社2006.6