模拟无线系统的信道模型

信道模型是无线信号通过其传播的通信信道效果的数学表示。信道模型可以表示信号在无线介质中传播时产生的功率损耗。在更一般的情况下,信道模型是tim中信道介质的脉冲响应e域或其频域傅里叶变换。无线通信系统的信道冲激响应通常随时间随机变化。

通过在MATLAB中使用信道模型进行无线系统设计®和Sim金宝appulink®,您可以优化链路性能,执行系统架构权衡,并提供对总体系统性能的真实评估。

渠道模型可分为四类:

  1. 路径损耗
  2. 纯随机
  3. 空间的
  4. 射线追踪

路径损耗

路径损耗信道模型表示传输信号通过无线介质时的功率降低。它们不对信号执行任何滤波。这些信道模型基于信号通过的介质,如自由空间、雨、雾或气体。您可以使用fspl函数计算通信链路的自由空间路径损耗。

纯随机

纯随机信道模型处理热噪声产生和多径衰落信道。它们不需要对正在建模的链接的几何图形有任何了解。加性高斯白噪声(AWGN)信道模拟接收机前端的电子噪声。这种噪声在频谱上是平坦的,其振幅遵循高斯pdf。您可以使用通信工具箱™awgn函数模拟将此噪声添加到信号中。

多径衰落信道表现出延迟扩展,其中发送信号的多个副本到达接收机。这些副本通常相对于原始副本进行衰减和相移。该通道可以用脉冲响应建模。下图显示了代表性脉冲响应的MATLAB时域图。

MATLAB脉冲响应图。

信道的延迟扩展是具有显著能量的第一个和最后一个多径分量之间的持续时间。如果延迟扩展的倒数远大于信号带宽,则衰落称为频率平坦。如果倒数等于或小于信号带宽,则衰落称为频率选择性衰落。下面的MATLAB图显示了具有上述脉冲响应的频率选择性信道的响应。

频率选择性通道频率响应。

空间的

现代无线系统通常使用波束形成将能量引导至所需接收器并远离干扰源。波束形成要求收发器使用天线阵列,从而产生多输入多输出(MIMO)系统。空间信道模型是为了更好地表示MIMO链路而开发的,因为先前开发的信道模型没有考虑阵列几何结构和阵列响应。顾名思义,这些信道模型能够预测无线系统中信号的出发角(AoD)和到达角(AoA)。这些模型通常定义将传输信号反射到接收器的散射体。下图描绘了这些散射体,也称为簇,有两个圆。

发射器和接收器之间的散射体。

这个WINNER II渠道模型是一种这样的空间信道模型(SCM),它利用集群延迟线(CDL)对单个链路和多链路系统进行建模。

射线追踪

如果空间通道模型没有明确指定散射体的位置,则光线跟踪通道模型会这样做。它们使用精确的建筑位置信息生成室外通道模型,使用精确的房间信息生成室内模型。光线跟踪分析的一个输出是脉冲响应,可用于过滤输入信号。

下图显示了实际城市环境中发射机和接收机之间的典型点对点分析,由通信工具箱生成光线追迹作用

城市点对点分析。

为什么渠道模式很重要?

  • 它们对于预测单用户场景中的链路性能(例如BER)至关重要。
  • 它们对于预测多用户场景中的系统性能(例如吞吐量、延迟)至关重要。
  • 它们减少了对昂贵的信道测量项目的需求。

通信工具箱,5G工具箱™,无线局域网工具箱™,LTE工具箱™相控阵系统工具箱™为通用和基于标准的应用程序提供上述所有类别的众多通道模型。



软件参考

路径损耗

纯随机

空间的

射线追踪

另见:无线通信,正交频分复用,大规模MIMO,射频系统,5G无线技术,5G工具箱,LTE工具箱,无线局域网工具箱,通信工具箱,相控阵系统工具箱