移动通信中的无线信道“指纹”特征建模.docx

1 - 移动通信中的无线信道“指纹”特征建模 摘 要 无线信道与周围的环境密切相关，不同环境下的无线信道具有一些差异化的特征——“指纹”。一个场景或一定区域内的无线信道参数、特征等存在一定的差异性，对该差异性的研究有助于对特定的场景进行分析、区分不同的场景或区域，并且该差异性在无线网络的优化上具有着重要的意义。 由于已知的真实信道的测量数据中已叠加了加性复高斯白噪声，为了更精确地获取信道特征，本文利用了小波变换对原始数据进行了降噪处理。其次，已知的数据是信号通过了给定的滤波器g(k)后得到的结果，为了还原真实信道（场景）的“指纹”特征，本文对降噪后的数据进一步做了反卷积处理。 在无线信道“指纹”数据库的建立阶段，本文利用给定的真实信道的测量数据提取了平均时延τ，RMS时延στ 在“指纹”匹配阶段，本模型提取了新的样本数据中蕴含着的平均时延、RMS时延，以及数据间的相关性等参数特征，与“指纹”数据库中的特征参数做匹配。本文通过计算欧氏距离得到了测试数据与特定场景（区域）“指纹”特征参数的匹配程度。 通过本文所建立的模型和评价指标，能够明确地区分问题1中的3个不同场景；由本文的分析可知，问题2中的Test1ForScene的测量数据来自于场景3，Test2ForScene的测量数据来自于场景2；沿用问题1、2的建模方法，本文对问题3的150m的连续路段分成了8个区域，A区域(0,7.47]，B区域为(7.47,32.41]，C区域为(32.41,53.96]，D区域为(53.96,68.55]，E区域为(68.55,91.29]，F区域为(91.29,107.41]，G区域为(107.41,126.24]，H区域为(126.24,150]，单位：m。最后，本文根据问题3的区域划分情况，得到问题4的结果，SampleForTest1的真实信道测试数据来自与区域68.55m~91.29m，SampleForTest2的真实信道测试数据来自与区域7.47m~32.41m。 移动通信中的无线信道“指纹”特征建模 1 问题重述 在移动通信中，发送端和接收端之间通过电磁波来传输信号，我们可以想象两者之间有一些看不见的电磁通路，并把这些电磁通路称为无线信道。无线信道与周围的环境密切相关，不同环境下的无线信道具有一些差异化的特征。如何发现并提取这些特征并将其应用于优化无线网络，是当前的一个研究热点。类比人类指纹，我们将上述无线信道的差异化的特征称为无线信道“指纹”。无线信道“指纹”特征建模，就是在先验模型和测试数据的基础上，提取不同场景或不同区域内无线信道的差异化的特征，进而分析归纳出“指纹”的“数学模型”，并给出清晰准确的“数学描述”。 在高楼林立的市区，由于移动台天线的高度比周围的建筑物低很多，因此不存在从移动台到基站的单一视距传播，这样导致了衰落的产生。即使存在一条视距传播路径，由于地面与周围建筑物的反射，多径传播仍然存在。入射波从不同的方向传播到达，具有不同的传播时延。在空间中任一点的移动台所收到的信号都由许多平面波组成，它们具有随机分布的幅度、相位和入射角度。这些多径成分被接收机天线按向量合并，从而使接收信号产生衰落失真。即使移动接收机处于静止状态，接收信号也会由于无线信道环境中物体的运动而产生衰落。 小尺度衰落简称衰落，是指无线电信号在短时间或短距离传播后其幅度、相位或多径时延快速变化，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略不计。这种衰落是由于同一传输信号沿两个或多个路径传播，以微小的时间差到达接收机的信号互相干扰所引起。接收天线将它们合成一个幅度和相位都急剧变化的信号，其变化程度取决于多径的强度、相对传播时间及传播信号的带宽[1]。 图1 小尺度衰落与大尺度衰落 图2多径无线信道的事变离散冲击响应 （不同时刻下多径的条数、时延以及系数值都有可能发生变化）。 2 问题分析 城市环境下的移动通信无线信道主要指高楼密集区的无线通信信道，其覆盖范围仅为几百米甚至几十米。由于真实无线通信信道的特殊性，经验模型无法应用，给运营商在微蜂窝环境中的网络初期规划带来了困难[2][3]。 一个场景或一定区域内的无线信道参数、特征等存在一定的差异性，对该差异性的研究有助于对特定的场景进行分析、区分不同的场景或者区域，并且该差异性在无线网络的优化上具有着重要的意义，为运营商的网络规划带来更多的便利。 其次，一个场景或者一定区域内有多径数目、多径时延、时延扩展、Doppler扩展等无线信道参数，对于该类参数中的一个或者多个参数进行联合分析，有助于我们理解某一特定场景或者区域的特征，然后根据该类特征——“指纹”，对不同的场景进行区分。 进而，从不同场景的真实信道所得到的测量结果中提取的特征参数，在时域上，或者频域上表现出了不同的取值范围或者变化趋势，