论文研究-宏蜂窝环境下远距离散射的统计信道模型.pdf

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针对在郊区或多山的传播环境中,因山脉或大的建筑群而引起传播信号散射形成的基站和移动台都不在散射区域内的远距离散射信道模型,研究了其统计几何信道传播模型,推导了到达时间/到达角联合概率密度函数、到达时间边缘概率密度函数,发射端离开角与接收端到达角边缘概率密度函数的解析表达式,并通过仿真给出了概率密度函数与信道特性参数之间的关系,概率密度函数的推导为远距离散射信道模型空间特性的分析提供了参考。
1242012,48(26) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 max 则基于BS的TOA概率密度函数为 12-k2-2-2+D2-20-)2cos(+acin(Rd) f()= f.0(,6)d,rmin≤≤n 同理可得最小的AOA值时的TOA值 0,其他 n (D--[C(D+r'C-2DIc coS 0,)c d 8 4IR(D cos 0,tc min - T max R+D--2D(d-R)cos(0,-arcsin(rid) ,其他 则当z为区间[m,c-]内的某定一值时,存在一以对上式利用如下的积分变量代换 MS和BS为焦点,长半轴和短半轴分别为a和b的椭 t=tan 1水sin_2t,dOn=2dt 圆,其中; 1+t (12)可得到TOA的边象慨率密度函数与模型参数尺和D b=J(cx)2-D2/2 (13)有关: 这个椭圆的边界与散射圆最多交于两点,则可 an a, arctan(tan + 求出的积分区间为这两个交点与极轴的夹角,如 (tan a 图2中所示的6和O2,对于某一确定的时间延迟τ, 由图2中三点BS,散射圆心P和散射点S组成的三角 tan a, arctan(tan 形和式(2)有如下关系式成立 f(c) (an2)2+a2)2 (18) 2(D coS 6,-Ic) (D cos 6d-tc) cos(O-9,)=R2(14) 整理式(14)有 (tan)+ (tan + (b2+d2)y4+(2cb+2de)3+(2ab+c2-d2+e2)y2+ (2uc4-2de)y+a2-e2=0 (15) 0,其他 其中: D4+ 其中 2D 4R D b=(4d2D2-4Dd cos 0+4 c Dd. COs0-4R'D') 4兀R√tc2-D 4兀R2(D+c c=( (8d, DIc+4D cd, cos 8,-4r'c'd, cos B,+8R Drc) (D-IcC D Te-D d=(-4D'd, sin 8,+4r c Dd, sin g,) 2TR (D+tC TC+D e=(4Dtcd, sin 8 -4rc'd sin (4)基于MS的AOD边缘概率密度函数 v=cos日 利用发射端离开角AOD,以MS为极点,以X轴 利费拉里( Ferrari l.)的四次方程解法,可以负方向为极轴方向,散射点的极坐标为(r,),有 得方程(15)的根,满足如下关系式的两个根为交点 IC-I +D'-2rD cos(e) (19) 处的角度值,记为61= arcos1,O2= arcos2有 对式(19)两边平方可解出r为 cos 6.,<v,<v<cos a (16) 2(Dcos 6-tc) (20 因此在直角坐标系中以MS为原点则散射点又 可表示为: As=rcos( coso 2(D cos B.-Ic) F910,)4 7smn、(D2-tc)sin6 (22) MS 2(Dcos B -Ic) 同理若散射分布/(x,y)已知,且(x,y)和(,O) 之间的关系式已知,利用(x,y和(x,O)之间的雅可 图2散射圆与特定延退τ椭圆的交点 比转换则联合 TOA/AOD概率密度函数f0(z,O,)为 郭丽梅,年晓红:宏蜂窝环境下远距离散射的统计信道模型 2012,48(26)125 式(9)和式(27)的基于BS的AOA边缘概率密度 1.(x)(x,C 函数和基于MS的AOD边缘概率密度函数分别如图4 和图5所示,两图中散射圆半径分别为600m,680m, 6600 760m,图4和图5是散射半径与BS与MS之间的距 (1c∠2+x2-2 Drc cos(23)离之比的条件下的慨率密度函数做了对比仿真,从 4TR(D cos 8-Ic 图4和图5中可以看出AOA和DOA的分布依赖丁 AOD概率密度函数可以通过联合密度函数D/R的值和波束宽度,DR越小概率密度函数峰值越 fn(r,6,)对的r在积分区间(r)积分求得,其中小,滚降衰减越快,波束宽度越宽,概率密度函数的 r2为r与散射圆盘的两个交点,在极坐标系中考虑峰值也越小。式(18)的基于BS的TOA边缘概率密 角形△(MS,S,P),利用三解函数关系式有: 度函数如图6所示,其概率密度函数的分布也与散射 r2+d2-2rd, cos(0.-0M=R (24)模型参数R和D有关。远距离散射模型的联合和边 解方程(24)得到r1,r2为: 缘概率密度函数的推导有利于对无线通信系统的性 ,2=4cos9,-OMn)±R2-dsn(,-m)(25)能仿真分析,可用来分析系统的功率延迟角度剖面, 对给定的D、R来比较分析其圆散射圆心量化分析角 式(25)中n2取正号,n取负号,即有2≥r1,联合概度扩散和传播延迟扩散。 率密度函数0(,)可以通过已知f,(x。y)并 0.06 利用(x,y)和(r,O)之间的雅可比转换得到 0.05 0.04 1.0(,O)=1(x,y,).a R/D=0.15 C0.c0 =rcos 6 蜜 0.02 RD=0.17 y=rsin 6 一R/D=0.19 ,(rcos日,dsn日) (26) 0.01 因此基于MS的AOD边缘概率密度函数为 10 30 f,.(T,)d dd AOA(°) f(2)= R 图4基于BS的AOA边缘概率密度函数 其他 0.025 2d, cos(0, - M)/R2-d sin(e,-6 0.020 丌R pM- rcsin≤.≤n+ arcsin R (27) 出0015 R/=0.15 0,其他 0010 R/D=0.17 R/D=0.19 0.005 3仿真结果 仿真过程中假设MS与BS之间的距离为4km,散 010203040 070 AOD/(°) 射圆盘园心为位于(x=3000y=800)(单位:m), 图5堪于MS的AOD边缘概率密度两数 式(5)联合 TOALAOA概率密度函数如图3所示,这里 圆半径为600m。 40×103 104 R=0.15 3.0 0 8000 7500 80 7000 40 1.30 1401451.501.551.601.65 到达时间/ 60000 到达角/(℃) TOA/s 图3 TOA/AOA联合概率密度数 图6基于BS的TOA边缘概率密度两数 1262012,48(26) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 结束语 propagation environment[J]IEEE Trans on Vehicular 在无线通信系统中,要提出有效的无线通信技 Technology,2006,55(4):1081-1093 术,必须了解无线信道的特性,而无线信道的特性及 [7 Janaswamy R Angle and time of arrival statistics for 其参数又与无线通信系统的应用环境息息相关,不 the Gaussian scatter density model[JJIEEE Trans on 同的电波传播环境以及不同的通信系统会有不同的 Wireless Commn, 2002. 1(3): 488-497 [8 Galavi G, Covarrubias D, Andrade A G, et al.Evalua- 信道特性。对山区或郊区多建筑群产生的远离BS和 tion of a multi cluster gaussian scatterer distribution MS的远距离散射模型进行了研究,推导出了联合 channel model[] IEICE Transactions on Communica- TOA/AOA概率密度函数、TOA,AOA和AOD边缘概 tions,2012,E95B(1):296-299 率密度函数,为远距离散射信道模型的传播特性的[9] Jiang L, Tan s Y Geometrically based statistical channel 研究提供了基础。 models for outdoor and indoor propagation environments[J] IEEE Trans on veh technol.2007.56.3586-3593 参考文献: [10 Le K N On angle-of-arrival and time-of-arrival statistics [1 Khan n M, Simsim M T, Rapajic p Ba generalized of geometric scattering channels[J]. 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