基于多徑成型因子理論的無線信道建模研究

摘 要：介紹了小尺度衰落無線信道多徑成型因子理論的概念及其簡潔的信道描述，同時給出經典無線信道建模的缺陷，即假設信道的多徑波在各方向上均勻分布，并由此提出利用成型因子的定義基礎——多徑波的角度分布來建模，在此基礎上利用多徑成型因子來衡量所建模型的特性，并給出示例，分析發現其具有簡潔且涵蓋經典模型的優點，為無線信道的建模提供了一種方法。

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關鍵詞：多徑成型因子;無線信道建模;功率的角度分布;無線信道模型;角擴展;角收縮;最大衰落方位角方向

中圖分類號：TN9112 文獻標識碼：A

文章編號：1004373X(2008)0102102

Research on Modeling for Wireless Channel Based on Multipath Shaped Factor

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LI Xinlin，LIU Shengchun

(School ofInformation，Yan′an University，Yan′an，716000，China)

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Abstract：This paper introduces the theory of multipath shaped factor for small scale fading wireless channels， and simply describes the communication channels. Still it interprets the disadvantages (that multipath waves are assumed to arrive at the receiver with equal power from horizon in every possible direction.) about the traditional wireless channel modeling in communication， because of which a new modeling idea basis is put forward:the angular distribution of multipath power，and then describe the model character with three multipath shape factor. At the end of this paper， an specific example is used to prove the new wireless channel modeling owing all the virtues prior besides more simply characters. so it is an effective method in wireless channel modeling.

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Keywords：multipath shaped factor;modeling the small[CD*2]scale wireless channel;angular distribution of multipath power;wireless channel model;angular spread;angular constriction;azimuthal direction of maximum fading

多徑成型因子理論通過定義三個成型因子(角擴展、角收縮和最大衰落方位角方向)來表述小尺度無線衰落多徑信道，其對物理意義有直觀的幾何解釋和對信道的簡潔精確描述使問題的分析非常簡單明了。反之，用功率分布來為無線信道建模，以三個成型因子來衡量信道的特征，亦極為簡潔。

1 多徑成型因子的概念

多徑成型因子^[1]的定義來源于多徑功率的角度分布p(θ)，具體而言是由p(θ)的第n個復傅里葉系數定義的：



1.1 角擴展(Λ)

(1) 角擴展的物理意義是衡量多徑功率集中在一個到達角的程度。定義為：

(2) 角擴展Λ的變化范圍是0~1，且有：Λ＝1代表接收功率的分布沒有明顯的差別，即均勻分布；Λ＝0代表只有一個方向的多徑成份(區別其他形式的角擴展定義)。

1.2 角收縮(γ)

(1) 角收縮的物理意義是衡量多徑功率集中在兩個方位角方向的程度，定義為：

2 利用多徑成型因子構造信道模型

小尺度衰落信道的描述中，其一階統計特征主要通過概率譜密度函數(PDF)來描述，二階統計特征主要通過功率譜密度(PSD)、電平通過率和平均衰落持續時間來描述，現在的研究表明：二階統計特征在很大程度上依賴接受多徑的到達角。傳統的研究是使用全向的方位角模型，即：認為多徑波到達時在各個方向上的功率都是相等的，而事實的實驗測量表明：到達本地區域的多徑情況與全向傳播的假設相差較大^[2]，即：多徑波的能量分布很難做到均勻分配。而利用多徑成型因子理論則可以由多徑功率的角度分布p(θ)來建模^[1，3]。

2.1 扇區模型

如果假設在一定的方位角范圍內，到達的多徑波功率是連續且均勻的，則可將其功率的角度分布構造為：



當K很小時，Λ1，γ0，此時信道近似為全向信道。隨著K的增大，角擴展下降，而角收縮卻在增加。另外，當K趨于－∞時，萊斯(Rice)信道蛻變為瑞利(Rayleigh)信道模型^[3]。

在實際中，如果根據實際的地形，建筑物的分布及工程經驗能構造出功率的角度分布，由上分析可知該信道的特性將可以由三個成型因子簡潔地描述出來，而且可進一步把二階統計特性簡潔描述出來。

3 結 語

本文就無線信道的小尺度衰落的成型因子理論做了基本介紹，提出用信道的功率分布來建模，通過成型因子來表明信道的特性，并且通過Matlab的處理給出圖線關系圖，將信道的特性簡潔明了地體現出來。在無線信道的建模方法上給出一種新思路。

參 考 文 獻

［1］Durgin G D，Rappaport T S.TheoryofMultipath Shape Factor for Small-Scale Fading Wireless Channel[J].IEEE Transaction on Antennas and Propagation，2000，48(5):682-693.

［2］Coulson A J，Willianmson A G，Vaughan R G.A Statistical Basis for Log-Normal Shadowing Effects in Multipath Fading Channels[J].IEEE Transaction on Communications，1998，46(4):494-502.

［3］[美]Theodore S，Rappapport.無線通信原理與應用[M].周文安，付秀花，王志輝，譯.北京:電子工業出版社，2006.

作者簡介 李新林 男，延安大學信息學院在讀研究生。主要研究方向為電磁信號檢測與處理。

劉生春 男，延安大學信息學院教授，博士，碩士生導師。主要從事電磁逆散射等教學研究。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”