室外無線通信信道測試及其傳播特性分析

李永成　王滿喜　耿利飛

摘 要： 提出了某場區室外典型場景的無線信道測試方法及其信道傳播特性，主要采用擴頻滑動相關算法，對試驗場區附近的辦公樓外的2.4 GHz頻段以及場區的低頻段（1.5 GHz）和高頻段（4 GHz）共2個場景、3個典型應用頻段進行了實際測試，并通過離線的數據處理方式，給出了不同環境下對應不同通信應用頻段的信道傳播特征，旨在為今后該試驗場區開展通信試驗任務前的場景選址提供參考。

關鍵詞： 無線信道測試； 擴頻滑動相關算法； 信道傳播特性； 數據處理

中圖分類號： TN921?34； TP391.4 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）09?0026?04

0 引 言

2.4 GHz作為無線通信技術如無線局域網、無線接入系統、點對點或點對多點擴頻通信系統等各類無線電臺站的公用頻段，已成為當前科技、工業等領域必不可少的通信頻段[1?3]；而在某軍用通信試驗場區內，因為任務量的不斷增多，經常多項試驗任務并行，通信的頻段有高有低，鑒于環境的復雜性，給出一個通信信道在不同頻段的信道傳播特征顯得尤為重要，以便為今后的通信測試試驗提供參考。

信道測量是研究無線信道傳輸特性的技術基礎，通過對真實的無線信道進行測試，可以對信道進行更為深入的建模，從而對無線信道傳輸特性進行數值化的描述，為通信系統的性能評估提供量化的信道模型，也為今后的優化傳輸技術提供可靠的依據，以便找到更為先進的對抗信道或者利用信道的方法來提高無線通信的傳輸質量[4?6]。

本文主要采用擴頻滑動相關測試方法，對當前辦公樓附近區域的2.4 GHz頻段以及試驗場區的低頻段（1.5 GHz）和高頻段（4 GHz）進行了測試，并通過數據處理分析了3個典型場景下的信道傳播特性。

1 測量系統

測試方法采用擴頻滑動相關原理，即發射端發射PN序列，信號通過無線信道后被接收機接收，接收機同時采用一個相同的PN序列進行相關運算，基于PN序列良好的自相關特性，可以從噪聲中分離出多徑信息[7?10]。

發射端包括一個矢量信號發生器E8267D、一個功率放大器和一個喇叭天線。設置發射端的PN序列為PN11碼，長為1 023 b，分別以不同的碼片速率發送（對應不同的碼片速率其時間分辨率不同，因此多徑信息不同），信號首先采用經過升余弦（SRC）濾波，滾降系數設為0.35，然后上變頻并放大到20 dBm經天線發射出去。

接收端包括一個矢量信號分析儀89600S，一個功率放大器（20 dBm）和一個喇叭天線。設置接收端的Span對應不同的碼速率分別為30 MHz和33 MHz，接收信號經天線接收后濾波、放大、下變頻至中頻（IF），然后經數據采集卡采集，下變頻為數字基帶信號。接收端事先通過注入連接方式存儲著與發射端相同的PN序列，以便進行后處理運算。

2 2.4 GHz頻段城市場景下的信道測試及其傳

播特性

某辦公區新辦公樓附近，應用在2.4 GHz頻段的無線通信設備較多，因此對試驗場區辦公樓附近測試近距離小尺度效應，以分析其無線信道的鏈路質量。其測試場景分布如圖1所示。

發射端位于圖1中辦公樓樓頂，高度為30 m；接收端位于新辦公樓下距離辦公樓70 m處。發射端的碼速率依次設定為12.8 Mb/s，19.2 Mb/s，14.08 Mb/s，21.12 Mb/s，接收端的Span分別對應不同的碼速率設定為30 MHz和33 MHz，測量結果如圖2和圖3所示。

經過計算得到碼速率為21.12 Mb/s下的信道參數見表1。

[碼速率 /（Mb/s）＼&多徑數目＼&平均附加時延 /s＼&RMS擴展時延 /s＼&21.12＼&9＼&1.019 8e-005＼&1.264 8e-005＼&]

由上述數據處理結果可以看出，隨著碼速率的增大，多徑的數目也在增加，這是因為碼速率越高，其對應的時間分辨率越高，因此，可以分辨的多徑越多。

3 某試驗場區的信道測試及其傳播特性

近年來，由于試驗場區的通信測試試驗較多，因此測試其信道小尺度效應，可為今后的天線測試和相關通信試驗提供基礎參考數據。該試驗場區的測試場景分布如圖4所示。

發射端與接收端的位置如圖4所示，發射天線與接收天線朝向試驗場區，同時向場區傾斜15°，接收端利用天線尾瓣接收主徑信號，利用天線主瓣接收多徑信號。

設置發射端采用BPSK調制方式，載波頻率設定為1.5 GHz，PN序列為PN9碼，碼速率分別為12.8 Mb/s，19.2 Mb/s，14.08 Mb/s，21.12 Mb/s；接收端的Span分別對應不同的碼速率設定為30 MHz和33 MHz，接收時間設為4 s，提取800個周期的數據進行累加平均后的處理結果如圖5，圖6所示。

[碼速率 /（Mb/s）＼&多徑數目＼&平均附加時延 /s＼&RMS擴展時延 /s＼&21.12＼&8＼&9.454 8e-007＼&2.724 5e-007＼&]

根據數據處理結果可以發現，相比于圖3、圖4的數據結果，經過累加平均后處理的時延功率譜可以有效抑制底噪的影響，使曲線更加平滑，相關峰更明顯。

更換高頻段天線，并將載波頻率設為4 GHz，保持上述參數和收發設置不變，接收數據時間設為4 s，數據處理結果如圖7，圖8所示。

[碼速率 /（Mb/s）＼&多徑數目＼&平均附加時延 /s＼&RMS擴展時延 /s＼&21.12＼&7＼&9.154 2e-007＼&3.679 7e-007＼&]

通過上述數據處理結果可以看出，4 GHz頻段的多徑數量較1 GHz頻段的多徑數量多，這是因為頻段低的情況下，電波在傳輸過程中更容易發生繞射和衍射，造成反射的電波數量減少，因此，多徑的數量也相對較少。

4 總結與展望

本文給出了典型城市場景下，在辦公樓附近和試驗場區附近的室外無線信道的測試方法及其信道傳播特性。利用偽隨機序列的尖銳自相關特性，通過滑動相關算法可以得到延時功率譜，在此基礎上，通過數據處理可以得到無線信道的各項特征參數，從而建立信道模型，為今后的試驗場區中進行的通信試驗提供理論及數據參考。

參考文獻

[1] 王朕.無線通信系統的信道測量與建模關鍵技術研究[D].上海：中國科學院上海微系統與信息技術研究所，2008.

[2] 王永川，田慶民.寬帶無線移動信道特性測量方法研究[J].軍械工程學院學報，2008，20（5）：50?54.

[3] 周希元，陳衛東，畢見鑫.通信系統仿真：建模、方法和技術[M].北京：國防工業出版社，2004.

[4] 高林毅.室內寬帶無線信道測量與建模技術研究[D].北京：北京交通大學，2011.

[5] 王萍，勾天杭.室內走廊環境高頻段寬帶無線信道測量與建模[J].電波科學學報，2011，27（3）：496?500.

[6] 徐松毅，姜韜.散射信道測量方法研究[J].無線電通信技術，2003，29（3）：5?7.

[7] 張建華，盛楠，朱禹濤.信道測量與建模技術研究及其應用[J].通信技術與標準，2011（4）：37?41.

[8] 陳迅軼，王萍，陳劍，等.一種微小區多徑信道的測試方法[J].移動通信，2006（5）：89?92.

[9] 陸建東.基于Matlab的無線信道傳播特性分析[J].科技傳播，2010（10）：193?196.

[10] 隋占菊.散射信道特征參數測量技術[D].西安：西安電子科技大學，2009.

摘 要： 提出了某場區室外典型場景的無線信道測試方法及其信道傳播特性，主要采用擴頻滑動相關算法，對試驗場區附近的辦公樓外的2.4 GHz頻段以及場區的低頻段（1.5 GHz）和高頻段（4 GHz）共2個場景、3個典型應用頻段進行了實際測試，并通過離線的數據處理方式，給出了不同環境下對應不同通信應用頻段的信道傳播特征，旨在為今后該試驗場區開展通信試驗任務前的場景選址提供參考。

關鍵詞： 無線信道測試； 擴頻滑動相關算法； 信道傳播特性； 數據處理

中圖分類號： TN921?34； TP391.4 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）09?0026?04

0 引 言

2.4 GHz作為無線通信技術如無線局域網、無線接入系統、點對點或點對多點擴頻通信系統等各類無線電臺站的公用頻段，已成為當前科技、工業等領域必不可少的通信頻段[1?3]；而在某軍用通信試驗場區內，因為任務量的不斷增多，經常多項試驗任務并行，通信的頻段有高有低，鑒于環境的復雜性，給出一個通信信道在不同頻段的信道傳播特征顯得尤為重要，以便為今后的通信測試試驗提供參考。

信道測量是研究無線信道傳輸特性的技術基礎，通過對真實的無線信道進行測試，可以對信道進行更為深入的建模，從而對無線信道傳輸特性進行數值化的描述，為通信系統的性能評估提供量化的信道模型，也為今后的優化傳輸技術提供可靠的依據，以便找到更為先進的對抗信道或者利用信道的方法來提高無線通信的傳輸質量[4?6]。

本文主要采用擴頻滑動相關測試方法，對當前辦公樓附近區域的2.4 GHz頻段以及試驗場區的低頻段（1.5 GHz）和高頻段（4 GHz）進行了測試，并通過數據處理分析了3個典型場景下的信道傳播特性。

1 測量系統

測試方法采用擴頻滑動相關原理，即發射端發射PN序列，信號通過無線信道后被接收機接收，接收機同時采用一個相同的PN序列進行相關運算，基于PN序列良好的自相關特性，可以從噪聲中分離出多徑信息[7?10]。

發射端包括一個矢量信號發生器E8267D、一個功率放大器和一個喇叭天線。設置發射端的PN序列為PN11碼，長為1 023 b，分別以不同的碼片速率發送（對應不同的碼片速率其時間分辨率不同，因此多徑信息不同），信號首先采用經過升余弦（SRC）濾波，滾降系數設為0.35，然后上變頻并放大到20 dBm經天線發射出去。

接收端包括一個矢量信號分析儀89600S，一個功率放大器（20 dBm）和一個喇叭天線。設置接收端的Span對應不同的碼速率分別為30 MHz和33 MHz，接收信號經天線接收后濾波、放大、下變頻至中頻（IF），然后經數據采集卡采集，下變頻為數字基帶信號。接收端事先通過注入連接方式存儲著與發射端相同的PN序列，以便進行后處理運算。

2 2.4 GHz頻段城市場景下的信道測試及其傳

播特性

某辦公區新辦公樓附近，應用在2.4 GHz頻段的無線通信設備較多，因此對試驗場區辦公樓附近測試近距離小尺度效應，以分析其無線信道的鏈路質量。其測試場景分布如圖1所示。

發射端位于圖1中辦公樓樓頂，高度為30 m；接收端位于新辦公樓下距離辦公樓70 m處。發射端的碼速率依次設定為12.8 Mb/s，19.2 Mb/s，14.08 Mb/s，21.12 Mb/s，接收端的Span分別對應不同的碼速率設定為30 MHz和33 MHz，測量結果如圖2和圖3所示。

經過計算得到碼速率為21.12 Mb/s下的信道參數見表1。

[碼速率 /（Mb/s）＼&多徑數目＼&平均附加時延 /s＼&RMS擴展時延 /s＼&21.12＼&9＼&1.019 8e-005＼&1.264 8e-005＼&]

由上述數據處理結果可以看出，隨著碼速率的增大，多徑的數目也在增加，這是因為碼速率越高，其對應的時間分辨率越高，因此，可以分辨的多徑越多。

3 某試驗場區的信道測試及其傳播特性

近年來，由于試驗場區的通信測試試驗較多，因此測試其信道小尺度效應，可為今后的天線測試和相關通信試驗提供基礎參考數據。該試驗場區的測試場景分布如圖4所示。

發射端與接收端的位置如圖4所示，發射天線與接收天線朝向試驗場區，同時向場區傾斜15°，接收端利用天線尾瓣接收主徑信號，利用天線主瓣接收多徑信號。

設置發射端采用BPSK調制方式，載波頻率設定為1.5 GHz，PN序列為PN9碼，碼速率分別為12.8 Mb/s，19.2 Mb/s，14.08 Mb/s，21.12 Mb/s；接收端的Span分別對應不同的碼速率設定為30 MHz和33 MHz，接收時間設為4 s，提取800個周期的數據進行累加平均后的處理結果如圖5，圖6所示。

[碼速率 /（Mb/s）＼&多徑數目＼&平均附加時延 /s＼&RMS擴展時延 /s＼&21.12＼&8＼&9.454 8e-007＼&2.724 5e-007＼&]

根據數據處理結果可以發現，相比于圖3、圖4的數據結果，經過累加平均后處理的時延功率譜可以有效抑制底噪的影響，使曲線更加平滑，相關峰更明顯。

更換高頻段天線，并將載波頻率設為4 GHz，保持上述參數和收發設置不變，接收數據時間設為4 s，數據處理結果如圖7，圖8所示。

[碼速率 /（Mb/s）＼&多徑數目＼&平均附加時延 /s＼&RMS擴展時延 /s＼&21.12＼&7＼&9.154 2e-007＼&3.679 7e-007＼&]

通過上述數據處理結果可以看出，4 GHz頻段的多徑數量較1 GHz頻段的多徑數量多，這是因為頻段低的情況下，電波在傳輸過程中更容易發生繞射和衍射，造成反射的電波數量減少，因此，多徑的數量也相對較少。

4 總結與展望

本文給出了典型城市場景下，在辦公樓附近和試驗場區附近的室外無線信道的測試方法及其信道傳播特性。利用偽隨機序列的尖銳自相關特性，通過滑動相關算法可以得到延時功率譜，在此基礎上，通過數據處理可以得到無線信道的各項特征參數，從而建立信道模型，為今后的試驗場區中進行的通信試驗提供理論及數據參考。

參考文獻

[1] 王朕.無線通信系統的信道測量與建模關鍵技術研究[D].上海：中國科學院上海微系統與信息技術研究所，2008.

[2] 王永川，田慶民.寬帶無線移動信道特性測量方法研究[J].軍械工程學院學報，2008，20（5）：50?54.

[3] 周希元，陳衛東，畢見鑫.通信系統仿真：建模、方法和技術[M].北京：國防工業出版社，2004.

[4] 高林毅.室內寬帶無線信道測量與建模技術研究[D].北京：北京交通大學，2011.

[5] 王萍，勾天杭.室內走廊環境高頻段寬帶無線信道測量與建模[J].電波科學學報，2011，27（3）：496?500.

[6] 徐松毅，姜韜.散射信道測量方法研究[J].無線電通信技術，2003，29（3）：5?7.

[7] 張建華，盛楠，朱禹濤.信道測量與建模技術研究及其應用[J].通信技術與標準，2011（4）：37?41.

[8] 陳迅軼，王萍，陳劍，等.一種微小區多徑信道的測試方法[J].移動通信，2006（5）：89?92.

[9] 陸建東.基于Matlab的無線信道傳播特性分析[J].科技傳播，2010（10）：193?196.

[10] 隋占菊.散射信道特征參數測量技術[D].西安：西安電子科技大學，2009.

摘 要： 提出了某場區室外典型場景的無線信道測試方法及其信道傳播特性，主要采用擴頻滑動相關算法，對試驗場區附近的辦公樓外的2.4 GHz頻段以及場區的低頻段（1.5 GHz）和高頻段（4 GHz）共2個場景、3個典型應用頻段進行了實際測試，并通過離線的數據處理方式，給出了不同環境下對應不同通信應用頻段的信道傳播特征，旨在為今后該試驗場區開展通信試驗任務前的場景選址提供參考。

關鍵詞： 無線信道測試； 擴頻滑動相關算法； 信道傳播特性； 數據處理

中圖分類號： TN921?34； TP391.4 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）09?0026?04

0 引 言

2.4 GHz作為無線通信技術如無線局域網、無線接入系統、點對點或點對多點擴頻通信系統等各類無線電臺站的公用頻段，已成為當前科技、工業等領域必不可少的通信頻段[1?3]；而在某軍用通信試驗場區內，因為任務量的不斷增多，經常多項試驗任務并行，通信的頻段有高有低，鑒于環境的復雜性，給出一個通信信道在不同頻段的信道傳播特征顯得尤為重要，以便為今后的通信測試試驗提供參考。

信道測量是研究無線信道傳輸特性的技術基礎，通過對真實的無線信道進行測試，可以對信道進行更為深入的建模，從而對無線信道傳輸特性進行數值化的描述，為通信系統的性能評估提供量化的信道模型，也為今后的優化傳輸技術提供可靠的依據，以便找到更為先進的對抗信道或者利用信道的方法來提高無線通信的傳輸質量[4?6]。

本文主要采用擴頻滑動相關測試方法，對當前辦公樓附近區域的2.4 GHz頻段以及試驗場區的低頻段（1.5 GHz）和高頻段（4 GHz）進行了測試，并通過數據處理分析了3個典型場景下的信道傳播特性。

1 測量系統

測試方法采用擴頻滑動相關原理，即發射端發射PN序列，信號通過無線信道后被接收機接收，接收機同時采用一個相同的PN序列進行相關運算，基于PN序列良好的自相關特性，可以從噪聲中分離出多徑信息[7?10]。

發射端包括一個矢量信號發生器E8267D、一個功率放大器和一個喇叭天線。設置發射端的PN序列為PN11碼，長為1 023 b，分別以不同的碼片速率發送（對應不同的碼片速率其時間分辨率不同，因此多徑信息不同），信號首先采用經過升余弦（SRC）濾波，滾降系數設為0.35，然后上變頻并放大到20 dBm經天線發射出去。

接收端包括一個矢量信號分析儀89600S，一個功率放大器（20 dBm）和一個喇叭天線。設置接收端的Span對應不同的碼速率分別為30 MHz和33 MHz，接收信號經天線接收后濾波、放大、下變頻至中頻（IF），然后經數據采集卡采集，下變頻為數字基帶信號。接收端事先通過注入連接方式存儲著與發射端相同的PN序列，以便進行后處理運算。

2 2.4 GHz頻段城市場景下的信道測試及其傳

播特性

某辦公區新辦公樓附近，應用在2.4 GHz頻段的無線通信設備較多，因此對試驗場區辦公樓附近測試近距離小尺度效應，以分析其無線信道的鏈路質量。其測試場景分布如圖1所示。

發射端位于圖1中辦公樓樓頂，高度為30 m；接收端位于新辦公樓下距離辦公樓70 m處。發射端的碼速率依次設定為12.8 Mb/s，19.2 Mb/s，14.08 Mb/s，21.12 Mb/s，接收端的Span分別對應不同的碼速率設定為30 MHz和33 MHz，測量結果如圖2和圖3所示。

經過計算得到碼速率為21.12 Mb/s下的信道參數見表1。

[碼速率 /（Mb/s）＼&多徑數目＼&平均附加時延 /s＼&RMS擴展時延 /s＼&21.12＼&9＼&1.019 8e-005＼&1.264 8e-005＼&]

由上述數據處理結果可以看出，隨著碼速率的增大，多徑的數目也在增加，這是因為碼速率越高，其對應的時間分辨率越高，因此，可以分辨的多徑越多。

3 某試驗場區的信道測試及其傳播特性

近年來，由于試驗場區的通信測試試驗較多，因此測試其信道小尺度效應，可為今后的天線測試和相關通信試驗提供基礎參考數據。該試驗場區的測試場景分布如圖4所示。

發射端與接收端的位置如圖4所示，發射天線與接收天線朝向試驗場區，同時向場區傾斜15°，接收端利用天線尾瓣接收主徑信號，利用天線主瓣接收多徑信號。

設置發射端采用BPSK調制方式，載波頻率設定為1.5 GHz，PN序列為PN9碼，碼速率分別為12.8 Mb/s，19.2 Mb/s，14.08 Mb/s，21.12 Mb/s；接收端的Span分別對應不同的碼速率設定為30 MHz和33 MHz，接收時間設為4 s，提取800個周期的數據進行累加平均后的處理結果如圖5，圖6所示。

[碼速率 /（Mb/s）＼&多徑數目＼&平均附加時延 /s＼&RMS擴展時延 /s＼&21.12＼&8＼&9.454 8e-007＼&2.724 5e-007＼&]

根據數據處理結果可以發現，相比于圖3、圖4的數據結果，經過累加平均后處理的時延功率譜可以有效抑制底噪的影響，使曲線更加平滑，相關峰更明顯。

更換高頻段天線，并將載波頻率設為4 GHz，保持上述參數和收發設置不變，接收數據時間設為4 s，數據處理結果如圖7，圖8所示。

[碼速率 /（Mb/s）＼&多徑數目＼&平均附加時延 /s＼&RMS擴展時延 /s＼&21.12＼&7＼&9.154 2e-007＼&3.679 7e-007＼&]

通過上述數據處理結果可以看出，4 GHz頻段的多徑數量較1 GHz頻段的多徑數量多，這是因為頻段低的情況下，電波在傳輸過程中更容易發生繞射和衍射，造成反射的電波數量減少，因此，多徑的數量也相對較少。

4 總結與展望

本文給出了典型城市場景下，在辦公樓附近和試驗場區附近的室外無線信道的測試方法及其信道傳播特性。利用偽隨機序列的尖銳自相關特性，通過滑動相關算法可以得到延時功率譜，在此基礎上，通過數據處理可以得到無線信道的各項特征參數，從而建立信道模型，為今后的試驗場區中進行的通信試驗提供理論及數據參考。

參考文獻

[1] 王朕.無線通信系統的信道測量與建模關鍵技術研究[D].上海：中國科學院上海微系統與信息技術研究所，2008.

[2] 王永川，田慶民.寬帶無線移動信道特性測量方法研究[J].軍械工程學院學報，2008，20（5）：50?54.

[3] 周希元，陳衛東，畢見鑫.通信系統仿真：建模、方法和技術[M].北京：國防工業出版社，2004.

[4] 高林毅.室內寬帶無線信道測量與建模技術研究[D].北京：北京交通大學，2011.

[5] 王萍，勾天杭.室內走廊環境高頻段寬帶無線信道測量與建模[J].電波科學學報，2011，27（3）：496?500.

[6] 徐松毅，姜韜.散射信道測量方法研究[J].無線電通信技術，2003，29（3）：5?7.

[7] 張建華，盛楠，朱禹濤.信道測量與建模技術研究及其應用[J].通信技術與標準，2011（4）：37?41.

[8] 陳迅軼，王萍，陳劍，等.一種微小區多徑信道的測試方法[J].移動通信，2006（5）：89?92.

[9] 陸建東.基于Matlab的無線信道傳播特性分析[J].科技傳播，2010（10）：193?196.

[10] 隋占菊.散射信道特征參數測量技術[D].西安：西安電子科技大學，2009.