角度色散

天津理工大学课程报告学院：计算机与通信工程学院专业：信息与通信工程课题：角度色散组员：杨贺齐嘉王思拨李青青田红苗目录1概述...............................................................................................................................................32多天线无线信道模型..................................................................................................................42.1无线信号在复杂环境中的传播........................................................................................42.2角度色散的各个参数........................................................................................................43.角度扩展.......................................................................................................................................53.1角度扩展简介.....................................................................................................................53.2角度功率谱.........................................................................................................................63.2.1.均匀分布..................................................................................................................63.2.2.截短高斯分布..........................................................................................................63.3.3.截短拉普拉斯分布..................................................................................................64相关距离.......................................................................................................................................71概述数字移动通信网无线信道的一个非常重要的传播特征就是多径传播环境结构所造成的电波入射角度色散。这种现象是移动台在随机游走过程中,由于周围随机分布的复杂建筑结构和随机变化的人为及自然环境使得经过等效反射路径到达接收机的电波入射角度随着移动速度而产生的其分布不断变化的任意扩散结果。因此角度色散信道是在多普勒效应的作用下伴随着频率色散而出现的,而对其信道特性进行研究的关键就是了解各种传播环境下的电波入射角分布结构。无线通信中移动台和基站周围的散射环境不同，使得多天线系统中不同位置的天线经历的衰落不同，从而产生了角度色散，即空间选择性衰落。与单天线的研究不同，在对多天线的研究过程中，不仅要了解无线信道的衰落、时延等变量的统计特性，还需了解有关角度的统计特性，如到达角度和离开角度等，正是这些角度引发了空间选择性衰落。角度扩展和相干距离是描述空间选择性衰落的两个主要参数。2多天线无线信道模型2.1无线信号在复杂环境中的传播在无线通信中，陆地移动信道的主要特征是多径传播。多径传播会引起能量的吸收，穿透以及电波的反射、散射和绕射等，如图2-1所示。与单天线的研究不同，在对多天线的研究过程中，不仅要了解无线信道的衰落、时延等变量的统计特性，还需要了解有关角度的统计特性，如到达角度和离开角度等，正是这些角度引发了空间选择性衰落。图2-1无线传播环境2.2角度色散的各个参数描述角度色散的两个重要参数为角度扩展及相关距离。而角度扩展与角度功率谱PAS有关。所谓PAS是信号功率谱密度在角度上的分布，研究表明，PAS一般为均匀分布，截断高斯分布和截断拉普拉斯分布。室外环境下，到达基站的电波都是在一个较窄的角度内分布，因此基站端的PAS主要取决于移动台周围的散射体分布。当散射体均匀分布在移动台四周时，基站的PAS呈现均匀分布；对于本地散射服从瑞利分布时，基站端的PAS服从截断高斯分布；进一步研究表明，由于截断拉普拉斯分布可以表示出可视径的尖峰和长长的拖尾，所以它比高斯分布能更好的反映出室外环境下基站的PAS。与角度功率谱相关的两个系数分别为到达角AOA及到达角的角度偏移AOA，如图2-2所示：图2-2BS端与MS端角度参数3.角度扩展3.1角度扩展简介角度扩展（AS，AzimuthSpread）是用来描述空间选择性衰落的重要参数，它与角度功率谱（PAS）)(p有关。散射角谱分布从宏观上描述了多径散射的分布特征，各种分布的重要参数是散射的角度扩展，它描述了散射的分散程度，在很大程度上决定了信号的可分离性，是十分重要的信道空间特征参数。有多种定义角度扩展的方式，常见的两种如下：a.角度扩展等于角度功率谱)(p的二阶中心矩的平方根，即002)()()(dpdp式中00)()(dpdpb.定义扩展角内的能量分布的标准差为角度扩展)(202式中，dp)(022，这里)(p是散射多径的功率方位角谱，0表示平均到达角或平均离开角。角度扩展描述了功率谱在空间上的色散程度，角度扩展在]360,0[之间分布。角度扩展越大，表明散射环境越强，信号在空间的色散度越高；相反，角度扩展越小，表明散射环境越弱，信号在空间的色散度越低。3.2角度功率谱无线信道中电波的传播具有很强的方向性。多径信号出射方向的角度（AOD）与到达方向的角度（AOA）在信道建模中常用AOD（AOA）概率分布函数来描述。在不同的模型与不同的环境中采用的描述方位角扩展的分布函数具有很大的差异，如表3-1所示。用来描述水平方位角角度扩展的函数有很多种，常用的连续型的概率密度函数分别为均匀分布、截短高斯分布、截短拉普拉斯分布等。表3-1不同环境下的PAS分布室外基站移动台宏小区截短拉普拉斯分布截短高斯分布均匀分布均匀分布微小区室内均匀分布3.2.1.均匀分布均匀分布角度谱是在MS端最常用的角度谱。均匀分布的概率密度函数为3.2.2.截短高斯分布截短高斯分布的概率密度为3.3.3.截短拉普拉斯分布截短拉普拉斯分布角度谱是在信道测量基础上对信道参数进行估计所得到的一种角度谱,表达式为拉普拉斯分布角度谱是一种具有很强方向胜的角度谱。通常在BS端,由于BS天线高于周围建筑物等散射体,因此多径信号的功率密度集中在以LOS为中心的小角度范围内,此时拉普拉斯分布角度谱能够很好的描述这种功率分布特性,是Bs端角度谱的典型分布截尾拉普拉斯分布是从测量中总结出的AOA分布，其概率密度函数为4相关距离与角度扩展相关的概念是相关距离D，定义为信道冲击响应维持不变(或一定相关度)的空间间隔的统计平均值。在相干距离间隔内，信号的幅度衰落相同，或相近，即两个到达信号有很强的幅度相关性。一般相干距离按角度扩展的倒数1D来计算。对于多天线接收来说，若天线间的距离大于相干距离，则其接收的信号衰落不同，称信道为空间选择性衰落信道，否则，若天线间的距离小于相干距离，即Dx，则其接收的信号衰落相同，称为非空间选择性衰落信道。