| 标题 | 室外无线通信信道测试及其传播特性分析 |
| 范文 | 李永成 王满喜 耿利飞 摘 要： 提出了某场区室外典型场景的无线信道测试方法及其信道传播特性，主要采用扩频滑动相关算法，对试验场区附近的办公楼外的2.4 GHz频段以及场区的低频段（1.5 GHz）和高频段（4 GHz）共2个场景、3个典型应用频段进行了实际测试，并通过离线的数据处理方式，给出了不同环境下对应不同通信应用频段的信道传播特征，旨在为今后该试验场区开展通信试验任务前的场景选址提供参考。 关键词： 无线信道测试； 扩频滑动相关算法； 信道传播特性； 数据处理 中图分类号： TN921?34； TP391.4 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）09?0026?04 0 引 言 2.4 GHz作为无线通信技术如无线局域网、无线接入系统、点对点或点对多点扩频通信系统等各类无线电台站的公用频段，已成为当前科技、工业等领域必不可少的通信频段[1?3]；而在某军用通信试验场区内，因为任务量的不断增多，经常多项试验任务并行，通信的频段有高有低，鉴于环境的复杂性，给出一个通信信道在不同频段的信道传播特征显得尤为重要，以便为今后的通信测试试验提供参考。 信道测量是研究无线信道传输特性的技术基础，通过对真实的无线信道进行测试，可以对信道进行更为深入的建模，从而对无线信道传输特性进行数值化的描述，为通信系统的性能评估提供量化的信道模型，也为今后的优化传输技术提供可靠的依据，以便找到更为先进的对抗信道或者利用信道的方法来提高无线通信的传输质量[4?6]。 本文主要采用扩频滑动相关测试方法，对当前办公楼附近区域的2.4 GHz频段以及试验场区的低频段（1.5 GHz）和高频段（4 GHz）进行了测试，并通过数据处理分析了3个典型场景下的信道传播特性。 1 测量系统 测试方法采用扩频滑动相关原理，即发射端发射PN序列，信号通过无线信道后被接收机接收，接收机同时采用一个相同的PN序列进行相关运算，基于PN序列良好的自相关特性，可以从噪声中分离出多径信息[7?10]。 发射端包括一个矢量信号发生器E8267D、一个功率放大器和一个喇叭天线。设置发射端的PN序列为PN11码，长为1 023 b，分别以不同的码片速率发送（对应不同的码片速率其时间分辨率不同，因此多径信息不同），信号首先采用经过升余弦（SRC）滤波，滚降系数设为0.35，然后上变频并放大到20 dBm经天线发射出去。 接收端包括一个矢量信号分析仪89600S，一个功率放大器（20 dBm）和一个喇叭天线。设置接收端的Span对应不同的码速率分别为30 MHz和33 MHz，接收信号经天线接收后滤波、放大、下变频至中频（IF），然后经数据采集卡采集，下变频为数字基带信号。接收端事先通过注入连接方式存储着与发射端相同的PN序列，以便进行后处理运算。 2 2.4 GHz频段城市场景下的信道测试及其传 播特性 某办公区新办公楼附近，应用在2.4 GHz频段的无线通信设备较多，因此对试验场区办公楼附近测试近距离小尺度效应，以分析其无线信道的链路质量。其测试场景分布如图1所示。 发射端位于图1中办公楼楼顶，高度为30 m；接收端位于新办公楼下距离办公楼70 m处。发射端的码速率依次设定为12.8 Mb/s，19.2 Mb/s，14.08 Mb/s，21.12 Mb/s，接收端的Span分别对应不同的码速率设定为30 MHz和33 MHz，测量结果如图2和图3所示。 经过计算得到码速率为21.12 Mb/s下的信道参数见表1。 [码速率 /（Mb/s）＼&多径数目＼&平均附加时延 /s＼&RMS扩展时延 /s＼&21.12＼&9＼&1.019 8e-005＼&1.264 8e-005＼&] 由上述数据处理结果可以看出，随着码速率的增大，多径的数目也在增加，这是因为码速率越高，其对应的时间分辨率越高，因此，可以分辨的多径越多。 3 某试验场区的信道测试及其传播特性 近年来，由于试验场区的通信测试试验较多，因此测试其信道小尺度效应，可为今后的天线测试和相关通信试验提供基础参考数据。该试验场区的测试场景分布如图4所示。 发射端与接收端的位置如图4所示，发射天线与接收天线朝向试验场区，同时向场区倾斜15°，接收端利用天线尾瓣接收主径信号，利用天线主瓣接收多径信号。 设置发射端采用BPSK调制方式，载波频率设定为1.5 GHz，PN序列为PN9码，码速率分别为12.8 Mb/s，19.2 Mb/s，14.08 Mb/s，21.12 Mb/s；接收端的Span分别对应不同的码速率设定为30 MHz和33 MHz，接收时间设为4 s，提取800个周期的数据进行累加平均后的处理结果如图5，图6所示。 [码速率 /（Mb/s）＼&多径数目＼&平均附加时延 /s＼&RMS扩展时延 /s＼&21.12＼&8＼&9.454 8e-007＼&2.724 5e-007＼&] 根据数据处理结果可以发现，相比于图3、图4的数据结果，经过累加平均后处理的时延功率谱可以有效抑制底噪的影响，使曲线更加平滑，相关峰更明显。 更换高频段天线，并将载波频率设为4 GHz，保持上述参数和收发设置不变，接收数据时间设为4 s，数据处理结果如图7，图8所示。 [码速率 /（Mb/s）＼&多径数目＼&平均附加时延 /s＼&RMS扩展时延 /s＼&21.12＼&7＼&9.154 2e-007＼&3.679 7e-007＼&] 通过上述数据处理结果可以看出，4 GHz频段的多径数量较1 GHz频段的多径数量多，这是因为频段低的情况下，电波在传输过程中更容易发生绕射和衍射，造成反射的电波数量减少，因此，多径的数量也相对较少。 4 总结与展望 本文给出了典型城市场景下，在办公楼附近和试验场区附近的室外无线信道的测试方法及其信道传播特性。利用伪随机序列的尖锐自相关特性，通过滑动相关算法可以得到延时功率谱，在此基础上，通过数据处理可以得到无线信道的各项特征参数，从而建立信道模型，为今后的试验场区中进行的通信试验提供理论及数据参考。 参考文献 [1] 王朕.无线通信系统的信道测量与建模关键技术研究[D].上海：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，2008. [2] 王永川，田庆民.宽带无线移动信道特性测量方法研究[J].军械工程学院学报，2008，20（5）：50?54. [3] 周希元，陈卫东，毕见鑫.通信系统仿真：建模、方法和技术[M].北京：国防工业出版社，2004. [4] 高林毅.室内宽带无线信道测量与建模技术研究[D].北京：北京交通大学，2011. [5] 王萍，勾天杭.室内走廊环境高频段宽带无线信道测量与建模[J].电波科学学报，2011，27（3）：496?500. [6] 徐松毅，姜韬.散射信道测量方法研究[J].无线电通信技术，2003，29（3）：5?7. [7] 张建华，盛楠，朱禹涛.信道测量与建模技术研究及其应用[J].通信技术与标准，2011（4）：37?41. [8] 陈迅轶，王萍，陈剑，等.一种微小区多径信道的测试方法[J].移动通信，2006（5）：89?92. [9] 陆建东.基于Matlab的无线信道传播特性分析[J].科技传播，2010（10）：193?196. [10] 隋占菊.散射信道特征参数测量技术[D].西安：西安电子科技大学，2009. 摘 要： 提出了某场区室外典型场景的无线信道测试方法及其信道传播特性，主要采用扩频滑动相关算法，对试验场区附近的办公楼外的2.4 GHz频段以及场区的低频段（1.5 GHz）和高频段（4 GHz）共2个场景、3个典型应用频段进行了实际测试，并通过离线的数据处理方式，给出了不同环境下对应不同通信应用频段的信道传播特征，旨在为今后该试验场区开展通信试验任务前的场景选址提供参考。 关键词： 无线信道测试； 扩频滑动相关算法； 信道传播特性； 数据处理 中图分类号： TN921?34； TP391.4 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）09?0026?04 0 引 言 2.4 GHz作为无线通信技术如无线局域网、无线接入系统、点对点或点对多点扩频通信系统等各类无线电台站的公用频段，已成为当前科技、工业等领域必不可少的通信频段[1?3]；而在某军用通信试验场区内，因为任务量的不断增多，经常多项试验任务并行，通信的频段有高有低，鉴于环境的复杂性，给出一个通信信道在不同频段的信道传播特征显得尤为重要，以便为今后的通信测试试验提供参考。 信道测量是研究无线信道传输特性的技术基础，通过对真实的无线信道进行测试，可以对信道进行更为深入的建模，从而对无线信道传输特性进行数值化的描述，为通信系统的性能评估提供量化的信道模型，也为今后的优化传输技术提供可靠的依据，以便找到更为先进的对抗信道或者利用信道的方法来提高无线通信的传输质量[4?6]。 本文主要采用扩频滑动相关测试方法，对当前办公楼附近区域的2.4 GHz频段以及试验场区的低频段（1.5 GHz）和高频段（4 GHz）进行了测试，并通过数据处理分析了3个典型场景下的信道传播特性。 1 测量系统 测试方法采用扩频滑动相关原理，即发射端发射PN序列，信号通过无线信道后被接收机接收，接收机同时采用一个相同的PN序列进行相关运算，基于PN序列良好的自相关特性，可以从噪声中分离出多径信息[7?10]。 发射端包括一个矢量信号发生器E8267D、一个功率放大器和一个喇叭天线。设置发射端的PN序列为PN11码，长为1 023 b，分别以不同的码片速率发送（对应不同的码片速率其时间分辨率不同，因此多径信息不同），信号首先采用经过升余弦（SRC）滤波，滚降系数设为0.35，然后上变频并放大到20 dBm经天线发射出去。 接收端包括一个矢量信号分析仪89600S，一个功率放大器（20 dBm）和一个喇叭天线。设置接收端的Span对应不同的码速率分别为30 MHz和33 MHz，接收信号经天线接收后滤波、放大、下变频至中频（IF），然后经数据采集卡采集，下变频为数字基带信号。接收端事先通过注入连接方式存储着与发射端相同的PN序列，以便进行后处理运算。 2 2.4 GHz频段城市场景下的信道测试及其传 播特性 某办公区新办公楼附近，应用在2.4 GHz频段的无线通信设备较多，因此对试验场区办公楼附近测试近距离小尺度效应，以分析其无线信道的链路质量。其测试场景分布如图1所示。 发射端位于图1中办公楼楼顶，高度为30 m；接收端位于新办公楼下距离办公楼70 m处。发射端的码速率依次设定为12.8 Mb/s，19.2 Mb/s，14.08 Mb/s，21.12 Mb/s，接收端的Span分别对应不同的码速率设定为30 MHz和33 MHz，测量结果如图2和图3所示。 经过计算得到码速率为21.12 Mb/s下的信道参数见表1。 [码速率 /（Mb/s）＼&多径数目＼&平均附加时延 /s＼&RMS扩展时延 /s＼&21.12＼&9＼&1.019 8e-005＼&1.264 8e-005＼&] 由上述数据处理结果可以看出，随着码速率的增大，多径的数目也在增加，这是因为码速率越高，其对应的时间分辨率越高，因此，可以分辨的多径越多。 3 某试验场区的信道测试及其传播特性 近年来，由于试验场区的通信测试试验较多，因此测试其信道小尺度效应，可为今后的天线测试和相关通信试验提供基础参考数据。该试验场区的测试场景分布如图4所示。 发射端与接收端的位置如图4所示，发射天线与接收天线朝向试验场区，同时向场区倾斜15°，接收端利用天线尾瓣接收主径信号，利用天线主瓣接收多径信号。 设置发射端采用BPSK调制方式，载波频率设定为1.5 GHz，PN序列为PN9码，码速率分别为12.8 Mb/s，19.2 Mb/s，14.08 Mb/s，21.12 Mb/s；接收端的Span分别对应不同的码速率设定为30 MHz和33 MHz，接收时间设为4 s，提取800个周期的数据进行累加平均后的处理结果如图5，图6所示。 [码速率 /（Mb/s）＼&多径数目＼&平均附加时延 /s＼&RMS扩展时延 /s＼&21.12＼&8＼&9.454 8e-007＼&2.724 5e-007＼&] 根据数据处理结果可以发现，相比于图3、图4的数据结果，经过累加平均后处理的时延功率谱可以有效抑制底噪的影响，使曲线更加平滑，相关峰更明显。 更换高频段天线，并将载波频率设为4 GHz，保持上述参数和收发设置不变，接收数据时间设为4 s，数据处理结果如图7，图8所示。 [码速率 /（Mb/s）＼&多径数目＼&平均附加时延 /s＼&RMS扩展时延 /s＼&21.12＼&7＼&9.154 2e-007＼&3.679 7e-007＼&] 通过上述数据处理结果可以看出，4 GHz频段的多径数量较1 GHz频段的多径数量多，这是因为频段低的情况下，电波在传输过程中更容易发生绕射和衍射，造成反射的电波数量减少，因此，多径的数量也相对较少。 4 总结与展望 本文给出了典型城市场景下，在办公楼附近和试验场区附近的室外无线信道的测试方法及其信道传播特性。利用伪随机序列的尖锐自相关特性，通过滑动相关算法可以得到延时功率谱，在此基础上，通过数据处理可以得到无线信道的各项特征参数，从而建立信道模型，为今后的试验场区中进行的通信试验提供理论及数据参考。 参考文献 [1] 王朕.无线通信系统的信道测量与建模关键技术研究[D].上海：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，2008. [2] 王永川，田庆民.宽带无线移动信道特性测量方法研究[J].军械工程学院学报，2008，20（5）：50?54. [3] 周希元，陈卫东，毕见鑫.通信系统仿真：建模、方法和技术[M].北京：国防工业出版社，2004. [4] 高林毅.室内宽带无线信道测量与建模技术研究[D].北京：北京交通大学，2011. [5] 王萍，勾天杭.室内走廊环境高频段宽带无线信道测量与建模[J].电波科学学报，2011，27（3）：496?500. [6] 徐松毅，姜韬.散射信道测量方法研究[J].无线电通信技术，2003，29（3）：5?7. [7] 张建华，盛楠，朱禹涛.信道测量与建模技术研究及其应用[J].通信技术与标准，2011（4）：37?41. [8] 陈迅轶，王萍，陈剑，等.一种微小区多径信道的测试方法[J].移动通信，2006（5）：89?92. [9] 陆建东.基于Matlab的无线信道传播特性分析[J].科技传播，2010（10）：193?196. [10] 隋占菊.散射信道特征参数测量技术[D].西安：西安电子科技大学，2009. 摘 要： 提出了某场区室外典型场景的无线信道测试方法及其信道传播特性，主要采用扩频滑动相关算法，对试验场区附近的办公楼外的2.4 GHz频段以及场区的低频段（1.5 GHz）和高频段（4 GHz）共2个场景、3个典型应用频段进行了实际测试，并通过离线的数据处理方式，给出了不同环境下对应不同通信应用频段的信道传播特征，旨在为今后该试验场区开展通信试验任务前的场景选址提供参考。 关键词： 无线信道测试； 扩频滑动相关算法； 信道传播特性； 数据处理 中图分类号： TN921?34； TP391.4 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）09?0026?04 0 引 言 2.4 GHz作为无线通信技术如无线局域网、无线接入系统、点对点或点对多点扩频通信系统等各类无线电台站的公用频段，已成为当前科技、工业等领域必不可少的通信频段[1?3]；而在某军用通信试验场区内，因为任务量的不断增多，经常多项试验任务并行，通信的频段有高有低，鉴于环境的复杂性，给出一个通信信道在不同频段的信道传播特征显得尤为重要，以便为今后的通信测试试验提供参考。 信道测量是研究无线信道传输特性的技术基础，通过对真实的无线信道进行测试，可以对信道进行更为深入的建模，从而对无线信道传输特性进行数值化的描述，为通信系统的性能评估提供量化的信道模型，也为今后的优化传输技术提供可靠的依据，以便找到更为先进的对抗信道或者利用信道的方法来提高无线通信的传输质量[4?6]。 本文主要采用扩频滑动相关测试方法，对当前办公楼附近区域的2.4 GHz频段以及试验场区的低频段（1.5 GHz）和高频段（4 GHz）进行了测试，并通过数据处理分析了3个典型场景下的信道传播特性。 1 测量系统 测试方法采用扩频滑动相关原理，即发射端发射PN序列，信号通过无线信道后被接收机接收，接收机同时采用一个相同的PN序列进行相关运算，基于PN序列良好的自相关特性，可以从噪声中分离出多径信息[7?10]。 发射端包括一个矢量信号发生器E8267D、一个功率放大器和一个喇叭天线。设置发射端的PN序列为PN11码，长为1 023 b，分别以不同的码片速率发送（对应不同的码片速率其时间分辨率不同，因此多径信息不同），信号首先采用经过升余弦（SRC）滤波，滚降系数设为0.35，然后上变频并放大到20 dBm经天线发射出去。 接收端包括一个矢量信号分析仪89600S，一个功率放大器（20 dBm）和一个喇叭天线。设置接收端的Span对应不同的码速率分别为30 MHz和33 MHz，接收信号经天线接收后滤波、放大、下变频至中频（IF），然后经数据采集卡采集，下变频为数字基带信号。接收端事先通过注入连接方式存储着与发射端相同的PN序列，以便进行后处理运算。 2 2.4 GHz频段城市场景下的信道测试及其传 播特性 某办公区新办公楼附近，应用在2.4 GHz频段的无线通信设备较多，因此对试验场区办公楼附近测试近距离小尺度效应，以分析其无线信道的链路质量。其测试场景分布如图1所示。 发射端位于图1中办公楼楼顶，高度为30 m；接收端位于新办公楼下距离办公楼70 m处。发射端的码速率依次设定为12.8 Mb/s，19.2 Mb/s，14.08 Mb/s，21.12 Mb/s，接收端的Span分别对应不同的码速率设定为30 MHz和33 MHz，测量结果如图2和图3所示。 经过计算得到码速率为21.12 Mb/s下的信道参数见表1。 [码速率 /（Mb/s）＼&多径数目＼&平均附加时延 /s＼&RMS扩展时延 /s＼&21.12＼&9＼&1.019 8e-005＼&1.264 8e-005＼&] 由上述数据处理结果可以看出，随着码速率的增大，多径的数目也在增加，这是因为码速率越高，其对应的时间分辨率越高，因此，可以分辨的多径越多。 3 某试验场区的信道测试及其传播特性 近年来，由于试验场区的通信测试试验较多，因此测试其信道小尺度效应，可为今后的天线测试和相关通信试验提供基础参考数据。该试验场区的测试场景分布如图4所示。 发射端与接收端的位置如图4所示，发射天线与接收天线朝向试验场区，同时向场区倾斜15°，接收端利用天线尾瓣接收主径信号，利用天线主瓣接收多径信号。 设置发射端采用BPSK调制方式，载波频率设定为1.5 GHz，PN序列为PN9码，码速率分别为12.8 Mb/s，19.2 Mb/s，14.08 Mb/s，21.12 Mb/s；接收端的Span分别对应不同的码速率设定为30 MHz和33 MHz，接收时间设为4 s，提取800个周期的数据进行累加平均后的处理结果如图5，图6所示。 [码速率 /（Mb/s）＼&多径数目＼&平均附加时延 /s＼&RMS扩展时延 /s＼&21.12＼&8＼&9.454 8e-007＼&2.724 5e-007＼&] 根据数据处理结果可以发现，相比于图3、图4的数据结果，经过累加平均后处理的时延功率谱可以有效抑制底噪的影响，使曲线更加平滑，相关峰更明显。 更换高频段天线，并将载波频率设为4 GHz，保持上述参数和收发设置不变，接收数据时间设为4 s，数据处理结果如图7，图8所示。 [码速率 /（Mb/s）＼&多径数目＼&平均附加时延 /s＼&RMS扩展时延 /s＼&21.12＼&7＼&9.154 2e-007＼&3.679 7e-007＼&] 通过上述数据处理结果可以看出，4 GHz频段的多径数量较1 GHz频段的多径数量多，这是因为频段低的情况下，电波在传输过程中更容易发生绕射和衍射，造成反射的电波数量减少，因此，多径的数量也相对较少。 4 总结与展望 本文给出了典型城市场景下，在办公楼附近和试验场区附近的室外无线信道的测试方法及其信道传播特性。利用伪随机序列的尖锐自相关特性，通过滑动相关算法可以得到延时功率谱，在此基础上，通过数据处理可以得到无线信道的各项特征参数，从而建立信道模型，为今后的试验场区中进行的通信试验提供理论及数据参考。 参考文献 [1] 王朕.无线通信系统的信道测量与建模关键技术研究[D].上海：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，2008. [2] 王永川，田庆民.宽带无线移动信道特性测量方法研究[J].军械工程学院学报，2008，20（5）：50?54. [3] 周希元，陈卫东，毕见鑫.通信系统仿真：建模、方法和技术[M].北京：国防工业出版社，2004. [4] 高林毅.室内宽带无线信道测量与建模技术研究[D].北京：北京交通大学，2011. [5] 王萍，勾天杭.室内走廊环境高频段宽带无线信道测量与建模[J].电波科学学报，2011，27（3）：496?500. [6] 徐松毅，姜韬.散射信道测量方法研究[J].无线电通信技术，2003，29（3）：5?7. [7] 张建华，盛楠，朱禹涛.信道测量与建模技术研究及其应用[J].通信技术与标准，2011（4）：37?41. [8] 陈迅轶，王萍，陈剑，等.一种微小区多径信道的测试方法[J].移动通信，2006（5）：89?92. [9] 陆建东.基于Matlab的无线信道传播特性分析[J].科技传播，2010（10）：193?196. [10] 隋占菊.散射信道特征参数测量技术[D].西安：西安电子科技大学，2009. |
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