MIMO信道模型分析﹡

散，可造成码间干扰，由时延扩展 st 表征：
st = E(t 2 ) - (t )2 ，
(1)
式中，
å P(t k )t k
å t = k
，
P(t k )
(2)
k
å P(t
k
)t
2 k
å E(t 2 ) = k
，
P(t k )
(3)
k
式中，t k 为时延， P(t k ) 为在时延点t k 上多径衰落
×
[
vt
×
cos(Dq l
)
×
2π]}
，
(12)
通过以上信道特性的各种组合，可获取信道冲激响
应的表达式，详见文献[7]。
l
vt cos(Dq ) l
Dq
d = vt v
t = t2 - t1
图 2 相对位移分析
2 SCM 信道建模过程
根据文献[7]，SCM 建模流程可如下设置： 1)在郊区宏小区、市区宏小区、市区微小区中 选择信道环境。 2)根据信道环境获取相关信道系数。 3)根据文献[7]生成单极化信道系数 信道的环境参数和系统参数描述的是信道的宏 观特性，在整个仿真过程中是不变的。以上仿真流 程应用在系统级仿真中，有时，为了简化模型的复
境散射体和天线分布的几何假设，利用叠加射线（电 磁波）方法得到信道响应表达式,其通用性强，并得 到较为广泛应用。基于脉冲响应、射线跟踪、参数 化和相关法的信道模型应用限制较多，大多在特定 的环境中使用，对于此类模型的研究相对较少。
在全球标准制定者的带领下，一些基于几何分布 统计的信道模型被标准化，其中 3GPP 的 SCM 和演 进 的 SCME 模 型 ， WINNER 的 WINNERⅠ 和 WINNERⅡ模型得到学者的较多推广。在这些模型 中，早期的 SCM 模型较为基础，有重要仿真分析 价值。
杂度退变成抽头延迟线模型，具体可参考文献[7]。 信道建模流程如图 3 所示。
仿真环境选取： 1.郊区宏小区 2.市区宏小区 3.市区微小区
获取信道参数：
BS到MS的距离和方位角
阴影衰落、时延扩展、角度扩展
d D n , A oA 和 d D n , A oD 和
n,m , AoD n,m , AoA
(du
)
=
exp{j
×
[
du
sin(q k ,l , l
AoA
)
×
2π]}
，
(11)
同理可推出离开侧。
l
l du
q AoA
du sin(q AoA )
图 1 天线不同位置分析
如图 2 所示，多普勒效应主要对信号的相位产
生旋转作用，通常采用纯虚指数幂形式对其作用
建模：
f
Doppler
(v)
=
exp{
j
得到：
( ) ( ) bk,l =
q q G × G BS k,l, AoD
MS k ,l , AoA
，
(10)
式中，qk,l,AoD 为发端离开角，qk,l,AoA 为接收端到达角。
假定 BS 和 MS 侧天线为均匀阵列，则由于不同
线位置造成信号的相位影响如图 1 所示。
则到达侧相位：
f
phase
4 结语
研究现今的各种通信关键技术，离不开信道模 型[9]。SCM 模型是对散射体随即建模方法上发展出 来的，模型中每条路径引入不同的空间分布特性， 更接近于实际无线传播环境，同时 SCM 模型建立在 中心频率 2G，5M 带宽的条件，因此宽带无线系统 需利用其扩展模型。由于 SCM 较为基础，具有较高 的分析价值，文中正是基于此，分析了其特点，验 证了建模的正确性。
1 SCM 模型建模理论基础
无线信道是由大尺度衰落和小尺度衰落组
71
成[4-5]。大尺度衰落是由于发射机和接收机之间传播
路径上的山坡或湖泊以及建筑物造成，含自由空间
的路径损耗和阴影衰落。现今，大尺度衰落模型较
为成熟，因此文中主要分析小尺度衰落并仿真其主
要特征。
由于不同时延的多径信号叠加产生的时间色
0
式中
¥
òq P(q )dq
q
=
0 ¥
，
(5)
ò P(q )dq
0
式中， P(q ) 为功率角度谱。
L
å (q - q )2 × pl
D = l=1
，
L
(6)
å pl
l =1
式中：
L
åq × pl
q = l=1
，
L
(7)
å pl
l =1
pl 为 l 径下角度q 时的功率。
根据以上所述假设信道响应为：
[3] 朱淑真,张鹏.基于空时相关性的 MIMO 无线信道建模及 仿真[J].通信技术,2007(12):40-42.
（下转第 76 页）
73
3.2 接收端程序设计 接收端 FPGA 的程序设计如图 4 所示，接收芯片
多天线信道建模方法可分为两大类：确定性模 型和统计模型[1-3]。几何分布统计模型，基于实际环
收稿日期：2012-12-21。 ﹡基金项目：新一代宽带无线移动通信网国家科技重大专
项（No.2012ZX03001012）。 作者简介：王圆晨（1988-），男，硕士研究生，主要研究
方 向 为 计 算 机 及 3G/4G 通 信 技 术 ； 袁 雪 莲 （1988-），女，本科生，主要研究方向为管理 及计算机技术；段红光（1969-），男，硕士导 师，主要研究方向为计算机及 3G/4G 通信技术。
着重研究了基于几何分布统计信道模型的基础模型—SCM 信道模型。最后对多普勒、时延扩展以及角度扩展
仿真分析，验证了 SCM 信道建模的正确性。
【关键词】多输入多输出；信道建模；多普勒；时延扩展；角度扩展
【中图分类号】TM929.5
【文献标识码】A
【文章编号】1002-0802(2013)04-0071-03
PCD F
信道参 数产生
极化、 LOS选择
图 3 信道建模流程
3 仿真分析
表征小尺度衰落的主要特性分别为时间色散、 频率色散以及角度色散，此 3 要素对信道模型的性 能有重要影响[8]。系统仿真主要参数如表 1 所示。
表 1 系统仿真主要参数
仿真参数
参数设置
信道模型 SCM 市区宏小区
天线极化方式
单极化
【Abstract】Wireless channel, as the transmission medium of mobile communication, contain all the information. For full utilization of spectrum resource and maximization of quality and capacity of the transmitted information, it is necessary to clearly understand the channel characteristics. Meanwhile, the MIMO channel model should be required in the research iof 4G mobile communication technology in the complex wireless environment. This paper briefs the classification of MIMO channel, focuses on fundamental model-SCM, which is based on geometrically-distributed statistical model. Finally, the simulation on Doppler, delay spread and angle spread indicates the feasibility of SCM model.
【摘 要】无线信道作为移动通信传输媒介，所有信息包含其中。要想充分利用频谱资源并且使传输
信息的质量和容量最大化，信道特性应被清楚了解。同时，研究移动通信 4G 技术在复杂的无线传播环境中
性能，离不开 MIMO 信道模型，因此对 MIMO 信道模型的分析十分必要。简要介绍了 MIMO 信道模型分类，并
[2] OESTGES C, ERCEG V, PAULRAJ A J. A Physical Scattering Model for MIMO Macrocellular Broadband Wireless Channels[J]. IEEE J. Select. Area Commun., 2003,21(05):721-729.
的相对功率。
频率色散是由移动台和基站之间的相对运动引
起的，可从信号波形的衰落快慢中得出。
无线通信中移动台和基站周围的散射环境不
同，使得 MIMO 系统中个天线经历的衰落不同，从 而产生角度色散。由角度扩展 D 表征。连续和离散 公式如下：
¥
ò (q - q )2 P(q )dq
D= 0 ¥
，
(4)
ò P(q )dq
2013 年第 04 期，第 46 卷 总第 256 期
通信技术 Communications Technology
MIMO 信道模型分析﹡
Vol.46，No.04,2013 No.256,Totally
王圆晨①， 袁雪莲②， 段红光①
(①重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065；②重庆医科大学 公共卫生与管理学院，重庆 400016)
发送天线数
2
接收天线数
2
LOS