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Cezary Ziołkowski扬·m·凯尔纳, ”接收角分布估计基于功率延迟谱或概要”,国际期刊的天线和传播, 卷。2015年, 文章的ID936406年, 14 页面, 2015年。 https://doi.org/10.1155/2015/936406
接收角分布估计基于功率延迟谱或概要
文摘
介绍接收角分布的估计基于时序特征如功率延迟谱(PDS)或功率延迟概要(PDP)。在这里,我们专注于这样的无线环境中,主要见于方位平面传播现象。为基础来确定概率密度函数(PDF)的到达角(AOA),一个几何信道模型(GCM)形式的multielliptical延迟散射模型组件和•冯•米塞斯的PDF为当地散射组件使用。因此,该估计量称为分布基于multielliptical模型(DBMM)。GCM的参数定义的基础上,PDS或PDP和发射机和接收机的相对位置。先前已知的统计模型相比,DBMM保证了估计PDF AOA使用的时态特征的渠道不同传播条件。基于测量的结果从文学、DBMM验证,评估的准确性,并与其他模型比较。比较的结果表明,DBMM是唯一的模型,为不同的环境提供了最小的最小二乘误差。
1。介绍
在无线通信中,无线电波的角分布显著影响多路径组件接收到的信号的统计特性。众多测量表明,环境属性产生重大影响到达角(AOA)的接收无线电波。因此,进行统计建模的传播环境的影响在传播信号的时间谱的变形,角的概率特征的知识是必需的。寻找新的方法来传输信息在无线系统主要是基于模拟研究的结果。因此,这些特征是特别重要的在这些研究中,因为他们的使用提供了映射的影响物体的运动方向上接收到的信号。
接待角度建模的主要方法之一是近似的测量数据使用标准的概率密度函数(pdf)。在这种情况下,我们讨论角分布的实证模型。拉普拉斯算子,在实践中,高斯函数和Aulin,牧师的模型是最常用的分布方位(1和海拔2,3角,分别。不幸的是,没有关系,显式地将这些分布的参数与不同类型的传播环境和传感器之间的距离(Tx)和接受者(Rx)。因此,利用几何信道模型(GCMs)给的可能性考虑变化的影响对象的位置(Tx, Rx)接收到的信号的空间属性。这些模型复制的几何空间之间的关系Tx, Rx和散射区域位置。散射区域的形状和空间密度的散射是区分各个模型的标准。在文学、模型的处理方法(AOA)的PDF等散射体区域主要基于圆(4- - - - - -6],椭圆[5- - - - - -7),椭圆盘(8],hollow-disc [9,10],semispheroid [4,11],剪裁semispheroid [12],椭球[13),和有界椭球14为二维(2 d)和三维(3 d)模型,分别。散射的空间密度的描述,这样作为二维均匀分布(4,5,9,15,16),3 d制服(4,12),2 d高斯(17,18),3 d高斯(12],双曲[19),瑞利和指数(20.],抛物线[6,14],“倒抛物线”[21),和锥形22]。这个模型提供了依据理论分析AOA的pdf文档。每一个模型,描述两个或多个参数。然而,难以识别的物理前提,结合这些参数的值与传播环境的属性。因此,没有明确的PDF模型参数之间的关系和传播条件。由于这个原因,这些pdf文档的验证在文献中只减少到一个测量数据近似。本文的方法确定GCM的结构明显不同于现有的解决方案。在我们的命题中,参数的时序特征通道是GCM的基础。结果,统计模型的AOA PDF估计量与传播环境的类型密切相关。
在大多数陆地移动访问系统,半功率波束宽度(HPBW)的天线模式(全向天线),或至少几十度的方位平面。在高程平面,HPBW最多有几个或十几个度。在这种情况下,现象建模的方位决定了映射真实信号的质量。因此,这些建模条件是决定性的无线移动信道的模拟研究。不幸的是,没有一个现有的模型并保证分析的准确性的AOA的实际统计特性描述为不同的环境条件。证实这些观测结果的正确性的PDF的AOA方位模型的比较分析,提出了在23]。介绍了评估的准确性映射的格式方位AOA通过各种2 d模型不同的传播情况。结果对于选择测量场景参考数据,而模型的精度测量是最小二乘误差(伦敦)。的总结23)是“…没有一个几何模型是最好的标准,适用于所有环境…。“作为例外,这个结论,我们提出一个分析模型,估计的多路径的方位AOA分布均匀的环境。这个PDF估计量是基于时间的特点等通道功率延迟谱(PDS)或功率延迟概要(PDP)。对于一个给定类型的环境中,这些特征的参数对不同位置的Tx / Rx估计参数。
发达的PDF估计是基于Parson-Bajwa multielliptical GCM (19]。这个模型的几何结果PDS或PDP。文学的分析测量结果证明这种方法确定PDF估计量。在[1),延迟和方位角参数之间的相关系数是计算的基础上测量数据。得到线性回归直线表明,这些参数是高度相关的1,图]。因此,开发模式确保清晰的繁殖的角度统计特性对颞特征与环境的类型相关联。在仿真研究中,这一事实可以采用模型所描述的特定环境无线电频道的时间特征。
本研究的目的是证明方位AOA对不同环境的开发了PDF模型提供了估计误差的最小值相比以前的模型在文献中提出的。我们的工作关系到统一的环境中,这意味着比较分析侧重于传播场景单峰PDF的方位角。
本文组织如下。部分2介绍了接收角分布的分析原则开发模型。部分3详细描述了AOA分析延迟组件的方法·冯·米塞斯的局部散射分布应用程序组件。方法的适应模型参数提出了部分4。这种适应是基于通道的特点和参数测量的场景。基于测量的结果从文学、模型验证、评估的准确性和AOA模型的比较与其他pdf文档所示部分5。结论,突出了实用的模型来预测在不同的环境中,接收信号的角分布提出了部分6。
2。接收角度:分配原则的分析
如图所示,大量的测量数据,例如,(24- - - - - -26),由于多径传播环境,少数几个副本传送信号的接收与各种权力和时间延迟。这意味着接收信号包含的组件。这些组件构成time-clusters与一个特定的时间延迟,(集群的数量),相对于直接的路径。
方向性、极化和增益天线模式的实际应用在无线移动通信的主导地位的原因是信号组件,这是集中在方位平面。它遵循的统计特性得到角可以是有限的角在方位平面。这些言论表明,权力的角分布可以表示为功率方位谱(PAS),形式 在哪里不是的th time-cluster和是当地不是文化人,集群的极小延迟相对于直接的路径。
然而,直接路径信号的角分布和强度的改变而改变了Tx / Rx的位置。在这种情况下,农产品协定的PDF,提供了一个依据评估角功耗和大米因子描述了配电直接局部散射路径组件和组件。不可以作为的统计描述27] 在哪里是接收信号的平均功率,所有组件延迟的力量吗(th集群),PDF的AOA多路径组件的延迟吗,是所有组件的力量由零延迟,PDF AOA的多路径组件从当地散射(由零延迟),然后呢是δ分布。
考虑到,我们有 在哪里规范化的力量吗time-cluster。
方程(3)表明,信号接收角的统计特性是由组件与延迟到达,从当地的文化人,Rx和组件。延迟组件,一个接收角的分析是基于multielliptical通道模型,然而,为当地的散射分量,·冯·米塞斯的PDF。因此,分析AOA叫做分布形式的PDF基于multielliptical模型(DBMM)。DBMM参数的基础特征,如功率延迟概要(PDP)或权力延迟谱(PDS)决定值和每个椭圆的大小。一个额外的输入参数是接收天线的高度相对于周围的物体的高度。这个参数是当地散射强度的评估的基础和决定·冯·米塞斯的PDF格式的参数的值。接收角的统计特性的分析是指均匀传播环境。这意味着此类环境处理的散射体发生的概率是相同的每个方向从Tx。在实践中,这意味着分析涵盖了那些特征是单峰的传播场景PDF的接收角。除了上述因素外,为了简化分析问题,一般假设构成的基础模型大多使用(12,16,17]:(1)发射和接收天线的辐射特性是全方位的。(2)每次传播路径Tx Rx由分散在一个散射元素。(3)对个人椭圆,每个散射体是一个再辐射全向元素相同的散射系数的概率特性和统一的相位分布。
3所示。到达角的统计模型
这项工作的目的是为了确定分析PDF AOA的无线电波的形式均匀多路径环境。提出了分析使用的几何映射和统计描述传播现象。传播延迟组件映射的multielliptical GCM,虽然PDF AOA当地散射组件描述·冯·米塞斯的PDF。在[27),类似的方法建模的影响传播现象的分析中使用的功率方位谱(PAS)。
实证研究表明,在时域信号结构的输出通道是由几个或多个集群的多路径组件。这些time-clusters分化根据权力和时间延迟的值,之后到达Rx的组件。这意味着,在方位平面上,散射的位置定义了一个组件组成一个time-cluster椭圆。这个事实是使用牧师的基础和AOA Bajwa模型统计分析。在这种情况下,GCM创建一个组椭圆代表time-clusters各种。所有的椭圆的焦点是常见的。他们的位置决定了Tx和Rx的位置,位于距离。信号组件的到来推迟极小,仅表现在相位差相对直接组件,形成一个特定的time-cluster。这些组件是当地散射的结果发生在靠近Tx / Rx天线。上述模型再现了统计的位置散射,从而确定AOA的PDF提供了依据。考虑问题的几何结构和采用符号选择椭圆的例子在图所示1。此外,当地的散射面积图中突出显示。
选中的散射体在一个坐标被标记为。的角度出发(AOD) Tx和AOA Rx是用和,分别。对于每一个椭圆,主要的轴取决于两个和相对于直接路径;也就是说, 在哪里Tx和之间的路径长度吗,之间的路径长度吗和处方,是光速。
3.1。统计特性的AOA延迟组件
在本节中,对个人PDF组件,简要分析(27]。基于椭圆的几何性质和考虑坐标系如图1结果, 在哪里的怪癖椭圆。坐标可以表达的和如下: 关系的基础上4)- (6),我们得到 通过将上面的表达式,我们可以表达作为
通过考虑全向发射天线的模式,为每个路径,各个方向的离职是等可能的,不依赖于环境属性。因此,可以假设为每个AOD等概率。这意味着PDF的大气气溶胶可以表示为为。因此,密度函数将采取以下形式: 让我们注意 因此,PDF格式的可以表示为 因此,对于路径到达Rx、PDF的是 但 所以,我们有
偏心椭圆的定义说明取决于和。第一个参数描述的几何传播情况下,第二个是明确从传播环境的属性。
3.2。统计特性的AOA当地散射组件
均匀分布是一个基本的模型描述为本地散射AOA组件的统计特性。这个分布是用来描述在克拉克的二维各向同性散射模型(20.]。其他发行版的例子与当地环境的文化人,并给出了接收天线(15,18]。所示(18),表达的•冯•米塞斯PDF 在哪里零级修正贝塞尔函数和吗是一个常数控制AOA散射组件的宽度,是广义分布。
为,我们获得而收益率。这意味着,散射强度增加的传播路径,参数值减少。对小这个函数接近心形,它类似于高斯PDF大值。在实践中,取决于对象的高度和密度在周围的接收天线。在[18),提出了测量结果表明,如果天线的高度小于周围物体的高度,。
3.3。AOA模型的分析PDF
依赖性(3),(14)和(15)确定分析的基础形式的AOA的PDF
上面的显示关系极大地依赖于,,,。这意味着分析函数取决于之间的距离Tx和Rx,环境的类型和性质的局部散射。这意味着变更与变更Tx的位置/ Rx。因此,对于一个给定类型的传播环境中,(16AOA)描述PDF估计,参数确定的基础上改变通道的时间特征。还要注意,(16由于的存在)是理论分布描述PDF AOA的直接路径。在实践中,获得结果的形式分布并非不可能。这样做的原因是有限的测量结果的离散性的角度接收天线波束的宽度有限。因此,评估模型的近似误差对测量结果,分布组件应该取而代之的是一个函数,它属于一组重功能。这些函数将非零值的间隔只有对应角的测量离散性,及其表面区域归一化接收信号功率。
4所示。数值结果的例子
在本节中,AOA描述的方法来确定PDF选定的测试场景中给出的详细的描述(1]。DBMM,输入数据识别的基础上测量的PDS摘要所示图([1,图])。数量的time-clusters和它们的参数的值,也就是说,,,定义,PDS的基础上选定的点。这些点是当地极端的函数,它是PDS的区别及其趋势。对于分析场景,趋势是拉普拉斯算子函数的功能。点的选择确定的参数DBMM图所示2,而表中包含的值决定1。
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的距离Tx和Rx之间采用基于场景的描述和测量结果的分析提出了(4]。以确保一致性在从图中提取数字数据的软件WebPlotDigitizer(31日使用)。表中包含的数据集,1第一组,定义了一个组件的表达式(16)。这组描述了角权力分散的信号到达接收机的组件与延迟。剩余的组件的参数,也就是说,和,是由传播环境的性质和参数测量系统。
在[1),所述测量活动是在市区进行建筑的特征从四到六层和放置在一个略微起伏的地形。发射设备是安装在汽车。发射天线的全向而Rx是配备了一个eight-element均匀线性阵列天线的高度对应于屋顶的平均水平,也就是说,21米高出地面。因此,对于分析场景,只有直接环境中的对象的Tx和屋顶的表面接收天线的位置是一个局部散射源。这意味着当地的文化人,是有针对性的。在这种情况下,它是采用高价值的基础等于60。因为视线外的测量进行了仿真结果)Tx和Rx之间。考虑到上述因素,减少的形式 在哪里和表中包含的值1。
作为一个衡量DBMM测量数据的准确性,Kolmogorov-Smirnov统计,,使用32]: 在哪里累积分布函数(CDF),代表了PDF的AOA分析模型,和从实证数据集表示规范化运作和PDF,分别是指组测量数据的基数,和是一个参数的校准PDF AOA模型Tx-Rx实证数据的方向。对于分析场景,我们有。
在随后的章节中,是用来评估的准确性映射的实际特点选择PDF的AOA的分析模型。
5。模型的验证和比较
本节的主要目的是验证的准确性和比较与其他统计AOA DBMM模型的综合比较分析,提出了在23]。根据公认的假设2,比较分析是指选择模型和测量PDF AOA是单峰的场景。在分析结果的基础上,所示(23)(表4),比较了一组模型,最佳匹配的实证数据。表2显示所选的测试场景和相应的模型,提供最适合的测量结果,而表3包含分析依赖性,定义为不同的全球大气环流模型基于AOA的pdf (23]。此外,依照建议在结论(23),高斯模型是包含在比较分析。
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在[23),伦敦作为一个目标函数的最小化准则确定的参数分析模型:
否则DBMM的参数决定。的决心的基础,,是时间通道PDS或PDP等特征。对于每一个场景中,经验数据不是一套制服。1,28,33)场景,PDS是DBMM的基础参数,所以他们都把统计常量值。PDP使用对(26,29日,30.,34)场景。在这些情况下,(16)代表PDF估计AOA与特定的几何相关联的环境。Rx天线的几何直接环境决定了其他两个参数的值(,)。由于缺少数据,这些参数的范围的基础上,采用测量条件的描述。同样,在[23),减少伦敦用于选择的标准和值。节4的方法确定参数DBMM然后PDF AOA的例子所示结果从斯德哥尔摩测量场景中1]。同样,这种方法用于测量第二个场景从[1)(奥尔胡斯)和场景(29日,34]。从斯德哥尔摩和奥尔胡斯为测量场景,不同的pds和接收天线的数量对环境对象是DBMM各种参数的原因。在是在奥尔胡斯进行测量活动,接收天线安装在高海拔处,也就是说,12米,周围建筑的屋顶比平均水平。因此,发生的散射附近的发射天线尤其决定了当地的散射。这是减少的原因这些文化人的范围,这是一个提高的先决条件奥尔胡斯从斯德哥尔摩60到120。
因为占主导地位的传播现象的性质(26)测量场景中,AOA的方法确定PDF, DBMM的基础上,稍微修改。在这种情况下,发射和接收天线的数量是2.7米和4.4米,分别。相互的位置Tx和Rx和平均高度的建筑,也就是说,8 m,在很大程度上决定传播环境的性质。对于这个测量场景,一个环境峡谷的特性。这意味着传播路径,沿着峡谷有一个主导对接收信号的影响。Tx的环境和位置的几何证明的直接散射路径的地方,位于峡谷,唯一担心的第一个三个椭圆。因此,对于,,,不同于零。相对于Rx的位置,这个范围内代表了峡谷角宽度决定散射的位置。几何,这些地方都是由三个椭圆的后续部分中给出Tx的环境。
提出了在(30.),测量场景中不包含特征描述环境的传播特性。这很难定义的参数DBMM分析场景。然而,测量活动中描述(29日,30.Aalberg)与相同的环境。因此,对于这些场景,采用相同的其他模型参数值(23]。此外,在28,33),传播环境是没有描述的属性。对于这些场景,DBMM参数定义的基础上描述的测量条件。他们表明,频率的测量进行了标准的GSM 1800在农村和郊区环境(28,33),分别。这些事实是使用参数值的前提下,描述了农村环境按照成本207模型35]。这些场景的描述也表明不是测量在视距(LOS)传播条件下进行。直接路径的存在决定了农产品协定的,理论上是所描述的。在这种情况下,比较分析分析依赖的(16)和实证结果将是困难的的存在。在实践中,测量天线的波束宽度最小模式来替代的基础由三角函数。这个函数属于组模型函数和信号功率从地图的方向直接路径。因此,跨角,、三角函数的值不同于零,与角度测量离散性,决定了天线的波束宽度模式。由于缺乏准确的数据,对于测量场景(33),采用。在[28),提出了图形平均获得的测量结果,在整个测量路线。因此,在这种情况下,等于角宽度的测量路线相对于接收天线的位置决定的。的基础上简化的场景地图,采用。在这两种情况下,三角函数的面积取决于水平的直接路径信号功率和数量。
Tx和Rx之间的距离是一个重要的参数,确定模型的几何形状。对于[26,34)场景,测量值是严格定义,而对其他活动,他们采用的平均Tx距离相对于Rx的位置。所有DBMM参数确定的集合的描述的基础上,分析了测量场景中包含的表4。基于[23),选择模型的参数的值,减少伦敦展示在表5。
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评估个体模型是基于评估的准确性(18)对不同环境的测量结果。在表6,数值计算的结果。
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此外,黄的结果等。23)和DBMM的结果如表所示7。图形插图AOA的PDF模型和实证数据的分析提出了场景数据4- - - - - -11。
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对不同环境的分析和伦敦表明AOA的PDF的分析模型,DBMM模型,准确地再现了测量的结果为所有场景分析。接收到的信号的特点和环境条件是DBMM的基础参数表中列出4。因此,DBMM每个环境的性质密切相关,从而导致最小化与其他模型相比,伦敦政治经济学院。看似高自由度的DBMM结果更多的参数。然而,这些参数是密切决定基于传输条件和接收到的信号的特点。
提出了分析模型的AOA PDF在[23),参数几乎是不可估量的。这个事实显著阻碍使用预测收到信号的角分布不同的环境。DBMM而言,它是不同的。特点(红外、PDP或PDS)这个模型定义的传播性质的基础环境。因此,DBMM有能力预测PDF的AOA环境具有不同的传播特性。
6。结论
在本文中,我们提出了分析PDF模型考虑的AOA传播环境的属性的基础上通道的时间特征。开发模型(DBMM), PDF的AOA本地和延迟散射组件建模·冯·米塞斯的PDF和分布,结果从multielliptical传播的几何模型。每一个椭圆的参数定义的基础上,PDS或PDP。因此,DBMM密切相关的传播条件环境和提供了一个灵活的适合分析无线电频率范围。对于一个给定类型的环境中,DBMM AOA PDF的空间估计量,因为Tx的变化/ Rx位置显著影响PDS和PDP。因此,这些特征的参数的估计参数DBMM。基于文献中给出的测量结果精度的映射为不同的传播场景AOA的统计特性进行了分析。比较模型,伦敦证交所和采用近似的测量和估计精度。结果表明,DBMM提供最小的伦敦证交所和对其他模型对所有场景。这意味着DBMM支持PDF的估计基于时间的AOA对于不同类型的环境信道传播的特征和描述场景。在实践中,模型的简单分析确保其容易实现仿真研究,考虑到空间传播条件在无线频道。DBMM的统计特性的分析描述接收角的多普勒multielliptical通道模型(DMCM) [36,37]。
当前的趋势发展的通道模型用于3 d建模,因为它显示在众多论文,例如,(4,11- - - - - -13]。提出模型仅限于方位平面,所以在不久的将来,它将被用作基础发展的3 d模型。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
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