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無(wú)線信道的數(shù)學(xué)表示--多徑信道傳輸函數(shù)的合理簡(jiǎn)化

2023-02-23 10:08 作者:樂(lè)吧的數(shù)學(xué)  | 我要投稿

由于公式 (2) 是時(shí)變的,非常難去分析,所以,需要做合理的簡(jiǎn)化。

假設(shè)在一個(gè)很短的觀察窗口內(nèi),即很短的時(shí)間窗口?T_0 內(nèi),我們可以假定公式 (2) 中傳播路徑的數(shù)量 N(t) 和增益系數(shù)?c_n(t) 以及相位?%5Cphi_n(t) 都是非時(shí)變的,同時(shí),各個(gè)路徑中信道的到達(dá)角度?%5Calpha_n(t) 以及終端的移動(dòng)速度 v(t) 都是非時(shí)變的,利用上述假設(shè),令t%5Cin%20%5Bt_0%2Ct_0%2BT_0%5D,公式 (2) 可以簡(jiǎn)化為:
h(%5Ctau'%2Ct)%20%3D%20%5Csum_%7Bn%3D1%7D%5E%7BN%7D%20c_n%20%20e%5E%7Bj(%5Cphi_n-2%5Cpi%20f_0%20%5Ctau'_n(t))%7D%20%20%5Cdelta(%5Ctau'-%5Ctau'_n(t))%5Cquad%20----(3)


h(%5Ctau'%2Ct)%20%3D%20%5Csum_%7Bn%3D1%7D%5E%7BN%7D%20c_n%20%20e%5E%7Bj%5Cphi_n%7De%5E%7B-j2%5Cpi%20f_0%20%5Ctau'_n(t)%7D%20%20%5Cdelta(%5Ctau'-%5Ctau'_n(t))%5Cquad%20----(3)




其中,%5Ctau'_n(t) ?還是時(shí)變的,即使終端的移動(dòng)速度 v 是非時(shí)變的,終端以恒定速度移動(dòng),也會(huì)造成各個(gè)路徑的時(shí)延的改變,下面就推導(dǎo)一下時(shí)延,推導(dǎo)成不依賴時(shí)間 t 這個(gè)參數(shù),我們以某一條路徑為切入點(diǎn)來(lái)分析,不失一般性,令t_0%3D0,則t%5Cin%20%5B0%2CT_0%5D,如果在 0 時(shí)刻,第n條路徑的時(shí)延為%5Ctau'_n(0),則終端經(jīng)過(guò)時(shí)間 t 的移動(dòng)后:

? 移動(dòng)的距離為 vt ,在電磁波方向上移動(dòng)的距離為 vt%20cos(%5Calpha_n),再除以光速,就得到這段移動(dòng)的距離上電磁波傳播需要的時(shí)間

%5Cfrac%7Bvt*cos(%5Calpha_n)%7D%7Bc_0%7D


其中?c_0 為光速,綜合以上分析有:
%5Ctau'_n(t)%20%3D%20%5Ctau'_n(0)%20-%20%5Cfrac%7Bvt%20cos(%5Calpha_n)%7D%7Bc_0%7D%5Cquad------(4)

(這里容易混淆的是:手機(jī)移動(dòng)的時(shí)間 t 與 延時(shí)時(shí)間 %5Ctau'_n(t) 是不同的)

上式中 vt%20cos(%5Calpha_n)是手機(jī)移動(dòng)的距離在電磁波方向上的分量,如下圖所示:

?

?

?

而波長(zhǎng)是電磁波的周期%5Cfrac%7B1%7D%7Bf_0%7D乘以光速?c_0 得到,那么距離除以波長(zhǎng),就是對(duì)應(yīng)的周期數(shù):

%5Cfrac%7Bvt%20cos(%5Calpha_n)%7D%7B%5Cfrac%7B1%7D%7Bf_0%7Dc_0%7D%20%3D%20%5Cfrac%7Bf_0%20vt%20cos(%5Calpha_n)%7D%7Bc_0%7D

上面的周期數(shù)再除以對(duì)應(yīng)的時(shí)間 t ,則是頻率(即頻率偏移,多普勒頻移),可以把上面公式中的 t 約掉而變成:

%5Cfrac%7Bf_0%20v%20cos(%5Calpha_n)%7D%7Bc_0%7D

?記為第 n 個(gè)路徑的多普勒頻移 f_n. 把不乘以角度的部分稱為最大多普勒頻移?f_%7Bmax%7D :

f_%7Bmax%7D%20%3D%20%5Cfrac%7Bf_0%20v%7D%7Bc_0%7D


則:

f_n%3Df_%7Bmax%7D%20cos(%5Calpha_n)


%5Ctau'_n(t)%20%3D%20%5Ctau'_n(0)%20-%20%5Cfrac%7Bvt%20cos(%5Calpha_n)%7D%7Bc_0%7D%20%3D%20%5Ctau'_n(0)%20-%20t%20%5Cfrac%7Bf_n%7D%7Bf_0%7D


把這個(gè)%5Ctau'_n(t)? 代入公式 (3),考慮到 t 很小,而且 f_n一般遠(yuǎn)小于 f_0,可以做如下近似:
%5Cdelta(%5Ctau'-%5Ctau'_n(t_0)%20%2B%20t%20%5Cfrac%7Bf_n%7D%7Bf_0%7D%20)%20%5Capprox%20%5Cdelta(%5Ctau'-%5Ctau'_n(t_0))

由于公式 (3) 指數(shù)部分的 %5Ctau'_n(t)是要與很大的 相?f_0 作用,所以不能做近似。

?


h(%5Ctau'%2Ct)%20%3D%20%5Csum_%7Bn%3D1%7D%5E%7BN%7D%20c_n%20%20e%5E%7Bj(%5Cphi_n-2%5Cpi%20f_0%20%5Ctau'_n(0)%2B2%5Cpi%20f_nt)%7D%20%20%5Cdelta(%5Ctau'-%5Ctau'_n(0))%20%5Cquad%20-----(4)


把多普勒頻移相關(guān)的部分分離出來(lái),上式可以表示為:

h(%5Ctau'%2Ct)%20%3D%20%5Csum_%7Bn%3D1%7D%5E%7BN%7D%20c_n%20%20e%5E%7Bj(%5Cphi_n-2%5Cpi%20f_0%20%5Ctau'_n(0))%7D%20e%5E%7Bj2%5Cpi%20f_nt%7D%20%20%5Cdelta(%5Ctau'-%5Ctau'_n(0))%20%5Cquad%20-----(4.1)

其中指數(shù)中的第二項(xiàng):

2%5Cpi%20f_0%20%5Ctau'_n(0)%20%3D%202%5Cpi%20%5Cfrac%7Bc_0%7D%7B%5Clambda_0%7D%20%5Ctau'_n(0)%20%3D%20%5Cfrac%7B2%5Cpi%7D%7B%5Clambda_0%7D%20c_0%20%5Ctau'_n(0)%20%3D%20K_0%20D_n

上式中的?k_0%3D%5Cfrac%7B2%5Cpi%7D%7B%5Clambda_0%7D 表示自由空間波數(shù),僅僅與射頻的頻率有關(guān)系;

D_n%20%3D%20c_0%20%5Ctau'_n(0)?是傳輸距離

可以看到,這個(gè)?k_0%20D_n 比較大的

公式 (4) 中的?2%5Cpi%20f_n%20t 是多普勒頻移引起的相位偏差

c_n?和?%5Cphi_n 是被傳輸信號(hào)與散射體相互作用的結(jié)果.

%5Cphi'_n%20%3D%20k_0%20D_n,公式 (4) 可以寫成

h(%5Ctau'%2Ct)%20%3D%20%5Csum_%7Bn%3D1%7D%5E%7BN%7D%20c_n%20%20e%5E%7Bj(%5Cphi_n-%5Cphi'_n%2B2%5Cpi%20f_nt)%7D%20%20%5Cdelta(%5Ctau'-%5Ctau'_n(0))%20%5Cquad%20-----(5)

無(wú)線信道的數(shù)學(xué)表示--多徑信道傳輸函數(shù)的合理簡(jiǎn)化的評(píng)論 (共 條)

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