移动通信基础（13）TDL、CDL、信道相关性

目录

TDL模型(Tap Delay Line)

CDL模型 (Cluster Delay Line)

 多径特性的参数分析

时延扩展 

 频域相关性

高速条件下的信道非平稳特性

信道模型参数 

延迟缩放 

信道相关性 

信号的相关性 

信道相关性  

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参考《U 型槽无线信道多径传播特性测量与建模方法的研究》、《5G信号源中的信道模拟与仿真研究》

衰落：衰落理解为信号幅度在时间和频率上的不断波动，是无线信道一个重要的恶化特性。信道幅度恶化的两个主要来源分别是加性噪声和信号衰落，高斯白噪声信道模型就是典型的加性噪声，信号衰落引起的是乘性的信号扰动，与加性噪声从原理上完全不同。 

信道的频率选择性衰落组为无线信道的重要特征之一，是人们进行无线系统设计考虑的重要因素，决定了导频隔间的大小。频率选择性衰落是由信道对发送信号的时间色散引起的。从时域上，受多径传播的影响，发送符号的各条路径分量相互叠加造成符号间干扰，较强的符号间干扰会使接收机的符号判决性能严重下降；从频移上，如果相干带宽小于发送信号带宽，会导致接收信号波形产生频率选择性衰落，即某些频率成分的信号幅值加强，而另外一些频率成分的信号幅值衰减。反之，如果多径信道的相干带宽大于发送信号带宽，则接收信号经历平坦衰落，发送信号的频率特性在接收机内仍能保持不变。
利用超宽带信号可以细化信道，提高多径分辨率，所以UWB信道常被称为密集多径信道，基于UWB信道的簇模型也逐步形成。
常用多径信道建模方法可以分为抽头延迟线（TDL）法和簇延迟线（CDL）两类。

如果路径中不存在直射分量那么就可以简单建模为瑞利衰落，如果路径中存在直射分量那么就可以建模为莱斯衰落。

TDL模型(Tap Delay Line)

TDL信道模型针对从 0.5GHz-100GHz 的全频率范围以及2GHz 的最大带宽来定义。 

• TDL-A，TDL-B，TDL-C 三种模型用于 NLOS的三种不同的信道场景。其中 TDL-A，TDL-B 有 23 个抽头，TDL-C 有 24 个抽头。
• TDL-D 和 TDL-E 用于 LOS 的信道场景，分别有 13 个和 14 个抽头，每个抽头的归一化延迟和相对功率都不相同，具体参数可在 3GPP TR 38.901 协议中找到。 

TDL 信道模型由一组具有不同衰落系数和不同时延的抽头组成。TDL 模型的衰落系数由衰落信道生成器的输出与抽头功率相乘得到。可以用 FIR 滤波器实现 TDL 信道模型。滤波器的输出为 

 

 

 TDL模型最为简单，适用于窄带信道建模，其多径的分辨率较低。在一个可分辨的附加时延内，可能有两个或者多个多径信号到达，但这些多径信号不可分辨，其矢量组合成单一多径信号的瞬时幅度和相位。

 

 

由于建筑物或地面等的发射和散射，使得发射信号以不同时延和变化的幅度到达接收机

 

CDL模型 (Cluster Delay Line)

CDL 模型定义为从 0.5GHz 到 100GHz 的整个频率范围，最大带宽为2GHz  

• CDL-A，CDL-B，CDL-C 三种模型用于 NLOS 的三种不同的信道场景，其中 CDL-A，CDL-B 有 23 个抽头，CDL-C 有 24 个抽头；
• CDL-D 和 CDL-E 用于 LOS(Line of Sight)的信道场景，分别有 13 个和 14 个抽头，每个抽头的归一化延迟和相对功率都不相同，具体参数可在 3GPP TR 38.901 协议中找到  

 对于宽带信道测量，尤其在MIMO信道测量中，信号经过某一组散射体到达接收机，其延迟、到达角和离开角等参数具有相似特性，这些具有相似特性的一组多径分量构成簇。基于簇的概念，建立了CDL模型。在宽带信道中,能量是以簇的方式到达接收机的,每一簇中包含一些可分析的多径数。

 多径特性的参数分析

信号的多径传播会导致时延扩展，其结果使产生符号间干扰，体现在频域就是频率选择性衰落，即信号在不同频率上的衰落是不同的。描述无线信道多径效应的2个重要参数是时延扩展和相干带宽。对于簇模型，时延扩展是常见参数，但簇模型更强调分析簇间特性和簇内特性，包括到达率以及衰落。

时延扩展 

 频域相关性

高速条件下的信道非平稳特性

移动信道通常是非平稳的，即信道的统计特性在一段时间后会发生变化。造成信道非平稳性的原因有很多，理论上，任何关于时间、频率或者方向的因素影响了收发信之间的电波传播特性都有肯造成信道的非平稳特性。典型的因素包括移动中断，移动的散射体或者人群。如果移动终端发生变化，信号分量由于阴影衰落可能突然消失或者由于离开阴影地区而突然出现。由于移动终端的运动而造成到达角或者离开角的改变，也会造成统计特性非平稳性改变。非平稳性改变的程度主要受周围环境变化幅度的影响，

信道模型参数 

延迟缩放 

对 TDL 和 CDL 模型的 RMS 延迟扩展值都进行了归一化处理，并且可以按比例缩放延迟，从而可以实现所需的 RMS 延迟扩展 。

    [ DS_desired ] = generate_DS_desired(Channel_Type,CarrierFrequency_GHz,typical_scenario_flag);
%     DS_desired =10^(-6.28-0.204*log10(CarrierFrequency_GHz));       %根据ITU评估文件TABLE 8-X3、TABLE 4-9 ZLH
    Path_Delay_tmp = Delay_model*DS_desired;

 

信道相关性 

移动通信信号传输过程中不仅存在多径相关或相干信号，多信道接收还存在信道相关性。

信道的相关特性由信道的空间特性和天线阵的配置共同决定。两个天线接收到的信号一般是相关的，其相关系数域天线距离和入射波的角度谱有关。相关信号的谱估计几乎无法分辨。
移动通信信号传输过程中，由于空间存在反射、散射、绕射等现象，存在大量的多径信号，形成多径信道信号传输。同一用户形成的多径信号通常被认为是相关的或相干的。

• 时间相关性是指接收端的天线，在不同时间接收信号从而引起衰落的相关特性
• 在 MIMO 系统中空间相关性是指同一发射端发射信号，到达接收端任意天线单元对的信号存在互相关 
• 频率相关性是指信号在不同频率点衰落的互相关 

信号的相关性 

 

信道相关性  

由于接收信道天线之间相互影响以及多径入射波之间存在空间谱扩展，接收信道存在空间相关性。阵元相关性随阵元间距增加而产生明显的差异性，空间相关性越高，信道相关性增加，阵列的空间谱分辨率显著恶化。