微蜂窝环境中无线接收信号的特性分析

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摘 要：
6 o* S2 c1 U) u- {9 ?" s: c在城市中，建筑物的几何形态、密度以及分布情况直接影响着无线信号的
接收质量。微蜂窝环境中无线接收信号的特征分析，本质上就是要分析和计算
3 a% \0 t& \/ P- e  O传播路径和多波干涉对接收信号特征的影响。我们以确定性模型为基础、随机
性模型为扩展的思路对问题开展研究。
9 Q7 x0 u* N7 p3 a) v, S& P针对问题一，在二维空间、规则地物、镜面反射等假设条件下，构建了确
定性的传播模型。采用虚拟镜像方法，获得从源点至场点的全部可达路径，针
* Q, ]. h. R' b* X: h% s4 S! `对收发坐标为（500,200）、（250,350）的情况，可达路径共97 条（见论文附录
1）。虚拟镜像方法通过搜寻可见面确定可能路径并递归回溯剔除不可达路径，
成功避免了因物理反射面与有效反射面的差异而造成的路径误判问题，具备对
角度量化精度、量化初值以及接收区域大小等因素不敏感的优点。此外，从本
质上对角度量化误差进行了深入剖析，分析了角度量化误差产生的原因，确定
) @# e2 m2 p9 M* h5 A8 k了运算复杂度与量化精度之间的折中关系，并分别给出了基于等效照射角和基
于出射路径最小邻域的两种角度量化原则。
针对问题二，以确定性传播模型为基础，运用虚拟镜像方法，求得25 种不
3 ^4 K7 g( I9 m. q! v同收发位置组合情况中，收发信机坐标为(400,350)、(450,275)时，传输路径最
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多，为483 条；收发信机坐标为(500,350)、(450,200)时，传输路径最少，为69
条。不同情况的传输特性对比表明，仅依靠反射到达接收端的可达路径极少，
$ Y9 _1 _) p  x3 y% {+ h; @' M绕射和反射组合方式的可达路径最多（见表1）。
针对问题三，对比25 种不同收发机位置组合，对确定性传播模型传输路径
的规律总结如下：1）发射端具有较多的一次可达绕射点、可见面时（如位于交
通路口的情形），收发之间具有更多的传输路径（见表3）；2）收发之间的传输
特征会受周围建筑物的遮挡影响，遮挡越小，收发之间的可达路径越多（见表
4）；3）在可达路径中，某种绕射-反射的组合路径很少，因此在有些对精度要
7 j! m& T) [; G1 ]; b求不高的场合可以将这些组合情况忽略不计（见表2）；4）若不考虑经过5 次
* y3 J6 u" I/ P  b7 V) D以上反射的可达路径，对可达路径总数的影响非常小，却可以大幅压缩运算复
杂度。
0 i5 n* n/ k# N针对问题四，在确定性模型的相关性分析基础上，通过对初始出射角引入
在[0,2 )上均匀分布的随机相位，构建随机性传播模型。通过挖掘不同传播路
径之间的内在关系，求解了不同路径之间的相关系数。建立合成波振幅，分析
0 W4 i% u. V! g- C了其一阶、二阶矩特性，并结合各径振幅之间的函数关系，使用参数估计方法
2 z1 z2 y, a- ^/ n( [% M获得了合成波振幅的概率密度函数。当各传输路径的衰减程度相当时，由于路
, B2 }2 b, ?) |8 |( @6 k径数量很大，根据中心极限定理，合成路径的振幅服从瑞利分布，我们采用数
值仿真方法验证该结论，并估计得到了瑞利分布的参数（见表11）。
针对问题五，在确定性模型条件下分析了相同物理环境下，不同可达路径
随频率的变化规律，推导了当前模型下的包络表达式，并分析了包络所具有的
+ r; V- S0 F6 T6 P特征。基于传播主径的概念，提出了一种基于相关性的可达路径分类方法，通
过对一簇路径的振幅和相位引入随机构建了新的随机传输模型，利用相关系数
- R# I- j7 l$ v/ J& q9 X求解主径平均接收强度和平均延时，构建了密集环境下的近似信道传输模型，
" v8 O( _5 J2 z8 [' X# k结果表明不同频率点处衰落不一样但在一定带宽内具有相关性，该模型对工程
实践具有指导意义。
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