MIMO Fading Channel
Пропустите входной сигнал через MIMO многолучевой канал с замираниями
- Библиотека:
Коммуникационный тулбокс/каналы
Коммуникационный тулбокс/MIMO
Описание
Блок MIMO Fading Channel фильтрует входной сигнал, используя многолучевой канал с обратной связью (MIMO). Этот блок моделирует и Релея, и Райса с замираниями и использует модель Кронекера для моделирования пространственной корреляции между ссылками. Для получения дополнительной информации смотрите раздел Алгоритмы.
Размерности сигнала
Доступность и размерности сигналов входа и выхода портов зависит от:
Установка параметра Antenna selection на вкладке Main
Установка параметра Initial time source на вкладке Realization
Путь к выходному каналу усиливает выбор на вкладке Realization
| Параметр выбора антенны | Вход сигнала (в) | Вход выбора передачи (Tx Sel) | Вход выбора приема (Rx Sel) | Вход начального смещения времени (время ввода) | Выход сигнала (Out1) | Необязательный выход усиления канала (коэффициент усиления) |
|---|---|---|---|---|---|---|
Off | N S-by- N T | Н/Д | Н/Д | неотрицательный скаляр | N S-by- N R | N S-by- N P-by- N T-by- N R |
Tx | N S-by- N ST | 1-by- N T | Н/Д | N S-by- N R | ||
Rx | N S-by- N T | Н/Д | 1-by- N R | N S-by- N SR | ||
Tx and Rx | N S-by- N ST | 1-by- N T | 1-by- N R | N S-by- N SR |
N S представляет количество выборок во входном сигнале.
N T представляет количество передающих антенн, определяемое:
Передайте пространственную корреляцию, когда Задайте пространственную корреляцию, заданное как
Separate Tx RxКоличество передающих антенн, когда Specify spatial correlation установлено в
NoneилиCombined
N R представляет количество приемных антенн, определяемое:
Получите пространственную корреляцию, когда Задайте пространственную корреляцию установлено в
Separate Tx RxКоличество приемных антенн, когда Specify spatial correlation установлено в
NoneКомбинированная пространственная корреляция и количество передающих антенн, когда Specify пространственная корреляция установлена в
Combined
N P представляет количество каналов, определяемое дискретными задержками пути или средними усилениями пути (дБ).
N ST представляет количество выбранных передающих антенн, определяемое количеством элементов, установленным на
1в векторе, поданном на входной порт Tx Sel.N SR представляет количество выбранных приемных антенн, определяемое количеством элементов, установленным на
1в векторе, поданном на входной порт Rx Sel.
Порты
Вход
in - Входной сигнал данных
вектор
Входные данные, заданный как N S-by- N T или N S-by- N ST матрица.
N S представляет количество выборок во входном сигнале.
N T представляет количество передающих антенн.
N ST представляет количество выбранных передающих антенн.
Типы данных: double | single
Поддержка комплексного числа: Да
Tx Sel - Выбор активных передающих антенн
двоичный вектор
Выберите активные передающие антенны в виде 1-байт- N T-двоичного вектора. N T представляет количество передающих антенн. Для элементов задано значение 1 идентифицировать выбранные индексы и 0 антенны идентифицируют невыбранные индексы антенны.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, на вкладке Main установите для параметра Antenna значение Tx или Tx and Rx.
Типы данных: double
Rx Sel - Выберите активную приемную антенну
двоичный вектор
Выберите активные приемные антенны, заданные как 1-байт- N R-двоичный вектор. N R представляет количество приемных антенн. Для элементов задано значение 1 идентифицировать выбранные индексы и 0 антенны идентифицируют невыбранные индексы антенны.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, на вкладке Main установите для параметра Antenna значение Rx или Tx and Rx.
Типы данных: double
Init Time - Начальное смещение времени
неотрицательный скаляр
Начальное смещение времени для модели с замираниями в секундах, заданное как неотрицательный скаляр.
Init Time должен быть больше, чем время окончания последней системы координат. Когда Init Time не является произведением 1/Sample rate (Hz), он округлен до ближайшего положения образца.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, на вкладке Realization установите Начальный источник времени на Input port.
Типы данных: double
Выход
Out1 - Выходной сигнал данных для затухающего канала
вектор
Выходной сигнал данных для канала с замираниями, возвращаемый как N S-by N R или N S-by N SR матрица.
N S представляет количество выборок во входном сигнале.
N R представляет количество приемных антенн .
N SR представляет количество выбранных приемных антенн.
Gain - Коэффициент усиления дискретного пути
4-D массив
Дискретные усиления пути базового процесса затухания, возвращенные как N S-by N P-by N T-by N R массив.
N S представляет количество выборок во входном сигнале.
N P представляет количество путей .
N T представляет количество передающих антенн .
N R представляет количество приемных антенн.
Значения для невыбранных путей заполняются NaN.
Зависимости
Чтобы включить этот порт, на вкладке Realization, выберите Output channel path gains.
Параметры
Главная вкладка
Многолучевые параметры (частотная селективность)Inherit sample rate from input - Опция наследования частоты дискретизации от входа
on (по умолчанию) | off
Выберите этот параметр, чтобы использовать частоту дискретизации входного сигнала при обработке. Когда Inherit sample rate from input выбран, скорость дискретизации равна N S/ T S, где N S - количество входа отсчетов, а T S - шаг расчета модели.
Sample rate (Hz) - Скорость выборки входного сигнала
1 (по умолчанию) | положительная скалярная величина
Скорость выборки входного сигнала, заданная в hertz как положительную скалярную величину. Чтобы соответствовать настройкам модели, установите частоту дискретизации N S/ T S, где N S - количество входа сэмплов, а T S - шаг расчета модели.
Зависимости
Этот параметр появляется, когда Унаследовать частоту дискретизации из входа не выбран.
Типы данных: double
Discrete path delays (s) - Задержки для каждого дискретного пути
0 (по умолчанию) | неотрицательный скаляр | строку
Задержки для каждого дискретного пути в секундах, заданные как неотрицательный скаляр или вектор-строка.
Когда вы устанавливаете Discrete path delays (s) на скаляр, канал MIMO является частотно-плоским.
Когда вы устанавливаете Discrete path delays (s) в вектор, канал MIMO является частотно-избирательным.
Типы данных: double
Average path gains (dB) - Средний коэффициент усиления для каждого дискретного пути
0 (по умолчанию) | скалярный вектор | строку
Средний коэффициент усиления для каждого дискретного пути в децибелах, заданный как скаляр или вектор-строка. Average path gains (dB) должны иметь тот же размер, что и задержки дискретного пути.
Типы данных: double
Normalize average path gains to 0 dB - Опция нормализации среднего коэффициента усиления пути до 0 дБ
on (по умолчанию) | off
Выберите этот параметр, чтобы нормализовать процессы замирания так, чтобы общая степень усиления пути, усредненная с течением времени, составляла 0 дБ.
Fading distribution - Затухание распределения канала
Rayleigh (по умолчанию) | Rician
Выберите замирающее распределение канала Rayleigh или Rician.
K-factors - K-коэффициент канала Райса с замираниями
3 (по умолчанию) | положительная скалярная величина | вектор-строка неотрицательных значений
K-фактор канала Райса с замираниями, заданный как положительный скаляр или 1-байт- N вектор P неотрицательных значений. N P равняется значению параметра Discrete path delays (s).
Если вы задаете K-factors скаляром, первый дискретный путь является процессом Райса с замираниями с коэффициентом Райса K K-factors. Любые оставшиеся дискретные пути являются независимыми процессами Релеевского замирания.
Если вы задаете K-factors как вектор-строка, дискретный путь, соответствующий положительному элементу K-factors вектору, является процессом Райса с коэффициентом Райса K, заданным этим элементом. Дискретный путь, соответствующий любым нулевым элементам вектора K-factors, является процессами Релеевского замирания. По крайней мере, одно значение элемента должно быть ненулевым.
Зависимости
Этот параметр появляется, когда распределение Fading Rician.
Типы данных: double
LOS path Doppler shifts (Hz) - Доплеровские сдвиги для компонентов линии видимости
0 (по умолчанию) | скалярный вектор | строку
Доплеровские сдвиги для компонентов линии зрения канала Райса с замираниями в герцах, заданные как скаляр или вектор-строка. Этот параметр должен иметь тот же размер, что и K-множители.
Если вы задаете LOS path Doppler shifts (Hz) скаляр, он представляет доплеровский сдвиг компонента линии зрения первого дискретного пути, который является процессом Райса с замираниями.
Если вы устанавливаете LOS path Doppler shifts (Hz) на вектор-строку, дискретный путь, который является процессом Райса с замираниями, имеет свою линию зрения компонента доплеровский сдвиг, заданный элементами LOS path Doppler shifts (Hz), которые соответствуют положительным элементам в векторе K-факторов.
Зависимости
Этот параметр появляется, когда распределение Fading Rician.
Типы данных: double
LOS path initial phases (rad) - Начальные фазы для компонентов линии видимости
0 (по умолчанию) | скалярный вектор | строку
Начальные фазы для компонента линии видимости канала Райса с замираниями в радианах, заданные как скаляр или вектор-строка. Этот параметр должен иметь тот же размер, что и K-множители.
Если вы задаете LOS path initial phases (rad) скаляром, это начальная фаза компонента линии видимости первого дискретного пути, которая является процессом Райса с замираниями.
Если вы устанавливаете LOS path initial phases (rad) на вектор-строку, дискретный путь, который является процессом Райса с замираниями, имеет свою начальную фазу компонента линии видимости, заданную элементами LOS path initial phases (rad), которые соответствуют положительным элементам в векторе K-факторов.
Зависимости
Этот параметр появляется, когда распределение Fading Rician.
Типы данных: double
Maximum Doppler shift (Hz) - Максимальный доплеровский сдвиг для всех путей канала
0.001 (по умолчанию) | неотрицательной скаляром
Максимальный доплеровский сдвиг для всех путей канала в герце, заданный как неотрицательный скаляр.
Maximum Doppler shift (Hz) должно быть меньше (Sample rate (Hz )/10 )/ f c для каждого пути, где f c - частотный коэффициент отсечения пути. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Частотный коэффициент отсечения ».
Типы данных: double
Doppler spectrum - Форма допплеровского спектра для всех путей по каналам
doppler('Jakes') (по умолчанию) | doppler('Flat') | doppler('Rounded', ...) | doppler('Bell', ...) | doppler('Asymmetric Jakes', ...) | doppler('Restricted Jakes', ...) | doppler('Gaussian', ...) | doppler('BiGaussian', ...)
Форма допплеровского спектра для всех путей канала, заданная как единственная структура допплеровского спектра, возвращенная из doppler функция или массив 1-by- N P-ячеек таких структур. Значением по умолчанию этого параметра является допплеровский спектр Джейкса (doppler('Jakes')).
Если вы назначаете один вызов
dopplerвсе пути имеют одинаковый заданный доплеровский спектр.Если вы назначаете массив вызовов 1-by N P-ячеек
dopplerиспользуя любой из заданных синтаксисов, каждый путь имеет Доплеровский спектр, заданный соответствующей структурой Доплеровского спектра в массиве. В этом случае N P равняется значению параметра Discrete path delays (s).
Зависимости
Этот параметр применяется, когда Максимальный Доплеровский сдвиг (Гц) больше нуля.
Если для метода для генерации замирающих выборок задано значение Sum of sinusoids, Доплеровский спектр должен быть doppler('Jakes').
Specify spatial correlation - Пространственный режим корреляции
None (по умолчанию) | Separate Tx Rx | Combined
Выберите пространственный режим корреляции: None, Separate Tx Rx, или Combined.
Выберите
'None'для определения количества передающих и приемных антенн.Выберите
'Spatial Tx Rx'чтобы задать передающую и приемную пространственные корреляционные матрицы отдельно. Количество передающей (N T) и приёмной (N R) антенн получают из размерностей параметров пространственной корреляции Передачи и пространственной корреляции Приема, соответственно.Выберите
'Combined'для задания одной матрицы корреляции для всего канала. Произведение N T и N R получают из размерности Комбинированной пространственной корреляции .
Number of transmit antennas - Количество передающих антенн
2 (по умолчанию) | положительное целое число
Количество передающих антенн, заданное как положительное целое число.
Зависимости
Этот параметр появляется, когда Specify spatial correlation is None или Combined.
Типы данных: double
Number of receive antennas - Количество приемных антенн
2 (по умолчанию) | положительное целое число
Количество приемных антенн, заданное как положительное целое число.
Зависимости
Этот параметр появляется, когда Specify spatial correlation is None.
Типы данных: double
Transmit spatial correlation - Пространственная корреляция передатчика
[1 0; 0 1] (по умолчанию) | матрицу | трехмерный массив
Задайте пространственную корреляцию передатчика как N T-by- N T-матрицу или N T-by- N T-by- N P-решётку. N T является количеством передающих антенн, и N P равняется значению параметра Discrete path delays (s).
Если Discrete path delays (s) является скаляром, канал является частотно-плоским, а Transmit spatial correlation является N T-by N T-Эрмитовой матрицей. Величина любого off-диагонального элемента должна быть не больше, чем среднее геометрическое двух соответствующих диагональных элементов.
Если Discrete path delays (s) является вектором, канал является частотно-избирательным, и можно задать Transmit spatial correlation как матрицу. Каждый путь имеет одну и ту же матрицу пространственной корреляции передачи.
В качестве альтернативы можно задать Transmit spatial correlation как N массив T-by N T-by N P, где каждый путь может иметь свою собственную разную матрицу пространственной корреляции передачи.
Зависимости
Этот параметр появляется, когда Specify spatial correlation is Separate Tx Rx.
Типы данных: double
Поддержка комплексного числа: Да
Receive spatial correlation - Пространственная корреляция приемника
[1 0; 0 1] (по умолчанию) | матрицу | трехмерный массив
Задайте пространственную корреляцию приемника как N R-by N R или N R-by N R-by N P массива. N R является количеством приемных антенн, и N P равняется значению параметра Discrete path delays (s).
Если Discrete path delays (s) является скаляром, канал является частотно-плоским, а Receive spatial correlation является N R-by N R-Эрмитовой матрицей. Величина любого off-диагонального элемента должна быть не больше, чем среднее геометрическое двух соответствующих диагональных элементов.
Если Discrete path delays (s) является вектором, канал является частотно-избирательным, и можно задать Receive spatial correlation как матрицу. Каждый путь имеет одну и ту же матрицу пространственной корреляции приема.
В качестве альтернативы можно задать Receive spatial correlation как N массив R-by N R-by N P, где каждый путь может иметь свою собственную отдельную матрицу пространственной корреляции приема.
Зависимости
Этот параметр появляется, когда Specify spatial correlation is Separate Tx Rx.
Типы данных: double
Поддержка комплексного числа: Да
Combined spatial correlation - Комбинированная матрица пространственной корреляции
[1 0 0 0; 0 1 0 0; 0 0 1 0; 0 0 0 1] (по умолчанию) | матрицу | трехмерный массив
Задайте комбинированную матрицу пространственной корреляции как N матрицу TR-by N TR или N матрицу TR-by N TR-by N P, где N TR = (N T ✕ N R), и N P равняется количеству путей задержки, заданному дискретными задержками пути
Если Дискретные задержки пути являются скаляром, канал является частотным плоским, и Combined spatial correlation является N TR-by N TR Эрмитовой матрицей. Величина любого off-диагонального элемента должна быть не больше, чем среднее геометрическое двух соответствующих диагональных элементов.
Если Дискретные задержки пути являются вектором, канал является частотно-избирательным, и можно задать Combined spatial correlation как матрицу. Каждый путь имеет одну и ту же матрицу пространственной корреляции.
В качестве альтернативы можно задать Combined spatial correlation как N массив TR-by N TR-by N P, где каждый путь может иметь свою собственную отдельную комбинированную матрицу пространственной корреляции.
Зависимости
Этот параметр появляется, когда Specify spatial correlation is Combined.
Типы данных: double
Поддержка комплексного числа: Да
Normalize outputs by number of receive antennas - Нормализация выходного сигнала канала
on (по умолчанию) | off
Выберите этот параметр, чтобы нормализовать выходы канала по количеству приемных антенн.
Simulate using - Тип компиляции
Interpreted execution (по умолчанию) | Code generation
Тип компиляции, заданный как Interpreted execution или Code generation.
Antenna selection - Режим антенны
Off (по умолчанию) | Tx | Rx | Tx and Rx
Выбранный режим антенны соответствует дополнительным входным портам на блоке.
| Antenna selection настройки | Добавлены входные порты |
|---|---|
Off | None |
Tx | Tx Sel |
Rx | Rx Sel |
Tx and Rx | Tx Sel, Rx Sel |
Вкладка Реализация
Technique for generating fading samples - техника моделирования канала
Filtered Gaussian noise (по умолчанию) | Sum of sinusoids
Выберите технику моделирования канала Filtered Gaussian noise или Sum of sinusoids.
Number of sinusoids - Количество используемых синусоидов
48 (по умолчанию) | положительное целое число
Количество синусоидов, используемых для моделирования процесса затухания, заданное как положительное целое число.
Зависимости
Этот параметр появляется, когда метод для генерации замирающих выборок Sum of sinusoids.
Initial time source - Источник начального смещения времени
Property (по умолчанию) | Input port
Укажите источник начального смещения времени для модели с замираниями Property или Input port.
Когда вы задаете Initial time source
Property, используйте Начальное время (ы), чтобы задать начальное смещение времени.Когда вы задаете Initial time source
Input port, используйте вход порт Init Time, чтобы задать начальное смещение времени.
Зависимости
Этот параметр появляется, когда метод для генерации замирающих выборок Sum of sinusoids.
Initial time (s) - Начальное смещение времени
0 (по умолчанию) | неотрицательной скаляром
Начальное смещение времени для модели с замираниями, заданное как неотрицательный скаляр.
Когда Initial time (s) не является произведением 1/Частота дискретизации (Гц), она округлится до ближайшего положения выборки.
Зависимости
Этот параметр появляется, когда метод для генерации замирающих выборок Sum of sinusoids и начальный источник времени установлен в Property.
Initial seed - Начальный seed генератора случайных чисел
73 (по умолчанию) | неотрицательное целое число
Начальный seed генератора случайных чисел для этого блока, заданное как неотрицательное целое число.
Output channel path gains - Опция для вывода коэффициентов усиления пути
off (по умолчанию) | on
Выберите этот параметр, чтобы добавить выходной порт Gain к блоку и вывести коэффициент усиления канального пути базового процесса затухания.
Вкладка визуализации
Channel visualization - Выберите визуализацию канала
Off (по умолчанию) | Impulse response | Frequency response | Doppler spectrum | Impulse and frequency responses
Выберите визуализацию канала: Off, Impulse response, Frequency response, Doppler spectrum, или Impulse and frequency responses. Когда визуализация включена, выбранные характеристики канала, такие как импульсная характеристика или Допплеровский спектр, отображаются в отдельном окне. Для получения дополнительной информации см. раздел «Визуализация канала».
Antenna pair to display - Пара передающая-приемная антенна для отображения
[1,1] (по умолчанию) | вектор
Пара передающая-приемная антенна для отображения, заданная как вектор 1 на 2, где первый элемент соответствует желаемой передающей антенне, а второй соответствует желаемой приемной антенне. В это время может отображаться только одна пара.
Зависимости
Этот параметр появляется, когда визуализация Канала не Off.
Percentage of samples to display - Процент выборок
25% (по умолчанию) | 10% | 50% | 100%
Выберите процент выборок для отображения: 10%, 25%, 50%, или 100%. Увеличение процента повышает точность отображения за счет скорости симуляции.
Зависимости
Этот параметр появляется, когда визуализация Канала Impulse response, Frequency response, или Impulse and frequency responses.
Path for Doppler spectrum display - Путь, для которого отображается Допплеровский спектр
1 (по умолчанию) | положительное целое число
Путь, для которого отображается Допплеровский спектр, заданный как положительное целое число от 1 до N P, где N P равняется значению параметра Discrete path delays (s).
Зависимости
Этот параметр появляется, когда визуализация Канала Doppler spectrum.
Характеристики блоков
Типы данных |
|
Многомерные сигналы |
|
Сигналы переменного размера |
|
Алгоритмы
Обработка с замираниями по ссылке описана в Методологии симуляции многолучевых каналов с замираниями и принимает те же параметры для всех (N T × N R) ссылок канала MIMO. Каждая ссылка содержит все мультипути для этой ссылки.
Модель Кронекера
Модель Кронекера принимает, что пространственные корреляции на передающей и приемной сторонах разделимы. Эквивалентно, направление отправления (DoD) и направления прибытия (DoA) спектры приняты разделяемыми. Полная матрица корреляции:
Символ ⊗ представляет продукт Кронекера.
R t представляет корреляционную матрицу на стороне передачи :, размера N T-by- N T.
R r представляет матрицу корреляции на стороне приема :, размера N R-by- N R.
Можно получить реализацию матрицы канала MIMO как:
A является N R-by N T матрицей независимых идентично распределенных комплексных гауссовских переменных с нулевым средним и единичным отклонением.
Частотный коэффициент отсечения
Частотный коэффициент отсечения f c определяется для различных типов допплеровского спектра.
Для любого типа допплеровского спектра, кроме Гауссова и биГауссова, f c равен 1 .
Для
doppler('Gaussian')спектральный тип, f c равенNormalizedStandardDeviation.Для
doppler('BiGaussian')спектральный тип:Если на
PowerGains(1)иNormalizedCenterFrequencies(2)оба значения полей0, затем f c равняетсяNormalizedStandardDeviation(1).Если на
PowerGains(2)иNormalizedCenterFrequencies(1)оба значения полей0, затем f c равняетсяNormalizedStandardDeviation(2).Если на
NormalizedCenterFrequenciesзначение поля[0,0]иNormalizedStandardDeviationполе имеет два одинаковых элемента, тогда f c равенNormalizedStandardDeviation(1).Во всех других случаях f c равняется 1.
Выбор антенны
Когда объект находится в режиме выбора антенны, он использует следующие алгоритмы для обработки входного сигнала:
Все усиления случайного пути всегда генерируются и продолжают развиваться для каждой ссылки, независимо от того, выбрана ли данная ссылка. Значения усиления пути, выводимые для не выбранных ссылок, заполнены
NaN.Пространственная корреляция применяется только к выбранным передающей и/или приемной антеннам, и коэффициенты корреляции являются соответствующими значениями в матрицах передачи, приема или комбинированной корреляции. Другими словами, матрица пространственной корреляции для выбранных передающих или приемных антенн является подматрицей значения матричных свойств передачи, приема или комбинированной пространственной корреляции.
Для путей сигнала, сопоставленных с неактивными антеннами, сигнал с нулевой степенью передается в канальный фильтр.
Нормализация выходного канала происходит по количеству выбранных приемных антенн.
Ссылки
[1] Oestges, C. и B. Clerckx. MIMO Wireless Communications: от распространения в реальном мире до проекта кода пространства-времени. Академическая пресса, 2007.
[2] Correira, L. M. Мобильные широкополосные мультимедийные сети: Методы, модели и инструменты для 4G. Академическая пресса, 2006.
[3] Кермоаль, Й. П., Л. Шумахер, К. И. Педерсен, П. Е. Могенсен, и Ф. Фредериксен. Стохастическая модель радиоканала MIMO с экспериментальной валидацией. Журнал IEEE по отдельным областям коммуникаций. Том 20, № 6, 2002, стр. 1211-1226.
[4] Иерухим, М., П. Балабан, и К. С. Шанмуган. Симуляция систем связи. Второе издание. Нью-Йорк: Kluwer Academic/Plenum, 2000.
[5] Pätzold, Matthias, Cheng-Xiang Wang, and Bjorn Olav Hogstand. «Два новых метода на основе суммы синусоидов для эффективной генерации нескольких некоррелированных Релеевских замираний волн». Транзакции IEEE по беспроводной связи. Том 8, № 6, 2009, стр. 3122-3131.