Тема: ”Исследование моделей стационарных MIMO каналов связи”

Часть 1

 

 

Выполнил: ст.гр.218

 Холмогорцев И.А.

 

 

Введение

Для моделирования MIMO канала в Matlab используется системный объект —  comm.MIMOChannel.

Непосредственно сам пакет “comm” предназначен для моделирования прохождения входного сигнала через многолучевой канал MIMO с замираниями.

Описание

Системный объект “MIMOChannel” пропускает входной сигнал через многолучевой MIMO канал с замираниями. Он способен смоделировать, как и Рэлеевское так и Райсовское замирание в канале и использует модель Кронекера для моделирования пространственной корреляции между звеньями системы.

Обработка замираний, приходящихся на определенное звено системы происходит по методологии для моделирования многолучевого замирания каналов всей секции звеньев и принимает те же параметры для всех N(T) x N(R) звеньев  MIMO канала. (По модели Кронекера).

Под звеном подразумевается одна из “N(T)” передающих или “N(R)” приемных антенн.

Для имитации прохождения сигнала с использованием многолучевого MIMO канала с замираниями нужно:

1)Определиться с устанавливаемыми параметрами MIMO канала (Таблица 1)

2)Вызвать команду “step” для прохождения входного сигнала через MIMO канал в соответствии с заданными выше свойствами канала. Поведение данной функции специфично для каждого объекта панели инструментов Matlab.

Построение MIMO канала

H=comm.MIMOChannel” создает MIMO канал с частотно – селективными или амплитудными замираниями под именем “H”. Данный объект пропускает реальную или комплексную составляющую сигнала через многолучевой MIMO канал для получения сигнала аналогичного сигналу, прошедшего через реальный канал.

H=comm.MIMOChannel(Name,Value)” создает MIMO канал под именем “H” с указанными параметрами “Name” установленными на определенное значение “Value”. Имеется возможность указать дополнительные “параметры” — “значения параметров” попарно в любом порядке в данном виде: ”(Name1,Value1,…,NameN,ValueN)”

Таблица 1 — Параметры MIMO канала, устанавливаемые в Matlab

Name (название параметра)

Value(значение параметра)

SampleRate(Частота дискретизации)

Частота дискретизации входного сигнала (в герцах).

Значение по умолчанию данного параметра 1 Гц.

PathDelays(Вектор задержки)

Дискретный вектор задержки пути (в секундах).

Значение по умолчанию составляет 0. При установке параметра скалярным MIMO канал будет обладать амплитудными замираниями. Когда параметр установлен в виде вектора — MIMO канал будет обладать частотно – селективными замираниями.

AveragePathGains(Вектор среднего усиления)

Вектор среднего вносимого усиления (в дБ).

Значение по умолчанию составляет 0. Этот параметр должен иметь такой же размер, как и  параметр “PathDelays

NormalizePathGains(Нормирование вектора усиления)

Нормирование вектора усиления (Логический параметр).

Устанавливается значение данного параметра “true” для нормировки процесса замирания таким образом, что суммарная мощность вектора усиления, усредненная по времени, будет составлять 0 дБ. 

Значение данного параметра по умолчанию – “true”.

Если же установить “false” – нет никакой нормализации мощности. Средняя мощность усиления определяется в данном случае параметром “AveragePathGains

FadingDistribution(Распределение затухания)

Рэлеевское или Райсовское затухание в канале.

То есть данный параметр указывает тип замираний в канале.

По умолчанию выставлен — “Rayleigh.

KFactor(K-фактор)

Райсовский K-фактор, заданный в скалярном или векторном виде в виде вектора – строки той же длины, что и “PathDelays”.

 Этот параметр устанавливается, если параметр “FadingDistribution” установлен в значение “Rician”.

Значение параметра по умолчанию — 3

DirectPathDopplerShift(Прямой  Доплеровский сдвиг пути)

Доплеровский сдвиг (в герцах).

Указывает доплеровский сдвиг при Райсовском распределении.

Значение параметра по умолчанию — 0.

Это свойство применимо только при установке параметра “FadingDistribution” – “ Rician”.

Данный параметр должен иметь такой же размер, что и “KFactor”.

DirectPathInitialPhase(Начальная фаза пути)

Начальная фаза (в радианах).

Указывает начальную фазу при Райсовском распределении.

Значение по умолчанию — 0.

Это свойство применимо только при установке параметра “FadingDistribution” – “ Rician”.

Данный параметр должен иметь такой же размер, что и “KFactor”.

MaximumDopplerShift(Максимальный Доплеровский сдвиг)

Максимальный Доплеровский сдвиг по частоте (в Герцах).

Указывает максимально возможный доплеровский сдвиг для всех частей канала.

Значение по умолчанию 0.001 Гц.

Если установлено значение данного параметра 0, то канал остается статичным в течение всего ввода в него данных. Можно использовать сброс для создания новой реализации канала.

Так же данный параметр должен быть меньше чем “SampleRate”/10/Fc для каждого пути (от звена до звена), где Fc – частота среза одного из путей.

Для Доплеровского типа спектра отличного от “Gaussian” и “BiGaussian” значение Fc устанавливается 1. Однако же для этих двух типов Доплеровского спектра переменная зависит от полей “DopplerSpectrum

DopplerSpectrum(Доплеровский спектр)

Указывает Доплеровский спектр для пути (путей) канала.

Это свойство применяется когда “MaximumDopplerShift” установлен больше 0.

Значение параметра по умолчанию – ('Jakes').

Если вы присваиваете 1 значение данного параметра, то оно устанавливается для всех путей канала.

Если вы устанавливаете параметр “ FadingTechnique” — “Sum of sinusoids”, то “DopplerSpectrum” должен быть установлен в ('Jakes').

В других случаях значение параметра может выбираться любымм из списка:

  • doppler('Jakes')
  • doppler('Flat')
  • doppler('Rounded', ...)
  • doppler('Bell', ...)
  • doppler('Asymmetric Jakes', ...)
  • doppler('Restricted Jakes', ...)
  • doppler('Gaussian', ...)
  • doppler('BiGaussian', ...)

Если вы задаете данный параметр в виде массива для каждого пути канала, то каждый путь имеет соответственно свой доплеровский спектр, который может быть выбран из списка, приведенного выше. Однако, не стоит забывать, что в данном случае длина параметра соответствует длине параметра “PathDelays”.

В качестве альтернативы параметр “DoplerSpectrum” указывается как вектор строка, который так же имеет длину равную “PathDelays”. Возможными объектами Доплеровского спектра являются:

  • doppler.jakes
  • doppler.flat
  • doppler.rounded(...)
  • doppler.bell(...)
  • doppler.ajakes(...)
  • doppler.rjakes(...)
  • doppler.gaussian(...)
  • doppler.bigaussian(...)

Эти объекты поддерживают генерацию C – кода. Для его генерации укажите  это свойство  для единого Доплеровского спектра.

SpatialCorrelation(Пространственная  корреляция)

Значение параметра по умолчанию – “true”.

Параметр указывается для того, чтобы указать  пространственные матрицы корреляции, из которых может быть посчитано количество приемных и передающих антенн.

Если же установить параметр в “false”, то необходимо будет указать в дальнейшем количество приемных и передающих антенн. И в  данном случае пространственные матрицы корреляции будут являться единичными.

NumTransmitAntennas(Количество передающих антенн)

Количество передающих антенн варьируемое от 1 до 8 включительно.

Данный параметр устанавливается, когда параметр “SpatialCorrelation” — “false”.

Значение параметра по умолчанию – 2.

NumReceiveAntennas (Количество приемных антенн)

Количество приемных антенн варьируемое от 1 до 8 включительно.

Данный параметр устанавливается, когда параметр “SpatialCorrelation” — “false”.

Значение параметра по умолчанию – 2.

TransmitCorrelationMatrix (Корреляционная матрица передатчика)

Представляет собой 2D матрицу или 3D массив.

Данный параметр появляется когда “SpatialCorrelation” — “true”.

Значение по умолчанию — [1 0;0 1].

Размерность матрицы определяет количество передающих антенн N(T).

ReceiveCorrelationMatrix

(Корреляционная матрица приемника)

Представляет собой 2D матрицу или 3D массив.

Данный параметр появляется когда “SpatialCorrelation” — “true”.

Значение по умолчанию — [1 0;0 1].

Размерность матрицы определяет количество приемных антенн N(R).

AntennaSelection(Выбор антенны)

Методика выборки из антенн: передающих (только), приемных(только), приемных и передающих или же отключение данного параметра.

Указание схемы выбора антенны: ” Off | Tx | Rx | Tx and Rx

Значение по умолчанию :”Off”.

Когда параметр устанавливается отличным от стандартного, то объект требует 1 или нескольких входов для указания типа антенн, которые выбираются для передачи или приема.

NormalizeChannelOutputs (Нормированные выходы канала)

Нормированные выходы канала (логический параметр).

Установка данного параметра “True” означает нормализацию выходов канала по количеству приемных антенн.

Значение по умолчанию – “true”.

Если установить параметр “false”, то не происходит нормализации выходов канала.

FadingTechnique(Техника внесения затухания)

Указание одного из двух параметров техники  затухания в канале:” Filtered Gaussian noise” или “ Sum of sinusoids”.

Параметр по умолчанию – “Sum of sinusoids”.

NumSinusoids(Количество синусоид)

Указывается количество синусоид, используемых для моделирования канала. Свойство появляется, когда параметр “FadingTechnique” — “ Sum of sinusoids”.

Значение по умолчанию – 48.

InitialTimeSource(Источник времени старта)

Источник контроля начала времени затухания.

Возможны два значения параметра: ”Property” или “Input port”.

Возможна установка данного свойства, если параметр “FadingTechnique” — “ Sum of sinusoids”.

Когда установлено значение  параметра “Input port”, то указывается время начала процесса “INITIALTIME” в функции “step”. Значение  ввода может изменяться  в последовательных вызовах функции “step”.

Значение параметра по умолчанию – “Property”.

InitialTime(Начальное время)

Время указывается в секундах.

Применяется данный параметр когда параметр “FadingTechnique” — “ Sum of sinusoids” и “InitialTimeSource” — “Property”.

Значение параметра по умолчанию — 0.

RandomStream(Случайный поток)

Источник потока случайных чисел.

Параметр выбирается значением либо “Global stream”, либо “ mt19937ar with seed”.

Значение параметра по умолчанию – “Global stream”.

Если установлено значение “Global stream”, то текущий глобальный поток случайных чисел используется для генерации нормально распределённых случайных чисел. В этом случае метод сброса только сбрасывает фильтры.

Если установлено значение “ mt19937ar with seed” , то для генерации нормально распределенных случайных чисел используется алгоритм “mt19937ar”. В этом случае метод сброса  не только сбрасывает фильтры, но так же  перезагружает  поток случайных чисел  по заданному значению “Seed”

Seed (источник)

Источник  начальной скорости для mt19937ar.

Значение параметра по умолчанию — 73.

Данный параметр указывается, если параметр “RandomStream” — “ mt19937ar with seed”. Данный параметр инициализирует поток по методу  “mt19937ar”.

PathGainsOutputPort (Выходной порт усиления)

Включает вывод усиления (логический)

Значение по умолчанию – “false”.

При установке параметра “true” образует вывод значения усиления в канале.

Visualization(Визуализация)

Включение визуализации при просмотре канала.

Возможны следующие варианты значения данного параметра: ” Off | Impulse response | Frequency response | Impulse and frequency responses | Doppler spectrum”.

Визуализация возможна если параметр “FadingTechnique” — “  Filtered Gaussian noise”

Значение параметра по умолчанию – “Off”.

AntennaPairsToDisplay(Просмотр связей пар антенн)

Указывается вектор – строка где первый элемент соответствует желаемой передающей антенне а второй элемент желаемой приемной антенне. В одно время может быть отображена только 1 пара антенн.

Этот параметр применим если параметр  “Visualization” установлен в любом положении отличном от “Off”.

Значение параметра по умолчанию — [1 1].

SamplesToDisplay(Количество отсчётов для отображения)

Процент отсчётов для отображения.

Указание данного параметра одним из значений в процентах: “10% | 25% | 50% | 100%”. Показывает меньше отсчетов  для более высокой производительности, но меньшей точности. Данный параметр применим , когда параметр “Visualization” выставлен в значение “Impulse response” или “Frequency response” или “Impulse and frequency responses”.

Значение по умолчанию  —  25%.

PathsForDopplerDisplay(Путь для отображения Доплеровского спектра) 

Путь для отображения Доплеровского указывается целым числом.

Указанный путь  должен быть элементом {1, 2, ..., Np} , где Np – число дискретных путей на соединение, указанных в объекте.

В одно время возможно отображение только лишь одного пути.

Параметр применим, если “Visualization” — “Doppler spectrum”

Значение параметра по умолчанию – 1.

 

Инструменты и методы

1) сlone — Создает такой же MIMO объект (с аналогично указанными свойствами).

2) getNumInputs — количество ожидаемых входов системы.

3) getNumOutputs — количество ожидаемых выходов системы.

4) info — Характерная информация о данном канале MIMO.

5) isLocked — статус блокировки для входных атрибутов и не перестраиваемых свойств.

6) release — разрешить задание значений параметров и  входных  характеристик.

7) reset — сброс состояния объекта MIMO канала.

8) step — имитация прохождения входного сигнала через многолучевой MIMO канал с замираниями.