移动无线通信信道测量

测量参数

power
doppler spectrum
delay spectrum
spatial spectrum(AOA)
polarization(接收机先放水平极化天线，再放垂直极化天线，信道极化信息就拿到了)

power

narrowband测量

只测能量，接收端放一个仪器

• power mater(narrowband)
• spectrum analyzer(从频谱看每点能量)
  有small scale fading，测power是不关注的，需要去掉，在一块区域里移动接收端，对测到的power取平均

wideband测量

可以区分多径，看到每个时延的能量，将能量相加，避免了small scale fading

doppler spectrum

得是窄带系统
时域采样满足奈奎斯特采样定理,即 $f(采样点/s)\ge 2f_{m} (最大多普勒频移)$
发一个CW（单音）信号,用spectrum analyzer拿到多普勒谱

delay spectrum

impulse channel sounder

发送窄脉冲，直接测量接收端的多径响应
问题：所有能量集中在非常窄的脉冲，贵，能量受限

frequency domain channel sounder

发送宽带导频信号，测量信道频率响应H(f)，经IFFT变换得到 $h(\tau )$
用VNA测 $h(\tau )$
先端到端校准
发射等间隔等功率的谱：类似OFDM，peak to average power 严重
chirp signal(调频信号)

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BW：越大，对时延分辨率越高，即区分大于一定距离的多径
Nf：频率采样点，反比于最大时延，限制能看到的最长的径
问题：扫频慢
适用：Tx,Rx运动缓慢或静止，且Tx,Rx距离要短,因为要是距离长的话要接线RF cable，cable loss大
解决：可以电转光,接opticale cable,再光转电，但光纤对温度，弯曲程度敏感

correlative channel sounder(好)

Tx发pseudo noise，因为白噪声自身相卷积为冲激，但不能发白噪声，因为无法复刻，是真正的随机，而发pseudo noise，只要知道random seed，就可以复刻这个噪声
需要收发端相连做同步（或不相连放高精度时钟）

spatial spectrum

1. directional scanning scheme
   
   当天线尺大小一样，频率越高，
   HPBW（half power beamwidth）：半功率带宽
   旋转接收机喇叭天线，就可以拿到角度
   可以做非常宽
   问题：

   • 机械旋转，慢
   • 带宽受限

2. switch array

3. phased array(相控阵)
   • 电扫，快
   • 在满足半波长情况下，array elements越多，beam越窄，越好
   • 窄带的，支持一小段宽带

空间相关性和来波方向图是傅里叶变换关系

Q&A

1. Explain what is channel sounding
   发送已知信号，从接收信号估计信道

2. Explain basic principle of impulse sounder, explain how pulse width affects channel sounding performance
   脉冲与channel impulse respons相卷积,接收端就得到了多径时延
   发的脉冲越宽，对时延分辨率越低

3. Explain basic principle of correlative channel sounder, explain how code-length affects channel sounding performance
   接收信号与发送信号做卷积运算，来得到信道冲激响应，因此发送pseudo noise(PN)序列
   序列码长越长，自相关函数的旁瓣越低，时延分辨率越高

4. For VNA based channel sounding
   explain how to select parameter setting, e.g. bandwidth, number of frequency points

   • bandwidth：与时延分辨率成反比
   • number of frequency points：看最大径多长，来预估最大时延，取倒数，得到∆f,用bandwidth/∆f，得到number of frequency points

   explain how to obtain channel frequency response, channel impulse response

   • 用VNA连接Tx，Rx，进行扫频，得到channel frequency response，再做反傅里叶变换，得到channel impulse response

   explain how to calculate delay domain characteristics, e.g. rms delay spread, mean delay

   • mean delay: $\tau _{0}= \frac{1 }{P_{T} }\sum_{i}^{} P_{i}\tau _{i} ,P_{T}= \sum_{i}^{} P_{i}$
   • rms delay spread（决定了相干带宽）：$\tau _{RMS}= \sqrt{(\frac{1 }{P_{T} }\sum_{i}^{} P_{i}\tau _{i} ^{2})-\tau _{0}^{2} }$

5. explain possible strategies for directional measurements (spatial profiles), e.g. rotational directional antennas, real antenna arrays, switched antenna arrays and virtual antenna arrays
   rotational directional antennas：接收机接一个定向天线对其机器旋转，看哪个方向收到的能量大

   • 机械旋转，看哪个方向收到的能量大，花费时间长，带宽(beamwidth)受限
   • 电子旋转，用相控阵（phased array），时间短

   real antenna array：有很多天线采到很多信号，到数字域进行操作
   switched antenna arrays：很多指向性天线，开关走一遍就遍历了一遍方向

   • 开关比机械旋转快

   virtual antenna arrays：一个天线，一个区域内移动到许多点

   • 便宜，方便，灵活，避免了天线间耦合（coupling）
   • 时间长，只能是静态信道（比如indoor）

6. explain how to measure the following channel parameters in practical setups
   Power

   • 窄带测量，取平均
   • 宽带测量，能分辨时延，不同时延功率直接叠加

   Delay (frequency)

   • 时域：发窄脉冲
   • 频域：VNA扫频，做傅里叶反变换
   • 相关性：发PN序列，接收信号再与PN序列卷积

   Doppler (time)

   • 时域采样，满足奈奎斯特采样定理，做傅里叶变换
   • 发CW信号，用spectrum analyzer拿到多普勒谱

   Directional (spatial)

   • 常用：拿一个定向天线旋转

   Polarization：接收机先放水平极化天线，再放垂直极化天线，信道极化信息就拿到了