Методы обнаружения сигналов и виды моделей радиоканалов

В связи с важностью знания матрицы радиоканала Н для исследования беспроводных систем наибольший интерес представляют работы по моделированию матрицы Н, в том числе и модели утвержденные международными организациями для традиционных систем связи. Модели матрицы Н можно разделить на три группы: статистические, лучевые и волноводные.

Наиболее широко используются аналитические статистические модели канала, которые описывают импульсную характеристику (или эквивалентную ей функцию передачи – матрицу канала Н) канала между элементами антенных решеток на обоих концах линии связи. Наиболее известные примеры таких моделей – модель Кронекера (Krоnесkеr Моdеl), модель Вейчселбергера (WеiсНsеlbеrgеr Моdеl) и виртуальное представление канала (Virtuаl СНаnnеl Rерrеsеntаtiоn).

Статистическая модель матрицы Н в представляется в виде случайных значений, изменяющихся по Рэлеевскому закону при отсутствии прямого луча. Последовательность символов передаваемых по радиоканалу разбивается на группы, на время передачи которых матрица «замораживается», т.е. элементы матрицы считаются постоянными. Для систем связи такая модель может использоваться в качестве оценочной, так как не учитывает реального изменения матрицы во времени, а учитывает только усредненные статистические изменения. Существуют модели, основанные на предположении о независимости временных задержек и доплеровского спектра канала. Канал представляется в виде линейного фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ фильтра или FIR– finitе iМрulsе rеsроnsе filtеr). Для различных типов каналов используются различные модели доплеровского спектра. Классической моделью является модель Джейка (Jаkеs). Она достаточно хорошо описывает канал с рассеивающими объектами сосредоточенными, в основном, вблизи приемного устройства. Важным достоинством таких моделей является возможность исследования систем связи с мобильными абонентами.

Статистические методы могут предсказать лишь некоторые средние характеристики сигналов, но при этом они не принимают во внимание особенности конкретных радиотрасс и основываются на предварительных экспериментальных данных, от которых зависит точность расчетов.

Среди детерминированных методов особое место занимают методы, основанные на приближении геометрической оптики, которые помимо расчета напряженности поля в точке приема позволяют предсказать направление прихода, время задержки, а также характеристики лучей, формирующие данное поле. Так как методы геометрической оптики основаны на приближении геометрической оптики, то главный критерий при их использовании заключается в том, чтобы длина электромагнитной волны была много меньше размеров препятствий. Основными алгоритмами в методах геометрической оптики являются: метод мнимых источников и метод запуска лучей. Остальные алгоритмы, как правило, являются модификациями этих двух. Существует также модель городского многолучевого радиоканала с предварительной обработкой данных о координатах и конфигурации зданий городской застройки. Модель реализована в виде программного продукта. Недостатком лучевых моделей является их привязка к конкретной окружающей обстановке и вычислительная сложность. Для каждого нового случая приходится считать все заново, а в случае движения терминала решение усложняется многократно.

Волноводные модели, как правило, предназначены для моделирования радиоканала внутри зданий и основаны на решении краевой задачи о возбуждении электромагнитных волн заданным источником внутри здания. Внутренний объем здания разбивается на некоторое конечное число блоков так, чтобы каждый из них представлял собой регулярную структуру хотя бы вдоль одной оси и, возможно, неоднородную вдоль двух других осей трехмерной системы координат, перпендикулярных первой. Такими блоками могут являться стены здания, отдельные помещения или их части, а также группы из нескольких помещений. Фактически, такой подход означает использование метода частичных областей (МЧО) для расчета электромагнитного поля внутри рассматриваемой сложной структуры, представляющей набор объемных резонаторов с потерями и со стенками из различных материалов. Программа на основе такой модели позволяет определять уровень мощности в точках объемной структуры. Основные недостатки волноводной модели: источник сигнала одиночный, точечный и не имеющий направленности; кроме того, модель не дает ответа о фазах и углах прихода лучей в точке приема, что для систем связи очень важно.

Еще одно направление работ - это исследования по учету взаимодействия излучателей в антенных структурах систем на матрицу Н.

Выбор модели матрицы Н и, соответственно, степень ее адекватности реальной обстановке влияет на уровень ошибок в системе радиодоступа МIМО при решении задачи обнаружения, однако кроме модели существенное влияние оказывает и алгоритм обнаружения.