채널사운드

채널 사운딩은 무선 통신, 특히 MIMO 시스템을 위한 무선 환경을 평가하는 기법이다. 지형과 장애물의 영향으로 무선 신호는 여러 경로(다중 경로 효과)로 전파된다. 다중 경로 효과를 최소화하거나 사용하기 위해 엔지니어는 채널 사운드를 사용하여 다차원 공간-임시 신호를 처리하고 채널 특성을 추정한다. 이것은 무선 시스템을 시뮬레이션하고 설계하는 데 도움이 된다.

동기부여 & 애플리케이션

이동 무선 통신 성능은 무선 전파 환경의 영향을 크게 받는다.^[1] 건물과 자연 장애물에 의한 차단은 송신기와 수신기 사이에 여러 경로를 생성하며 시간 분산, 위상 및 감쇠가 서로 다르다. 단일 입력 단일 출력(SISO) 시스템에서 다중 전파 경로가 신호 최적화 문제를 일으킬 수 있다. 단, 복수입력, 다중출력(MIMO) 시스템 개발을 바탕으로 채널 용량을 높이고 QoS를 개선할 수 있다.^[2] 이러한 다중 안테나 시스템의 효과를 평가하기 위해서는 무선 환경의 측정이 필요하다. 채널 사운딩은 안테나 어레이의 시뮬레이션과 설계를 위한 채널 특성을 추정할 수 있는 기법이다.^[3]

문제성명 & 기본사항

다중 경로 시스템에서 무선 채널은 주파수, 시간 및 위치에 따라 달라진다. 따라서 다음과 같은 파라미터는 채널을 설명한다.^[2]

• 출발 방향(DOD)
• 도착 방향(DOA)
• 시간 지연
• 도플러 시프트
• 복잡한 편극 경로 중량 행렬

엔지니어는 각 송신기 소자와 각 수신기 소자 사이의 전파 경로를 특성화하기 위해 광대역 멀티 톤 테스트 신호를 전송한다. 송신기의 연속 주기적 시험 순서는 수신기에 도착하며, 원래의 순서와 상관관계가 있다. 이 충동 같은 자동상관기능을 채널충동반응(CIR)이라고 한다.^[5] CIR의 전송기능을 확보함으로써 채널 환경을 추정할 수 있고, 성능을 개선할 수 있다.

기존 접근법에 대한 설명

MIMO 벡터 채널 경보 발생기

MIMO 벡터 채널 경보 발생기는 송신기와 수신기 양쪽의 다중 안테나를 기반으로 연결부 양쪽 끝에서 전파 방향을 효과적으로 수집할 수 있으며 다중 경로 파라미터의 분해능을 현저히 향상시킬 수 있다.^[1]

K-D 전파 모델

엔지니어는 광선 추적 모델 대신 이산 지역 평면 파형의 유한 합으로 파장 전파를 모델링한다. 이것은 계산을 줄이고 광학 지식의 요건을 낮춘다. 파도는 송신기와 수신기 사이의 평면적인 것으로 간주된다. 다른 두 가지 중요한 가정은 다음과 같다.

• 상대 대역폭은 시간 지연이 안테나 간 위상 변화로 간단히 변환될 수 있을 정도로 작다.
• 배열 구멍은 관측 가능한 크기 변동이 없을 정도로 작다.

그러한 가정에 기초하여, 기본 신호 모델은 다음과 같이 설명된다.

${\displaystyle h(\alpha ,\tau ,\psi _{R},\upsilon _{R},\psi _{T},\upsilon _{T})=\sum _{p=1}^{P}\gamma _{p}\delta (\alpha -\alpha _{p})\delta (\tau -\tau _{p})\cdot \delta (\psi _{R}-\psi _{R_{p}})\delta (\upsilon _{R}-\upsilon _{R_{p}})\cdot \delta (\psi _{T}-\psi _{T_{p}})\delta (\upsilon _{T}-\upsilon _{T_{p}})}$

where ${\displaystyle \tau _{p}}$ is the TDOA (Time Difference of Arrival) of the wave-front ${\displaystyle p}$. ${\displaystyle \psi _{R_{p}},\upsilon _{R_{p}}}$ are DOA at the receiver and ${\displaystyle \psi _{T_{p}},\upsilon _{T_{p}}}$ are DOD at the 송신기, ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle p_{}}$ ${\$는 도플러 시프트다.^[1]

실시간 초광대역 MIMO 채널 사운딩

채널 측정을 위한 더 높은 대역폭은 미래의 음향 장치에 대한 목표다. 새로운 실시간 UWB 채널 경보 발생기는 거의 0에서 5GHz까지 더 큰 대역폭으로 채널을 측정할 수 있다. 실시간 UWB MIMO 채널 사운딩은 현지화 및 검출 정확도가 크게 향상되어 모바일 기기 추적이 용이하다.^[6]

흥분 신호

다중 신호는 흥분 신호로 선택된다.

${\displaystyle x(t)=\sum _{k=-N_{c}/2-1}\sin(2\pi(f_{c}+k+cdot \Delta f)\cdot t+\ta _{k}$

where ${\displaystyle f_{c}}$ is the center frequency, ${\displaystyle \Delta f=B/N_{c}}$ (${\displaystyle B}$ is Bandwidth, ${\displaystyle N_{c}}$ is Number of multitones) is the tone spacing, and ${\displaystyle \theta _{k}}$ is the phase of the ${\display$$스타일$ k$^{{th}}}$ 톤$$. 우리는$$ $\theta {\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle k_{}}${\$displaystyle \theta _{$k}를 얻을 수 있다.

${\displaystyle \theta _{k}={{(\pi \cdot k)}^{2} \over N_{c}/2}}$

데이터 후 처리

1. 각 채널에서 측정된 DFT over K-1(배열 스위칭으로 인해 하나의 파형 손실) 파형이 수행된다(K: 채널당 파형).
2. 멀티톤 주파수에서의 주파수 영역 샘플은 모든${\displaystyle }$(${\displaystyle K}$- ${\displaystyle 1{}^{}}$) ${\displaystyle t^{}}$ h ${\$시료에서$$ 선택된다.
3. 추정 채널 전송 함수 $H{\displaystyle \stackrel{}{}}$ ${\displaystyle \stackrel{}{^}}$( ${\displaystyle f}$) ${\displaystyle {\hat {H}(f)}$은(는) 다음을 통해 얻는다$$.

${\displaystyle {\hat{H}(f)={X_{ref}^{**}}\cdot Y(f) \over {\좌측 X_{ref}(f)\우측 }^{2}+cdot{\hat{\sigma}}}}{N}^{2}(f)}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

여기서 $\sigma {\displaystyle {\hat{}}_{}^{}}$ ${\displaystyle N_{}^{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}f}$ ${\displaystyle )}$ ${\displaystyle {\hat {}_{N}^{2}(f)$는 노이즈 파워, ${\displaystyle X_{}}$ ${\displaystyle r_{}}$e ${\displaystyle f_{}}$ ${\displaystyle (f}$ )$${\$displaystyle X_{ref}(f)$는 기준 신호$$, $Y{\displaystyle }$(${\displaystyle f}$)$${\$displaystystyle Y(f)$는 샘플이다$$. 스케일링 계수 c는 다음과 같이 정의된다.

${\displaystyle c={{\bar {\bar {}_{ref}^{2} \over max{{\bar {\bar {\bara }}}_{{}}}}}{{{}}}}}}}}}Y}^{2}}-{\bar {\sigma }}}{{N}^{2}), {\bar {\sigma }}{{N}^{2}}:}$

RUSK 채널 경보 발생기

RUSK 채널 경보 발생기는 모든 주파수를 동시에 흥분시켜 모든 주파수의 주파수 응답을 측정할 수 있다. 테스트 신호는 주기 $t{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle p_{}}$ ${\$와 시간 단위로 주기적으로 발생한다$.$ 이 기간은 수신기에서 모든 지연된 다중 경로 구성요소를 포착하기 위해$$ ${\displaystyle {\mathrm{채널}}_{}}$의 임펄스 응답 지속시간 ${\displaystyle {\tau }_{}}$ ${\displaystyle m_{}}$ a ${\$보다 길어야 한다. 그림은 RUSK 경보 발생기에 대한 일반적인 채널 임펄스 응답(CIR)을 보여준다. 보조 시간 변수가 도입되어 CIR은 지연 시간 ${\displaystyle \tau }$ 및$$ 관측 $시간{\displaystyle }$ t ${\displaystyle t$}의 함수가 된다$.$ 지연-도플러 스펙트럼은 푸리에 변환을 통해 얻는다.^[4]

참고 항목

• 채널 추정

참조