室內OFDM信道測試?

01-24

有沒有朋友進行過室內OFDM信道測試？波動性如何？或者室內信道的具體模型是怎樣的？

題主所說的波動性是指信道隨著時間的變化還是指各個子載波之間的差別？

先說信道隨著時間的變化。說起信道的變化，必須把信道的幅度變化和信道的相位變化分開來說，因為它們的變化速度相差很多。在這裡得先區分兩個概念：一個是物理信道（包括空氣、天線等因素），一個是基帶信道。我們通過接收到的基帶信號進行測量得到的信道估計，是基帶信道的估計；而物理信道是被包含在基帶信道之中，比較難精確地把物理信道區分開來進行測量。

如果環境是完全靜止的，兩個無線節點也是完全靜止的，那麼理論上來說物理信道是幾乎不變的。這種情況下，如果你去測基帶信道的幅度，會發現幅度幾乎沒有隨著時間變化（考慮到雜訊，測量結果當然會有上下波動）。然而，即使是這種靜態的環境之下，基帶信道的相位也會變化得非常快，原因是實際通信系統中普遍存在的一個問題：載波頻偏（carrier frequency offset, CFO）和採樣頻偏（sampling frequency offset, SFO）。CFO和SFO都是由兩個無線節點的時鐘頻率的不同引起的。絕大多數實用無線通信系統中，兩個無線節點的時鐘是分開的兩個獨立時鐘，而時鐘的頻率一定存在誤差，兩個時鐘的頻率的差別就會導致CFO和SFO的產生。由於SFO的數值比較小（2.4GHz-20MHz的WiFi裡面大概是CFO的1/100，如果採樣時鐘和RF時鐘是來自於同一個晶振的話），這裡我只講CFO。取決於使用的晶振的級別，CFO的大小從1Hz到10kHz不等（晶振的價格從幾千塊到幾毛錢不等）。一般的商用晶振所帶來的CFO至少至少會在1kHz以上。CFO會導致時域基帶信號一直在IQ-domain上旋轉，旋轉的速度就是CFO的大小。可以認為CFO使得時域基帶信道一直在IQ-domain上旋轉。而1kHz的CFO所帶來的相位旋轉是非常快的：在一個包的時間長度（大概1ms）之內，可以旋轉1kHz*1ms=1rotation，也就是轉了整整360度。所以，如果環境和無線節點是靜止的，那麼基帶信道的幅度將會很穩定（時域和頻域都是），但是基帶信道的相位卻會由於CFO的存在而快速變化（時域和頻域都是）。

現在來看移動環境下的情況。2.4GHz的WiFi信號的波長大概是10cm的級別，而人的室內步行移動速度大概1m/s，那麼在一個包的時間長度（大概1ms）之內，人大概能移動1mm，也就是1/100波長。這會引起幅度和相位的變化，而且在非視距（non-line-of-sight）信道中由於多徑（multi-path）比較複雜，這種由移動引起的變化會更加明顯。如果你看相位的變化的話，其實物理信道的變化速度是沒有CFO的影響來得快的，因為CFO很大。

貼一張物理信道相位測試的圖，注意是去掉了CFO和SFO的物理信道的相位。在這個實驗裡面，兩個無線節點完全靜止，室內沒有其他人，在信號收發的過程之中，我從兩個節點中間走過（大概0.5m/s吧）。這種場景已經算是非常理想的了，實際之中的移動會更嚴重。可以看到在1s的時間之內，物理信道的相位出現了上下0.6個弧度左右的波動，在100ms之內可以變化0.4個弧度。

然後說子載波之間的差別。如果是視距（line-of-sight）信道，那麼頻率選擇性（frequency-selectiveness）一般不會太強，那麼子載波之間的幅度差別不會太大，如下圖左。如果是非視距，那麼物理信道很可能會出現明顯的頻率選擇性，嚴重的時候如下圖右，可以看到差的subcarrier的幅度只有好的subcarrier的幅度的1/10，有時候甚至可以接近0。這是室內測出來的，不管是否在運動，多徑都可以在子載波之間產生這種很大的差別。如果問子載波之間相位的差別，那當然可以很大啊，就算信道完全平坦，OFDM的CP-cut position也會造成子載波間的相位差別。這裡就不畫相位的圖了，可以腦補一下。

請問，既然相位信息變化太大，所以不能用相位信息進行分析了嗎。

既然是由於兩個節點的時鐘偏差引起頻偏，那麼可以同一個節點進行相對性的分析嗎。

有些文章那個中，有對與TOF 的消除SFO的辦法，可以應用到相位嗎。

剛接觸CSI，有好多不懂，見諒啊。