Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 2.6: Dimensions in GWSSUS"

From LNTwww
Line 3: Line 3:
  
 
[[File:P_ID2167__Mob_A_2_6.png|right|frame|Überblick der GWSSUS–Funktionen]]
 
[[File:P_ID2167__Mob_A_2_6.png|right|frame|Überblick der GWSSUS–Funktionen]]
Der Mobilfunkkanal kann in sehr allgemeinen Form durch vier Systemfunktionen beschrieben werden, wobei der Zusammenhang zwischen je zwei Funktionen durch
+
The mobile radio channel can be described in very general terms by four system functions, whereby the relationship between each two functions is described by
* die Fouriertransformation bzw.
+
* the Fourier transform or
* die Fourierrücktransformation
+
* the Fourier retransformation
  
  
gegeben ist.
+
is given.
  
Wir bezeichnen die Funktionen einheitlich mit  $\eta_{12}$. Die Indizes seien wie folgt vereinbart:
+
We uniformly denote the functions with  $\eta_{12}$. The indices are agreed as follows:
* <b>V</b>&nbsp; steht für Verzögerung&nbsp; $\tau$&nbsp; (Index &bdquo;1&rdquo;),
+
* <b>V</b>&nbsp; stands for delay&nbsp; $\tau$&nbsp; (Index &bdquo;1&rdquo;),
* <b>F</b>&nbsp; steht für die Frequenz&nbsp; $f$&nbsp; (Index &bdquo;1&rdquo;),
+
* <b>F</b>&nbsp; stands for frequency&nbsp; $f$&nbsp; (index &bdquo;1&rdquo;),
* <b>Z</b>&nbsp; steht für die Zeit&nbsp; $t$&nbsp; (Index &bdquo;2&rdquo;),
+
* <b>Z</b>&nbsp; stands for the time&nbsp; $t$&nbsp; (index &bdquo;2&rdquo;)
* <b>D</b>&nbsp; steht für die Dopplerfrequenz&nbsp; $f_{\rm D}$&nbsp; (Index &bdquo;2&rdquo;).
+
* <b>D</b>&nbsp; stands for the Doppler frequency&nbsp; $f_{\rm D}$&nbsp; (index &bdquo;2&rdquo;).
  
  
Der Zusammenhang zwischen den Funktionen ist in der Grafik (gelbe Hinterlegung) dargestellt. Die Fourierkorrespondenzen sind grün eingezeichnet:
+
The relationship between the functions is shown in the diagram (yellow background). The Fourier correspondences are shown in green:
* Der Übergang von einem weiß gefüllten zu einem grün gefüllten Kreis entspricht einer&nbsp; [[Signaldarstellung/Fouriertransformation_und_-r%C3%BCcktransformation#Das_erste_Fourierintegral| Fouriertransformation]].
+
* The transition from a circle filled with white to a circle filled with green corresponds to a&nbsp; [[Signal representation/Fourier transform_and_-r%C3%BCcktransformation#The_first_Fourier integral|Fourier transform]].
* Der Übergang von einem grün gefüllten zu einem weiß gefüllten Kreis entspricht der&nbsp; [[Signaldarstellung/Fouriertransformation_und_-r%C3%BCcktransformation#Das_zweite_Fourierintegral| Fourierrücktransformation]]&nbsp; (Gegenrichtung).
+
* The transition from a circle filled with green to a circle filled with white corresponds to the&nbsp; [[Signal representation/Fourier transformation_and_-r%C3%BCcktransformation#The_second_Fourier integral|Fourier inverse transformation]]&nbsp; (opposite direction).
  
  
Beispielsweise gilt:  
+
For example:  
:$$\eta_{\rm VZ}(\tau, t)
+
$$\eta_{\rm VZ}(\tau, t)
  \hspace{0.2cm}  \stackrel{\tau, \hspace{0.02cm}f}{\circ\!\!-\!\!\!-\!\!\!-\!\!\bullet} \hspace{0.2cm} \eta_{\rm FZ}(f,t)\hspace{0.05cm},
+
  \hspace{0.2cm}  \stackrel{\a6}, \hspace{0.02cm}{0.02cm}{\circ\!-\!-\!-\!-\!-\!\bullet} \hspace{0.2cm} \eta_{\rm FZ}(f,t)\hspace{0.05cm}
 
  \hspace{0.4cm}\eta_{\rm FZ}(f,t)
 
  \hspace{0.4cm}\eta_{\rm FZ}(f,t)
  \hspace{0.2cm}  \stackrel{f, \hspace{0.02cm}\tau}{\bullet\!\!-\!\!\!-\!\!\!-\!\!\circ} \hspace{0.2cm} \eta_{\rm VZ}(\tau, t)\hspace{0.05cm}.$$
+
  \hspace{0.2cm}  \stackrel{f, \hspace{0.02cm}{\a6}{\bullet\!\bullet\} \hspace{0.2cm} \eta_{\rm VZ}(\tau, t)\hspace{0.05cm}.$$
  
*Die hieraus abgeleitete Korrelationsfunktion&nbsp; $\varphi_{12}$&nbsp; und das Leistungsdichtespektrum&nbsp; $\it \Phi_{\rm 12}$&nbsp; werden mit den gleichen Indizes versehen wie die Systemfunktion $\eta_{12}$.  
+
*The correlation function&nbsp; $\varphi_{12}$&nbsp; and the power density spectrum&nbsp; $\it \Phi_{\rm 12}$&nbsp; are provided with the same indices as the system function $\eta_{12}$.  
*Korrelationsfunktionen erkennt man in der unteren Grafik an der roten Schrift und alle Leistungsdichtespektren sind blau beschriftet. Es wird stets vom GWSSUS&ndash;Modell ausgegangen.
+
*Correlation functions can be recognized by the red font in the lower graph and all power density spectra are labeled in blue. The GWSSUS&ndash;model is always assumed.
  
  
Betrachten wir hier die Systemfunktion&nbsp; $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$, also die zeitvariante Impulsantwort&nbsp; $h(\tau, t)$. Für diese ergeben sich folgende Beschreibungsgrößen:
+
Let us consider here the system function&nbsp; $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$, i.e. the time variant impulse response&nbsp; $h(\tau, t)$. The following descriptive variables result for these:
:$$\varphi_{\rm VZ}(\tau_1, t_1, \tau_2, t_2) = {\rm E} \left [ \eta_{\rm VZ}(\tau_1, t_1) \cdot  
+
$$\varphi_{\rm VZ}(\tau_1, t_1, \tau_2, t_2) = {\rm E} \left [ \eta_{\rm VZ}(\tau_1, t_1) \cdot  
 
  \eta_{\rm VZ}^{\star}(\tau_2, t_2) \right ]\hspace{0.05cm},$$
 
  \eta_{\rm VZ}^{\star}(\tau_2, t_2) \right ]\hspace{0.05cm},$$
:$$\Delta \tau = \tau_2 - \tau_1 \hspace{0.05cm}, \hspace{0.2cm} \Delta t = t_2 - t_1
+
$$\Delta \tau = \tau_2 - \tau_1 \hspace{0.05cm}, \hspace{0.2cm} \Delta t = t_2 - t_1
 
  \hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm}
 
  \hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm}
  \varphi_{\rm VZ}(\Delta \tau, \Delta t) \hspace{0.05cm}, $$
+
  \varphi_{\rm VZ}(\delta \tau, \delta t) \hspace{0.05cm}, $$
:$$\varphi_{\rm VZ}(\Delta \tau, \Delta t) = \delta(\Delta \tau) \cdot {\it \Phi}_{\rm VZ}(\tau, \Delta t) \hspace{0.05cm}.$$
+
$$\varphi_{\rm VZ}(\delta \tau, \delta t) = \delta(\delta \tau) \cdot {\it \Phi}_{\rm VZ}(\tau, \delta t) \hspace{0.05cm}.$$
:$${\it \Phi}_{\rm V}(\tau) = {\it \Phi}_{\rm VZ}(\tau, \Delta t = 0)\hspace{0.05cm}. $$
+
$${\it \phi}_{\rm V}(\tau) = {\it \phi}_{\rm VZ}(\tau, \delta t = 0)\hspace{0.05cm}. $$
  
  
  
''Hinweis:'' &nbsp; Die Aufgabe gehört zum Kapitel&nbsp; [[Mobile_Kommunikation/Das_GWSSUS%E2%80%93Kanalmodell| Das GWSUS&ndash;Kanalmodell]].
+
''Note:'' &nbsp; This task belongs to the chapter&nbsp; [[Mobile_Kommunikation/Das_GWSSUS%E2%80%93Kanalmodell| Das GWSUS&ndash;Kanalmodell]].
  
  
  
===Fragebogen===
+
===Questionnaire===
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Stimmen die angegebenen Einheiten der Systemfunktionen?
+
{Are the specified units of the system functions correct?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$&nbsp; hat die Einheit&nbsp; $[1/\rm s]$.
+
+ $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$&nbsp; has the unit&nbsp; $[1/\rm s]$
+ $\eta_{\rm FZ}(f, t)$&nbsp; hat keine Einheit.
+
+ $\eta_{\rm FZ}(f, t)$&nbsp; has no unit.
+ $\eta_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$&nbsp; hat keine Einheit.
+
+ $\eta_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$&nbsp; has no unit.
+ $\eta_{\rm FD}(f, f_{\rm D})$&nbsp; hat die Einheit&nbsp; $[1/\rm Hz]$.
+
+ $\eta_{\rm FD}(f, f_{\rm D})$&nbsp; has the unit&nbsp; $[1/\rm Hz]$
  
{Stimmen die Einheiten der folgenden Funktionen?
+
{Do the units of the following functions match?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
- $\varphi_{\rm VZ}(\Delta \tau, \Delta t)$&nbsp; hat die Einheit&nbsp; $[1/\rm s]$.
+
- $\varphi_{\rm VZ}(\delta \tau, \delta t)$&nbsp; has the unit&nbsp; $[1/\rm s]$.
+ ${\it \Phi}_{\rm VZ}(\tau, {\rm \Delta} t)$&nbsp; hat die Einheit&nbsp; $[1/\rm s]$.
+
+ ${\it \phi}_{\rm VZ}(\tau, {\rm \delta} t)$&nbsp; has the unit&nbsp; $[1/\rm s]$.
+ ${\it \Phi}_{\rm V}(\tau)$&nbsp; hat die Einheit&nbsp; $[1/\rm s]$.
+
+ ${\it \phi}_{\rm V}(\tau)$&nbsp; has the unit&nbsp; $[1/\rm s]$.
  
{Stimmen die Einheiten der weiteren Funktionen?
+
{Do the units of the other functions match?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
+ $\varphi_{\rm FZ}(\Delta f, \Delta t),&nbsp; \varphi_{\rm F}(\Delta f)$&nbsp; und&nbsp; $\varphi_{\rm Z}(\Delta t)$&nbsp; haben keine Einheit.
+
+ $\varphi_{\rm FZ}(\Delta f, \Delta t),&nbsp; \varphi_{\rm F}(\Delta f)$&nbsp; and&nbsp; $\varphi_{\rm Z}(\Delta t)$&nbsp; have no unit.
- ${\it \Phi}_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$&nbsp; hat die Einheit&nbsp; $[1/\rm s]$.
+
- ${\it \Phi}_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$&nbsp; has the unit&nbsp; $[1/\rm s]$.
+ ${\it \Phi}_{\rm FD}(\Delta f, f_{\rm D})$&nbsp; und&nbsp; ${\it \Phi}_{\rm D}(f_{\rm D})$&nbsp; haben jeweils die Einheit $[1/\rm Hz]$.
+
+ ${\it \Phi}_{\rm FD}(\Delta f, f_{\rm D})$&nbsp; and&nbsp; ${\it \Phi}_{\rm D}(f_{\rm D})$&nbsp; have the unit $[1/\rm Hz]$ each.
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Sample solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; <u>Alle Aussagen sind richtig</u>:  
+
'''(1)'''&nbsp; <u>All statements are correct</u>:  
*$\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$ ist die zeitvariante Impulsantwort, für die auch die Bezeichnung $h(\tau, t)$ gebräuchlich ist. Wie jede Impulsantwort hat auch $h(\tau, t)$ die Einheit $[1/\rm s]$.  
+
*$\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$ is the time variant impulse response, for which the term $h(\tau, t)$ is also common. Like every impulse response, $h(\tau, t)$ has the unit $[1/\rm s]$.  
*Durch Fouriertransformation der Funktion $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$ bezüglich der Verzögerung $\tau$ kommt man zu
+
*By Fourier transformation of the function $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$ with respect to the delay $\tau$ one obtains
:$$\eta_{\rm FZ}(f, t) = \int_{-\infty}^{+\infty} \eta_{\rm VZ}(\tau, t) \cdot {\rm e}^{- {\rm j}\hspace{0.05cm}\cdot \hspace{0.05cm}2 \pi f \tau}\hspace{0.15cm}{\rm d}\tau  
+
$$\eta_{\rm FZ}(f, t) = \int_{-\infty}^{+\infty} \eta_{\rm VZ}(\tau, t) \cdot {\rm e}^{- {\rm j}\hspace{0.05cm}\cdot \hspace{0.05cm}2 \pi f \tau}\hspace{0.15cm}{\rm d}\tau  
 
  \hspace{0.05cm}. $$
 
  \hspace{0.05cm}. $$
  
*Durch die Integration nach $\tau$ (Einheit: $\rm s$) ist $\eta_{\rm FZ}(f, t)$, die auch als &bdquo;zeitvariante Übertragungsfunktion&rdquo; bezeichnet wird, ohne Einheit. In mancher Literatur wird anstelle von $\eta_{\rm FZ}(f, t)$ auch $H(f, t)$ verwendet.
+
*By the integration after $\tau$ (unit: $\rm s$), $\eta_{\rm FZ}(f, t)$, also called &bdquo;time-variant transfer function&rdquo; is without unit. In some literature, $H(f, t)$ is also used instead of $\eta_{\rm FZ}(f, t)$.
  
*Auch die Verzögerungs&ndash;Doppler&ndash;Darstellung $\eta_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$ hat keine Einheit. Diese Funktion ergibt sich aus der zeitvarianten Impulsantwort $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$ durch die Fouriertransformation hinsichtlich $t$:
+
*The delay&ndash;Doppler&ndash;representation $\eta_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$ also has no unit. This function results from the time variant impulse response $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$ by the Fourier transformation with respect to $t$:
:$$\eta_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D}) = \int_{-\infty}^{+\infty} \eta_{\rm VZ}(\tau, t) \cdot {\rm e}^{- {\rm j}\hspace{0.05cm}\cdot \hspace{0.05cm}2 \pi f_{\rm D} t}\hspace{0.15cm}{\rm d}t  
+
$$\eta_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D}) = \int_{-\infty}^{+\infty} \eta_{\rm VZ}(\tau, t) \cdot {\rm e}^{- {\rm j}\hspace{0.05cm}\cdot \hspace{0.05cm}2 \pi f_{\rm D} t}\hspace{0.15cm}{\rm d}t  
 
  \hspace{0.05cm}.$$
 
  \hspace{0.05cm}.$$
  
*Die Funktion $\eta_{\rm FD}(t, f_{\rm D})$ ergibt sich aus den dimensionalen Funktionen $\eta_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$ bzw. $\eta_{\rm FZ}(f, t)$ jeweils durch eine Fouriertransformation, was die Einheit $[\rm s] = [1/\rm Hz]$ zur Folge hat.
+
*The function $\eta_{\rm FD}(t, f_{\rm D})$ results from the dimensional functions $\eta_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$ and $\eta_{\rm FZ}(f, t)$ respectively by a Fourier transformation, which results in the unit $[\rm s] = [1/\rm Hz]$.
  
  
  
'''(2)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Lösungsvorschläge 2 und 3</u>:
+
'''(2)'''&nbsp; Correct are the <u>solutions 2 and 3</u>:
*Die Autokorrelationsfunktion ist definitionsgemäß der folgende Erwartungswert:
+
*The autocorrelation function is by definition the following expected value:
:$$\varphi_{\rm VZ}(\tau_1, t_1, \tau_2, t_2) = {\rm E} \left [ \eta_{\rm VZ}(\tau_1, t_1) \cdot  
+
$$\varphi_{\rm VZ}(\tau_1, t_1, \tau_2, t_2) = {\rm E} \left [ \eta_{\rm VZ}(\tau_1, t_1) \cdot  
 
  \eta_{\rm VZ}^{\star}(\tau_2, t_2) \right ]\hspace{0.05cm}.$$
 
  \eta_{\rm VZ}^{\star}(\tau_2, t_2) \right ]\hspace{0.05cm}.$$
  
*Da die zeitvariante Impulsantwort $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$ die Einheit $[1/\rm s]$ aufweist, hat deren AKF $\varphi_{\rm VZ}$ die Einheit $[1/\rm s^2]$, sowohl mit dem Argument $(\tau_1, l_1, \tau_2, t_2)$ als auch mit dem GWSSUS&ndash;Argument $(\Delta \tau, \ \Delta t)$.
+
*Since the time variant impulse response $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$ has the unit $[1/\rm s]$, its AKF $\varphi_{\rm VZ}$ has the unit $[1/\rm s^2]$, both with the argument $(\tau_1, l_1, \tau_2, t_2)$ and with the GWSSUS&ndash; argument $(\delta \tau, \ \delta t)$.
  
*Die Diracfunktion $\delta(\Delta \tau)$ hat die Dimension $[1/\rm s]$, da das Integral über alle $\tau$ (mit Einheit $[\rm s]$) den Wert $1$ ergeben muss. Daraus folgt für die Verzögerungs&ndash;Zeit&ndash;Kreuzleistungsdichte ${\it \Phi}_{\rm VZ}(\tau, \Delta \tau)$ die Einheit $[1/\rm s]$, ebenso für die Verzögerungs&ndash;Leistungsdichte ${\it \Phi}_{\rm V}(\tau) = {\it \Phi}_{\rm VZ}(\tau, \Delta t = 0)$.  
+
*The Dirac function $\delta(\delta \tau)$ has the dimension $[1/\rm s]$, since the integral over all $\tau$ (with unit $[\rm s]$) must result in the value $1$. From this follows for the delay&ndash;time&ndash;cross power density ${\it \Phi}_{\rm VZ}(\tau, \delta \tau)$ the unit $[1/\rm s]$, as well as for the delay&ndash;power density ${\it \Phi}_{\rm V}(\tau) = {\it \Phi}_{\rm VZ}(\tau, \delta t = 0)$.  
  
  
  
'''(3)'''&nbsp; Richtig sind hier die <u>Aussagen 1 und 3</u>:  
+
'''(3)'''&nbsp; Correct here are the <u>statements 1 and 3</u>:  
*Ausgehend von der Einheit $[1/\rm s]$ der Funktion ${\it \Phi}_{\rm VZ}(\tau, \Delta t)$ kommt man durch Fouriertransformation bezüglich $\tau$ bzw. $\Delta t$ zu den Funktionen $\varphi_{\rm FZ}(\Delta f, \Delta t)$ bzw. ${\it \Phi}_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$. Beide sind dimensionslos.
+
*Starting from the unit $[1/\rm s]$ of the function ${\it \Phi}_{\rm VZ}(\tau, \delta t)$ one arrives at $\tau$ or $\Delta t$ to the functions $\varphi_{\rm FZ}(\Delta f, \Delta t)$ or ${\it \Phi}_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$. Both are dimensionless.
  
*Das Frequenz&ndash;Doppler&ndash;Kreuzleistungsdichtespektrum hat die Einheit $[\rm s] = [1/\rm Hz]$, wegen
+
*The frequency&ndash;Doppler&ndash;cross power density spectrum has the unit $[\rm s] = [1/\rm Hz]$, because
:$${\it \Phi}_{\rm FD}(\Delta f, f_{\rm D}) = \int_{-\infty}^{+\infty} {\it \Phi}_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D}) \cdot {\rm e}^{- {\rm j}\hspace{0.05cm}\cdot \hspace{0.05cm}2 \pi f_{\rm D} \tau}\hspace{0.15cm}{\rm d}\tau \hspace{0.05cm}. $$
+
$${\it \Phi}_{\rm FD}(\delta f, f_{\rm D}) = \int_{-\infty}^{+\infty} {\it \Phi}_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D}) \cdot {\rm e}^{- {\rm j}\hspace{0.05cm}\cdot \hspace{0.05cm}2 \pi f_{\rm D} \tau}\hspace{0.15cm}{\rm d}\tau \hspace{0.05cm}. $$
 
{{ML-Fuß}}
 
{{ML-Fuß}}
  

Revision as of 14:46, 22 April 2020

Überblick der GWSSUS–Funktionen

The mobile radio channel can be described in very general terms by four system functions, whereby the relationship between each two functions is described by

  • the Fourier transform or
  • the Fourier retransformation


is given.

We uniformly denote the functions with  $\eta_{12}$. The indices are agreed as follows:

  • V  stands for delay  $\tau$  (Index „1”),
  • F  stands for frequency  $f$  (index „1”),
  • Z  stands for the time  $t$  (index „2”)
  • D  stands for the Doppler frequency  $f_{\rm D}$  (index „2”).


The relationship between the functions is shown in the diagram (yellow background). The Fourier correspondences are shown in green:

  • The transition from a circle filled with white to a circle filled with green corresponds to a  Fourier transform.
  • The transition from a circle filled with green to a circle filled with white corresponds to the  Fourier inverse transformation  (opposite direction).


For example: $$\eta_{\rm VZ}(\tau, t) \hspace{0.2cm} \stackrel{\a6}, \hspace{0.02cm}{0.02cm}{\circ\!-\!-\!-\!-\!-\!\bullet} \hspace{0.2cm} \eta_{\rm FZ}(f,t)\hspace{0.05cm} \hspace{0.4cm}\eta_{\rm FZ}(f,t) \hspace{0.2cm} \stackrel{f, \hspace{0.02cm}{\a6}{\bullet\!\bullet\} \hspace{0.2cm} \eta_{\rm VZ}(\tau, t)\hspace{0.05cm}.$$

  • The correlation function  $\varphi_{12}$  and the power density spectrum  $\it \Phi_{\rm 12}$  are provided with the same indices as the system function $\eta_{12}$.
  • Correlation functions can be recognized by the red font in the lower graph and all power density spectra are labeled in blue. The GWSSUS–model is always assumed.


Let us consider here the system function  $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$, i.e. the time variant impulse response  $h(\tau, t)$. The following descriptive variables result for these: $$\varphi_{\rm VZ}(\tau_1, t_1, \tau_2, t_2) = {\rm E} \left [ \eta_{\rm VZ}(\tau_1, t_1) \cdot \eta_{\rm VZ}^{\star}(\tau_2, t_2) \right ]\hspace{0.05cm},$$ $$\Delta \tau = \tau_2 - \tau_1 \hspace{0.05cm}, \hspace{0.2cm} \Delta t = t_2 - t_1 \hspace{0.3cm} \Rightarrow \hspace{0.3cm} \varphi_{\rm VZ}(\delta \tau, \delta t) \hspace{0.05cm}, $$ $$\varphi_{\rm VZ}(\delta \tau, \delta t) = \delta(\delta \tau) \cdot {\it \Phi}_{\rm VZ}(\tau, \delta t) \hspace{0.05cm}.$$ $${\it \phi}_{\rm V}(\tau) = {\it \phi}_{\rm VZ}(\tau, \delta t = 0)\hspace{0.05cm}. $$


Note:   This task belongs to the chapter  Das GWSUS–Kanalmodell.


Questionnaire

1

Are the specified units of the system functions correct?

$\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$  has the unit  $[1/\rm s]$
$\eta_{\rm FZ}(f, t)$  has no unit.
$\eta_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$  has no unit.
$\eta_{\rm FD}(f, f_{\rm D})$  has the unit  $[1/\rm Hz]$

2

Do the units of the following functions match?

$\varphi_{\rm VZ}(\delta \tau, \delta t)$  has the unit  $[1/\rm s]$.
${\it \phi}_{\rm VZ}(\tau, {\rm \delta} t)$  has the unit  $[1/\rm s]$.
${\it \phi}_{\rm V}(\tau)$  has the unit  $[1/\rm s]$.

3

Do the units of the other functions match?

$\varphi_{\rm FZ}(\Delta f, \Delta t),  \varphi_{\rm F}(\Delta f)$  and  $\varphi_{\rm Z}(\Delta t)$  have no unit.
${\it \Phi}_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$  has the unit  $[1/\rm s]$.
${\it \Phi}_{\rm FD}(\Delta f, f_{\rm D})$  and  ${\it \Phi}_{\rm D}(f_{\rm D})$  have the unit $[1/\rm Hz]$ each.


Sample solution

(1)  All statements are correct:

  • $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$ is the time variant impulse response, for which the term $h(\tau, t)$ is also common. Like every impulse response, $h(\tau, t)$ has the unit $[1/\rm s]$.
  • By Fourier transformation of the function $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$ with respect to the delay $\tau$ one obtains

$$\eta_{\rm FZ}(f, t) = \int_{-\infty}^{+\infty} \eta_{\rm VZ}(\tau, t) \cdot {\rm e}^{- {\rm j}\hspace{0.05cm}\cdot \hspace{0.05cm}2 \pi f \tau}\hspace{0.15cm}{\rm d}\tau \hspace{0.05cm}. $$

  • By the integration after $\tau$ (unit: $\rm s$), $\eta_{\rm FZ}(f, t)$, also called „time-variant transfer function” is without unit. In some literature, $H(f, t)$ is also used instead of $\eta_{\rm FZ}(f, t)$.
  • The delay–Doppler–representation $\eta_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$ also has no unit. This function results from the time variant impulse response $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$ by the Fourier transformation with respect to $t$:

$$\eta_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D}) = \int_{-\infty}^{+\infty} \eta_{\rm VZ}(\tau, t) \cdot {\rm e}^{- {\rm j}\hspace{0.05cm}\cdot \hspace{0.05cm}2 \pi f_{\rm D} t}\hspace{0.15cm}{\rm d}t \hspace{0.05cm}.$$

  • The function $\eta_{\rm FD}(t, f_{\rm D})$ results from the dimensional functions $\eta_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$ and $\eta_{\rm FZ}(f, t)$ respectively by a Fourier transformation, which results in the unit $[\rm s] = [1/\rm Hz]$.


(2)  Correct are the solutions 2 and 3:

  • The autocorrelation function is by definition the following expected value:

$$\varphi_{\rm VZ}(\tau_1, t_1, \tau_2, t_2) = {\rm E} \left [ \eta_{\rm VZ}(\tau_1, t_1) \cdot \eta_{\rm VZ}^{\star}(\tau_2, t_2) \right ]\hspace{0.05cm}.$$

  • Since the time variant impulse response $\eta_{\rm VZ}(\tau, t)$ has the unit $[1/\rm s]$, its AKF $\varphi_{\rm VZ}$ has the unit $[1/\rm s^2]$, both with the argument $(\tau_1, l_1, \tau_2, t_2)$ and with the GWSSUS– argument $(\delta \tau, \ \delta t)$.
  • The Dirac function $\delta(\delta \tau)$ has the dimension $[1/\rm s]$, since the integral over all $\tau$ (with unit $[\rm s]$) must result in the value $1$. From this follows for the delay–time–cross power density ${\it \Phi}_{\rm VZ}(\tau, \delta \tau)$ the unit $[1/\rm s]$, as well as for the delay–power density ${\it \Phi}_{\rm V}(\tau) = {\it \Phi}_{\rm VZ}(\tau, \delta t = 0)$.


(3)  Correct here are the statements 1 and 3:

  • Starting from the unit $[1/\rm s]$ of the function ${\it \Phi}_{\rm VZ}(\tau, \delta t)$ one arrives at $\tau$ or $\Delta t$ to the functions $\varphi_{\rm FZ}(\Delta f, \Delta t)$ or ${\it \Phi}_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D})$. Both are dimensionless.
  • The frequency–Doppler–cross power density spectrum has the unit $[\rm s] = [1/\rm Hz]$, because

$${\it \Phi}_{\rm FD}(\delta f, f_{\rm D}) = \int_{-\infty}^{+\infty} {\it \Phi}_{\rm VD}(\tau, f_{\rm D}) \cdot {\rm e}^{- {\rm j}\hspace{0.05cm}\cdot \hspace{0.05cm}2 \pi f_{\rm D} \tau}\hspace{0.15cm}{\rm d}\tau \hspace{0.05cm}. $$