第2章2現(xiàn)代無線通信原理無線信道

1、第二章 無線信道 2.1 2.1 電磁波傳播機(jī)制電磁波傳播機(jī)制 2.2 2.2 自由空間傳播模型自由空間傳播模型 2.3 2.3 大尺度衰落模型大尺度衰落模型 2.4 2.4 小尺度衰落與多徑效應(yīng)小尺度衰落與多徑效應(yīng) 2.5 2.5 多徑信道的統(tǒng)計(jì)模型多徑信道的統(tǒng)計(jì)模型 2.4 小尺度衰落與多徑效應(yīng) 2.4.1小尺度衰落概述(1/2) 小尺度衰落小尺度衰落 無線信號在經(jīng)過無線信號在經(jīng)過短時間（秒短時間（秒 級）或短距離（波長級）級）或短距離（波長級）傳播傳播 后其幅度快速衰落。后其幅度快速衰落。 n小尺度傳播的主要效應(yīng)：小尺度傳播的主要效應(yīng)： 1.信號強(qiáng)度的快速變化信號強(qiáng)度的快速變化 2.時變

2、引起的多普勒頻移時變引起的多普勒頻移 3.多徑引起的延時擴(kuò)展多徑引起的延時擴(kuò)展 2.4.1 小尺度衰落概述(2/2) 小尺度多徑衰落傳播模型小尺度多徑衰落傳播模型 描述移動臺在極小范圍內(nèi)移動時，短距描述移動臺在極小范圍內(nèi)移動時，短距 離或短時間上接收場強(qiáng)的快速變化，用于確離或短時間上接收場強(qiáng)的快速變化，用于確 定移動通信系統(tǒng)應(yīng)該采取的技術(shù)措施。定移動通信系統(tǒng)應(yīng)該采取的技術(shù)措施。 2.4.2 影響小尺度衰落的因素 多徑傳播多徑傳播 移動臺的運(yùn)動速度移動臺的運(yùn)動速度多普勒頻移多普勒頻移 環(huán)境物體的運(yùn)動速度環(huán)境物體的運(yùn)動速度 信號的傳輸帶寬信號的傳輸帶寬信號帶寬大于信道帶寬，接收信號帶寬大于信道帶寬

3、，接收 失真。失真。 結(jié)論：小尺度信號強(qiáng)度和短距傳輸后信號模糊的結(jié)論：小尺度信號強(qiáng)度和短距傳輸后信號模糊的 可能性與多徑信道的特定幅度、時延和傳輸信號可能性與多徑信道的特定幅度、時延和傳輸信號 的帶寬有關(guān)。的帶寬有關(guān)。 2.4.3 多徑衰落概述（1/6） 時間 接收信號 強(qiáng)度 發(fā)射信號 2.4.3 多徑衰落概述（2/6） 多徑效應(yīng)帶來的衰落稱為多徑衰落（多徑效應(yīng)帶來的衰落稱為多徑衰落（多徑干擾）多徑干擾）。 衰落變化快，也稱為快衰落。衰落變化快，也稱為快衰落。 以兩徑為例：以兩徑為例：y1=A1cos2 f0t y2=A2cos2 f0 (t-) 合成信號是合成信號是y(t)= y1 + y2

4、 ，即即 y(t)=C(f0 ,) cos2 f0 (t + (f0 ,) ) 其中其中 C(f0 ,)=(A12 +2A1 A2cos2 f0 + A22 )1/2 (f0 ,)=-arctan(A2cos2 f0 /(A1 + A2cos2 f0 ) 2.4.3 多徑衰落概述（3/6） 合成信號的幅度合成信號的幅度C(fC(f0 0 , , ) )是隨著時延是隨著時延在在| |A A1 1- - A A2 2| | 和和| |A A1 1+ + A A2 2| |之間變化。之間變化。 如果如果f0 =2GHz，波長波長 =c/f0 =15cm，即衰落發(fā)生在即衰落發(fā)生在7.5cm的的 距離范

5、圍。距離范圍。 實(shí)際上，多徑數(shù)大于實(shí)際上，多徑數(shù)大于2 2，當(dāng)頻率很高時，信號幅，當(dāng)頻率很高時，信號幅 度隨發(fā)射點(diǎn)與接收點(diǎn)的相對移動發(fā)生劇烈變化，變度隨發(fā)射點(diǎn)與接收點(diǎn)的相對移動發(fā)生劇烈變化，變 化范圍可達(dá)幾十化范圍可達(dá)幾十dBdB。從空間角度講，發(fā)射或接收天從空間角度講，發(fā)射或接收天 線在移動幾十厘米之內(nèi)時，可能發(fā)生這種變化。線在移動幾十厘米之內(nèi)時，可能發(fā)生這種變化。 2.4.3 多徑衰落概述（4/6） 多徑效應(yīng)不但導(dǎo)致衰落，還產(chǎn)生信號的時延擴(kuò)展多徑效應(yīng)不但導(dǎo)致衰落，還產(chǎn)生信號的時延擴(kuò)展 1 0 1 0 1 0 路徑1 路徑2 合成 (11100101)時延擴(kuò)展及ISI 2.4.3 多徑衰落概

6、述（5/6） 時延擴(kuò)展的程度與反射體以波長計(jì)算的遠(yuǎn)近有時延擴(kuò)展的程度與反射體以波長計(jì)算的遠(yuǎn)近有 關(guān)：近的時延小，遠(yuǎn)的時延大。關(guān)：近的時延小，遠(yuǎn)的時延大。 如果已調(diào)制信號的持續(xù)時間比傳播路徑遲延展寬 大得多，信道對信號的影響小，甚至不帶來線性 失真。此時信道是平衰落（FLAT）的，或頻率 非選擇性（Frequency-nonselective）衰落信道。 若調(diào)制信號的持續(xù)時間比傳播路徑遲延展寬小， 則信道對信號造成線性失真。信道屬于頻率選擇 性衰落（Frequency selective Fading）信道。 2.4.3 多徑衰落概述（6/6） 近距離反射體產(chǎn)生的多徑衰落是平衰落,遠(yuǎn)距 離反射體

7、。產(chǎn)生的多徑衰落是頻率選擇性衰 落。頻率選擇性衰落帶來信號的頻率失真， 特別是相位失真會造成脈沖展寬，引起碼間 干擾。 2.4.4 Doppler效應(yīng)（1/4） 收發(fā)信機(jī)之間的相對運(yùn)動，引起接收信號的射頻頻率變收發(fā)信機(jī)之間的相對運(yùn)動，引起接收信號的射頻頻率變 化，叫做化，叫做多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)。 多普勒擴(kuò)展（Doppler Spread）指多普勒頻譜不等于零的 頻率范圍。如果發(fā)送的頻率為單頻，頻率為:fc ,接收信號 的頻譜為多普勒頻譜，頻率范圍:fc fd 到fc + fd ，fd為多 普勒頻移。 多普勒擴(kuò)展使信道產(chǎn)生時間選擇性。 多普勒擴(kuò)展與多徑擴(kuò)展互為對偶，前者的影響是時變的 包絡(luò)和

8、相移特性；后者是頻率相關(guān)的衰減和相移特性。 2.4.4 Doppler 效應(yīng)（2/4） 移動臺以恒定速率移動臺以恒定速率 v v 移動，同時收到信號源發(fā)移動，同時收到信號源發(fā) 出的信號，如果移動臺分別在相距出的信號，如果移動臺分別在相距 d d 的兩點(diǎn)的兩點(diǎn) X X和和Y Y 接收信號，則信號經(jīng)歷的路徑差為：接收信號，則信號經(jīng)歷的路徑差為： l dcos= vtcos 式中式中, ,t是移動臺從是移動臺從X X到到Y(jié) Y所需的時間所需的時間; ;是入射角。是入射角。 由于源端距離很遠(yuǎn)，假定由于源端距離很遠(yuǎn)，假定X X、Y Y處的處的是相同的。是相同的。 由路程差造成的接收信號相位變化值由路程差

9、造成的接收信號相位變化值 = 2 l/ =2 vtcos/ 2.4.4 Doppler 效應(yīng)（3/4） 由此可得出頻率變化值，即多普勒頻移由此可得出頻率變化值，即多普勒頻移 fd ： cos 2 1v t f d 若移動臺若移動臺朝向朝向入射波方向運(yùn)動，則多普勒頻移為入射波方向運(yùn)動，則多普勒頻移為正正。 若移動臺若移動臺背向背向入射波方向運(yùn)動，則多普勒頻移為入射波方向運(yùn)動，則多普勒頻移為負(fù)負(fù)。 2.4.4 Doppler 效應(yīng)（4/4） cos d v f 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（1/17） h(, t) x(t) y(t) n(t) n信道響應(yīng)為信道響應(yīng)為 ，可以表示色散和時變可以表

10、示色散和時變 n假設(shè)：線性信道、加性干擾假設(shè)：線性信道、加性干擾 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（1/16） 信道函數(shù)信道函數(shù) 信道的沖激響應(yīng) h(,t) 時變傳輸函數(shù) H(f,t） 多普勒擴(kuò)展函數(shù) H(f,v) 時延多普勒擴(kuò)展 H(,v) 四個函數(shù)對描述四個函數(shù)對描述 LTVLTV信道是等價(jià)的信道是等價(jià)的, ,選取哪個選取哪個 函數(shù)取決于發(fā)射函數(shù)取決于發(fā)射/ /接收信號是時域表示還是頻域表接收信號是時域表示還是頻域表 示。示。 LTI信道信道:線性時不變線性時不變 LTV信道信道:線性時變線性時變 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（2/16） 線性信道模型線性信道模型 LTI信道信道:線性時不

11、變線性時不變 LTV信道信道:線性時變線性時變 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（3/16） 信道函數(shù)信道函數(shù)-沖激響應(yīng)沖激響應(yīng) 定義：定義：LTVLTV信道沖激響應(yīng)信道沖激響應(yīng)h h(,t(,t) )是信道在是信道在t t時刻時刻 對于對于t-t-時刻作用于信道的輸入沖激響應(yīng)時刻作用于信道的輸入沖激響應(yīng) dtxthtr)(),()( r(tr(t) )是信道的輸出是信道的輸出, , t t表示由于移動產(chǎn)生的時間變表示由于移動產(chǎn)生的時間變 化，化，表示時間表示時間t t一定時傳播的多徑時延。一定時傳播的多徑時延。 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（4/16） N n n tj n tetth n

12、1 )( )()(),( 位失真?zhèn)€反射體引入的載波相表示ntft ncn )(2)( 接收信號的復(fù)包絡(luò)接收信號的復(fù)包絡(luò) N n n tj n ttxettr n 1 )( )()()( N N個不同的反射體的信道個不同的反射體的信道, ,信道沖激響應(yīng)為信道沖激響應(yīng)為 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（5/16） 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（6/16） 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（7/16） 信道函數(shù)信道函數(shù)-時變傳輸函數(shù) 定義：定義：LTVLTV信道的時變傳輸函數(shù)是沖激響應(yīng)信道的時變傳輸函數(shù)是沖激響應(yīng) h h(,t(,t) )關(guān)于時延變量關(guān)于時延變量的傅里葉變換。的傅里葉變換。 設(shè)H(f

13、,t)表示信道傳輸函數(shù)，則有如下傅里葉變換對： dfetfHtfHFth deththFtfH fj f fj 21 2 ),(),(),( ),(),(),( 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（8/16） )(),(),(fXtfHtfR ),( th x(t) X(f) r(t) ),( tfH 1 f F F 頻率時間信道表示頻率時間信道表示 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（9/16） )(),(),(fXtfHtfR)()(txFfX式中，且 dfetfRtr ftj2 ),()( 其中，時間變量其中，時間變量t t 可認(rèn)為是一個參數(shù)。接收信可認(rèn)為是一個參數(shù)。接收信 號可以用發(fā)射信號和傳

14、輸函數(shù)表示為：號可以用發(fā)射信號和傳輸函數(shù)表示為： 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（10/16） 多普勒頻移多普勒頻移 信道的時變沖激響應(yīng)近似地用下式表示：信道的時變沖激響應(yīng)近似地用下式表示： )()(),(tZth 背景噪聲的情況下，接收信號背景噪聲的情況下，接收信號r(t) 式中式中， N n ncn tfjtatZ 1 )(2exp)()(設(shè)發(fā)射信號為設(shè)發(fā)射信號為x(t)，在沒有在沒有 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（11/16） ( )( , ) ()r tht x td 信道產(chǎn)生的總的效果是信道產(chǎn)生的總的效果是, ,給發(fā)射信號引入一個復(fù)時給發(fā)射信號引入一個復(fù)時 變增益變增益Z(Z(t

15、t) )和傳輸時延。和傳輸時延。 ( ) () () ( ) () Z tx td Z t x t 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（12/16） 在頻域中在頻域中, ,接收信號為接收信號為: : )()( )()( )()( )()( 2 fj efXtZF txFtZF txtZF trFfR 式中,X(f)=Fx(t) 若信道增益若信道增益Z(tZ(t) )隨時間而變化隨時間而變化, ,其傅里葉變換在頻其傅里葉變換在頻 域中存在一個有限但非零的脈沖寬度域中存在一個有限但非零的脈沖寬度, ,卷積使卷積使R(fR(f) ) 的脈沖寬度比的脈沖寬度比X(fX(f) )的更寬，即信道擴(kuò)展了發(fā)射信號

16、的更寬，即信道擴(kuò)展了發(fā)射信號 的頻譜頻率色散。的頻譜頻率色散。 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（13/16） 信道函數(shù)-多普勒擴(kuò)展函數(shù)H(f,v) 該函數(shù)是在頻域中由信道輸入信號與輸出信號該函數(shù)是在頻域中由信道輸入信號與輸出信號 之間的關(guān)系定義的。設(shè)之間的關(guān)系定義的。設(shè)X(fX(f) )和和R(fR(f) )分別表示發(fā)射分別表示發(fā)射 信號信號x(tx(t) )和接收信號和接收信號r(tr(t) )的傅里葉變換的傅里葉變換，則則 H(H(f,vf,v) ) 由下式定義：由下式定義： dvvvfHvfXfR),()()( 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（14/16） v v : :信道所引入的表示

17、多普勒頻移的變量。信道所引入的表示多普勒頻移的變量。 H(H(f,vf,v) ) : :輸入信號頻率為輸入信號頻率為f f時的多普勒頻移時的多普勒頻移v v 有有 關(guān)的信道增益。關(guān)的信道增益。 dvevfHvfHFtfH dtetfHtfHFvfH vtj v vtj t 21 2 ),(),(),( ),(),(),( 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（15/16） 信道函數(shù)-時延多普勒擴(kuò)展函數(shù)H( ,v) 定義：為信道沖激響應(yīng)定義：為信道沖激響應(yīng)h(,th(,t) )關(guān)于關(guān)于t t傅里葉變換傅里葉變換 dteththFvH vtj t 2 ),(),(),( 輸入信號為輸入信號為x(tx(t

18、),),信道的輸出信號為信道的輸出信號為: : ddvevHtxvfHFtr vtj v 21 ),()(),()( 2.4.5 信道的沖激響應(yīng)模型（16/16） 四個信道函數(shù)之間四個信道函數(shù)之間 的關(guān)系圖的關(guān)系圖 1、線性時不變信道線性時不變信道 LTI dfetfHtfHFth deththFtfH fj f fj 21 2 ),(),(),( ),(),(),( 小結(jié)：線性時變信道的一般分析方法小結(jié)：線性時變信道的一般分析方法1/2 2 12 ()( )( ) ( )()() jft jft HfFh th t edt h tFHfHfedf 2、線性時變信道線性時變信道 LTV 3、線

19、性頻變信道線性頻變信道 4、線性時、頻雙重變化信道線性時、頻雙重變化信道 見四個信道函數(shù)之間的關(guān)系圖見四個信道函數(shù)之間的關(guān)系圖 因?yàn)殡S機(jī)性，只能在統(tǒng)計(jì)意義上成立，因此引因?yàn)殡S機(jī)性，只能在統(tǒng)計(jì)意義上成立，因此引 入相關(guān)函數(shù)，相關(guān)函數(shù)與統(tǒng)計(jì)距函數(shù)之間也互為傅入相關(guān)函數(shù)，相關(guān)函數(shù)與統(tǒng)計(jì)距函數(shù)之間也互為傅 氏變換對。氏變換對。 2 12 (,)( ,)( ,) ( ,)(,)(,) jf jf f HfvFHvHv ed HvFHfvHfv edf 小結(jié)：線性時變信道的一般分析方法小結(jié)：線性時變信道的一般分析方法2/2 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜(1/16) 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜定義了多徑衰

20、落信道信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜定義了多徑衰落信道 特性，在信道的動態(tài)分析中起著關(guān)鍵的作用。特性，在信道的動態(tài)分析中起著關(guān)鍵的作用。 假定條件假定條件: : 信道的沖激響應(yīng)信道的沖激響應(yīng)h(,th(,t) )是廣義平穩(wěn)是廣義平穩(wěn)( (WSS)WSS)隨機(jī)過程。隨機(jī)過程。 如果對任意如果對任意t t，1 12 2時刻的沖激響應(yīng)時刻的沖激響應(yīng)h(h(1 1,t),t)和和 h(h(2 2,t),t)是不相關(guān)的。是不相關(guān)的。 滿足上述兩個條件的信道稱為廣義平穩(wěn)非相關(guān)滿足上述兩個條件的信道稱為廣義平穩(wěn)非相關(guān) 散射（散射（WSSUSWSSUS）信道。信道。 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)1/15）

21、tththEtRc , 2 1 , 2121 自相關(guān)函數(shù) 1、2及t是h(,t)的函數(shù)，并與t無關(guān)。（） 表示復(fù)共扼。相關(guān)函數(shù)表示為： )(),(),( 21121 tRtR cc dtRtR cc ),(),( tRtR cc , 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)2/15） 上式表示信道的平均功率輸出，稱為延時功 率譜或多徑強(qiáng)度分布 當(dāng)當(dāng)t=0t=0時，自相關(guān)函數(shù)定義為：時，自相關(guān)函數(shù)定義為： 0 , cc RR 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)3/15） 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)4/15） 時間色散的統(tǒng)計(jì)量時間色散的統(tǒng)計(jì)量 2/1 2 )( )()( dR dR

22、c c dR dR c c n n )( )( dR dR c c )( )( 為時延的為時延的n n階矩階矩 n 為時延的一階矩，表示平均傳播時延為時延的一階矩，表示平均傳播時延 為均方根時延擴(kuò)展為均方根時延擴(kuò)展 Tm 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)5/15） 頻率和時間相關(guān)函數(shù)頻率和時間相關(guān)函數(shù) 由由h(,th(,t) )與與H H（f,tf,t）的關(guān)系得到：的關(guān)系得到： h(,th(,t) )是廣義平穩(wěn)是廣義平穩(wěn)( (WSS)WSS)隨機(jī)過程，隨機(jī)過程，H（f,t）也是廣也是廣 義平穩(wěn)義平穩(wěn)( (WSS)WSS)隨機(jī)過程。隨機(jī)過程。 相關(guān)函數(shù)相關(guān)函數(shù)H H（f f1 1,f,f2

23、 2, ,t t）可以用相關(guān)函數(shù)可以用相關(guān)函數(shù)h（,t） 表示：表示： 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)6/15） ),(),( 2 1 ),( 2121 ttfHtfHEtff H ),( ),( ),(),( )(2 )(2 21 21 tf det dettff H fj h ffj hH 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)7/15） t=0，頻域表示寫為時延功率譜密度的傅里葉變換 de tffHtfHEf fj h H )(2 )( ),(),( 2 1 )( H(f)：無線信道的頻率相關(guān)函數(shù)，Rc()表示衰落信道的 時域特性，H(f)表示衰落信道的頻域特性。 m c T f

24、 1 )( 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)8/15） 頻率相關(guān)函數(shù)與信道相干帶寬頻率相關(guān)函數(shù)與信道相干帶寬 ( (f f) )c cBBs s頻率選擇性衰頻率選擇性衰 落，接收信號引入嚴(yán)重的落，接收信號引入嚴(yán)重的 ISIISI ( (f f) )c cB Bs s平坦衰落信平坦衰落信 道引入的道引入的ISIISI可忽略可忽略 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)9/15） 時間相關(guān)函數(shù)與信道相干時間時間相關(guān)函數(shù)與信道相干時間 時頻相關(guān)函數(shù)H（f,t）中f ),(),( 2 1 ), 0()(ttfHtfHEtt HH 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)10/15） 多普勒功率譜密

25、度多普勒功率譜密度 多普勒擴(kuò)展函數(shù)（f,v）的相關(guān)函數(shù)定義為： ),(),( 2 1 2211 vfHvfHE 對于對于WSSUSWSSUS信道，相關(guān)函數(shù)定義為：信道，相關(guān)函數(shù)定義為： )(),( 211 vvvf H (f,v)由頻率時間相關(guān)函數(shù)(f, t)關(guān)于t的傅 里葉變換得到 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)11/15） tdetfvf tvj HH 2 ),(),( f f = 0= 0 tdetvv tvj HHH 2 )(), 0()( 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)12/15） 多普勒功率譜密度與多普勒擴(kuò)展多普勒功率譜密度與多普勒擴(kuò)展 d c B t 1 )( 2

26、.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)13/15） 多普勒頻移統(tǒng)計(jì)量多普勒頻移統(tǒng)計(jì)量 2/1 2 )( )()( dvv dvvvv h H v dvv dvvv v H H n n )( )( dvv dvvv v H H )( )( 多普勒頻移的多普勒頻移的n階矩階矩 n v 平均多普勒頻移平均多普勒頻移 v 均方根多普勒擴(kuò)展均方根多普勒擴(kuò)展 v vd B 近似估計(jì)近似估計(jì) 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)14/15） 相關(guān)函數(shù)與功率譜密度與信道參數(shù)之間的關(guān)系相關(guān)函數(shù)與功率譜密度與信道參數(shù)之間的關(guān)系 2.4.6 信道的相關(guān)函數(shù)和功率譜（續(xù)15/15） 信道的自相關(guān)函數(shù)信道的自相關(guān)函數(shù)

27、h( ; t) H (t,v) H (f,v) Scattering Function F Ft F Ft WSSUS Channel Power Delay Profile h( ) Tm f Bc |H(f)| F t Tc |H(t)| f=0 Bd H (f,v) f=0 Ft Doppler Power Spectrum t f H (f,v) v H (f, t) t=0 t=0 Power Delay Spectrum 2.4.7 信道參數(shù)(1/5) 20131017 1 1、信道相干性：信道相干性：衰落是用來描述某種選擇性影響的衰落是用來描述某種選擇性影響的 無線的一般性術(shù)語。

28、如果一個信道是時間、頻率和無線的一般性術(shù)語。如果一個信道是時間、頻率和 空間的函數(shù)，則具有選擇性，與選擇性相反是相干空間的函數(shù)，則具有選擇性，與選擇性相反是相干 性。性。 2 2、相干相干時間時間 ( ( T TC C ) ) ：是信道沖擊響應(yīng)保證一定相是信道沖擊響應(yīng)保證一定相 關(guān)度的時間間隔。在相關(guān)時間內(nèi)，信號經(jīng)歷的衰落關(guān)度的時間間隔。在相關(guān)時間內(nèi)，信號經(jīng)歷的衰落 具有很大的相關(guān)性；即如果基帶信號的帶寬倒數(shù)大具有很大的相關(guān)性；即如果基帶信號的帶寬倒數(shù)大 于信道相關(guān)時間，那么傳輸中基帶信號受到的衰落于信道相關(guān)時間，那么傳輸中基帶信號受到的衰落 就會發(fā)生變化，導(dǎo)致接收機(jī)解碼失真。就會發(fā)生變化，導(dǎo)

29、致接收機(jī)解碼失真。 2.4.7 信道參數(shù)(2/5) TC 1/Bd 或或 TC 1/ fm 如果相干時間定義為時間相關(guān)函數(shù)大于如果相干時間定義為時間相關(guān)函數(shù)大于0.50.5的的 時間則相干時間近似為：時間則相干時間近似為： TC 9/(16 fm ） 其中其中fm=v/ 現(xiàn)代數(shù)字通信中將相干時間定義為現(xiàn)代數(shù)字通信中將相干時間定義為 mm c ff T 423. 0 16 9 2 2.4.7 信道參數(shù)(3/5) 2 1 c B 3 3、相干帶寬相干帶寬( (B Bc c) ) ：表示包絡(luò)相關(guān)度為某一特定值時：表示包絡(luò)相關(guān)度為某一特定值時 的信號帶寬。即當(dāng)兩個頻率分量的頻率相隔小于相的信號帶寬。即

30、當(dāng)兩個頻率分量的頻率相隔小于相 關(guān)帶寬關(guān)帶寬Bc時，它們具有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。反之，時，它們具有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。反之， 當(dāng)兩個頻率分量的頻率相隔大于相關(guān)帶寬當(dāng)兩個頻率分量的頻率相隔大于相關(guān)帶寬BcBc時，它時，它 們的幅度相關(guān)性很小。們的幅度相關(guān)性很小。 當(dāng)當(dāng)Bc定義為定義為包絡(luò)包絡(luò)相關(guān)函數(shù)大于相關(guān)函數(shù)大于0.50.5時時 當(dāng)當(dāng)B Bc c定義為包絡(luò)定義為包絡(luò)相關(guān)函數(shù)大于相關(guān)函數(shù)大于0.0.9 9時時 50 1 c B 2.4.7 信道參數(shù)(4/5) 4 4、空間相干空間相干（DC） ：是信道沖擊響應(yīng)保證一定相：是信道沖擊響應(yīng)保證一定相 關(guān)度的空間間隔。在相關(guān)距離內(nèi)，信號經(jīng)歷的衰減關(guān)度的空間

31、間隔。在相關(guān)距離內(nèi)，信號經(jīng)歷的衰減 具有很大的相關(guān)性，它是空間自相關(guān)函數(shù)的特有參具有很大的相關(guān)性，它是空間自相關(guān)函數(shù)的特有參 數(shù)，在相關(guān)距離內(nèi)可以認(rèn)為空間傳輸函數(shù)是平坦的。數(shù)，在相關(guān)距離內(nèi)可以認(rèn)為空間傳輸函數(shù)是平坦的。 在相關(guān)系數(shù)為在相關(guān)系數(shù)為0.5時的距離時的距離 cos 187. 0 c D 5 5、空間選擇性對應(yīng)著小尺度衰落?？臻g選擇性對應(yīng)著小尺度衰落。 信道選擇性信道選擇性信道擴(kuò)展信道擴(kuò)展相關(guān)量參數(shù)相關(guān)量參數(shù) 頻率選擇性頻率選擇性時延擴(kuò)展時延擴(kuò)展相關(guān)帶寬相關(guān)帶寬BC 頻率頻率f- 時間選擇性時間選擇性多普勒擴(kuò)展多普勒擴(kuò)展Bd相關(guān)時間相關(guān)時間TC時間時間t- w(f) 空間選擇性空間選擇

32、性角度擴(kuò)展角度擴(kuò)展相關(guān)距離相關(guān)距離DC空間空間r-k 6 6、信道特征匯總、信道特征匯總 2.4.7 信道參數(shù)(5/5) 2.4.8 衰落信道的類型（1/5） 基于時延擴(kuò)展基于時延擴(kuò)展 平坦衰落平坦衰落 1.BS BC 2.Tm BC 2.Tm Ts 信號信號 信道信道 頻率頻率 BS BC 頻率頻率 BC BS 信道信道 信號信號 2.4.8 衰落信道的類型（2/5） 慢衰落慢衰落 1.1.低多普勒頻移低多普勒頻移 2.2.相干時間相干時間T TC C符號周期符號周期 T Ts s 3.3.信道變化慢于基帶信號變化信道變化慢于基帶信號變化 基于時變，多普勒擴(kuò)展基于時變，多普勒擴(kuò)展 快衰落快衰

33、落 1.1. 高多普勒頻移高多普勒頻移 2.2. 相干時間相干時間T TC C 符號周期 符號周期 T Ts s 3.3.信道變化快于基帶信號變化信道變化快于基帶信號變化 信號信號 頻率頻率 Bd BS 頻率頻率 BS Bd 多普勒多普勒 信號信號 多普勒多普勒 2.4.8 衰落信道的類型（3/5） 平坦衰落平坦衰落 2.4.8 衰落信道的類型（4/5） 性能特點(diǎn)特點(diǎn)（Characteristics）： 頻率選擇衰落頻率選擇衰落 2.4.8 衰落信道的類型（5/5） Flat平坦平坦 Fading衰落衰落 1 1）陰影效應(yīng)）陰影效應(yīng) 2 2）遠(yuǎn)近效應(yīng)）遠(yuǎn)近效應(yīng)：以強(qiáng)壓弱以強(qiáng)壓弱 3 3）多徑效

34、應(yīng)）多徑效應(yīng) 4 4）多普勒效應(yīng)：高于）多普勒效應(yīng)：高于7070km/h km/h 時考慮時考慮 2.4.9 無線信道4種主要效應(yīng) ：由于用戶的隨機(jī)移動性，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)：由于用戶的隨機(jī)移動性，發(fā)射機(jī)與接收機(jī) 之間的距離也是在隨機(jī)變化。若發(fā)射機(jī)之間的距離也是在隨機(jī)變化。若發(fā)射機(jī) 發(fā)射信號功率一樣，那么到達(dá)接收機(jī)時信發(fā)射信號功率一樣，那么到達(dá)接收機(jī)時信 號的強(qiáng)弱將不同，離接收機(jī)近者信號強(qiáng)，號的強(qiáng)弱將不同，離接收機(jī)近者信號強(qiáng)， 離接收機(jī)遠(yuǎn)者信號弱。離接收機(jī)遠(yuǎn)者信號弱。 1 1）第一類多徑干擾，）第一類多徑干擾，msms快速移動，產(chǎn)生多普勒頻快速移動，產(chǎn)生多普勒頻 率擴(kuò)散，時間選擇性衰落率擴(kuò)散，時間

35、選擇性衰落 2 2）第二類多徑干擾，遠(yuǎn)處物體的反射，空域上對）第二類多徑干擾，遠(yuǎn)處物體的反射，空域上對 應(yīng)波束角度的擴(kuò)展，引起空間選擇性衰落，時域上應(yīng)波束角度的擴(kuò)展，引起空間選擇性衰落，時域上 的時延擴(kuò)展，引起頻率選擇性衰落。的時延擴(kuò)展，引起頻率選擇性衰落。 3 3）第三類多徑干擾，近處物體的反射，嚴(yán)重影響）第三類多徑干擾，近處物體的反射，嚴(yán)重影響 到達(dá)天線信號入射角度的分布，引起空間選擇性衰到達(dá)天線信號入射角度的分布，引起空間選擇性衰 落。由時延擴(kuò)展引起頻率選擇性衰落較小。落。由時延擴(kuò)展引起頻率選擇性衰落較小。 2.4.10 3類選擇性衰落產(chǎn)生的條件 地理環(huán)境地理環(huán)境時延擴(kuò)展時延擴(kuò)展 /m

36、ms 角度擴(kuò)展角度擴(kuò)展/ 度度 多普勒擴(kuò)展多普勒擴(kuò)展 /Hz 鄉(xiāng)村平坦鄉(xiāng)村平坦 /macro 0.51190 市內(nèi)市內(nèi) /macro 520120 丘陵丘陵 /macro 2030190 商場商場/micro0.312010 室內(nèi)室內(nèi)/pico0.13605 典型環(huán)境下的典型擴(kuò)散值 2.5 多徑信道的統(tǒng)計(jì)模型 2.5.1 多徑信道的統(tǒng)計(jì)模型概述 多徑傳輸是影響移動通信性能的關(guān)鍵問多徑傳輸是影響移動通信性能的關(guān)鍵問 題，由于移動信道的時變性和隨機(jī)性，使得接題，由于移動信道的時變性和隨機(jī)性，使得接 收信號的包絡(luò)呈隨機(jī)性。研究表明，包絡(luò)一般收信號的包絡(luò)呈隨機(jī)性。研究表明，包絡(luò)一般 服從服從瑞利分布瑞

37、利分布、萊斯分布萊斯分布兩種分布。兩種分布。 2.5.2 瑞利衰落分布(1/6) 在移動無線信道中，瑞利衰落分布是常在移動無線信道中，瑞利衰落分布是常 見的用于描述平坦衰落信號或獨(dú)立多徑分量見的用于描述平坦衰落信號或獨(dú)立多徑分量 接收中包絡(luò)的時變特性的一種衰落類型。接收中包絡(luò)的時變特性的一種衰落類型。 在信道中在信道中一個較強(qiáng)的直達(dá)徑時，其一個較強(qiáng)的直達(dá)徑時，其 信號包絡(luò)服從瑞利分布。信號包絡(luò)服從瑞利分布。 2.5.2 瑞利衰落分布（2/6） 0,0 0, 2 exp )( 2 2 2 r r rr rp 接收信號的包絡(luò)概率密度函數(shù)為接收信號的包絡(luò)概率密度函數(shù)為 上式就是瑞利分布的概率密度函數(shù)

38、，上式就是瑞利分布的概率密度函數(shù)， 所以將多徑時變信道稱為瑞利衰落信道。所以將多徑時變信道稱為瑞利衰落信道。 2.5.2 瑞利衰落分布（3/6） 其他,0 20, 2 1 )( p 相位失真服從相位失真服從0,2 的均勻分布的均勻分布 2.5.2 瑞利衰落分布（4/6） 經(jīng)過 2.5.2 瑞利衰落分布（ 5/6 ） 2.5.2 瑞利衰落分布（6/6） 瑞利衰落信號的特征：瑞利衰落信號的特征： 均值：均值： 均方值：均方值： 方差：方差： 2533. 1 2 0 drrrprEm 2 0 22 2 drrprrE 2 2 2222 4292. 02533. 12rErE r 2.5.3 萊斯衰落

39、分布（1/3） 00 0)( 2 exp )( 2 0 2 22 2 r r Ar J Ar r rp 0 0 )sincos( 1 )(dxxJ 當(dāng)信號中有一直達(dá)的（或反射的）強(qiáng)徑時，當(dāng)信號中有一直達(dá)的（或反射的）強(qiáng)徑時， 接收信號的包絡(luò)服從萊斯分布，相應(yīng)的信道稱為接收信號的包絡(luò)服從萊斯分布，相應(yīng)的信道稱為 萊斯信道。概率密度函數(shù)為萊斯信道。概率密度函數(shù)為 參數(shù)A0為直射波的幅度峰值，J0為修正的零階第一類 貝塞爾函數(shù)。 2.5.3 萊斯衰落分布（2/3） 萊斯分布常用參數(shù)萊斯分布常用參數(shù)K K描述，描述，K K定義為強(qiáng)徑信定義為強(qiáng)徑信 號的功率與多徑分量的方差之比，用號的功率與多徑分量的方

40、差之比，用dBdB表示為：表示為： 2 2 2 log10 A K 參數(shù)參數(shù)K K稱為萊斯因子，完全刻畫了萊斯分布。稱為萊斯因子，完全刻畫了萊斯分布。 K K趨近于趨近于時，萊斯分布就是瑞利分布。時，萊斯分布就是瑞利分布。 2.5.3 萊斯衰落分布（3/3） 包絡(luò)包絡(luò) 2.5.4 平坦衰落的Clarke模型（1/7） 這是一種基于散射的統(tǒng)計(jì)模型。接收信號的包絡(luò)這是一種基于散射的統(tǒng)計(jì)模型。接收信號的包絡(luò) 服從瑞利分布。服從瑞利分布。 0, 0 0), 2 exp( )( 2 2 2 r r rr rp 射頻信號受到多普勒衰落影響的功率譜密度射頻信號受到多普勒衰落影響的功率譜密度 如圖所示。如圖所示。 2.5.4 平坦衰落的Clarke模型（2/7） 頻譜 未調(diào)制的 載波 2.5.4 平坦衰落的Clarke模型（3/7） 頻譜的密度包絡(luò)探測 2.5.4 平坦衰落的Clarke模型（4/7） 高斯 2.5.4 平坦衰落的Clarke模型（5/7） 2.5.4 平坦衰落的Clarke模型（6/7） 獨(dú)立復(fù)雜的線 性譜高斯樣本 2.5.4 平坦衰落的Clarke模型（7/7） 2.5.5 雙線瑞利衰落模型 t h r h 1 d 2 d d 22 1 () tr ddhh 直線傳播距離：直線傳播距離： 22 2 () tr ddhh 反射路徑傳播距離：反射路徑傳播距離