第2章 無線通信基礎(chǔ) -5

1、第2章 無線通信基礎(chǔ) 1 復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)： 1、小尺度衰落產(chǎn)生的主要原因：小尺度衰落產(chǎn)生的主要原因： 多徑傳播引起的多徑效應(yīng)多徑傳播引起的多徑效應(yīng) 環(huán)境物體的運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移環(huán)境物體的運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移 2、多普勒頻移多普勒頻移(基于雙線模型基于雙線模型) dcdmax v ff cosfcos c 其中，表示其中，表示多普勒頻移最大值多普勒頻移最大值。 cmaxd f c v f 第2章 無線通信基礎(chǔ) 2 d max 10 (,); 2 2) 0 (,); 2 3) 4)0 180 d d d f f vf f 結(jié)論： ）0 最大附加時(shí)延最大附加時(shí)延 max REP T脈沖重復(fù)周期脈沖重復(fù)

2、周期 第2章 無線通信基礎(chǔ) 16 則低通信道輸出為則低通信道輸出為 （2-3-34） 1 0 1 0 )()j(exp( 2 1 )()j(exp( 2 1 )( N i iii N i ii tpatsatr 對于某一給定時(shí)刻對于某一給定時(shí)刻t0， |r(t0)|2稱為無線信道的瞬時(shí)功率，稱為無線信道的瞬時(shí)功率， 其值由下式給出：其值由下式給出： max max 2 * 0 0 max 11 00 0 00 max 1 ( )( )*( )d 1 Re( )( ) () ()exp j()d 4 NN jijiji ji r tr tr tt a t a tp tp tt 第2章 無線通信基

3、礎(chǔ) 17 當(dāng)當(dāng) ji，都有，都有|ji|Tbb， 使得使得p(tj)p(ti)=0, 從而從而 得到：得到： （2-3-35） max max bb 1 2 22 00 0 0 max 1 22 0 0 0 max 2 11 22max 00 0 00 maxbb 11 ( )( )() d 4 1 ( )()d 4 1 ( )d( ) N kk k N kk k NN T kk kk r ta t p tt a tp tt a tta t T 測量信號的脈測量信號的脈 沖寬度小于多沖寬度小于多 徑分量的時(shí)延徑分量的時(shí)延 接收信號總功率接收信號總功率 與多徑分量各自與多徑分量各自 的功率之和有

4、關(guān)的功率之和有關(guān) 第2章 無線通信基礎(chǔ) 18 0200400600800100012001400160018002000 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 發(fā)射發(fā)射 信號信號 接收接收 信號信號 發(fā)射測量脈沖的周期太小，多徑分量不可發(fā)射測量脈沖的周期太小，多徑分量不可 分離分離(相互重疊相互重疊)，并會(huì)導(dǎo)致大幅度的衰落。，并會(huì)導(dǎo)致大幅度的衰落。 當(dāng)傳輸信號的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道帶寬時(shí)當(dāng)傳輸信號的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道帶寬時(shí)(脈沖周期大脈沖周期大)，接，接 收機(jī)可以分離多徑分量，但周期過大時(shí)測量數(shù)據(jù)不能全面收機(jī)可以分離多徑分量，但周期過大時(shí)測量數(shù)據(jù)不能全

5、面 反映信道時(shí)變特性。反映信道時(shí)變特性。 如何選擇發(fā)射脈沖重復(fù)頻率如何選擇發(fā)射脈沖重復(fù)頻率(確定測量脈沖周期確定測量脈沖周期)？ 0123 -2 -1 0 1 2 AM Modulation 調(diào)制信號 time (milliseconds) 0123 -1 -0.5 0 0.5 1 AM Modulation 瞬時(shí)幅度 time (milliseconds) 0123 -1 -0.5 0 0.5 1 AM Modulation 瞬時(shí)相位（rad） time (milliseconds) 0123 -1 -0.5 0 0.5 1 AM Modulation 瞬時(shí)頻率（KHz） time (mil

6、liseconds) 第2章 無線通信基礎(chǔ) 19 首先必須滿足奈奎斯特定理的要求首先必須滿足奈奎斯特定理的要求即以足夠快的速即以足夠快的速 率對接收信號進(jìn)行采樣。信道數(shù)據(jù)采樣的率對接收信號進(jìn)行采樣。信道數(shù)據(jù)采樣的頻率頻率frep必須大于必須大于 最大多普勒頻移最大多普勒頻移fd max的兩倍的兩倍。即發(fā)射脈沖的重復(fù)周期。即發(fā)射脈沖的重復(fù)周期Trep應(yīng)應(yīng) 該滿足的條件：該滿足的條件： （2-3-36） maxcmaxd rep 22 1 vf c f T 式中：式中：fc為發(fā)射脈沖的載波頻率；為發(fā)射脈沖的載波頻率； vmax為接收機(jī)運(yùn)動(dòng)的最大速率。為接收機(jī)運(yùn)動(dòng)的最大速率。 對于快速時(shí)變信道，還要

7、滿足對于快速時(shí)變信道，還要滿足測量重復(fù)周期測量重復(fù)周期Trep大于信道的最大于信道的最 大附加時(shí)延大附加時(shí)延max，否則會(huì)因附加時(shí)延在接收端發(fā)生重疊。否則會(huì)因附加時(shí)延在接收端發(fā)生重疊。 rep d 1 2 max max T f 第2章 無線通信基礎(chǔ) 20 通常要求信道參數(shù)滿足：通常要求信道參數(shù)滿足： 2max fd max1 （2-3-37） 這個(gè)條件被稱為這個(gè)條件被稱為二維奈奎斯特準(zhǔn)則，二維奈奎斯特準(zhǔn)則，滿足這個(gè)要求的無滿足這個(gè)要求的無 線多徑信道稱為線多徑信道稱為欠擴(kuò)展信道欠擴(kuò)展信道。 實(shí)際上幾乎所有的無線信道都是欠擴(kuò)展的，甚至實(shí)際上幾乎所有的無線信道都是欠擴(kuò)展的，甚至 滿足滿足 2ma

8、x fd max1。這意味著大多數(shù)無線信道都是。這意味著大多數(shù)無線信道都是慢時(shí)慢時(shí) 變的變的，從而可以將，從而可以將hb(t,)理解為給定時(shí)刻理解為給定時(shí)刻t的沖激響應(yīng)的沖激響應(yīng) hb()。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 21 3. 直接脈沖測量直接脈沖測量 原理：發(fā)射機(jī)發(fā)射窄脈沖原理：發(fā)射機(jī)發(fā)射窄脈沖p(t)作為基本的脈沖串，接收作為基本的脈沖串，接收 機(jī)使用一個(gè)帶通濾波器接收信號，濾波后的信號經(jīng)包絡(luò)檢波機(jī)使用一個(gè)帶通濾波器接收信號，濾波后的信號經(jīng)包絡(luò)檢波 送給顯示器或保存起來。送給顯示器或保存起來。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 22 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可以提供本地功率延遲分布特性，系統(tǒng)比較簡單，可以提供本地功

9、率延遲分布特性，系統(tǒng)比較簡單， 可以使用現(xiàn)有的商用設(shè)備可以使用現(xiàn)有的商用設(shè)備; 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：系統(tǒng)受干擾和噪聲影響嚴(yán)重。系統(tǒng)的測量效果依系統(tǒng)受干擾和噪聲影響嚴(yán)重。系統(tǒng)的測量效果依 賴于第一個(gè)到達(dá)的多徑信號。賴于第一個(gè)到達(dá)的多徑信號。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 23 4. 擴(kuò)頻相關(guān)信道測量擴(kuò)頻相關(guān)信道測量 原理原理：用一個(gè)偽隨機(jī)噪聲序列：用一個(gè)偽隨機(jī)噪聲序列PN同載頻信號混頻，從而同載頻信號混頻，從而 將發(fā)射信號頻譜展寬。接收機(jī)采用與發(fā)射端相同的將發(fā)射信號頻譜展寬。接收機(jī)采用與發(fā)射端相同的PN序列序列 對信號解擴(kuò)。對信號解擴(kuò)。 而接收信號中的而接收信號中的 其他干擾信號將其他干擾信號將 被擴(kuò)展到被擴(kuò)展

10、到PN序列序列 的帶寬，經(jīng)濾波的帶寬，經(jīng)濾波 器濾波后基本沒器濾波后基本沒 有輸出，從而有有輸出，從而有 效地消除了干擾。效地消除了干擾。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 24 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：能夠?yàn)V除直接脈沖系統(tǒng)中可能存在的干擾，并提高給能夠?yàn)V除直接脈沖系統(tǒng)中可能存在的干擾，并提高給 定發(fā)射功率的覆蓋范圍。由于擴(kuò)頻系統(tǒng)具有處理增益，其所定發(fā)射功率的覆蓋范圍。由于擴(kuò)頻系統(tǒng)具有處理增益，其所 需發(fā)射功率比直接脈沖系統(tǒng)要低；需發(fā)射功率比直接脈沖系統(tǒng)要低； 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：測量不是實(shí)時(shí)的，功率延遲分布的測量時(shí)間依賴于系測量不是實(shí)時(shí)的，功率延遲分布的測量時(shí)間依賴于系 統(tǒng)參數(shù)。統(tǒng)參數(shù)。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 25 5.

11、信道頻域測量信道頻域測量 原理：發(fā)射頻率連續(xù)變化的信號，其頻率變化范圍為整個(gè)待原理：發(fā)射頻率連續(xù)變化的信號，其頻率變化范圍為整個(gè)待 測頻率范圍，在不同時(shí)刻對接收到的不同頻率信號進(jìn)行測量，測頻率范圍，在不同時(shí)刻對接收到的不同頻率信號進(jìn)行測量， 最后得到無線信道在整個(gè)頻帶上的頻率特性。最后得到無線信道在整個(gè)頻帶上的頻率特性。 該方法局限性較大。首先，需要收發(fā)端有精確時(shí)間定位該方法局限性較大。首先，需要收發(fā)端有精確時(shí)間定位 及嚴(yán)格同步，使用范圍僅限于近距離測量及嚴(yán)格同步，使用范圍僅限于近距離測量(如室內(nèi)信道測量如室內(nèi)信道測量)。 另外，測試的非實(shí)時(shí)性，對于時(shí)變信道，頻率響應(yīng)變化非常另外，測試的非實(shí)時(shí)

12、性，對于時(shí)變信道，頻率響應(yīng)變化非常 快時(shí)，用此方法會(huì)得到錯(cuò)誤的沖激響應(yīng)。快時(shí)，用此方法會(huì)得到錯(cuò)誤的沖激響應(yīng)。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 26 2.3.4 無線多徑信道特性參數(shù)無線多徑信道特性參數(shù) 大部分多徑信道的大部分多徑信道的參數(shù)參數(shù)都與功率延遲分布有關(guān)，一般主要都與功率延遲分布有關(guān)，一般主要 考慮其統(tǒng)計(jì)特性?？紤]其統(tǒng)計(jì)特性。 為了獲得其統(tǒng)計(jì)特性，可先通過前面介紹的為了獲得其統(tǒng)計(jì)特性，可先通過前面介紹的信道測量法獲信道測量法獲 得瞬時(shí)功率延遲分布得瞬時(shí)功率延遲分布，再求其統(tǒng)計(jì)值，便可獲得小尺度功，再求其統(tǒng)計(jì)值，便可獲得小尺度功 率延遲分布的特性。率延遲分布的特性。 為了避免大尺度衰落參數(shù)的影響，

13、一般情況下：為了避免大尺度衰落參數(shù)的影響，一般情況下： 采樣的空間距離小于采樣的空間距離小于/4； 室外信道：接收機(jī)的移動(dòng)距離室外信道：接收機(jī)的移動(dòng)距離 6m； 室內(nèi)信道：接收機(jī)的移動(dòng)距離室內(nèi)信道：接收機(jī)的移動(dòng)距離 2m。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 27 上面是室外、室內(nèi)信道典型的功率延遲分布圖 一雜貨店一雜貨店 載波頻率載波頻率4GHz 舊金山舊金山 900MHz蜂窩網(wǎng)蜂窩網(wǎng) 噪聲門 限電平 測試實(shí)例：大量近距離瞬時(shí)接收功率分布采樣大量近距離瞬時(shí)接收功率分布采樣 第2章 無線通信基礎(chǔ) 28 1 1、多徑時(shí)延（時(shí)間色散）、多徑時(shí)延（時(shí)間色散） 基站基站 (BS) 移動(dòng)臺移動(dòng)臺 (MS) 路徑路徑1

14、 路徑路徑2 路徑路徑3 05101520253035404550 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 tx 05101520253035404550 -1 0 1 05101520253035404550 -1 0 1 05101520253035404550 -1 0 1 05101520253035404550 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 多徑時(shí)延大于脈沖寬度多徑時(shí)延大于脈沖寬度 第2章 無線通信基礎(chǔ) 29 基站基站 (BS) 移動(dòng)臺移動(dòng)臺 (MS) 路徑路徑1 路徑路徑2 路徑路

15、徑3 05101520253035404550 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 05101520253035404550 -1 0 1 05101520253035404550 -1 0 1 05101520253035404550 -1 0 1 05101520253035404550 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 多徑時(shí)延小于脈沖寬度多徑時(shí)延小于脈沖寬度 第2章 無線通信基礎(chǔ) 30 05101520253035404550 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2

16、0.4 0.6 0.8 1 05101520253035404550 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 多徑時(shí)延小于脈沖寬度多徑時(shí)延小于脈沖寬度 05101520253035404550 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 tx 05101520253035404550 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 多徑時(shí)延大于脈沖寬度多徑時(shí)延大于脈沖寬度 時(shí)延擴(kuò)展會(huì)造成符號間干擾時(shí)延擴(kuò)展會(huì)造成符號間干擾 第2章 無線通信基礎(chǔ) 31 由于信號多徑傳播引起

17、的不同延遲，使得接收信號具有比由于信號多徑傳播引起的不同延遲，使得接收信號具有比 發(fā)射信號更長的持續(xù)時(shí)間。這一現(xiàn)象稱為發(fā)射信號更長的持續(xù)時(shí)間。這一現(xiàn)象稱為時(shí)間色散時(shí)間色散。 附加時(shí)延：附加時(shí)延：一個(gè)多徑分量同一個(gè)多徑分量同LOS路徑分量之間的時(shí)延差。路徑分量之間的時(shí)延差。 0：第一個(gè)到達(dá)多徑分量的附加時(shí)延第一個(gè)到達(dá)多徑分量的附加時(shí)延(0=0) x(最大附加時(shí)延最大附加時(shí)延)：多徑信號能量從初值衰落到指定值多徑信號能量從初值衰落到指定值XdB的的 附加時(shí)延。則定義附加時(shí)延。則定義多徑時(shí)延擴(kuò)展多徑時(shí)延擴(kuò)展為為x0 （2-3-38） 由時(shí)延功率可以得到描述多徑信道時(shí)間色散特性的參數(shù)；由時(shí)延功率可以得

18、到描述多徑信道時(shí)間色散特性的參數(shù)； 0 x XdB :第一個(gè)多徑分量到達(dá)的時(shí)間 :下降的多徑分量到達(dá)的時(shí)間(最大時(shí)延值) 意義：意義：定義了高于某特定門限的多徑分量的時(shí)間范圍。定義了高于某特定門限的多徑分量的時(shí)間范圍。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 32 平均附加時(shí)延平均附加時(shí)延m定義為功率時(shí)延譜定義為功率時(shí)延譜P()的一的一 階矩，即階矩，即 （2-3-39(a)） （2-3-39(b)） 0 m d)(P 2 m 2 0,1 kkkk kk kk kk aP kN Pa 或者 平均傳播時(shí)延平均傳播時(shí)延 第2章 無線通信基礎(chǔ) 33 均方根均方根rms時(shí)延擴(kuò)展時(shí)延擴(kuò)展定義為功率時(shí)延譜的二階矩的平方根：

19、定義為功率時(shí)延譜的二階矩的平方根： （2-3-40） （2-3-41（a） 2 m 2 0 22 d)(P式中： （2-3-41（b） 1, 0 )( )( 2 2 22 2 Nk P P a a k k k kk k k k kk 或者 多徑時(shí)延擴(kuò)展 m T 第2章 無線通信基礎(chǔ) 34 時(shí)間色散參數(shù)不僅和時(shí)間色散參數(shù)不僅和 功率延時(shí)功率延時(shí)P()分布有分布有 關(guān)，還與關(guān)，還與P()的噪聲的噪聲 門限有關(guān)。門限有關(guān)。 噪聲門限噪聲門限用于區(qū)分多用于區(qū)分多 徑分量和噪聲。如果徑分量和噪聲。如果 該門限設(shè)置太低，會(huì)該門限設(shè)置太低，會(huì) 將噪聲當(dāng)做多徑信號將噪聲當(dāng)做多徑信號 處理，導(dǎo)致平均附加處理，導(dǎo)

20、致平均附加 時(shí)延升高，反之則會(huì)時(shí)延升高，反之則會(huì) 丟失某些多徑分量。丟失某些多徑分量。 圖2-33 平均附加時(shí)延、 rms時(shí)延擴(kuò)展、最大附加時(shí)延 和時(shí)延擴(kuò)展之間的關(guān)系 圖中給出了不低于圖中給出了不低于-10dB的多徑分量最大附加時(shí)延的計(jì)算結(jié)果。的多徑分量最大附加時(shí)延的計(jì)算結(jié)果。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 35 不同傳播環(huán)境的時(shí)間色散參數(shù)只能由實(shí)測得到。不同傳播環(huán)境的時(shí)間色散參數(shù)只能由實(shí)測得到。 城市郊區(qū)及農(nóng)村的時(shí)延參數(shù)比市區(qū)要小很多。城市郊區(qū)及農(nóng)村的時(shí)延參數(shù)比市區(qū)要小很多。 在無線通信系統(tǒng)中，可以采用在無線通信系統(tǒng)中，可以采用均衡技術(shù)或分集技術(shù)均衡技術(shù)或分集技術(shù)克服克服 時(shí)延擴(kuò)展造成時(shí)延擴(kuò)展造成的

21、符號間干擾。的符號間干擾。 rmsrms時(shí)延的典型值：室內(nèi)（時(shí)延的典型值：室內(nèi)（nsns級），室外（級），室外（usus級）級） 第2章 無線通信基礎(chǔ) 36 2. 相干帶寬相干帶寬Bc 定義：定義：在該帶寬范圍內(nèi)，信道是平坦的，在該帶寬范圍內(nèi)，信道是平坦的，碼間干擾碼間干擾(ISI)很很 小，即小，即帶寬內(nèi)信號受時(shí)間色散的失真很小帶寬內(nèi)信號受時(shí)間色散的失真很小。 1 c B 信道相干帶寬 rms時(shí)延擴(kuò)展 多徑時(shí)延越大多徑時(shí)延越大 相干帶寬越窄相干帶寬越窄 注：注：相干帶寬與均方根時(shí)延擴(kuò)展之間并不存相干帶寬與均方根時(shí)延擴(kuò)展之間并不存 在確切的關(guān)系。在確切的關(guān)系。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 37 0

22、1 2 3 s T符號周期 時(shí)延擴(kuò)展引起碼間干擾： 第2章 無線通信基礎(chǔ) 38 引入的ISI大 s T符號周期 信號帶寬較小時(shí)信號帶寬較小時(shí) s T符號周期 引入的ISI小 信號帶寬較大時(shí)信號帶寬較大時(shí) 對信號頻對信號頻 率變化較率變化較 敏感敏感 信號帶寬大小是相對信道相干帶寬而言信號帶寬大小是相對信道相干帶寬而言 第2章 無線通信基礎(chǔ) 39 信號通過無線信道傳輸后，由時(shí)間色散引起的衰落變化取 決于發(fā)送信號的特性及信道特性。 信號帶寬信號帶寬Bs （符號周期）（符號周期） 相干帶寬相干帶寬Bc （rms時(shí)延擴(kuò)展）時(shí)延擴(kuò)展） 時(shí)間色散時(shí)間色散 平坦衰落平坦衰落頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落 Bs

23、Bc 多徑信道的時(shí)延擴(kuò)展造成信道存在多徑信道的時(shí)延擴(kuò)展造成信道存在頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落 第2章 無線通信基礎(chǔ) 40 定義：平坦衰落是指信號在該信道里傳輸時(shí)產(chǎn)生的衰落與定義：平坦衰落是指信號在該信道里傳輸時(shí)產(chǎn)生的衰落與 頻率無關(guān)。頻率無關(guān)。 【特征】：無線信道的相干帶寬遠(yuǎn)大于發(fā)送信號的帶寬?！咎卣鳌浚簾o線信道的相干帶寬遠(yuǎn)大于發(fā)送信號的帶寬。 cs s BB T （發(fā)射信號帶寬） 或：（發(fā)射信號符號周期） 無線信道的相干帶寬無線信道的相干帶寬信號的帶寬信號的帶寬 或：無線信道的或：無線信道的rmsrms時(shí)延擴(kuò)展時(shí)延擴(kuò)展信號的符號周期信號的符號周期 第2章 無線通信基礎(chǔ) 41 平坦衰落圖解平

24、坦衰落圖解 卷積卷積 相乘相乘 第2章 無線通信基礎(chǔ) 42 2、碼間干擾（ISI）不明顯。 3、由于多徑時(shí)變信道增益的起伏，使接收信號的強(qiáng)度隨 時(shí)間變化。即為幅度變化信道，會(huì)引起深度衰落（可達(dá) 幾十dB）。 4、平坦衰落信道瞬時(shí)增益分布瞬時(shí)增益分布對設(shè)計(jì)無線鏈路非常重要， 最常見的是：幅度：服從瑞利分布；相位:均勻分布 1、無線信道輸出信號與輸入信號的頻譜相同，因而無線信道輸出信號與輸入信號的頻譜相同，因而 衰落信號的波形不會(huì)失真。衰落信號的波形不會(huì)失真。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 43 定義：指信道對傳輸信號的不同頻率分量有不同的響應(yīng)。定義：指信道對傳輸信號的不同頻率分量有不同的響應(yīng)。 【特征】

25、：無線信道的相干帶寬小于發(fā)送信號的帶寬。【特征】：無線信道的相干帶寬小于發(fā)送信號的帶寬。 cs s BB T （發(fā)射信號帶寬） 或：（發(fā)射信號符號周期） 無線信道的相干帶寬無線信道的相干帶寬 信號的符號周期信號的符號周期 第2章 無線通信基礎(chǔ) 44 頻率選擇性衰落圖解頻率選擇性衰落圖解 卷積卷積 相乘相乘 第2章 無線通信基礎(chǔ) 45 2、從頻域的角度看，不同的頻率分量獲得了不同增益， 信道具有頻率選擇性。 1、由于信號中的不同頻率分量衰落不一致，因而會(huì)引 起傳輸信號波形的嚴(yán)重失真。且由于這一失真是時(shí)間色 散引起的，這樣信道就引起了碼間干擾（ISI）。 3、實(shí)際上，當(dāng)多徑時(shí)延接近或超過發(fā)送信號的

26、周期時(shí)， 就會(huì)產(chǎn)生頻率選擇性衰落。 通常若 ，該信道是平坦的； 若 ，該信道是頻率選擇性的。 10 s T 10 s T 第2章 無線通信基礎(chǔ) 46 在無線通信系統(tǒng)中，用以克服頻率選擇性衰落在無線通信系統(tǒng)中，用以克服頻率選擇性衰落 的技術(shù)有的技術(shù)有頻率分集、擴(kuò)頻調(diào)制以及適當(dāng)?shù)慕豢椇途眍l率分集、擴(kuò)頻調(diào)制以及適當(dāng)?shù)慕豢椇途?積編碼積編碼（實(shí)際上這種處理等效于時(shí)間分集）等信號（實(shí)際上這種處理等效于時(shí)間分集）等信號 處理技術(shù)。采用這些技術(shù)可以有效地改善無線傳輸處理技術(shù)。采用這些技術(shù)可以有效地改善無線傳輸 的可靠性，減小數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率。這些內(nèi)容將在的可靠性，減小數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率。這些內(nèi)容將在 后續(xù)章節(jié)

27、進(jìn)行介紹。后續(xù)章節(jié)進(jìn)行介紹。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 47 3. 多普勒擴(kuò)展和相干時(shí)間多普勒擴(kuò)展和相干時(shí)間 p 由于多徑分量引入不同的多普勒頻移，接收信號具由于多徑分量引入不同的多普勒頻移，接收信號具 有比發(fā)射信號更大的帶寬。這一現(xiàn)象稱為有比發(fā)射信號更大的帶寬。這一現(xiàn)象稱為頻率色散頻率色散。 p 我們感興趣的是假設(shè)信道近似不變的我們感興趣的是假設(shè)信道近似不變的最大持續(xù)時(shí)最大持續(xù)時(shí) 間（即相干時(shí)間）間（即相干時(shí)間）。當(dāng)發(fā)送信號的持續(xù)時(shí)間小于此。當(dāng)發(fā)送信號的持續(xù)時(shí)間小于此 值時(shí)，發(fā)送的信號由于頻率色散的失真很小。值時(shí)，發(fā)送的信號由于頻率色散的失真很小。 p 時(shí)變特性的主要原因是時(shí)變特性的主要原因是“

28、運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)”，因此可用，因此可用相干時(shí)相干時(shí) 間間和和多普勒擴(kuò)展多普勒擴(kuò)展來描述小尺度內(nèi)信道的時(shí)變快慢特性。來描述小尺度內(nèi)信道的時(shí)變快慢特性。 p 時(shí)延擴(kuò)展和相干帶寬參數(shù)是描述信道多徑時(shí)延的兩時(shí)延擴(kuò)展和相干帶寬參數(shù)是描述信道多徑時(shí)延的兩 個(gè)參數(shù)，但它們并未提供描述信道個(gè)參數(shù)，但它們并未提供描述信道時(shí)變特性時(shí)變特性的信息。的信息。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 48 多普勒擴(kuò)展多普勒擴(kuò)展 是移動(dòng)無線信道的時(shí)變速率所引起的頻是移動(dòng)無線信道的時(shí)變速率所引起的頻 譜展寬程度的度量值，是信道時(shí)間變化速率的度量。譜展寬程度的度量值，是信道時(shí)間變化速率的度量。 d B 設(shè)：發(fā)送信號為正弦波，設(shè)：發(fā)送信號為正弦波， 則

29、接收信號的頻率為：則接收信號的頻率為： 最大頻移即為最大頻移即為 cos cdc v ffff c d vfv B C 載波頻率載波頻率 D B如果基帶信號的帶寬，則可忽略多普勒擴(kuò)展的影響 多普勒擴(kuò)展多普勒擴(kuò)展 第2章 無線通信基礎(chǔ) 49 相干時(shí)間相干時(shí)間 l 相干時(shí)間 是多普勒擴(kuò)展在時(shí)域的表示，用于在時(shí) 域描述信道頻率色散的時(shí)變特性。 c T p 在此時(shí)間間隔內(nèi)兩個(gè)到達(dá)信號有很強(qiáng)的幅度相關(guān)在此時(shí)間間隔內(nèi)兩個(gè)到達(dá)信號有很強(qiáng)的幅度相關(guān) 性，或稱受信道頻率色散的影響相同。性，或稱受信道頻率色散的影響相同。 p 時(shí)間間隔大于相干時(shí)間的兩個(gè)到達(dá)信號相關(guān)性時(shí)間間隔大于相干時(shí)間的兩個(gè)到達(dá)信號相關(guān)性 很小，

30、或稱受信道頻率色散的影響不同。很小，或稱受信道頻率色散的影響不同。 (1/) cc TT數(shù)字傳輸系統(tǒng)的基帶周期或基帶速率 時(shí)，認(rèn)為信道不會(huì)因運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致信號失真。 1 c d T B 第2章 無線通信基礎(chǔ) 50 信號通過無線信道傳輸后，由頻率色散引起的衰落變 化取決于基帶信號周期及信道變化快慢。 信號帶寬信號帶寬Bs （符號周期）（符號周期） 多普勒擴(kuò)展多普勒擴(kuò)展Bd （信道相干時(shí)間）（信道相干時(shí)間） 頻率色散頻率色散 快衰落快衰落慢衰落慢衰落 BsBd 第2章 無線通信基礎(chǔ) 51 【性質(zhì)】在快衰落信道中，信道沖激響應(yīng)在符號持 續(xù)時(shí)間內(nèi)變化很快，即信道的相干時(shí)間小于發(fā)送信 號的信號周期。 ds

31、cs BB TT （信號帶寬） 或：（信號周期） 無線信道的多普勒擴(kuò)展無線信道的多普勒擴(kuò)展 信號的帶寬信號的帶寬 或：無線信道的相干時(shí)間或：無線信道的相干時(shí)間 信號的符號速率信號的符號速率 由于多普勒擴(kuò)展由于多普勒擴(kuò)展 引起頻率色散，引起頻率色散， 信號失真嚴(yán)重。信號失真嚴(yán)重。 l多普勒擴(kuò)展越大，接收信號失真越嚴(yán)重。 l 快衰落一般發(fā)生在數(shù)據(jù)率非常低的情況。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 52 【性質(zhì)】在慢衰落信道中，信道沖激響應(yīng)變化率比發(fā) 送的基帶信號變化率低得多?？杉僭O(shè)在多個(gè)信號持續(xù) 時(shí)間內(nèi)，信道為靜態(tài)信道。 ds cs BB TT （信號帶寬） 或：（信號周期） 無線信道的多普勒擴(kuò)展無線信道的多

32、普勒擴(kuò)展信號的符號周期信號的符號周期 多普勒擴(kuò)展遠(yuǎn)小于多普勒擴(kuò)展遠(yuǎn)小于 基帶信道帶寬，信基帶信道帶寬，信 道失真不明顯。道失真不明顯。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 53 需要注意的是，對于一個(gè)快衰落信道或慢衰落信道，需要注意的是，對于一個(gè)快衰落信道或慢衰落信道， 它同時(shí)又可能是頻率選擇性衰落信道或平坦衰落信道。它同時(shí)又可能是頻率選擇性衰落信道或平坦衰落信道。 當(dāng)慢衰落信道的相干帶寬小于發(fā)送信號帶寬時(shí)，慢衰當(dāng)慢衰落信道的相干帶寬小于發(fā)送信號帶寬時(shí)，慢衰 落信道會(huì)同時(shí)呈現(xiàn)出頻率選擇性衰落，這時(shí)的信道稱為落信道會(huì)同時(shí)呈現(xiàn)出頻率選擇性衰落，這時(shí)的信道稱為頻頻 率選擇性慢衰落信道率選擇性慢衰落信道；反之，當(dāng)慢

33、衰落信道的相干帶寬遠(yuǎn)；反之，當(dāng)慢衰落信道的相干帶寬遠(yuǎn) 大于發(fā)送信號帶寬時(shí)，信道稱為大于發(fā)送信號帶寬時(shí)，信道稱為平坦慢衰落信道平坦慢衰落信道。 同樣，如果快衰落信道的相干帶寬小于發(fā)送信號帶寬，同樣，如果快衰落信道的相干帶寬小于發(fā)送信號帶寬， 則此時(shí)的信道稱為頻率選擇性快衰落信道，反之稱為平坦則此時(shí)的信道稱為頻率選擇性快衰落信道，反之稱為平坦 快衰落信道?？焖ヂ湫诺?。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 54 快快/ /慢衰落和平坦慢衰落和平坦/ /頻率選擇性衰落之間，在概頻率選擇性衰落之間，在概 念上是平等的。念上是平等的。 小結(jié)小結(jié)： 多普勒擴(kuò)展多普勒擴(kuò)展 發(fā)送信號的發(fā)送信號的 帶寬帶寬 發(fā)送信號的發(fā)送信號

34、的 帶寬帶寬 相干帶寬相干帶寬 Bs 頻率選擇頻率選擇 慢衰落慢衰落 平坦平坦 慢衰落慢衰落 頻率選擇頻率選擇 快衰落快衰落 平坦平坦 快衰落快衰落 Bs c B d B 第2章 無線通信基礎(chǔ) 55 快快/ /慢衰落和平坦慢衰落和平坦/ /頻率選擇性衰落之間，在概頻率選擇性衰落之間，在概 念上是平等的。念上是平等的。 小結(jié)小結(jié)： 發(fā)送信號的發(fā)送信號的 符號周期符號周期 發(fā)送信號的發(fā)送信號的 符號周期符號周期 rms 時(shí)延擴(kuò)展時(shí)延擴(kuò)展 相干時(shí)間相干時(shí)間 Ts 頻率選擇頻率選擇 慢衰落慢衰落 平坦平坦 慢衰落慢衰落 頻率選擇頻率選擇 快衰落快衰落 平坦平坦 快衰落快衰落 Ts c T 第2章 無線

35、通信基礎(chǔ) 56 三類不同層次的損耗 大尺度路徑損耗（ Large-Scale Path Loss ） 陰影損耗（中尺度損耗）（ Shadowing ） 小尺度衰落（ Small-Scale Fading ） l 電磁波在空間傳播所產(chǎn)生的損耗電磁波在空間傳播所產(chǎn)生的損耗 l 千米量級千米量級 l 由傳播阻擋的陰影效應(yīng)所產(chǎn)生的損耗由傳播阻擋的陰影效應(yīng)所產(chǎn)生的損耗 l 數(shù)百波長量級數(shù)百波長量級 l 反映小范圍接收電平平均值的起伏變化趨勢反映小范圍接收電平平均值的起伏變化趨勢 l 幾個(gè)波長量級幾個(gè)波長量級 2.3.6 陰影衰落和衰落儲(chǔ)備陰影衰落和衰落儲(chǔ)備 第2章 無線通信基礎(chǔ) 57 陰影衰落陰影衰落是

36、無線通信傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及是無線通信傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及 其它障礙物對電波傳播路徑的阻擋而形成的電磁場陰影效應(yīng)。其它障礙物對電波傳播路徑的阻擋而形成的電磁場陰影效應(yīng)。 陰影衰落是一種在一個(gè)大的空間尺度內(nèi)平均信號電平陰影衰落是一種在一個(gè)大的空間尺度內(nèi)平均信號電平 起伏的現(xiàn)象，因而稱為起伏的現(xiàn)象，因而稱為大尺度衰落大尺度衰落。 其引起的接收信號電平起伏相對緩慢，并且陰影衰落其引起的接收信號電平起伏相對緩慢，并且陰影衰落 與地形地物的分布及大小有關(guān)，因而也稱為與地形地物的分布及大小有關(guān)，因而也稱為慢衰落慢衰落。 第2章 無線通信基礎(chǔ) 58 由于存在陰影衰落，并且不同位置周圍的地

37、物環(huán)境差由于存在陰影衰落，并且不同位置周圍的地物環(huán)境差 別非常大，因而與發(fā)射機(jī)相同距離處的接收信號強(qiáng)度會(huì)有別非常大，因而與發(fā)射機(jī)相同距離處的接收信號強(qiáng)度會(huì)有 很大差別。實(shí)驗(yàn)研究表明，對任意的發(fā)射機(jī)與接收機(jī)距離很大差別。實(shí)驗(yàn)研究表明，對任意的發(fā)射機(jī)與接收機(jī)距離d， 陰影衰落引起的路徑損耗陰影衰落引起的路徑損耗PL(d)為對數(shù)正態(tài)分布：為對數(shù)正態(tài)分布： 式中式中, 為近地參考距離為近地參考距離d0處的大尺度路徑損耗；處的大尺度路徑損耗； n為為 路徑損耗指數(shù)；路徑損耗指數(shù)； X是零均值的高斯分布隨機(jī)變量，單位為是零均值的高斯分布隨機(jī)變量，單位為 dB。對數(shù)正態(tài)分布概率密度函數(shù)由式。對數(shù)正態(tài)分布概率密度函數(shù)由式(2-3-56)給出：給出： （2-3-55）dB)lg(10dB)(PLdB)(PL 0 0 X d d ndd )(PL 0 d 第2章 無線通信基礎(chǔ) 59 這樣，在發(fā)射機(jī)距離這樣，在發(fā)射機(jī)距離d處的接收功率電平為處的接收功率電平為 Pr(d)dBm=PtdBmPL(d)dB （2-3-57） 在無線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析過程中，式（在無線通信系