數(shù)字移動通信課件——第2章 移動通信信道

1、12021-11-112021-11-11第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道22021-11-112021-11-11移動信道基本特性移動信道基本特性2.12.1衰落衰落2.22.22.32.3噪聲和干擾噪聲和干擾32021-11-112021-11-112.1 2.1 移動信道基本特性移動信道基本特性2.1.1 2.1.1 移動通信信道的主要特點移動通信信道的主要特點2.1.2 2.1.2 電波傳播方式電波傳播方式2.1.3 2.1.3 接收信號中的四種效應(yīng)接收信號中的四種效應(yīng)第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道42021-11-112021-11-112.1.1 2.1.1 移動

2、通信信道的主要特點移動通信信道的主要特點1 1傳播的開放性傳播的開放性這是區(qū)別于有線信道，有線信道中，電磁波被限定在這是區(qū)別于有線信道，有線信道中，電磁波被限定在導(dǎo)線內(nèi)，而移動通信的信道是一個開放的空間。導(dǎo)線內(nèi)，而移動通信的信道是一個開放的空間。2 2接收環(huán)境的復(fù)雜性接收環(huán)境的復(fù)雜性是指接收點地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性。是指接收點地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性?？蓪⒔邮拯c地理環(huán)境劃分為三種典型區(qū)域可將接收點地理環(huán)境劃分為三種典型區(qū)域: :高樓林立的城市繁華區(qū)高樓林立的城市繁華區(qū); ;以一般性建筑物為主體的近郊區(qū)以一般性建筑物為主體的近郊區(qū); ;以山丘、湖泊、平原為主的農(nóng)村及遠(yuǎn)郊區(qū)。以山丘、湖泊、平原為

3、主的農(nóng)村及遠(yuǎn)郊區(qū)。3 3通信用戶的隨機移動性通信用戶的隨機移動性52021-11-112021-11-112.1 2.1 移動信道基本特性移動信道基本特性2.1.1 2.1.1 移動通信信道的主要特點移動通信信道的主要特點2.1.2 2.1.2 電波傳播方式電波傳播方式2.1.3 2.1.3 接收信號中的四種效應(yīng)接收信號中的四種效應(yīng)第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道62021-11-112021-11-112.1.2 2.1.2 電波傳播方式電波傳播方式1 1直射波直射波即沒有障礙物的情況下，電磁波在視距范圍內(nèi)直接由基站即沒有障礙物的情況下，電磁波在視距范圍內(nèi)直接由基站到達(dá)手機。到達(dá)手機

4、。2 2反射波反射波當(dāng)障礙物的尺寸大于電磁波的波長時，電磁波就會在障礙當(dāng)障礙物的尺寸大于電磁波的波長時，電磁波就會在障礙物的前方發(fā)生反射。物的前方發(fā)生反射。 3 3繞射波繞射波電磁波繞過繞過障礙物，在障礙物后方形成場強。電磁波繞過繞過障礙物，在障礙物后方形成場強。 一般可歸納為以下波四種基本傳播方式：一般可歸納為以下波四種基本傳播方式： 第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道72021-11-112021-11-112.1.2 電波傳播方式電波傳播方式4 4散射波散射波當(dāng)電磁波遇到粗糙的表面時，反射能量會散布于所有方向當(dāng)電磁波遇到粗糙的表面時，反射能量會散布于所有方向, ,這樣就形成了散射波

5、。這樣就形成了散射波。圖圖 2-1 移動信道電波傳播類型示意圖移動信道電波傳播類型示意圖 82021-11-112021-11-112.1 2.1 移動信道基本特性移動信道基本特性2.1.1 2.1.1 移動通信信道的主要特點移動通信信道的主要特點2.1.2 2.1.2 電波傳播方式電波傳播方式2.1.3 2.1.3 接收信號中的四種效應(yīng)接收信號中的四種效應(yīng)第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道92021-11-112021-11-112.1.3 2.1.3 接收信號中的四種效應(yīng)接收信號中的四種效應(yīng)1. 1. 陰影效應(yīng)陰影效應(yīng)由于大型建筑物或其它物體的遮擋，在于障礙物的后面產(chǎn)由于大型建筑物或

6、其它物體的遮擋，在于障礙物的后面產(chǎn)生的傳播半盲區(qū)。生的傳播半盲區(qū)。2. 2. 遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng)由于移動用戶距離基站有遠(yuǎn)有近，這樣近處的用戶信號就由于移動用戶距離基站有遠(yuǎn)有近，這樣近處的用戶信號就會對遠(yuǎn)處的用戶信號產(chǎn)生抑制。會對遠(yuǎn)處的用戶信號產(chǎn)生抑制。第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道102021-11-112021-11-112.1.3 接收信號中的四種效應(yīng)接收信號中的四種效應(yīng)3. 3. 多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)由于用戶所處位置的復(fù)雜性，到達(dá)移動臺天線的信號不是由單由于用戶所處位置的復(fù)雜性，到達(dá)移動臺天線的信號不是由單一路徑來的，而是包含多條路徑。不同路徑的信號，它們到達(dá)一路徑來的，而是包含多條

7、路徑。不同路徑的信號，它們到達(dá)時的信號強度、到達(dá)時間及到達(dá)時的載波相位都不一樣。所接時的信號強度、到達(dá)時間及到達(dá)時的載波相位都不一樣。所接收的信號是上述各路信號的矢量和。收的信號是上述各路信號的矢量和。4. 4. 多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)由于用戶處于高速移動中，從而引起傳播頻率的擴(kuò)散，由此引由于用戶處于高速移動中，從而引起傳播頻率的擴(kuò)散，由此引起的附加頻移稱為多普勒頻移（多普勒擴(kuò)散）。起的附加頻移稱為多普勒頻移（多普勒擴(kuò)散）。 這一現(xiàn)象只這一現(xiàn)象只產(chǎn)生在大于等于產(chǎn)生在大于等于70Km/h70Km/h時，而對于慢速移動的步行和準(zhǔn)靜態(tài)的時，而對于慢速移動的步行和準(zhǔn)靜態(tài)的室內(nèi)通信則不予考慮。室內(nèi)通信則不

8、予考慮。第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道112021-11-112021-11-112.1.3 接收信號中的四種效應(yīng)接收信號中的四種效應(yīng)無線電波從源點無線電波從源點S出發(fā)，在出發(fā)，在X點點和和Y點分別被移動臺接收時所點分別被移動臺接收時所走的路程差為走的路程差為xi dcosi v t cosi 由于源端點距離很遠(yuǎn)，可假設(shè)由于源端點距離很遠(yuǎn)，可假設(shè)在在X點和點和Y點處的點處的i是相同的，是相同的，所以，由路程差造成的接收信所以，由路程差造成的接收信號相位變化值為號相位變化值為22cosiixv t SixiXYd當(dāng)移動臺以恒定速率當(dāng)移動臺以恒定速率v在長度在長度為為d、端點為、端點為X

9、和和Y的路徑上運的路徑上運動時，受到自遠(yuǎn)方動時，受到自遠(yuǎn)方S點發(fā)出的點發(fā)出的信號，如圖所示。信號，如圖所示。由此可得出頻率變化值，即多由此可得出頻率變化值，即多普勒頻移普勒頻移fd為為1cos2divft mvf 最最大大多多普普勒勒移移：122021-11-112021-11-11移動信道基本特性移動信道基本特性2.12.1衰落衰落2.22.22.32.3噪聲和干擾噪聲和干擾132021-11-112021-11-112.2 2.2 衰落衰落2.2.1 2.2.1 大尺度衰落大尺度衰落2.2.2 2.2.2 小尺度衰落小尺度衰落第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道142021-11-11

10、2021-11-112.2.1 2.2.1 大尺度衰落大尺度衰落 在大尺度模型中，一般主要關(guān)注由路徑損耗（在大尺度模型中，一般主要關(guān)注由路徑損耗（Path loss）和陰影（和陰影（shadowing）效應(yīng)所引起的接收信號功率隨距離變化）效應(yīng)所引起的接收信號功率隨距離變化的規(guī)律。路徑損耗引起長距離（的規(guī)律。路徑損耗引起長距離（1001000米）接收信號功率米）接收信號功率的變化，而陰影效應(yīng)引起障礙物尺度距離上（室外環(huán)境是的變化，而陰影效應(yīng)引起障礙物尺度距離上（室外環(huán)境是10100米，室內(nèi)更?。┙邮招盘柟β实淖兓?。米，室內(nèi)更?。┙邮招盘柟β实淖兓?1 1路徑損耗路徑損耗 大多數(shù)移動通信系統(tǒng)運行

11、在復(fù)雜的傳播環(huán)境中，路徑損大多數(shù)移動通信系統(tǒng)運行在復(fù)雜的傳播環(huán)境中，路徑損耗除了受頻率、距離等確定因素的影響，還會受到地形、地耗除了受頻率、距離等確定因素的影響，還會受到地形、地貌、建筑物分布及街道分布等不確定因素的影響。這里我們貌、建筑物分布及街道分布等不確定因素的影響。這里我們主要介紹在工程上普遍應(yīng)用的電波傳播損耗預(yù)測模型。主要介紹在工程上普遍應(yīng)用的電波傳播損耗預(yù)測模型。 第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道152021-11-112021-11-11路徑損耗路徑損耗 電波傳播損耗預(yù)測模型是基于大量實測數(shù)據(jù)而得到的經(jīng)電波傳播損耗預(yù)測模型是基于大量實測數(shù)據(jù)而得到的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，常用的模型包?/p>

12、：奧村模型（驗?zāi)Ｐ?，常用的模型包括：奧村模型（Okumura Model）、）、哈塔模型（哈塔模型（Hata Model）、哈塔模型的）、哈塔模型的COST231擴(kuò)展等。其擴(kuò)展等。其中奧村模型是城市宏小區(qū)中信號預(yù)測最常用的模型之一，其中奧村模型是城市宏小區(qū)中信號預(yù)測最常用的模型之一，其適用的距離范圍是適用的距離范圍是1Km100Km、頻率范圍是、頻率范圍是150MHz1500MHz，該模型除了公式外，還包括一些經(jīng)驗曲線和圖表。，該模型除了公式外，還包括一些經(jīng)驗曲線和圖表。哈塔模型是將奧村模型中的經(jīng)驗曲線與圖表擬合成更加便于哈塔模型是將奧村模型中的經(jīng)驗曲線與圖表擬合成更加便于工程上使用的經(jīng)驗公式

13、，其適用的頻率范圍也基本是工程上使用的經(jīng)驗公式，其適用的頻率范圍也基本是150MHz1500MHz。而哈塔模型的。而哈塔模型的COST231擴(kuò)展是歐洲科擴(kuò)展是歐洲科技合作組織將哈塔模型擴(kuò)展到技合作組織將哈塔模型擴(kuò)展到2GHz，以便適合，以便適合PCS系統(tǒng)。下系統(tǒng)。下面分別介紹哈塔模型和哈塔模型的面分別介紹哈塔模型和哈塔模型的COST231擴(kuò)展。擴(kuò)展。 第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道162021-11-112021-11-11（1）Hata模型模型由于使用由于使用Okumura模型，需要查找其給出的各種曲線，模型，需要查找其給出的各種曲線，不利于計算機預(yù)測。不利于計算機預(yù)測。 Hata

14、根據(jù)根據(jù)Okumura的基本中值場強的基本中值場強預(yù)測曲線，通過曲線擬合，將預(yù)測曲線，通過曲線擬合，將Okumura模型中的經(jīng)驗曲模型中的經(jīng)驗曲線與圖表提煉成更加便于工程上使用的經(jīng)驗公式，即線與圖表提煉成更加便于工程上使用的經(jīng)驗公式，即Hata模型模型 。Hata在提出這個模型時作了下列三點假設(shè)，以求簡化：在提出這個模型時作了下列三點假設(shè)，以求簡化：作為兩個全向天線之間的傳播損耗處理；作為兩個全向天線之間的傳播損耗處理；作為準(zhǔn)平滑地形而不是不規(guī)則地形處理；作為準(zhǔn)平滑地形而不是不規(guī)則地形處理；以城市市區(qū)的傳播損耗公式作為標(biāo)準(zhǔn)，其他地區(qū)采用校以城市市區(qū)的傳播損耗公式作為標(biāo)準(zhǔn)，其他地區(qū)采用校正公式進(jìn)

15、行修正。正公式進(jìn)行修正。路徑損耗路徑損耗 第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道172021-11-112021-11-11Hata模型模型 適用條件適用條件頻率范圍：頻率范圍：1501500MHz；基站天線有效高度基站天線有效高度hb ：30200m；移動臺天線高度移動臺天線高度hm ：110m；覆蓋距離：覆蓋距離：120km。 傳播損耗公式傳播損耗公式 69.5526.16lg13.82lg()(44.96.55lg)lgTbmbLfha hhd 城式中，式中，d的單位為的單位為km，f的單位為的單位為MHz，LT城城為城市市區(qū)的中為城市市區(qū)的中值路徑損耗，值路徑損耗，hb和和hm分別為

16、基站和移動臺天線有效高度。分別為基站和移動臺天線有效高度。第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道182021-11-112021-11-11移動臺天線高度修正因子：移動臺天線高度修正因子： 對于其它地形，對于其它地形，Hata分別定義了相應(yīng)的修正因子分別定義了相應(yīng)的修正因子Kmr郊區(qū)校正因子郊區(qū)校正因子 Qo開闊地校正因子（農(nóng)村地區(qū)）開闊地校正因子（農(nóng)村地區(qū)） 22(1.1lg0.7)(1.56lg0.8)8.29(lg1.54)1.1300()3.2(lg11.75)4.9730001.5mmmmmfhfhfMHza hhfMHzhm 中中小小城城市市大大城城市市22(lg(/28)5.4

17、mrKf 24.78lg18.33lg40.94oQff Hata模型模型第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道192021-11-112021-11-11（2）Hata模型擴(kuò)展模型擴(kuò)展歐洲科學(xué)技術(shù)研究協(xié)會（歐洲科學(xué)技術(shù)研究協(xié)會（EURO-COST）組成）組成cost-231工作組開發(fā)工作組開發(fā)Hata模型對模型對PCS的擴(kuò)展，提出將的擴(kuò)展，提出將Hata模型模型擴(kuò)展至擴(kuò)展至2GHz頻段。所以該模型稱為頻段。所以該模型稱為Hata模型擴(kuò)展。模型擴(kuò)展。 頻率范圍：頻率范圍： 15002000 MHz;基站的天線有效高度基站的天線有效高度hb ：30200 m;移動臺天線高度移動臺天線高度hm

18、：110m；覆蓋距離：覆蓋距離：120 km。 適用條件適用條件路徑損耗路徑損耗 第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道202021-11-112021-11-11Hata模型擴(kuò)展模型擴(kuò)展 傳播損耗公式傳播損耗公式 46.333.9lg13.82lg()(44.96.55lg)lgTbmbMLfha hhdC 城城式中，式中，d的單位為的單位為km，f的單位為的單位為MHz，LT城城為城市市區(qū)的中為城市市區(qū)的中值路徑損耗，值路徑損耗，hb和和hm分別為基站和移動臺天線有效高度。移分別為基站和移動臺天線有效高度。移動臺天線高度修正因子動臺天線高度修正因子a( (hm)與與Hata模型相同。模型

19、相同。對于市中心繁華區(qū)對于中等城市和郊區(qū)dBdBCM30 對于其它地形，修正因子與對于其它地形，修正因子與Hata模型相同模型相同第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道212021-11-112021-11-112.2.1 大尺度衰落大尺度衰落2 2陰影衰落陰影衰落 在路徑損耗模型中一般認(rèn)為對于相同的收發(fā)距離，路在路徑損耗模型中一般認(rèn)為對于相同的收發(fā)距離，路徑損耗也是相同的。然而實際情況是，與同一發(fā)射機等距徑損耗也是相同的。然而實際情況是，與同一發(fā)射機等距離但位于不同地理位置上的接收機，由于傳播路徑所經(jīng)過離但位于不同地理位置上的接收機，由于傳播路徑所經(jīng)過的地理環(huán)境不同，使得其接收到的信號強度

20、有很大的差異。的地理環(huán)境不同，使得其接收到的信號強度有很大的差異。通過路徑損耗模型所計算的數(shù)值是所有可能路徑所造成功通過路徑損耗模型所計算的數(shù)值是所有可能路徑所造成功率損耗的一個平均值或中間值，接收機實測值與路徑損耗率損耗的一個平均值或中間值，接收機實測值與路徑損耗模型預(yù)測值之間的偏差則是由陰影衰落引起。模型預(yù)測值之間的偏差則是由陰影衰落引起。 第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道222021-11-112021-11-11陰影衰落陰影衰落 發(fā)射機和接收機之間的障礙物會引起陰影衰落，這些障礙發(fā)射機和接收機之間的障礙物會引起陰影衰落，這些障礙物通過吸收、反射、散射和繞射等方式使給定距離處接收

21、信號物通過吸收、反射、散射和繞射等方式使給定距離處接收信號發(fā)生隨機衰減。造成信號隨機衰減的因素，包括障礙物的位置、發(fā)生隨機衰減。造成信號隨機衰減的因素，包括障礙物的位置、大小和介電特性及反射面和散射體的情況一般都是未知的，因大小和介電特性及反射面和散射體的情況一般都是未知的，因此只能用統(tǒng)計模型來表征這種隨機衰減。經(jīng)被實測數(shù)據(jù)證實，此只能用統(tǒng)計模型來表征這種隨機衰減。經(jīng)被實測數(shù)據(jù)證實，這種隨機衰減呈現(xiàn)對數(shù)正態(tài)分布。這種隨機衰減呈現(xiàn)對數(shù)正態(tài)分布。 圖圖 2-3 在路徑損耗、陰影效應(yīng)和多徑傳播與距離的關(guān)系在路徑損耗、陰影效應(yīng)和多徑傳播與距離的關(guān)系 232021-11-112021-11-112.2

22、2.2 衰落衰落2.2.1 2.2.1 大尺度衰落大尺度衰落2.2.2 2.2.2 小尺度衰落小尺度衰落第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道242021-11-112021-11-112.2.2 2.2.2 小尺度衰落小尺度衰落 小尺度衰落是指無線電信號在短時間或短距離傳播后其小尺度衰落是指無線電信號在短時間或短距離傳播后其幅度、相位或多徑時延快速變化，以至于大尺度路徑損耗的幅度、相位或多徑時延快速變化，以至于大尺度路徑損耗的影響可以忽略不計。影響可以忽略不計。 無線信道中的許多物理因素都會影響小尺度衰落，包括：無線信道中的許多物理因素都會影響小尺度衰落，包括： (1) 多徑效應(yīng)。多徑效應(yīng)

23、使得各條路徑信號到達(dá)接收機時有多徑效應(yīng)。多徑效應(yīng)使得各條路徑信號到達(dá)接收機時有不同的相位、幅度及時延，從而引起時域的時延擴(kuò)展，在頻域不同的相位、幅度及時延，從而引起時域的時延擴(kuò)展，在頻域產(chǎn)生頻率選擇性衰落。產(chǎn)生頻率選擇性衰落。 (2) 多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)是與物體運動有關(guān)的，物體的多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)是與物體運動有關(guān)的，物體的運動包括基站和移動臺的相對運動以及無線信道中環(huán)境物體的運動包括基站和移動臺的相對運動以及無線信道中環(huán)境物體的運動。由于移動臺或環(huán)境物體的高速運動在頻移會引起多普勒運動。由于移動臺或環(huán)境物體的高速運動在頻移會引起多普勒頻移，在相應(yīng)的時域產(chǎn)生時間選擇性衰落。頻移，在相應(yīng)的

24、時域產(chǎn)生時間選擇性衰落。1 1影響小尺度衰落的因素影響小尺度衰落的因素第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道252021-11-112021-11-11影響小尺度衰落的因素影響小尺度衰落的因素(3) 信號的傳輸帶寬。前面提到的頻率選擇性衰落和時間選信號的傳輸帶寬。前面提到的頻率選擇性衰落和時間選擇性衰落在信道中可以同時存在，至于哪種衰落更明顯，則擇性衰落在信道中可以同時存在，至于哪種衰落更明顯，則取決于信號的帶寬和符號周期。因為衰落是表征信道對信號取決于信號的帶寬和符號周期。因為衰落是表征信道對信號的影響，衰落類型取決于發(fā)送信號特性（如帶寬和符號周期）的影響，衰落類型取決于發(fā)送信號特性（如帶

25、寬和符號周期）及信道特性（如均方根時延擴(kuò)展和多普勒擴(kuò)展）之間的關(guān)系。及信道特性（如均方根時延擴(kuò)展和多普勒擴(kuò)展）之間的關(guān)系。第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道262021-11-112021-11-112.2.2 小尺度衰落小尺度衰落 時延擴(kuò)展和相干帶寬是用來描述無線信道的時間色散特時延擴(kuò)展和相干帶寬是用來描述無線信道的時間色散特性，而信道的時間色散是由多徑效應(yīng)所引起的。性，而信道的時間色散是由多徑效應(yīng)所引起的。 時延擴(kuò)展是用來描述在時域上，由多徑傳播所造成的信時延擴(kuò)展是用來描述在時域上，由多徑傳播所造成的信號波形擴(kuò)散效應(yīng)。常用的時延擴(kuò)展參數(shù)包括：平均附加時延、號波形擴(kuò)散效應(yīng)。常用的時延擴(kuò)

26、展參數(shù)包括：平均附加時延、均方根時延擴(kuò)展和附加時延擴(kuò)展。這些參數(shù)可由功率延遲分布均方根時延擴(kuò)展和附加時延擴(kuò)展。這些參數(shù)可由功率延遲分布得到。這些參數(shù)值基本上是由環(huán)境所決定的，反映了信道的時得到。這些參數(shù)值基本上是由環(huán)境所決定的，反映了信道的時域特性。域特性。 2 2移動多徑信道參數(shù)移動多徑信道參數(shù)（1） 時延擴(kuò)展和相干帶寬時延擴(kuò)展和相干帶寬第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道272021-11-112021-11-11移動多徑信道參數(shù)移動多徑信道參數(shù) 另一個反映信道頻域特性的參數(shù)是相干帶寬，相干帶寬另一個反映信道頻域特性的參數(shù)是相干帶寬，相干帶寬Bc表示包絡(luò)相關(guān)度為某一特定值時的信號帶寬。

27、也就是說，表示包絡(luò)相關(guān)度為某一特定值時的信號帶寬。也就是說，當(dāng)兩個頻率分量的頻率相隔小于相干帶寬當(dāng)兩個頻率分量的頻率相隔小于相干帶寬Bc時，它們具有很時，它們具有很強的幅度相關(guān)性；反之，當(dāng)兩個頻率分量的頻率相隔大于相強的幅度相關(guān)性；反之，當(dāng)兩個頻率分量的頻率相隔大于相干帶寬干帶寬Bc時，它們幅度相關(guān)性很小。時，它們幅度相關(guān)性很小。 相干帶寬相干帶寬Bc可以由均方根時延擴(kuò)展可以由均方根時延擴(kuò)展 來定義。如果相干來定義。如果相干帶寬定義為頻率相關(guān)函數(shù)大于帶寬定義為頻率相關(guān)函數(shù)大于0.9的某特定帶寬，則相干帶寬的某特定帶寬，則相干帶寬約為：約為： 501cB如果將定義放寬至相關(guān)函數(shù)值大于如果將定義放

28、寬至相關(guān)函數(shù)值大于0.5，則相干帶寬約為：，則相干帶寬約為： 51cB第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道282021-11-112021-11-11（2）多普勒擴(kuò)展和相干時間）多普勒擴(kuò)展和相干時間 移動多徑信道參數(shù)移動多徑信道參數(shù) 多普勒擴(kuò)展和相干時間是用來描述無線信道的時變特性，多普勒擴(kuò)展和相干時間是用來描述無線信道的時變特性，而信道的時變特性是由于多普勒效應(yīng)所引起的。而信道的時變特性是由于多普勒效應(yīng)所引起的。 當(dāng)發(fā)送端和接收端有相對運動的時候，信號便有多普勒當(dāng)發(fā)送端和接收端有相對運動的時候，信號便有多普勒頻移的產(chǎn)生，這引起了信號頻譜擴(kuò)展。如果發(fā)送的是頻率為頻移的產(chǎn)生，這引起了信號頻譜

29、擴(kuò)展。如果發(fā)送的是頻率為fc的正弦波，在沒有多普勒效應(yīng)的影響下，信號的功率譜密的正弦波，在沒有多普勒效應(yīng)的影響下，信號的功率譜密度度 為一德塔函數(shù)，所有的信號能量會集中在中心頻率附近，為一德塔函數(shù)，所有的信號能量會集中在中心頻率附近，一但有相對運動之后，多普勒效應(yīng)將會使功率譜密度往最大一但有相對運動之后，多普勒效應(yīng)將會使功率譜密度往最大多普勒頻移多普勒頻移fm集中而形成集中而形成U字形，如圖所示。字形，如圖所示。 第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道292021-11-112021-11-11 在描述信道的時變特性時，從頻域的角度來看，我們有多在描述信道的時變特性時，從頻域的角度來看，我們

30、有多普勒擴(kuò)展普勒擴(kuò)展BD這個參數(shù)，而相干時間這個參數(shù)，而相干時間Tc則為多普勒擴(kuò)展在時域則為多普勒擴(kuò)展在時域上的表現(xiàn)。這是因為多普勒效應(yīng)所造成信道的頻率色散，其上的表現(xiàn)。這是因為多普勒效應(yīng)所造成信道的頻率色散，其實也隱含了信道會隨時間而改變這個事實。和相干帶寬的定實也隱含了信道會隨時間而改變這個事實。和相干帶寬的定義類似，相干時間指的是在某個時間間隔內(nèi)，任意兩個接收義類似，相干時間指的是在某個時間間隔內(nèi)，任意兩個接收信號的增益或衰減有很強的相關(guān)性，也就是說，信道對這兩信號的增益或衰減有很強的相關(guān)性，也就是說，信道對這兩個信號所造成的增益或衰減是差不多的。個信號所造成的增益或衰減是差不多的。 相

31、干時間相干時間T Tc c可以由最大多普勒頻移可以由最大多普勒頻移f fm m來定義，被普遍采來定義，被普遍采用的公式是：用的公式是： mmCffT423. 01692 如果發(fā)送信號的碼元周期大于信道的相干時間，則信道如果發(fā)送信號的碼元周期大于信道的相干時間，則信道將在一個碼元尚未傳送完畢之前就發(fā)生變化，這樣，接收機將在一個碼元尚未傳送完畢之前就發(fā)生變化，這樣，接收機所收到的信號就會失真。所收到的信號就會失真。 移動多徑信道參數(shù)移動多徑信道參數(shù)第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道302021-11-112021-11-113 3小尺度衰落類型小尺度衰落類型 2.2.2 小尺度衰落小尺度衰落

32、 信號通過移動無線信道傳播時，其衰落類型取決于發(fā)送信號通過移動無線信道傳播時，其衰落類型取決于發(fā)送信號的特性及信道特性。信號參數(shù)（如帶寬、符號周期）和信號的特性及信道特性。信號參數(shù)（如帶寬、符號周期）和信道參數(shù)（如均方根時延擴(kuò)展和多普勒擴(kuò)展）之間的關(guān)系決信道參數(shù)（如均方根時延擴(kuò)展和多普勒擴(kuò)展）之間的關(guān)系決定了不同的發(fā)送信號將經(jīng)歷不同的衰落類型。定了不同的發(fā)送信號將經(jīng)歷不同的衰落類型。 （1）多徑時延擴(kuò)展引起的衰落效應(yīng)）多徑時延擴(kuò)展引起的衰落效應(yīng) 多徑特性引起的時間色散，導(dǎo)致了發(fā)送信號產(chǎn)生平坦衰多徑特性引起的時間色散，導(dǎo)致了發(fā)送信號產(chǎn)生平坦衰落或頻率選擇性衰落，如圖落或頻率選擇性衰落，如圖2-5

33、所示。所示。圖圖 2-5平坦衰落和頻率選擇性衰落的關(guān)系平坦衰落和頻率選擇性衰落的關(guān)系 第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道312021-11-112021-11-11小尺度衰落類型小尺度衰落類型 當(dāng)發(fā)送的信號帶寬小于信道的相干帶寬時，信號通過信道傳輸當(dāng)發(fā)送的信號帶寬小于信道的相干帶寬時，信號通過信道傳輸后各頻率分量的變化具有一致性，即信號在各個頻率的增益或后各頻率分量的變化具有一致性，即信號在各個頻率的增益或是衰減幾乎是一個常數(shù)，發(fā)生平坦衰落。值得注意的是，這里是衰減幾乎是一個常數(shù)，發(fā)生平坦衰落。值得注意的是，這里的的“平坦平坦”是指對于任意的一個固定時間，信號在不同頻率的是指對于任意的一

34、個固定時間，信號在不同頻率的增益或衰減幾乎是一個定值，所以增益或衰減幾乎是一個定值，所以“平坦平坦”是一個相對于頻域是一個相對于頻域的概念，然而在時域上，信號的包絡(luò)有可能經(jīng)歷快速而劇烈的的概念，然而在時域上，信號的包絡(luò)有可能經(jīng)歷快速而劇烈的變化，這是因為當(dāng)發(fā)生平坦衰落時，信道的時延擴(kuò)展小于符號變化，這是因為當(dāng)發(fā)生平坦衰落時，信道的時延擴(kuò)展小于符號周期，到達(dá)接收機的多徑信號是不可分辨的，即不同路徑的時周期，到達(dá)接收機的多徑信號是不可分辨的，即不同路徑的時延差遠(yuǎn)小于信號帶寬的倒數(shù)，由這些不可分辨信號所結(jié)合而成延差遠(yuǎn)小于信號帶寬的倒數(shù)，由這些不可分辨信號所結(jié)合而成的接收信號包絡(luò)是一個隨機變量，研究表

35、明，其通常服從瑞利的接收信號包絡(luò)是一個隨機變量，研究表明，其通常服從瑞利分布，當(dāng)存在一個固定的直射分量時，則服從萊斯分布。平坦分布，當(dāng)存在一個固定的直射分量時，則服從萊斯分布。平坦衰落信道對信號的影響如圖衰落信道對信號的影響如圖2-6所示，其中所示，其中s(t) 、r(t) 和和h(t,)分分別表示發(fā)送的信號、接收信號和多徑信道沖激響應(yīng)，而別表示發(fā)送的信號、接收信號和多徑信道沖激響應(yīng)，而S(f)、R(f)和和H(f)分別為其相應(yīng)的頻譜。分別為其相應(yīng)的頻譜。第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道322021-11-112021-11-11圖圖 2-6平坦衰落信道對信號的影響平坦衰落信道對信號的

36、影響 小尺度衰落類型小尺度衰落類型 第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道332021-11-112021-11-11 當(dāng)發(fā)送的信號帶寬大于信道的相干帶寬時，信道對發(fā)送當(dāng)發(fā)送的信號帶寬大于信道的相干帶寬時，信道對發(fā)送信號在不同頻率的衰減是不盡相同的，發(fā)生頻率選擇性衰落。信號在不同頻率的衰減是不盡相同的，發(fā)生頻率選擇性衰落。很明顯，很明顯，“選擇性選擇性”也是一個頻域上的概念，從時域上看，由也是一個頻域上的概念，從時域上看，由于信道的時延擴(kuò)展大于符號周期，多徑傳播使得在接收端形成于信道的時延擴(kuò)展大于符號周期，多徑傳播使得在接收端形成數(shù)個可分辨的路徑，這些多徑將對后續(xù)脈沖造成干擾，稱為碼數(shù)個可分

37、辨的路徑，這些多徑將對后續(xù)脈沖造成干擾，稱為碼間干擾。當(dāng)然，這里每一個可分辨的路徑還是包含了若干個不間干擾。當(dāng)然，這里每一個可分辨的路徑還是包含了若干個不可分辨的路徑。頻率選擇性衰落信道對信號的影響如圖可分辨的路徑。頻率選擇性衰落信道對信號的影響如圖2-7所所示。示。 小尺度衰落類型小尺度衰落類型 圖圖 2-7 頻率選擇性衰落信道對信號的影響頻率選擇性衰落信道對信號的影響 第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道342021-11-112021-11-11小尺度衰落類型小尺度衰落類型 （2）多普勒擴(kuò)展引起的衰落效應(yīng)）多普勒擴(kuò)展引起的衰落效應(yīng) 多普勒擴(kuò)展引起頻率色散，導(dǎo)致發(fā)送信號產(chǎn)生慢衰落多普勒

38、擴(kuò)展引起頻率色散，導(dǎo)致發(fā)送信號產(chǎn)生慢衰落或快衰落，如圖或快衰落，如圖2-8所示。所示。 圖圖 2-8 慢衰落和快衰落的關(guān)系慢衰落和快衰落的關(guān)系 第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道352021-11-112021-11-11小尺度衰落類型小尺度衰落類型 當(dāng)發(fā)送信號的符號周期小于信道相干時間時，產(chǎn)生慢衰當(dāng)發(fā)送信號的符號周期小于信道相干時間時，產(chǎn)生慢衰落。從時域上看，在慢衰落信道中，信道脈沖響應(yīng)的變化速落。從時域上看，在慢衰落信道中，信道脈沖響應(yīng)的變化速率比發(fā)送信號的基帶碼元速率慢，在這種情況下，我們可以率比發(fā)送信號的基帶碼元速率慢，在這種情況下，我們可以把數(shù)個碼元周期內(nèi)的信道狀況都視為靜止不

39、變的；而從頻域把數(shù)個碼元周期內(nèi)的信道狀況都視為靜止不變的；而從頻域上看這同一個現(xiàn)象，我們可以認(rèn)為信道的多普勒頻移是遠(yuǎn)小上看這同一個現(xiàn)象，我們可以認(rèn)為信道的多普勒頻移是遠(yuǎn)小于基帶信號的帶寬。于基帶信號的帶寬。 第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道362021-11-112021-11-11小尺度衰落類型小尺度衰落類型 當(dāng)發(fā)送信號的符號周期大于信道相干時間時，則產(chǎn)生快衰當(dāng)發(fā)送信號的符號周期大于信道相干時間時，則產(chǎn)生快衰落。從時域上看，信道的相干時間小于傳送信號的碼元周期，落。從時域上看，信道的相干時間小于傳送信號的碼元周期，也就是說信道在一個碼元還沒有傳送完畢之前，就已經(jīng)發(fā)生了也就是說信道在一

40、個碼元還沒有傳送完畢之前，就已經(jīng)發(fā)生了變化，因為同一個碼元的一部分增益會和另一部分不同，因此變化，因為同一個碼元的一部分增益會和另一部分不同，因此快衰落也稱時間選擇性衰落，而這種情況會引起發(fā)送信號的失快衰落也稱時間選擇性衰落，而這種情況會引起發(fā)送信號的失真。再回到頻域來看這個現(xiàn)象，如果多普勒頻移越大，代表發(fā)真。再回到頻域來看這個現(xiàn)象，如果多普勒頻移越大，代表發(fā)送端與接收端的相對速度越高，也就代表信道變化的速度越快，送端與接收端的相對速度越高，也就代表信道變化的速度越快，信號因為受到較快的信道衰減變化，失真的情況也就越嚴(yán)重。信號因為受到較快的信道衰減變化，失真的情況也就越嚴(yán)重。在實際的系統(tǒng)中，大

41、部分的無線通信系統(tǒng)是處于慢衰落的信道在實際的系統(tǒng)中，大部分的無線通信系統(tǒng)是處于慢衰落的信道中，快衰落只會發(fā)生在發(fā)送碼元速率極低的情況下。中，快衰落只會發(fā)生在發(fā)送碼元速率極低的情況下。 372021-11-112021-11-11移動信道基本特性移動信道基本特性2.12.1衰落衰落2.22.22.32.3噪聲和干擾噪聲和干擾382021-11-112021-11-112.3 2.3 噪聲和干擾噪聲和干擾2.3.1 2.3.1 移動通信中的噪聲移動通信中的噪聲2.3.2 2.3.2 移動通信中的干擾移動通信中的干擾第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道392021-11-112021-11-11

42、2.3.1 2.3.1 移動通信中的噪聲移動通信中的噪聲1 1無線信道噪聲分類無線信道噪聲分類 噪聲的種類很多，也有多種分類方式，若根據(jù)噪聲的來噪聲的種類很多，也有多種分類方式，若根據(jù)噪聲的來源進(jìn)行分類，一般可以分為三類源進(jìn)行分類，一般可以分為三類: 自然噪聲是指自然界存在的各種電磁波源所產(chǎn)生的自然噪聲是指自然界存在的各種電磁波源所產(chǎn)生的噪聲。噪聲。 如雷電、磁暴、太陽黑子、銀河系噪聲、宇如雷電、磁暴、太陽黑子、銀河系噪聲、宇宙射線等?？梢哉f整個宇宙空間都是產(chǎn)生自然噪聲宙射線等?？梢哉f整個宇宙空間都是產(chǎn)生自然噪聲的來源。的來源。 （1）自然噪聲）自然噪聲第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道

43、402021-11-112021-11-11無線信道噪聲分類無線信道噪聲分類 （2）人為噪聲）人為噪聲人為噪聲是指人類活動所產(chǎn)生的對通信造成干擾的各人為噪聲是指人類活動所產(chǎn)生的對通信造成干擾的各種噪聲。其中包括工業(yè)噪聲和無線電噪聲。工業(yè)噪聲種噪聲。其中包括工業(yè)噪聲和無線電噪聲。工業(yè)噪聲來源于各種電氣設(shè)備，如開關(guān)接觸噪聲、工業(yè)的點火來源于各種電氣設(shè)備，如開關(guān)接觸噪聲、工業(yè)的點火輻射及熒光燈干擾等。無線電噪聲來源于各種無線電輻射及熒光燈干擾等。無線電噪聲來源于各種無線電發(fā)射機，如外臺干擾、寬帶干擾等。發(fā)射機，如外臺干擾、寬帶干擾等。 內(nèi)部噪聲是指通信設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲。它來源內(nèi)部噪聲是指通信設(shè)

44、備本身產(chǎn)生的各種噪聲。它來源于通信設(shè)備的各種電子器件、傳輸線、天線等。于通信設(shè)備的各種電子器件、傳輸線、天線等。（3）內(nèi)部噪聲）內(nèi)部噪聲第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道412021-11-112021-11-11它主要來自于通信設(shè)備中有源器件，如電子管、晶體管及它主要來自于通信設(shè)備中有源器件，如電子管、晶體管及各類大規(guī)模集成電路中的載流子的起伏變化而產(chǎn)生。其特各類大規(guī)模集成電路中的載流子的起伏變化而產(chǎn)生。其特點與無源噪聲類似。它與無源白噪聲的唯一差異是在一定點與無源噪聲類似。它與無源白噪聲的唯一差異是在一定激發(fā)條件下才產(chǎn)生大量電子發(fā)射而形成。激發(fā)條件下才產(chǎn)生大量電子發(fā)射而形成。 有源霰

45、彈噪聲有源霰彈噪聲它主要來自于一切無源器件，如電阻、電容、電路板的分子它主要來自于一切無源器件，如電阻、電容、電路板的分子熱運動所引起的噪聲。熱運動所引起的噪聲。 無源熱噪聲無源熱噪聲內(nèi)部噪聲又可分為兩類：內(nèi)部噪聲又可分為兩類： 無線信道噪聲分類無線信道噪聲分類 第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道422021-11-112021-11-112.3.1 移動通信中的噪聲移動通信中的噪聲2 2移動通信中的噪聲移動通信中的噪聲 影響移動通信性能的噪聲主要是加性高斯白噪聲影響移動通信性能的噪聲主要是加性高斯白噪聲(AWGN),這并非移動通信所特有，這在大多數(shù)通信系統(tǒng)中都存在，這并非移動通信所特有

46、，這在大多數(shù)通信系統(tǒng)中都存在，其主要來源是熱噪聲。其主要來源是熱噪聲。432021-11-112021-11-112.3 2.3 噪聲和干擾噪聲和干擾2.3.1 2.3.1 移動通信中的噪聲移動通信中的噪聲2.3.2 2.3.2 移動通信中的干擾移動通信中的干擾第第2 2章章 移動通信信道移動通信信道442021-11-112021-11-112.3.2 2.3.2 移動通信中的干擾移動通信中的干擾若頻率管理或系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)若頻率管理或系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng),就會造成同就會造成同頻干擾；頻干擾；在移動通信系統(tǒng)中，為了提高頻率利用在移動通信系統(tǒng)中，為了提高頻率利用率，在相隔一定距離以外，可以使用相同率，在相隔一定距離以外，可以使用相同的頻率，這稱為同信道復(fù)用。采用同頻復(fù)的頻率，這稱為同信道復(fù)用。采用同頻復(fù)用時，同頻復(fù)用距離設(shè)置不當(dāng)，會引起同用時，同頻復(fù)用距離設(shè)置不當(dāng)，會引起同頻干擾