第二章-移動通信信道(二)資料

1、第2章移動(ydng)信道AbisA接口接口MSBSSOMC-R操作維護(hù)中心操作維護(hù)中心BSC基站基站控制器控制器MSC移動交換中心移動交換中心BTS基站基站收發(fā)信機(jī)收發(fā)信機(jī)BTS基站基站收發(fā)信機(jī)收發(fā)信機(jī)BTS基站基站收發(fā)信機(jī)收發(fā)信機(jī)MSMSUm第一頁，共23頁。通過本章學(xué)習(xí)，著重解決以下問題：通過本章學(xué)習(xí)，著重解決以下問題：大尺度傳播大尺度傳播(chunb)(chunb)特性特性大尺度傳播大尺度傳播(chunb)(chunb)模型模型: :描述的是描述的是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間(T-R)(T-R)長距離長距離( (幾百米或幾千米幾百米或幾千米) )上的場強(qiáng)變化上的場強(qiáng)變化小尺度

2、傳播小尺度傳播(chunb)(chunb)特性特性小尺度傳播小尺度傳播(chunb)(chunb)模型模型: :描述短距描述短距離離( (幾個波長幾個波長) )或短時間或短時間( (秒級秒級) )內(nèi)的內(nèi)的接收場強(qiáng)的快速波動的傳播接收場強(qiáng)的快速波動的傳播(chunb)(chunb)模型模型統(tǒng)計(jì)特性統(tǒng)計(jì)特性主要參數(shù)主要參數(shù)建模與仿真建模與仿真第2章移動(ydng)信道對移動信道有一個全面(qunmin)深入的理解第二頁，共23頁。本次本次(bn c)(bn c)課教學(xué)目的：課教學(xué)目的：掌握描述多徑信道參數(shù)的物理掌握描述多徑信道參數(shù)的物理意義意義理解小尺度衰落類型理解小尺度衰落類型 第2章移動(yd

3、ng)信道第三頁，共23頁。2.3描述(mio sh)多徑衰落信道的主要參數(shù)n移動信道是彌散信道。移動信道是彌散信道。 n電波通過移動信道后，信號在時域上、頻域上和空間（角度）上都產(chǎn)生彌散，電波通過移動信道后，信號在時域上、頻域上和空間（角度）上都產(chǎn)生彌散，本來分開的波形在時間上或頻譜上或空間上會產(chǎn)生交疊，使信號產(chǎn)生衰落失真。本來分開的波形在時間上或頻譜上或空間上會產(chǎn)生交疊，使信號產(chǎn)生衰落失真。 n多徑效應(yīng)在時域上引起信號的時延擴(kuò)展，使得接收信號的時域波形展寬，相應(yīng)多徑效應(yīng)在時域上引起信號的時延擴(kuò)展，使得接收信號的時域波形展寬，相應(yīng)地在頻域上規(guī)定了相關(guān)（干）帶寬性能。當(dāng)信號帶寬大于相關(guān)帶寬時就

4、會發(fā)生地在頻域上規(guī)定了相關(guān)（干）帶寬性能。當(dāng)信號帶寬大于相關(guān)帶寬時就會發(fā)生頻率選擇性衰落。頻率選擇性衰落。n多普勒效應(yīng)在頻域上引起頻譜擴(kuò)展，使得接收信號的頻譜產(chǎn)生多普勒擴(kuò)展，相多普勒效應(yīng)在頻域上引起頻譜擴(kuò)展，使得接收信號的頻譜產(chǎn)生多普勒擴(kuò)展，相應(yīng)地在時域上規(guī)定了相關(guān)（干）時間性能。多普勒效應(yīng)會導(dǎo)致發(fā)送信號在傳輸應(yīng)地在時域上規(guī)定了相關(guān)（干）時間性能。多普勒效應(yīng)會導(dǎo)致發(fā)送信號在傳輸過程中，信道特性發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂的時間選擇性衰落。過程中，信道特性發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂的時間選擇性衰落。 n散射效應(yīng)會引起角度擴(kuò)展。移動臺或基站周圍的本地散射效應(yīng)會引起角度擴(kuò)展。移動臺或基站周圍的本地(bnd)(bnd)

5、散射以及遠(yuǎn)端散散射以及遠(yuǎn)端散射會使得天線的點(diǎn)波束產(chǎn)生角度擴(kuò)散，在空間上規(guī)定了相關(guān)距離性能。空域上射會使得天線的點(diǎn)波束產(chǎn)生角度擴(kuò)散，在空間上規(guī)定了相關(guān)距離性能?？沼蛏喜ㄊ慕嵌葦U(kuò)散造成了同一時間、不同地點(diǎn)的信號衰落起伏不一樣，即所謂的波束的角度擴(kuò)散造成了同一時間、不同地點(diǎn)的信號衰落起伏不一樣，即所謂的空間選擇性?？臻g選擇性。 第四頁，共23頁。2.3描述(mio sh)多徑衰落信道的主要參數(shù)n功率時延分布功率時延分布(fnb)(fnb)（PDPPDP，Power Delay ProfilePower Delay Profile）n描述信道在時間上的色散；描述信道在時間上的色散；n多普勒功率譜密度

6、（多普勒功率譜密度（DPSDDPSD，Doppler Power Spread Doppler Power Spread DensityDensity）n描述信道在頻率上的色散；描述信道在頻率上的色散；n功率角度譜（功率角度譜（PASPAS，Power Azimuth SpectrumPower Azimuth Spectrum）n描述信道在角度上的色散。描述信道在角度上的色散。n時延擴(kuò)展、相關(guān)帶寬、多普勒擴(kuò)展、相關(guān)時間、角度擴(kuò)展時延擴(kuò)展、相關(guān)帶寬、多普勒擴(kuò)展、相關(guān)時間、角度擴(kuò)展和相干距離和相干距離 第五頁，共23頁。2.3.1 時延擴(kuò)展(kuzhn)與相干帶寬n時間色散時間色散(Time D

7、ispersion Parameters) (Time Dispersion Parameters) n定義：因多徑傳播造成定義：因多徑傳播造成(zo chn)(zo chn)信號時間擴(kuò)散的現(xiàn)象。信號時間擴(kuò)散的現(xiàn)象。n成因：發(fā)射信號經(jīng)過不同路徑到達(dá)接收點(diǎn)的時間各不相同。成因：發(fā)射信號經(jīng)過不同路徑到達(dá)接收點(diǎn)的時間各不相同。n例子說明，以發(fā)射單脈沖為例。例子說明，以發(fā)射單脈沖為例。 時變(sh bin)多徑信道響應(yīng)示例 (a)N=3 (b)N=4 (c)N=5第六頁，共23頁。n描述時間色散的重要參數(shù)n平均附加時延nrms時延擴(kuò)展n最大附加時延(XdB)n多徑能量(nngling)從初值衰落到低于

8、最大能量(nngling)處XdB的時延，即tx-t0kkkkkkkkkkPPaa)()(2222)(（其中（其中(qzhng) ） kkkkkkkkkkPPaa)()(222221、時延擴(kuò)展(kuzhn)第七頁，共23頁。n描述時間色散(ssn)的重要參數(shù)n多徑時間色散(ssn)參數(shù)典型值（450MHz 900MHz）如下表所示。由表可見：市區(qū)(shq)的時延要比郊區(qū)大，也就是說，從多徑時間色散考慮，市區(qū)(shq)傳播條件更為惡劣。為了避免碼間干擾，如無抗多徑措施，則要求信號的傳輸速率必須比1/低得多。 1、時延擴(kuò)展(kuzhn)第八頁，共23頁。n起因：由時間色散引起。n定義：指某一特定頻

9、率范圍內(nèi)，在該范圍內(nèi)，任兩個頻率分量有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性，即所有頻率分量幾乎具有相同的增益(zngy)及線性相位。 n定量表達(dá)式:n如果相干帶寬定義為頻率相關(guān)系數(shù)大于0.9的某特定帶寬，則相干帶寬近似為：n如果將定義放寬至相關(guān)函數(shù)值大于0.5，則相干帶寬近似為：501cB51cB2、相干(xinggn)帶寬第九頁，共23頁。2、相干(xinggn)帶寬信號帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于相干帶寬的情況如圖8所示，通過圖的動態(tài)變化我們可以看出：1）在信號帶寬范圍內(nèi)，各頻點(diǎn)的幅度有基本相同的增益，也就是說，發(fā)送信號的頻譜基本保持不變；2）信道(xn do)的增益是隨著時間變化的，也就是接收端信號的功率是不斷變化的，這種

10、信號忽大忽不小的變化就是衰落。第十頁，共23頁。2、相干(xinggn)帶寬所傳輸?shù)男盘枎挻笥谙喔蓭?則所傳輸?shù)男盘枌a(chǎn)生明顯的畸變?nèi)鐖D所示。通過圖的動態(tài)變化，我們可以看出：1）在信號帶寬范圍內(nèi)，對不同的頻率成份有了不同的響應(yīng)(xingyng)，也就是說對信號的頻率具有了選擇性，信號發(fā)生了失真；2）信道的總增益隨時間變化很小，接收信號的功率基本不變。第十一頁，共23頁。2.3.2 多普勒擴(kuò)展(kuzhn)和相干時間1 1、多普勒擴(kuò)展、多普勒擴(kuò)展 描述信道頻率色散的參數(shù)。描述信道頻率色散的參數(shù)。起因：由移動臺與基站間的相對運(yùn)動或是信道中物體運(yùn)動引起的。起因：由移動臺與基站間的相對運(yùn)動或是信道

11、中物體運(yùn)動引起的。多普勒擴(kuò)展多普勒擴(kuò)展定義：為一個頻率范圍定義：為一個頻率范圍(fnwi) BD(fnwi) BD，在此范圍，在此范圍(fnwi)(fnwi)內(nèi)接收的多普勒譜有非內(nèi)接收的多普勒譜有非0 0值。值。含義：多普勒擴(kuò)展含義：多普勒擴(kuò)展BD BD 是譜展寬的測量值，這個譜展寬是移動無線信道的時間變是譜展寬的測量值，這個譜展寬是移動無線信道的時間變化率的一種量度?；实囊环N量度。第十二頁，共23頁。n相干時間n定義：信道沖激響應(yīng)維持不變的時間間隔的統(tǒng)計(jì)平均值。n含義：在相干時間間隔內(nèi)，兩個到達(dá)信號有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。 n與多普勒擴(kuò)展的關(guān)系：是多普勒擴(kuò)展在時域的表示(biosh)，具體為2

12、、相干(xinggn)時間mcfT1其中，fm 是最大的多普勒頻移(v/)。若時間相關(guān)(xinggun)函數(shù)定義為大于0.5時，相干時間近似為： mcfT169第十三頁，共23頁。2、相干(xinggn)時間n相干時間相干時間(shjin)(shjin)n與多普勒擴(kuò)展的關(guān)系與多普勒擴(kuò)展的關(guān)系 在現(xiàn)代數(shù)字通信中，一種(y zhn)普遍的定義方法是將相干時間定義為式(4.40a)與式(4.40b)的幾何平均，即：mmcffT423. 01692第十四頁，共23頁。相干帶寬(di kun)與相干時間n時間色散：時延擴(kuò)展相干帶寬時間色散：時延擴(kuò)展相干帶寬n頻率色散：多普勒擴(kuò)展相干時間頻率色散：多普勒擴(kuò)

13、展相干時間n相干帶寬：信道的頻譜特性，或者說是結(jié)構(gòu)特性相干帶寬：信道的頻譜特性，或者說是結(jié)構(gòu)特性n相干時間：信道的時變特性相干時間：信道的時變特性n時間選擇性：符號的尾端與符號的前端的信道特性發(fā)生了時間選擇性：符號的尾端與符號的前端的信道特性發(fā)生了變化變化(binhu)(binhu)n頻譜選擇性：信號頻譜內(nèi)具有不同增益頻譜選擇性：信號頻譜內(nèi)具有不同增益第十五頁，共23頁。2.3.3角度(jiod)擴(kuò)展和相關(guān)距離1 1、角度擴(kuò)展、角度擴(kuò)展 描述信道角度色的參數(shù)。描述信道角度色的參數(shù)。起因：由移動臺或基站周圍的本地散射體以及遠(yuǎn)端散射體引起的起因：由移動臺或基站周圍的本地散射體以及遠(yuǎn)端散射體引起的

14、。角度擴(kuò)展角度擴(kuò)展定義：為歸一化角度功率譜的均方根值。定義：為歸一化角度功率譜的均方根值。特性：角度擴(kuò)展越大，表明散射越強(qiáng)，信號在空間特性：角度擴(kuò)展越大，表明散射越強(qiáng)，信號在空間(kngjin)(kngjin)的色散度越高；的色散度越高；反之，角度擴(kuò)展越小，表明散射越弱，信號在空間反之，角度擴(kuò)展越小，表明散射越弱，信號在空間(kngjin)(kngjin)的色散度越低的色散度越低。 0( )Pd2（ ）第十六頁，共23頁。n相干距離(jl)n定義：信道沖擊響應(yīng)維持不變（或一定相關(guān)度）的空間間隔的統(tǒng)計(jì)平均值 。n含義：在相干距離(jl)間隔內(nèi)，兩個到達(dá)信號有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。 n與角度擴(kuò)展的關(guān)系

15、：是角度擴(kuò)展在空域的表示，具體為2、相干(xinggn)距離相關(guān)距離除了與角度擴(kuò)展有關(guān)外，還與來波到達(dá)(dod)角有關(guān)。為了保證相鄰兩根天線經(jīng)歷的衰落不相關(guān)，在弱散射下的天線間隔要比在強(qiáng)散射下的天線間隔要大一些。 0.187cosD第十七頁，共23頁。2.3.4 多徑衰落信道(xn do)的分類n移動信道中的時間色散和頻率色散可能產(chǎn)生4種衰落效應(yīng)n信號特性與信道特性的相互關(guān)系決定了不同的發(fā)送信號會經(jīng)歷不同類型(lixng)的衰落n根據(jù)信號帶寬和信道帶寬的比較：n平坦衰落n頻率選擇性衰落n根據(jù)發(fā)送信號與信道變化快慢程度n快衰落n慢衰落第十八頁，共23頁。n平坦平坦(pngtn)(pngtn)衰落

16、：衰落：n形成條件：如果移動無線信道帶寬遠(yuǎn)大于發(fā)送信號的帶寬，且在帶寬形成條件：如果移動無線信道帶寬遠(yuǎn)大于發(fā)送信號的帶寬，且在帶寬范圍內(nèi)有恒定增益及線性相位，則接收信號就會經(jīng)歷平坦范圍內(nèi)有恒定增益及線性相位，則接收信號就會經(jīng)歷平坦(pngtn)(pngtn)衰衰落過程。落過程。 n判定條件：判定條件：n克服方法：克服方法：AGCAGCBs 1、平坦衰落(shuilu)與頻率選擇性衰落(shuilu)第十九頁，共23頁。n頻率選擇性衰落：頻率選擇性衰落：n形成條件：如果信道具有恒定增益和線性相位的帶寬范圍小于發(fā)送信形成條件：如果信道具有恒定增益和線性相位的帶寬范圍小于發(fā)送信號帶寬，則該信道特性會

17、導(dǎo)致接收信號產(chǎn)生選擇性衰落。號帶寬，則該信道特性會導(dǎo)致接收信號產(chǎn)生選擇性衰落。 n判定條件：判定條件：n克服方法克服方法(fngf)(fngf)：均衡等：均衡等1、平坦(pngtn)衰落與頻率選擇性衰落 Bs Bc or Ts 相干時間（相干時間（TcTc） n 或或 多普勒擴(kuò)展（多普勒擴(kuò)展（BDBD） 信號帶寬（信號帶寬（BsBs）n慢衰落慢衰落n形成條件：信道的沖激響應(yīng)變化形成條件：信道的沖激響應(yīng)變化(binhu)(binhu)率比發(fā)送的基帶信號變化率比發(fā)送的基帶信號變化(binhu)(binhu)率低。即信道的相干時間比發(fā)送信號的符號周期長。率低。即信道的相干時間比發(fā)送信號的符號周期長。n定量判據(jù)定量判據(jù): : 符號周期（符號周期（TsTs） 相干