移動信道的衰落特性

1、2-2移動信道的衰落特性大尺度傳播特性：描述的是發(fā)射機與接收機之間長距離上的場強變化路徑傳播損耗：它反映了傳播在宏觀大范圍幾百米或幾千米的空間距離上的接收信號電平平均值的變化趨勢.由于陰影效應(yīng)和氣象條件變化造成的接收場強中值的緩慢變化,這種損耗是中等范圍內(nèi)數(shù)十至數(shù)百個波長范圍接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗.一般認(rèn)為慢衰落與工作頻率無關(guān),僅取決于移動臺的移動速度,衰落深度取決于障礙物的狀態(tài)；且衰落后信號的幅度服從于對數(shù)正態(tài)分布.移動用戶和基站之間的距離為r時,傳播路徑損耗和陰影衰落用dB可以表示為：101glr,E=10nlgr+E小尺度傳播特性：描述短距離幾個波長或短時間秒級內(nèi)的接收場強的快速

2、波動情況.快衰落損耗：由于多徑傳播而產(chǎn)生的損耗.它反映微小范圍幾個至數(shù)十個波長范圍接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗.一、快衰落/多徑衰落/瑞利衰落：多徑傳播是陸地移動通信系統(tǒng)的主要特征.多普勒頻移成因：路程差造成的接收信號相位變化值,進而產(chǎn)生多普勒頻移.后果：信號經(jīng)不同方向傳播,其多徑分量造成接收機信號的多普勒擴展,進而增加信號帶寬.移動環(huán)境:基站局、移動臺低.基站天線通常tWj30m,可達90m；移動臺天線通常為以下.移動臺周圍的區(qū)域稱為近端區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)的物體造成的反射是造成多徑效應(yīng)的主要原因.離移動臺較遠(yuǎn)的區(qū)域稱為遠(yuǎn)端區(qū)域,在遠(yuǎn)端區(qū)域,只有高層建筑、 較高的山峰等的反射才能對該移動臺構(gòu)成多

3、徑.、多經(jīng)信號的統(tǒng)計特性1瑞利Rayleigh衰落：在多徑傳播信道中,假設(shè)N條路經(jīng)彼此相互獨立且沒有個信道的信號占支配地位,或者沒有直射波信號,僅有很多的反射波,那么接收信號的包絡(luò)將服從瑞利分布.2萊斯Ricean衰落：在多徑傳播信道中,假設(shè)接收信號中宜一個信道的信號占支配地位常常是直射波,那么其包絡(luò)將服從萊斯分布.3Nakagami-m分布：在20世紀(jì)60年代,Nakagami通過基于現(xiàn)場測試的實驗方法,用曲線擬合得到近似分布的經(jīng)驗公式,對于無線信道的描述有很好的適應(yīng)性.瑞利分布-假設(shè)條件在發(fā)信機與收信機之間沒有直射波通路；有大量反射波存在,且到達接收天線的方向角是隨機的,相位也是隨機的,且

4、在02刀內(nèi)均勻分布：各個反射波的幅度和相位都是統(tǒng)計獨立的.離基站較遠(yuǎn),反射物較多假設(shè)N個信號的幅值和到達接收天線的方位角是隨機的且滿足統(tǒng)計獨立,那么接收信號為：式中,Sit為經(jīng)反射或散射到達接收天線的第i個信號,其振幅為ai,相移為小i.i為St與移動臺運動方向之間的夾角,其多普勒頻移值為：fi=cos9i=fmcos4.w0為載波角頻率,小0為九載波初相.當(dāng)N很大,由中央極限定理可知,接收信號的同相分量和正交分量均服從高斯分布,其包絡(luò)服從瑞利分布：NNS(t)=Si(t)-aiej(?-27(-cos-i)t)ejwt王23)二一5-,0X2方27r212：-.廣.r-2-2LP(r,)d&

5、amp;=*(re2代日=仃,不超過某特定值R的接收信號包絡(luò)的概率.(2.(7)進一步分析可得:(一階矩)均值：m=E(r)=rrp(r)dr=欄仃=1.253仃(2.(8)2:-22(二階矩)均方值(信號包絡(luò)的功率)：E(r)=(rp(r)dr=2仃(2.(9)222222萬差(信號包絡(luò)的交流功率)：仃r=ErEr=2仃仃=0.4292.-2(2.10)圖24瑞利分布的概率密度11、i.當(dāng)r=o時,p(r)為取大值,表小r在cr值出現(xiàn)的可能性取大：p(.)=exp(-)P(r)=12二二仃為包絡(luò)檢波前接收信號的均方根值)r為信號的幅p(R)=Pr(rER)=Rp(r)dr=1-exp(-三)

6、12度值.式中,仃2為信號的平均功率,二2ii.當(dāng)r=/21n2仃之1.177.時,p(r)=0.5,因此1.177.為信號包絡(luò)樣本的中值,記作rmid.萊斯分布(Rician)Rician)當(dāng)接收信號中有視距(LOS)傳播的直達波時,視距信號成為主接收信號分量,而從不同角度隨機到達的多徑分量疊加在此主信號上,此時的接收信號就呈現(xiàn)出萊斯分布.92A2)A2_rAP(r)=-e仃Io(),A20,r20aaA2萊斯因子k=3,當(dāng)kT0,即主信號減弱到與其他多徑信號分量的功率一樣時,混2二2合信號的分布有轉(zhuǎn)變?yōu)槿鹄植?；?dāng)kT1,即主信號很強時,混合信號的分布接近為高斯分布.瑞利分布日 t 萊斯分

7、布一；匕巴吧 t 高斯分布二、慢衰落傳播環(huán)境,即移動臺周圍的地形,包括山丘起伏、建筑物的分布與高度、街道走向、基站天線的位置與高度以及移動臺的速度.關(guān)于速度這一因素可從直觀上這樣理解,當(dāng)移動臺通過許多高層建筑物形成的電磁波陰影區(qū)時,速度不同,引起的衰落速率就不相同.慢衰落的深度,即接收信號局部中值電平變化的幅度取決于信號頻率與障礙物的狀況.有較強的繞射水平.快衰落的中值稱為短區(qū)間中值或局部中值.用一定寬度的平滑窗對接收信號包絡(luò)進行平滑處理就得到局部中值的變化曲線.該曲線反映了接收信號慢衰落的變化.對實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計規(guī)律說明,不管是市區(qū)還是郊區(qū),接收信號的局部均值率密度函數(shù)為(2.11)慢衰落的衰

8、落速率主要取決于頻率較高的信號比頻率較低的信號容易穿透建筑物,而頻率較低的信號比頻率較高的信號具、1P(rm)e2二二,1n2rmn202rm慢衰落的衰落速率與頻率無關(guān),這一點與快衰落不同.rm都近似服從對數(shù)正態(tài)分布,其概表 2 21 1 標(biāo)準(zhǔn)偏差Q-(dB)頻率(MHz)準(zhǔn)平坦地形不規(guī)那么地形(起伏高度/m)市區(qū)郊區(qū)501503003.51505.56.79111345067.51115189006.58141824可見：標(biāo)準(zhǔn)偏差a:郊區(qū)比市區(qū)大,頻率越高值越大.四、衰落信號幅度的特征量工程實用中,常常用一些特征量表示衰落信號的幅度特點1)場強中值：具有50%概率的場強值場強值高于規(guī)定電平值

9、的持續(xù)時間占統(tǒng)計時間的一半時,那么規(guī)定的那個電平值即為場強中值.在T時間內(nèi)場強超過Eo電平值的概率為：tl12t3,p=-100%=：,ti/T100%Ty當(dāng)p=50%時,E0為場強中值；當(dāng)p=80%時,E0為超過80%場強值.2)衰落率N:單位時間內(nèi)的場強包絡(luò)與場強中值相交次數(shù)的一半vvfN=1.85父10vf(MHz)(2.12)/2c/2衰落率與發(fā)射頻率、移動臺行進速度、方向及多徑傳播的路徑數(shù)有關(guān).當(dāng)移動臺的行進方向朝著或背著電波傳播方向時,衰落最快.對于900MHz移動用戶,當(dāng)其以60Km/h的速度在傳播方向上行駛時,其平均衰落率：N=1.85*103*60*900=100Hz.電平通

10、過率(LevelCrossingRate,LCRLevelCrossingRate,LCR) )：單位時間內(nèi)的場強包絡(luò)與給定電平相交次數(shù)的半.在數(shù)學(xué)上可表示Ez:NR=A&mPe一0其中Rms=63)衰落深度：接收電平與場強中值之差.技落深度=20log,dB(2.13)般情況,衰落深度與衰落率有關(guān).即深度衰落發(fā)生次數(shù)較少,淺度衰落發(fā)生頻繁.衰減20dB概率為1%,衰減30dB和40dB的概率分別為0.1%和0.01%4平均衰落持續(xù)時間：場強低于某一給定電平值的平均持續(xù)時間.在移動通信中,當(dāng)接收機電平低于接收機門限電平時,就可能造成話音中斷或產(chǎn)生信令義式為:瑞利衰落情況下的平均衰落持續(xù)時間:力e,-1一,TP(2.16),那么有：例1設(shè)移動臺速度為100m/s,工作頻率為1000MHz,試求1min內(nèi)信號包絡(luò)衰減至信號均方根電平的次數(shù).平均衰落時間是多少?=0.915fm=305,1min的衰落次數(shù)為N=305x60=18300次五、衰落儲藏：為保證可通率,必須使信號電平留有足