移動(dòng)通信系統(tǒng)中的信道特性ppt課件

1、移動(dòng)通信系統(tǒng)中的信道特性移動(dòng)通信系統(tǒng)中的信道特性學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)l學(xué)習(xí)完成本課程您將會(huì)：l了解移動(dòng)通信中的無(wú)線傳播和信道的特性l了解移動(dòng)通信中的抗衰落技術(shù)無(wú)線傳播特性l無(wú)線傳播的特性無(wú)線傳播的特性l無(wú)線信道的特性無(wú)線信道的特性l大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗l小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng) l無(wú)線信道抗衰落技術(shù)無(wú)線信道抗衰落技術(shù)l移動(dòng)通信系統(tǒng)中信號(hào)傳播的效應(yīng)移動(dòng)通信系統(tǒng)中信號(hào)傳播的效應(yīng) 無(wú)線傳播特性l傳播的開(kāi)放性傳播的開(kāi)放性 l接收點(diǎn)地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性接收點(diǎn)地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性 l通信用戶的隨機(jī)移動(dòng)性通信用戶的隨機(jī)移動(dòng)性 無(wú)線傳播特性1、傳播的開(kāi)放性、傳播的開(kāi)放性 一切無(wú)線信

2、道都是基于電磁波在空間傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳播的。一切無(wú)線信道都是基于電磁波在空間傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳播的。無(wú)線傳播特性2、接收點(diǎn)地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性、接收點(diǎn)地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性 一般可將地理環(huán)境劃分為下列四類典型區(qū)域：一般可將地理環(huán)境劃分為下列四類典型區(qū)域： 高樓林立的城市中心繁華區(qū)，也稱密集城區(qū)；高樓林立的城市中心繁華區(qū)，也稱密集城區(qū)；一般樓宇的城市區(qū)域，也稱一般城區(qū)；一般樓宇的城市區(qū)域，也稱一般城區(qū)； 以一般性建筑物為主的近郊小城鎮(zhèn)區(qū)，也稱郊區(qū)；以一般性建筑物為主的近郊小城鎮(zhèn)區(qū)，也稱郊區(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、平原為主的農(nóng)村及遠(yuǎn)郊區(qū)。無(wú)線傳播特性3、通信用戶

3、的隨機(jī)移動(dòng)性、通信用戶的隨機(jī)移動(dòng)性 慢速步行時(shí)的通信；慢速步行時(shí)的通信； 高速車(chē)載時(shí)的不間斷通信。高速車(chē)載時(shí)的不間斷通信。無(wú)線信道的特性l無(wú)線傳播的特性無(wú)線傳播的特性l無(wú)線信道的特性無(wú)線信道的特性l大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗l小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng) l無(wú)線信道抗衰落技術(shù)無(wú)線信道抗衰落技術(shù)l移動(dòng)通信系統(tǒng)中信號(hào)傳播的效應(yīng)移動(dòng)通信系統(tǒng)中信號(hào)傳播的效應(yīng) 無(wú)線信道的特性l時(shí)延擴(kuò)展時(shí)延擴(kuò)展l頻域擴(kuò)展頻域擴(kuò)展無(wú)線信道的特性l時(shí)延擴(kuò)展時(shí)延擴(kuò)展信道的時(shí)間彌散性信道的時(shí)間彌散性Time dispersion） 無(wú)線信道中電波的傳播不是單一路徑，而是許多路徑來(lái)的眾多反射波的合成。由于電波通過(guò)各個(gè)

4、路徑的距離不同，因而各個(gè)路徑來(lái)的反射波到達(dá)時(shí)間不同，也就是各信號(hào)的時(shí)延不同。當(dāng)發(fā)送端發(fā)送一個(gè)極窄的脈沖信號(hào)時(shí)，移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)由許多不同時(shí)延的脈沖組成，我們稱為時(shí)延擴(kuò)展。無(wú)線信道的特性l頻域擴(kuò)展頻域擴(kuò)展信道的頻率彌散性信道的頻率彌散性Frequency dispersion） 大尺度路徑損耗l無(wú)線傳播的特性無(wú)線傳播的特性l無(wú)線信道的特性無(wú)線信道的特性l大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗l小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng) l無(wú)線信道抗衰落技術(shù)無(wú)線信道抗衰落技術(shù)l移動(dòng)通信系統(tǒng)中信號(hào)傳播的效應(yīng)移動(dòng)通信系統(tǒng)中信號(hào)傳播的效應(yīng) 大尺度路徑損耗五種基本傳播機(jī)制五種基本傳播機(jī)制直射波自由空間傳播）直射波自由

5、空間傳播）反射波反射波繞射波繞射波散射波散射波透射波透射波大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗DiffractionRefractionPenetrationSUBTSScattering大尺度路徑損耗l1、直射波：它指在視距覆蓋區(qū)內(nèi)無(wú)遮擋的傳播，直射波傳播的信、直射波：它指在視距覆蓋區(qū)內(nèi)無(wú)遮擋的傳播，直射波傳播的信號(hào)最強(qiáng)。號(hào)最強(qiáng)。 l2、多徑反射波：指從不同建筑物或其他物體反射后到達(dá)接收點(diǎn)的、多徑反射波：指從不同建筑物或其他物體反射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號(hào)，其信號(hào)強(qiáng)度次之。傳播信號(hào)，其信號(hào)強(qiáng)度次之。 l3、繞射波：從較大的山丘或建筑物繞射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號(hào)，、繞射波：從

6、較大的山丘或建筑物繞射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號(hào)，其強(qiáng)度與反射波相當(dāng)。其強(qiáng)度與反射波相當(dāng)。 l4、散射波：由空氣中離子受激后二次發(fā)射所引起的漫反射后到達(dá)、散射波：由空氣中離子受激后二次發(fā)射所引起的漫反射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號(hào)，其信號(hào)強(qiáng)度最弱。接收點(diǎn)的傳播信號(hào)，其信號(hào)強(qiáng)度最弱。l5、透射波：當(dāng)射線到達(dá)兩種不同介質(zhì)界面時(shí)，有一部分能量透射、透射波：當(dāng)射線到達(dá)兩種不同介質(zhì)界面時(shí)，有一部分能量透射到第二種介質(zhì)中。到第二種介質(zhì)中。 透射會(huì)使場(chǎng)強(qiáng)產(chǎn)生急劇衰減。透射會(huì)使場(chǎng)強(qiáng)產(chǎn)生急劇衰減。大尺度路徑損耗路徑傳播損耗路徑傳播損耗又稱衰耗，它是指電波在空間傳播所產(chǎn)生的損耗，它反映了傳播又稱衰耗，它是指電波在空間傳播所

7、產(chǎn)生的損耗，它反映了傳播在宏觀大范圍即公里量級(jí)的空間距離上的接收信號(hào)電平在宏觀大范圍即公里量級(jí)的空間距離上的接收信號(hào)電平平均值的變化趨勢(shì)。平均值的變化趨勢(shì)。 小尺度衰落和多徑效應(yīng)l無(wú)線傳播的特性無(wú)線傳播的特性l無(wú)線信道的特性無(wú)線信道的特性l大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗l小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng) l無(wú)線信道抗衰落技術(shù)無(wú)線信道抗衰落技術(shù)l移動(dòng)通信系統(tǒng)中信號(hào)傳播的效應(yīng)移動(dòng)通信系統(tǒng)中信號(hào)傳播的效應(yīng) 小尺度衰落和多徑效應(yīng) l小尺度衰落：簡(jiǎn)稱衰落，是指無(wú)線信號(hào)在經(jīng)過(guò)短時(shí)間或短距傳小尺度衰落：簡(jiǎn)稱衰落，是指無(wú)線信號(hào)在經(jīng)過(guò)短時(shí)間或短距傳播后其幅度快速衰落播后其幅度快速衰落 小尺度衰落和多徑效應(yīng)

8、什么是多徑什么是多徑在在CDMA系統(tǒng)中當(dāng)兩信號(hào)的多徑時(shí)延相差大于一個(gè)擴(kuò)頻碼片寬度時(shí)，系統(tǒng)中當(dāng)兩信號(hào)的多徑時(shí)延相差大于一個(gè)擴(kuò)頻碼片寬度時(shí)，這兩個(gè)信號(hào)是不相關(guān)的，或者說(shuō)是可分離的。我們習(xí)慣上將某一這兩個(gè)信號(hào)是不相關(guān)的，或者說(shuō)是可分離的。我們習(xí)慣上將某一可分離的信號(hào)叫做信號(hào)的徑?？煞蛛x的信號(hào)叫做信號(hào)的徑。 小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度多徑傳播表現(xiàn)為：小尺度多徑傳播表現(xiàn)為：經(jīng)過(guò)短距或短時(shí)傳播后信號(hào)強(qiáng)度的急速變化。經(jīng)過(guò)短距或短時(shí)傳播后信號(hào)強(qiáng)度的急速變化。在不同多徑信號(hào)上，存在著時(shí)變的多普勒頻移引起的隨機(jī)頻率調(diào)在不同多徑信號(hào)上，存在著時(shí)變的多普勒頻移引起的隨機(jī)頻率調(diào)制。制。多樣傳播時(shí)延引起的擴(kuò)展多樣傳播時(shí)延

9、引起的擴(kuò)展(回音回音)。 l在高樓林立的市區(qū)，由于移動(dòng)天線的高度比周?chē)ㄖ锇芏?，因而不存在從移?dòng)臺(tái)到基站的視距傳播，這就導(dǎo)致了衰落的產(chǎn)生。即使有這樣一條視距傳播路徑存在，由于地面與周?chē)ㄖ锏姆瓷?，多徑傳授仍?huì)發(fā)生。入射電波以不同的傳授方向到達(dá)，具有不同的傳播時(shí)延。空間任一點(diǎn)的移動(dòng)臺(tái)所收到的信號(hào)都由許多平面波組成，它們具有隨機(jī)分布的幅度、相位和入射角度。這些多徑成分被接收機(jī)天線按向量合并，從而使接收信號(hào)產(chǎn)生衰落失真。即使移動(dòng)接收機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，接收信號(hào)也會(huì)由于無(wú)線信道所處環(huán)境中的物體的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生衰落。l 如果無(wú)線信道中的物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，并且運(yùn)動(dòng)只由移動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生，則衰落只與空間路徑有關(guān)。此時(shí)

10、，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)穿過(guò)多徑區(qū)域時(shí)，它將信號(hào)中的空間變化看作瞬時(shí)變化。在空間不同點(diǎn)的多徑波的影響下，高速運(yùn)動(dòng)的接收機(jī)可以在很短時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)若干次衰落。更為嚴(yán)重的情況是，接收機(jī)可能停留在某個(gè)特定的衰落很大的位置上。在這種情況下，盡管可能由行人或車(chē)輛改變了場(chǎng)模型，從而打破接收信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間維持失效的情況，但要維持良好的通信狀態(tài)仍非常困難。天線空間分集可以防止極度衰落以至于無(wú)效的情況。l 由于移動(dòng)臺(tái)與基站的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)多徑波都經(jīng)歷了明顯的頻移過(guò)程。移動(dòng)引起的接收機(jī)信號(hào)頻移被稱為多普勒頻移。它與移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方向，以及接收機(jī)多徑波的入射角有關(guān)。小尺度衰落和多徑效應(yīng)影響小尺度衰落的因素：影響小尺度衰落的因素：

11、多徑傳播多徑傳播 移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度 環(huán)境物體的運(yùn)動(dòng)速度環(huán)境物體的運(yùn)動(dòng)速度 信號(hào)的傳輸帶寬信號(hào)的傳輸帶寬 l無(wú)線信道中許多物理因素影響小尺度衰落，包括：l多徑傳播信道中反射及反射物的存在，構(gòu)成了一個(gè)不斷消耗信號(hào)能量的環(huán)境，導(dǎo)致信號(hào)幅度、相位及時(shí)間的變化。這些因素使發(fā)射波到達(dá)接收機(jī)時(shí)形成在時(shí)間、空間上相互區(qū)別的多個(gè)無(wú)線電波。不同多徑成分具有的隨機(jī)相位和幅度引起信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)，導(dǎo)致小尺度衰落、信號(hào)失真等現(xiàn)象。多徑傳播常常延長(zhǎng)信號(hào)基帶部分到達(dá)接收機(jī)所用的時(shí)間由于碼間干擾引起信號(hào)模糊。l移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度基站與移動(dòng)臺(tái)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)引起隨機(jī)頻率調(diào)制，這是由于多徑分量存在的多普勒頻移現(xiàn)象。決定多

12、普勒頻移是正頻移或負(fù)頻移取決于移動(dòng)接收機(jī)是朝向還是背向基站運(yùn)動(dòng)。l環(huán)境物體的運(yùn)動(dòng)速度如果無(wú)線悟道中的物體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，就會(huì)引起時(shí)變的多普勒頻移。若環(huán)境物體以大于移動(dòng)臺(tái)的速度運(yùn)動(dòng)，那么這種運(yùn)動(dòng)將對(duì)小尺度衰落起決定作用。否則，可僅考慮移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度的影響，而忽略環(huán)境物體運(yùn)動(dòng)速度的影響。l信號(hào)的傳輸帶寬如果信號(hào)的傳輸帶寬比多徑信道帶寬大得多，接收信號(hào)會(huì)失真，但本地接收機(jī)信號(hào)強(qiáng)度不會(huì)衰落很多(即小尺度衰落不占主導(dǎo)地位)。以后臺(tái)看到信道帶寬可用相干帶寬量化。這里，相關(guān)帶寬是一個(gè)最大頻率差的量度，與信道的特定多徑結(jié)構(gòu)有關(guān)。在此范圍內(nèi)，不同信號(hào)的幅度保持很強(qiáng)的相關(guān)性。若傳輸信號(hào)帶寬比信道帶寬窄，信號(hào)幅度就會(huì)

13、迅速改變，但信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)時(shí)間失真。所以，小尺度信號(hào)的強(qiáng)度和短距傳輸后信號(hào)模糊的可能性與多徑信道的特定幅度、時(shí)延及傳輸信號(hào)的帶寬有關(guān)。小尺度衰落和多徑效應(yīng)l多普勒頻移多普勒頻移1cos2dvft而且，由于移動(dòng)通信中移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)性，如前所說(shuō)那樣，無(wú)線信道中還會(huì)有多普勒效應(yīng)。在移動(dòng)通信中，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)移向基站時(shí)，頻率變高，遠(yuǎn)離基站時(shí)，頻率變低。我們?cè)谝苿?dòng)通信中要充分考慮“多普勒效應(yīng)”。雖然，由于日常生活中，我們移動(dòng)速度的局限，不可能會(huì)帶來(lái)十分大的頻率偏移，但是這不可否認(rèn)地會(huì)給移動(dòng)通信帶來(lái)影響，為了避免這種影響造成我們通信中的問(wèn)題，我們不得不在技術(shù)上加以各種考慮。也加大了移動(dòng)通信的復(fù)雜性。 多普勒頻移與移

14、動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度及移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向，與無(wú)線電波入射方向之間的夾角有關(guān)。若移動(dòng)臺(tái)朗向入射波方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為正(即接收頻率上升)；若移動(dòng)臺(tái)背向入射波方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為負(fù)(即接收頻率下降)。信號(hào)經(jīng)不同方向傳播，其多徑分量造成接收機(jī)信號(hào)的多普勒擴(kuò)散，因而增加了信號(hào)帶寬 小尺度衰落和多徑效應(yīng)移動(dòng)無(wú)線信道統(tǒng)計(jì)分析移動(dòng)無(wú)線信道統(tǒng)計(jì)分析瑞利分布瑞利分布 萊斯分布萊斯分布對(duì)數(shù)正態(tài)分布對(duì)數(shù)正態(tài)分布小尺度衰落和多徑效應(yīng)瑞利分布瑞利分布 瑞利分布一般用來(lái)描述平衰落信號(hào)的接收包絡(luò)或者多個(gè)多徑分量瑞利分布一般用來(lái)描述平衰落信號(hào)的接收包絡(luò)或者多個(gè)多徑分量包絡(luò)的統(tǒng)計(jì)時(shí)變特性。包絡(luò)的統(tǒng)計(jì)時(shí)變特性。 小尺度衰落和多徑效應(yīng)

15、萊斯衰落萊斯衰落當(dāng)移動(dòng)臺(tái)與基站間存在直射波信號(hào)時(shí)，即有一條主路徑，通過(guò)主路徑傳當(dāng)移動(dòng)臺(tái)與基站間存在直射波信號(hào)時(shí)，即有一條主路徑，通過(guò)主路徑傳輸過(guò)來(lái)被接收的信號(hào)為一個(gè)穩(wěn)定幅度輸過(guò)來(lái)被接收的信號(hào)為一個(gè)穩(wěn)定幅度Ak和相位和相位k，或者在媒質(zhì)中，或者在媒質(zhì)中，除了隨機(jī)運(yùn)動(dòng)散射分量外，還存在固定散射或信號(hào)反射分量，但其余除了隨機(jī)運(yùn)動(dòng)散射分量外，還存在固定散射或信號(hào)反射分量，但其余多徑傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)仍如上面多徑傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)仍如上面“瑞利衰落概率模型所述。這種情況瑞利衰落概率模型所述。這種情況下，其包絡(luò)的值下，其包絡(luò)的值A(chǔ)的概率分布不再具有零均值，包絡(luò)具有萊斯分布的概率分布不再具有零均值，包絡(luò)具有萊斯分布

16、 。小尺度衰落和多徑效應(yīng)對(duì)數(shù)正態(tài)分布對(duì)數(shù)正態(tài)分布由于建筑物或自然界特征的阻塞效應(yīng)引起的衰落，在時(shí)域上表現(xiàn)為由于建筑物或自然界特征的阻塞效應(yīng)引起的衰落，在時(shí)域上表現(xiàn)為慢速擾動(dòng)，即稱長(zhǎng)期衰落慢速擾動(dòng)，即稱長(zhǎng)期衰落long-term fading）。近似服從對(duì)數(shù)）。近似服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)為正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)為 小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落產(chǎn)生的損耗小尺度衰落產(chǎn)生的損耗慢衰落陰影衰落損耗慢衰落陰影衰落損耗 快衰落多徑衰落損耗快衰落多徑衰落損耗 同時(shí)由于各個(gè)路徑來(lái)的反射波到達(dá)時(shí)間不同，相位也就不同。不同相位的多個(gè)信號(hào)在接收端迭加，有時(shí)迭加而加強(qiáng)方向相同），有時(shí)迭加而減弱方向相反）。

17、這樣，接收信號(hào)的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生了快衰落。這種衰落是由多種路徑引起的，所以稱為多徑衰落，也叫快衰落。 此外，接收信號(hào)除瞬時(shí)值出現(xiàn)快衰落之外，場(chǎng)強(qiáng)中值平均值也會(huì)出現(xiàn)緩慢變化。主要是由地區(qū)位置的改變以及氣象條件變化造成的，以致電波的折射傳播隨時(shí)間變化而變化，多徑傳播到達(dá)固定接收點(diǎn)的信號(hào)的時(shí)延隨之變化。這種由陰影效應(yīng)和氣象原因引起的信號(hào)變化，稱為慢衰落。小尺度衰落和多徑效應(yīng)慢衰落陰影衰落損耗慢衰落陰影衰落損耗 它是由于在電波傳輸路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰它是由于在電波傳輸路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)而產(chǎn)生的損耗。它反映了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長(zhǎng)量級(jí)接收電影效應(yīng)而產(chǎn)生的

18、損耗。它反映了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長(zhǎng)量級(jí)接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，其變化率較慢故又稱為慢衰落，由平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，其變化率較慢故又稱為慢衰落，由于慢衰落表示接收信號(hào)的長(zhǎng)期變化，所以又稱長(zhǎng)期衰落于慢衰落表示接收信號(hào)的長(zhǎng)期變化，所以又稱長(zhǎng)期衰落long-term-fading）。）。 慢衰落符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布慢衰落符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布 陰影衰落陰影衰落對(duì)數(shù)正態(tài)陰影衰落對(duì)數(shù)正態(tài)陰影衰落由于受到地形地物等陰由于受到地形地物等陰影的影響，在信號(hào)到達(dá)影的影響，在信號(hào)到達(dá)處，經(jīng)歷了多次反射或處，經(jīng)歷了多次反射或繞射的包含隨機(jī)量的多繞射的包含隨機(jī)量的多個(gè)信號(hào)的疊加信號(hào)，體個(gè)信號(hào)的疊加信號(hào)，體現(xiàn)的分布是正態(tài)

19、分布現(xiàn)的分布是正態(tài)分布典型的陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差典型的陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差是是8dB小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng)快衰落多徑衰落損耗快衰落多徑衰落損耗 它主要由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，由于移動(dòng)體周?chē)性S多散射、它主要由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，由于移動(dòng)體周?chē)性S多散射、反射和折射體，引起信號(hào)的多徑傳輸，使到達(dá)的信號(hào)之間相互疊反射和折射體，引起信號(hào)的多徑傳輸，使到達(dá)的信號(hào)之間相互疊加，其合成信號(hào)幅度和相位隨移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為快速的起伏變加，其合成信號(hào)幅度和相位隨移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為快速的起伏變化，它反映微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長(zhǎng)量級(jí)接收電平的均值變化而產(chǎn)化，它反映微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長(zhǎng)量級(jí)接收電平的均值變化而

20、產(chǎn)生的損耗，其變化率比慢衰落快，故稱它為快衰落，由于快衰落生的損耗，其變化率比慢衰落快，故稱它為快衰落，由于快衰落表示接收信號(hào)的短期變化，所以又稱短期衰落表示接收信號(hào)的短期變化，所以又稱短期衰落(short-term -fading）。）。多徑衰落多徑衰落多徑衰落多徑衰落當(dāng)接收機(jī)在可引起反射、繞射的復(fù)雜環(huán)境下移動(dòng)當(dāng)接收機(jī)在可引起反射、繞射的復(fù)雜環(huán)境下移動(dòng)時(shí)，時(shí)，在不到一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)幾十分貝的電平變?cè)诓坏揭粋€(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)幾十分貝的電平變化和激烈的相位擺動(dòng)化和激烈的相位擺動(dòng) 小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng)快衰落快衰落空間選擇性衰落空間選擇性衰落頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落時(shí)間選

21、擇性衰落時(shí)間選擇性衰落所謂選擇性是指在不同的空間，不同的頻率和不同的時(shí)間其衰落特性是不一樣的小尺度衰落和多徑效應(yīng)空間選擇性衰落空間選擇性衰落 不同的地點(diǎn)，不同的傳輸路徑衰落特性不一樣。多徑信號(hào)到達(dá)天線不同的地點(diǎn)，不同的傳輸路徑衰落特性不一樣。多徑信號(hào)到達(dá)天線陣列的到達(dá)角度的展寬稱為角度擴(kuò)展。角度擴(kuò)展給出信號(hào)的主要陣列的到達(dá)角度的展寬稱為角度擴(kuò)展。角度擴(kuò)展給出信號(hào)的主要能量的角度范圍，產(chǎn)生空間選擇性衰落。能量的角度范圍，產(chǎn)生空間選擇性衰落。 小尺度衰落和多徑效應(yīng)頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落 如果在時(shí)變多徑信道上發(fā)射端發(fā)射的是一個(gè)時(shí)間寬度極窄的脈沖信如果在時(shí)變多徑信道上發(fā)射端發(fā)射的是一個(gè)時(shí)間寬度極

22、窄的脈沖信號(hào)理想情況下為一個(gè)沖激），經(jīng)過(guò)多徑信道后，由于各信道時(shí)號(hào)理想情況下為一個(gè)沖激），經(jīng)過(guò)多徑信道后，由于各信道時(shí)延的不同，接收端接收到的信號(hào)表現(xiàn)為一串脈沖，即接收信號(hào)的延的不同，接收端接收到的信號(hào)表現(xiàn)為一串脈沖，即接收信號(hào)的波形比原脈沖展寬了。這種由于信道時(shí)延引起的信號(hào)波形的展寬波形比原脈沖展寬了。這種由于信道時(shí)延引起的信號(hào)波形的展寬稱為時(shí)延擴(kuò)展。時(shí)延擴(kuò)展產(chǎn)生頻率選擇性衰落。稱為時(shí)延擴(kuò)展。時(shí)延擴(kuò)展產(chǎn)生頻率選擇性衰落。小尺度衰落和多徑效應(yīng)時(shí)間選擇性衰落時(shí)間選擇性衰落 用戶的快速移動(dòng)在頻域上產(chǎn)生多普勒效應(yīng)而引起頻率擴(kuò)散。頻率用戶的快速移動(dòng)在頻域上產(chǎn)生多普勒效應(yīng)而引起頻率擴(kuò)散。頻率擴(kuò)散引起時(shí)間

23、選擇性衰落。擴(kuò)散引起時(shí)間選擇性衰落。【為什么說(shuō)TD系統(tǒng)中移動(dòng)終端的速度不超過(guò)120km/s】：運(yùn)動(dòng)引起多普勒現(xiàn)象。目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)在時(shí)域上表現(xiàn)為一定范圍內(nèi)的時(shí)延擴(kuò)展，在頻域上表現(xiàn)為一定的多普勒頻偏?？紤]頻率擴(kuò)展，多普勒頻移fd與移動(dòng)用戶的運(yùn)動(dòng)速的成正比，即fdv/波長(zhǎng)，由于一個(gè)子幀的上行估計(jì)結(jié)果要用于下一個(gè)子幀的下行，為了避免時(shí)間選擇性衰落，需要滿足相干時(shí)間1/fd時(shí)，取相干時(shí)間為5ms，則120km/h因此可以計(jì)算出來(lái)。小尺度衰落和多徑效應(yīng)鏈路余量鏈路余量在使用無(wú)線傳播模型之前，需要考慮對(duì)所允許的最大路徑損耗進(jìn)行余在使用無(wú)線傳播模型之前，需要考慮對(duì)所允許的最大路徑損耗進(jìn)行余量預(yù)留，以補(bǔ)償無(wú)線傳播模

24、型抽象過(guò)程中未考慮的一些情況。量預(yù)留，以補(bǔ)償無(wú)線傳播模型抽象過(guò)程中未考慮的一些情況?？偨Y(jié)總結(jié) 小尺度衰落快衰落多徑衰落）小尺度衰落快衰落多徑衰落）小尺度上信號(hào)包絡(luò)的變化是描述多徑衰小尺度上信號(hào)包絡(luò)的變化是描述多徑衰落的，通常服從瑞利概率密度函數(shù)，因而也稱落的，通常服從瑞利概率密度函數(shù)，因而也稱為瑞利衰落。為瑞利衰落。 大尺度衰落大尺度衰落大尺度的傳播機(jī)制描大尺度的傳播機(jī)制描述的是區(qū)域均值，具有冪述的是區(qū)域均值，具有冪定律傳播特征，即中值信定律傳播特征，即中值信號(hào)功率與距離長(zhǎng)度增加的號(hào)功率與距離長(zhǎng)度增加的某次冪成反比變化某次冪成反比變化 小尺度衰落慢衰落陰影衰落）小尺度衰落慢衰落陰影衰落）小尺度

25、的傳播機(jī)制描述的是陰影衰小尺度的傳播機(jī)制描述的是陰影衰落，當(dāng)以分貝表示時(shí)，這種變化趨向于落，當(dāng)以分貝表示時(shí)，這種變化趨向于正態(tài)高斯分布，通常稱為對(duì)數(shù)正態(tài)正態(tài)高斯分布，通常稱為對(duì)數(shù)正態(tài)衰落衰落總結(jié)總結(jié)總結(jié)總結(jié)l綜上所述，無(wú)線信道包括了電波的多徑傳播，時(shí)延擴(kuò)展，衰落特性以及多普勒效應(yīng)，在移動(dòng)通信中，我們要充分考慮這些特性以及解決的方案。無(wú)線信道抗衰落技術(shù)l無(wú)線傳播的特性無(wú)線傳播的特性l無(wú)線信道的特性無(wú)線信道的特性l大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗l小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng) l無(wú)線信道抗衰落技術(shù)無(wú)線信道抗衰落技術(shù)l移動(dòng)通信系統(tǒng)中信號(hào)傳播的效應(yīng)移動(dòng)通信系統(tǒng)中信號(hào)傳播的效應(yīng) 無(wú)線信道抗衰落技

26、術(shù)1、擴(kuò)頻、擴(kuò)頻2、Rake3、交錯(cuò)、交錯(cuò)4、平衡、平衡5、分集、分集6、信道編碼、信道編碼無(wú)線信道抗衰落技術(shù)1、擴(kuò)頻、擴(kuò)頻香農(nóng)公式：香農(nóng)公式：CB （1S/N），），C為信道容量，為信道容量，B為信號(hào)帶寬，為信號(hào)帶寬，S/N為信噪比。為信噪比。擴(kuò)頻序列利用了此公式的結(jié)論，當(dāng)信道容量擴(kuò)頻序列利用了此公式的結(jié)論，當(dāng)信道容量C不變不變時(shí)，提高信號(hào)帶寬時(shí)，提高信號(hào)帶寬B可以換取較低的可以換取較低的S/N.（抗干（抗干擾）。根據(jù)擾）。根據(jù)B與與S/N的關(guān)系可以確定最大的信道的關(guān)系可以確定最大的信道容量。容量。從另一個(gè)方面理解，擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)展了信道帶寬，從另一個(gè)方面理解，擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)展了信道帶寬，克服窄帶信

27、號(hào)的頻率選擇性衰落特性。克服窄帶信號(hào)的頻率選擇性衰落特性。無(wú)線信道抗衰落技術(shù)擴(kuò)頻擴(kuò)頻無(wú)線信道抗衰落技術(shù)2、RakeCDMA擴(kuò)頻碼在選擇時(shí)就要求它有很好的擴(kuò)頻碼在選擇時(shí)就要求它有很好的自相關(guān)特性。這樣，在無(wú)線信道中出現(xiàn)的自相關(guān)特性。這樣，在無(wú)線信道中出現(xiàn)的時(shí)延擴(kuò)展，就可以被看作只是被傳信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展，就可以被看作只是被傳信號(hào)的再次傳送。如果這些多徑信號(hào)相互間的延再次傳送。如果這些多徑信號(hào)相互間的延時(shí)超過(guò)了一個(gè)碼片的長(zhǎng)度時(shí)超過(guò)了一個(gè)碼片的長(zhǎng)度WCDMA一個(gè)一個(gè)碼片持續(xù)時(shí)間碼片持續(xù)時(shí)間0.26us多徑分量之間的長(zhǎng)多徑分量之間的長(zhǎng)度 差 光 速度 差 光 速 碼 片 速 率 碼 片 速 率 3.010

28、8m/s3840000chip/s78m），），這在無(wú)線環(huán)境里面是很容易實(shí)現(xiàn)的市區(qū)這在無(wú)線環(huán)境里面是很容易實(shí)現(xiàn)的市區(qū)的典型值是的典型值是1到到2us），那么它們將被），那么它們將被CDMA接收機(jī)看作是互不相關(guān)的多徑分量。接收機(jī)看作是互不相關(guān)的多徑分量。Rake接收機(jī)的核心：多徑，延時(shí)，克服頻接收機(jī)的核心：多徑，延時(shí)，克服頻率選擇性衰落。率選擇性衰落。無(wú)線信道抗衰落技術(shù)無(wú)線信道抗衰落技術(shù)3、信道編碼、信道編碼目的：信道編碼是為了保證信息傳輸?shù)目煽啃?、提高傳輸質(zhì)目的：信道編碼是為了保證信息傳輸?shù)目煽啃浴⑻岣邆鬏斮|(zhì)量而設(shè)計(jì)的一種編碼。它是在信息碼中增加一定數(shù)量的多量而設(shè)計(jì)的一種編碼。它是在信息碼中增

29、加一定數(shù)量的多余碼元，使碼字具有一定的抗干擾能力。余碼元，使碼字具有一定的抗干擾能力。本質(zhì)：信道編碼實(shí)際上是以降低信息的傳輸效率為代價(jià)來(lái)增本質(zhì)：信道編碼實(shí)際上是以降低信息的傳輸效率為代價(jià)來(lái)增加碼字的抗干擾能力。加碼字的抗干擾能力。床前明月光春眠不覺(jué)曉白發(fā)三千丈紅豆生南國(guó)床床前前明明月月光光春春眠眠不不覺(jué)覺(jué)曉曉白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈紅紅豆豆生生南南國(guó)國(guó)床？前前明明月月光光春春眠眠？不覺(jué)覺(jué)曉曉白白發(fā)發(fā)三三？千丈？紅紅豆豆生生南？國(guó)國(guó)無(wú)線信道抗衰落技術(shù)l傳播路徑可分為直射傳播和非直射傳播。一般情況下，在基站和移動(dòng)臺(tái)之間不存在直射信號(hào)，此時(shí)接收到的信號(hào)是發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)若干次反射、繞射或散射后的疊加。而在某

30、些空曠地區(qū)或基站天線較高時(shí)可能存在直線傳播路徑。l由于高大建筑物或遠(yuǎn)處高山等阻擋物的存在，常常會(huì)導(dǎo)致發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的傳播路徑到達(dá)接收端。這即是所謂的多徑傳播效應(yīng)Multipath Propagation）。各徑信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的路徑到達(dá)接收端時(shí)，具有不同的時(shí)延和入射角，這將導(dǎo)致接收信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展delay spread和角度擴(kuò)展angle spread）。l另外，移動(dòng)用戶在傳播路徑方向上的運(yùn)動(dòng)將使接收信號(hào)產(chǎn)生多普勒Doppler擴(kuò)展效應(yīng)，其結(jié)果是導(dǎo)致接收信號(hào)在頻域的擴(kuò)展，同時(shí)改變了信號(hào)電平的變化率。l歸納起來(lái)，在傳播上會(huì)產(chǎn)生三類不同的損耗l路徑傳播損耗：又稱為衰耗，它是指電磁波在宏觀大范圍即公里

31、級(jí)空間傳播所產(chǎn)生的損耗，它反映了傳播在空間距離的接收信號(hào)電平的變化趨勢(shì)。l大尺度衰落損耗：它是由于在電波傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)而產(chǎn)生的損耗。它反映了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長(zhǎng)量級(jí)接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般遵從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，其變化率較慢又稱為大尺度衰落。l小尺度衰落損耗：它主要是由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，它反映微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長(zhǎng)量級(jí)接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般遵從Rayleigh瑞利或Rician萊斯分布，其變化率比慢衰耗快，所以稱為小尺度衰落，它又可以劃分為：空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落、時(shí)間選擇性衰落。選擇性是指在不同的空間、頻率、時(shí)間，其衰落特性是

32、不一樣的。無(wú)線信道抗衰落技術(shù)4、交錯(cuò)、交錯(cuò)交織可以在不附加任務(wù)開(kāi)銷的情況下，使系統(tǒng)獲得時(shí)間分集。交織可以在不附加任務(wù)開(kāi)銷的情況下，使系統(tǒng)獲得時(shí)間分集。對(duì)抗時(shí)間選擇性衰落。重要特點(diǎn)是將突發(fā)性誤碼連續(xù)錯(cuò)誤對(duì)抗時(shí)間選擇性衰落。重要特點(diǎn)是將突發(fā)性誤碼連續(xù)錯(cuò)誤變成了隨機(jī)性的獨(dú)立差錯(cuò)。它的缺點(diǎn)是有造成系統(tǒng)延時(shí)，變成了隨機(jī)性的獨(dú)立差錯(cuò)。它的缺點(diǎn)是有造成系統(tǒng)延時(shí)，交織的區(qū)間越大，其抗誤碼性能越好，但帶來(lái)的延時(shí)也越交織的區(qū)間越大，其抗誤碼性能越好，但帶來(lái)的延時(shí)也越大，需要平衡兩者之間的關(guān)系。大，需要平衡兩者之間的關(guān)系。床春白紅？前眠發(fā)豆明不三生明不三生月覺(jué)千南月覺(jué)千南光曉丈國(guó)光曉丈國(guó)床前明月光春眠不覺(jué)曉白發(fā)三千

33、丈紅豆生南國(guó)床床前前明明月月光光春春眠眠不不覺(jué)覺(jué)曉曉白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈紅紅豆豆生生南南國(guó)國(guó)床春白紅床春白紅前眠發(fā)豆前眠發(fā)豆明不三生明不三生月覺(jué)千南月覺(jué)千南光曉丈國(guó)光曉丈國(guó)床？前明明月月光光春？眠不不覺(jué)覺(jué)曉曉白？發(fā)三三千千丈丈紅？豆生生南南國(guó)國(guó)編碼交錯(cuò)去交織解碼突發(fā)錯(cuò)誤無(wú)線信道抗衰落技術(shù)無(wú)線信道抗衰落技術(shù)5、平衡、平衡補(bǔ)償時(shí)分信道中由于多徑效應(yīng)而產(chǎn)生的碼間干擾補(bǔ)償時(shí)分信道中由于多徑效應(yīng)而產(chǎn)生的碼間干擾ISI）。主）。主要指對(duì)信道中幅度和延遲進(jìn)行補(bǔ)償。均衡器的效果是補(bǔ)償要指對(duì)信道中幅度和延遲進(jìn)行補(bǔ)償。均衡器的效果是補(bǔ)償信道的頻率選擇性，使衰落趨于平坦、相位趨于線性。均信道的頻率選擇性，使衰落趨于平坦、相位趨于線性。均衡器不能抵銷平衰落。衡器不能抵銷平衰落。 無(wú)線信道抗衰落技術(shù)6、分集、分集分集接收技術(shù)基本思想就是，快衰落信道中接收的信號(hào)分集接收技術(shù)基本思想就是，快衰落信道中接收的信號(hào)是到達(dá)接收機(jī)的各徑分量的合成，如果在接收端同時(shí)是到達(dá)接收機(jī)的各徑分量的合成，如果在接收端同時(shí)獲得幾個(gè)不同路徑的信號(hào)，將