無(wú)線通信技術(shù)22no課件

無(wú)線通信技術(shù)無(wú)線電的傳播大尺度路徑損耗自由空間傳播模型三種傳播機(jī)制：反射、繞射和散射鏈路預(yù)算小尺度衰落和多徑效應(yīng)多徑信道的沖激響應(yīng)模型小尺度衰落模型通信與信息工程學(xué)院小尺度衰落：無(wú)線電信號(hào)在短時(shí)間或短距離傳播后其幅度、相位或多徑時(shí)延快速變化，以至于大尺度路徑損耗的影響可以忽略不計(jì)原因：同一傳輸信號(hào)沿兩個(gè)或多個(gè)路徑傳播，以微小的時(shí)間差到達(dá)接收機(jī)，相互之間互相干擾。接收機(jī)天線將之合成為一個(gè)幅度和相位都急劇變化的信號(hào)變化程度取決于多徑的強(qiáng)度、相對(duì)時(shí)延和信號(hào)帶寬通信與信息工程學(xué)院小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度多徑傳播小尺度衰落的三個(gè)主要表現(xiàn):

(1)信號(hào)強(qiáng)度急劇快速變化;

(2)存在著時(shí)變多普勒頻移所引起的隨機(jī)頻率調(diào)制;

(3)時(shí)間彌散;小尺度衰落和多徑效應(yīng)通信與信息工程學(xué)院小尺度衰落和多徑效應(yīng)影響小尺度衰落的因素:

(1)多徑傳播碼間干擾

(2)移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度多普勒頻移

(3)環(huán)境物體的運(yùn)動(dòng)速度時(shí)變多普勒頻移

(4)信號(hào)的傳輸帶寬通信與信息工程學(xué)院小尺度衰落和多徑效應(yīng)多普勒頻移

定義：移動(dòng)臺(tái)在運(yùn)動(dòng)中通信時(shí)，接收信號(hào)頻率會(huì)發(fā)生變化，稱多普勒效應(yīng)。由多普勒效應(yīng)所引起的附加頻移稱為多普勒頻移。小尺度衰落和多徑效應(yīng)通信與信息工程學(xué)院說(shuō)明：

取值可正可負(fù)多普勒頻移小尺度衰落和多徑效應(yīng)多普勒頻移與移動(dòng)臺(tái)的速度；移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向和無(wú)線電波入射方向之間的夾角有關(guān)；若移動(dòng)臺(tái)朝向信號(hào)源方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為正（即接收頻率上升）；若移動(dòng)臺(tái)背向信號(hào)源方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為負(fù)（即接收頻率下降）；稱為最大多普勒頻移通信與信息工程學(xué)院多普勒頻移小尺度衰落和多徑效應(yīng)例題1：若一發(fā)射機(jī)發(fā)射載頻為1850MHz，一列火車（載有接收機(jī)）以350Km/h的速度運(yùn)動(dòng)，計(jì)算在以下情況下接收到的信號(hào)的載頻：（1）火車沿直線朝向發(fā)射機(jī)運(yùn)動(dòng)；（2）火車沿直線背向發(fā)射機(jī)運(yùn)動(dòng)；(3）汽車運(yùn)動(dòng)方向與入射波方向成直角。

通信與信息工程學(xué)院多普勒頻移小尺度衰落和多徑效應(yīng)低通等效分析：

小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng)移動(dòng)多徑信道的參數(shù)（1）時(shí)間色散平均附加時(shí)延（）

rms時(shí)延擴(kuò)展（）小尺度衰落和多徑效應(yīng)說(shuō)明：1.上述兩式僅僅是粗略估計(jì)；2.一般情況下，要確定時(shí)變多徑信道對(duì)某

一特定發(fā)送信號(hào)的精確影響，需要用到

頻譜分析技術(shù)和仿真；

3.在無(wú)線應(yīng)用中，設(shè)計(jì)特定的調(diào)制解調(diào)方

式必須采用精確的信道模型。小尺度衰落和多徑效應(yīng)例題2：一個(gè)多徑信道的沖擊響應(yīng)模型如下圖所示，計(jì)算該信道模型的平均附加時(shí)延和時(shí)延擴(kuò)展。t=1t=30dB-3dBtimepower小尺度衰落和多徑效應(yīng)物理意義：表征移動(dòng)信道中能通過(guò)多少帶寬信號(hào)能力的統(tǒng)計(jì)量度。

頻率選擇性衰落衰落平坦衰落(非頻率選擇性衰落）

對(duì)移動(dòng)信道，B信號(hào)<B相關(guān)

平坦衰落

B信號(hào)>B相關(guān)

頻率選擇性衰落小尺度衰落和多徑效應(yīng)例題3：計(jì)算圖所給出的多徑分布的平均附加時(shí)延、rms時(shí)延擴(kuò)展。設(shè)信道相干帶寬取50％，則該系統(tǒng)在不使用均衡器的條件下對(duì)AMPS或GSM業(yè)務(wù)是否合適？Pr0125-30dB-20dB-10dB0dBτ（μs）小尺度衰落和多徑效應(yīng)多徑傳播的頻率色散—多普勒擴(kuò)展由于移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，接收信號(hào)會(huì)在收端產(chǎn)生多普勒頻移。如果接收信號(hào)為N條路徑來(lái)的電波，其入射角不盡相同。當(dāng)N較大時(shí)，多普勒頻移就成為占有一定寬度的多普勒擴(kuò)展。小尺度衰落和多徑效應(yīng)多普勒擴(kuò)展：頻率范圍，在此范圍內(nèi)，多普勒頻譜非零，當(dāng)發(fā)射信號(hào)是頻率為fc的純正弦波時(shí)，接收到的信號(hào)頻譜會(huì)在fc+fd到fc-fd范圍內(nèi)都存在。相干時(shí)間是多普勒擴(kuò)展在時(shí)域的表示，用于描述信道頻率色散的時(shí)變特性。小尺度衰落和多徑效應(yīng)物理意義：表征時(shí)變信道對(duì)信號(hào)的衰落節(jié)拍，即信道在時(shí)域上具有選擇性。

T>Tc，兩數(shù)字信號(hào)的沖擊響應(yīng)不變，不會(huì)產(chǎn)生時(shí)間選擇性衰落。

T<Tc，產(chǎn)生時(shí)間選擇性衰落。（其中T為兩數(shù)字信號(hào)到達(dá)接收端的時(shí)間差）小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落類型衰落類型取決于信號(hào)的特性和信道的特性，信號(hào)參數(shù)和信道參數(shù)的關(guān)系決定了信號(hào)將經(jīng)歷的衰落類型。移動(dòng)無(wú)線信道的時(shí)間色散和頻率色散可能引起四種衰落小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng)平坦衰落信道有可能引起幅度的深度衰落。這樣，為克服這種衰落，通常需要增加20-30dB的發(fā)射功率。

平坦衰落信道的瞬時(shí)增益分布對(duì)設(shè)計(jì)無(wú)線鏈路是非常重要的，最常見(jiàn)的瑞利分布。瑞利平坦衰落信道引起的幅度隨時(shí)間的變化服從瑞利分布。小尺度衰落和多徑效應(yīng)幾種常見(jiàn)衰落的分布情況正態(tài)分布瑞利分布萊斯分布k=0.5,1,2,4對(duì)數(shù)正態(tài)分布0246810小尺度衰落和多徑效應(yīng)頻率選擇性衰落信號(hào)中各分量的衰落情況與頻率有關(guān)，即傳輸信道對(duì)信號(hào)中不同頻率成分有不同的隨機(jī)的響應(yīng)。產(chǎn)生條件:對(duì)接收信號(hào)的影響：沖激響應(yīng)具有多徑時(shí)延擴(kuò)展，同時(shí)，接收信號(hào)包括了衰減和時(shí)延的多徑波，信號(hào)接收波形失真。小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng)總結(jié)：通常平坦衰落信道頻率選擇性衰落信道小尺度衰落和多徑效應(yīng)快衰落根據(jù)發(fā)送的基帶信號(hào)與信道變化的快慢的比較，衰落信道可分為快衰落信道和慢衰落信道。在快衰落信道中，信道的沖激響應(yīng)在一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)就會(huì)發(fā)生變化，即信道的相干時(shí)間小于符號(hào)周期快衰落的條件：。小尺度衰落和多徑效應(yīng)慢衰落接收天線處的場(chǎng)強(qiáng)中值隨移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)是周圍地形、建筑物等的變化而出現(xiàn)的波動(dòng)，其變化速率較為緩慢。產(chǎn)生條件小尺度衰落和多徑效應(yīng)慢衰落速率主要決定于傳播環(huán)境，即移動(dòng)臺(tái)周圍地形，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移動(dòng)臺(tái)行進(jìn)速度而與頻率無(wú)關(guān)。小尺度衰落和多徑效應(yīng)慢衰落的統(tǒng)計(jì)特性慢衰落近似服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布信號(hào)中值的分貝值；

m

信號(hào)中值的均值的分貝值；信號(hào)中值的標(biāo)準(zhǔn)方差的分貝值；小尺度衰落和多徑效應(yīng)衰落儲(chǔ)備量

為防止衰落引起通信中斷，必須提高PT或GTGR，使接收信號(hào)電平PR留有足夠余量，稱為衰落儲(chǔ)備量。小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng)作業(yè)題1:確定從一個(gè)靜態(tài)GSM發(fā)射機(jī)接收到的最大和最小的頻譜頻率，該發(fā)射機(jī)的中心頻率為1950.000000MHz。假設(shè)接收機(jī)的移動(dòng)速率為（a）1km/h

（