第二章無線通信

第二章無線通信第1頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三移動信道屬于無線信道，它既不同于傳統(tǒng)的固定式有線信道，也與一般具有可移動功能的無線接入的無線信道有所區(qū)別。它是移動的動態(tài)信道。正如前面所分析的，移動信道是一個非常復(fù)雜的動態(tài)信道，取決于用戶所在地點環(huán)境條件的客觀存在的信道，其信道參數(shù)是時變的。利用這類復(fù)雜的移動信道進(jìn)行通信，首先必須分析和掌握信道的基本特點和實質(zhì)，然后才能針對存在的問題一一對癥下藥給出相應(yīng)技術(shù)解決方案。任何一種通信系統(tǒng)都是圍繞著如何完成通信的三項基本指標(biāo)——有效性，可靠性和安全性進(jìn)行不斷的優(yōu)化。移動通信中的各類新技術(shù)，都是針對移動信道的動態(tài)時變特性，為解決移動通信中的有效性、可靠性和安全性的基本指標(biāo)而設(shè)計的。因此，分析移動信道的特點是解決移動通信關(guān)鍵技術(shù)的前提，是產(chǎn)生移動通信中各類新技術(shù)的源泉。第2頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.1移動信道的特點2.1.1移動通信信道的主要三個特點1)傳播的開放性2)接收地點地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性3)通信用戶的隨機(jī)移動性第3頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.1移動信道的特點2.1.2移動通信信道中的電磁波傳播若從移動信道中的電磁波傳播上看可分為：1)直射波2)反射波3)繞射波另外，還有穿透建筑物的傳播以及空氣中離子受激后二次發(fā)射的漫反射產(chǎn)生的散射波……但是它們相對于直射波、反射波、繞射波都比較弱，所以從電磁波傳播上看：直射、反射、繞射是主要的，但是有時，穿透的直射波與散射波的影響是需要進(jìn)一步考慮的。第4頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.1移動信道的特點2.1.3接收信號中的三類損耗與四種效應(yīng)在上述移動信道的三個主要特點以及傳播的三種主要類型作用下，接收點的信號將產(chǎn)生如下的特點：1.具有三類不同層次的損耗

路徑傳播損耗

慢衰落損耗

快衰落仔細(xì)劃分這一快衰落又可分為：空間選擇性快衰落、頻率選擇性快衰落與時間選擇性快衰落，。第5頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.1移動信道的特點2.1.3接收信號中的三類損耗與四種效應(yīng)2.四種主要效應(yīng)

陰影效應(yīng)：由大型建筑物和其它物體的阻擋，在電波傳播的接收區(qū)域中產(chǎn)生傳播半盲區(qū)。它類似于太陽光受阻擋后可產(chǎn)生的陰影，光波的波長較短，因此陰影可見，電磁波波長較長，陰影不可見，但是接收終端(如手機(jī))與專用儀表可以測試出來。第6頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.1移動信道的特點遠(yuǎn)近效應(yīng)：由于接收用戶的隨機(jī)移動性，移動用戶與基站之間的距離也是在隨機(jī)變化，若各移動用戶發(fā)射信號功率一樣，那么到達(dá)基站時信號的強(qiáng)弱將不同，離基站近者信號強(qiáng)，離基站遠(yuǎn)者信號弱。通信系統(tǒng)中的非線性將進(jìn)一步加重信號強(qiáng)弱的不平衡性，甚至出現(xiàn)了以強(qiáng)壓弱的現(xiàn)象，并使弱者，即離基站較遠(yuǎn)的用戶產(chǎn)生掉話(通信中斷)現(xiàn)象，通常稱這一現(xiàn)象為遠(yuǎn)近效應(yīng)。第7頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.1移動信道的特點多徑效應(yīng)：由于接收者所處地理環(huán)境的復(fù)雜性、使得接收到的信號不僅有直射波的主徑信號，還有從不同建筑物反射過來以及繞射過來的多條不同路徑信號。而且它們到達(dá)時的信號強(qiáng)度，到達(dá)時間以及到達(dá)時的載波相位都是不一樣的。所接收到的信號是上述各路徑信號的矢量和，也就是說各徑之間可能產(chǎn)生自干擾，稱這類自干擾為多徑干擾或多徑效應(yīng)。這類多徑干擾是非常復(fù)雜的，有時根本收不到主徑直射波，收到的是一些連續(xù)反射波等等。

第8頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.1移動信道的特點多普勒效應(yīng)：它是由于接收用戶處于高速移動中比如車載通信時傳播頻率的擴(kuò)散而引起的，其擴(kuò)散程度與用戶運動速度成正比。這一現(xiàn)象只產(chǎn)生在高速(≥70km/h)車載通信時，而對于通常慢速移動的步行和準(zhǔn)靜態(tài)的室內(nèi)通信，則不予考慮。第9頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.2三類主要快衰落空間選擇性衰落頻率選擇性衰落時間選擇性衰落第10頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.2三類主要快衰落2.2.1空間選擇性衰落

所謂空間選擇性衰落是指在不同的地點與空間位置衰落特性不一樣?？臻g選擇性衰落現(xiàn)象、成因與機(jī)理可以引用下列直觀圖形表示：第11頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.2三類主要快衰落

空間選擇性衰落信道原理圖第12頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.2三類主要快衰落1)信道輸入：射頻：單頻等幅載波;角度域：在角上送入一個脈沖式的點波束。2)信道輸出時空域：在不同接收點時域上衰落特性是不一樣的，即同一時間，不同地點(空間)衰落起伏是不一樣的，這樣，從空域上看，其信號包絡(luò)的起伏周期為；角度域：在原來角度上的點波束產(chǎn)生了擴(kuò)散，其擴(kuò)散寬度為。3)結(jié)論：由于開放型的時變信道使天線的點波束產(chǎn)生了擴(kuò)散而引起了空間選擇性衰落，其衰落周期，其中為波長。空間選擇性衰落，通常又稱為平坦瑞利衰落。這里的平坦特性是指在時域、頻域中不存在選擇性衰落。第13頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.2三類主要快衰落2.2.2頻率選擇性衰落

所謂頻率選擇性衰落是指在不同頻段上衰落特性不一樣。其現(xiàn)象、成因與機(jī)理如圖所示：

第14頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.2三類主要快衰落頻率選擇性衰落信道原理圖第15頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.2三類主要快衰落1)信道輸入頻域：白色等幅頻譜時域：在時刻輸入一個脈沖2)信道輸出頻域：衰落起伏的有色譜時域：在瞬間，脈沖在時域產(chǎn)生了擴(kuò)散，其擴(kuò)散寬度為。其中為絕對時延。3)結(jié)論：由于信道在時域的時延擴(kuò)散，引起了在頻域的頻率選擇性衰落。且其衰落周期，即與時域中的時延擴(kuò)散程度成正比。第16頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.2三類主要快衰落2.2.3時間選擇性衰落

所謂時間選擇性衰落，是指在不同的時間衰落特性是不一樣的。其現(xiàn)象、成因與機(jī)理如圖所示：

第17頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.2三類主要快衰落

時間選擇性衰落信道原理圖第18頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.2三類主要快衰落1)信道輸入：時域：單頻等幅載波；頻域：在單一頻率上單根譜線(脈沖)；2)信道輸出：時域：包絡(luò)起伏不平；頻域：以為中心產(chǎn)生頻率擴(kuò)散，其寬度為。其中為絕對多普勒頻移，為相對值。3)結(jié)論：由于用戶的高速移動在頻域引起多普勒頻移，在相應(yīng)的時域其波形產(chǎn)生時間選擇性衰落。其衰落周期為。第19頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.2三類主要快衰落2.2.4實際移動通信中三類選擇性衰落產(chǎn)生的條件

在實際移動通信中，三類選擇性衰落都存在，根據(jù)其產(chǎn)生的條件大致可以劃分為以下三類。并可以用下列示意圖表示：第20頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.2三類主要快衰落三類多徑干擾示意圖第21頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.2三類主要快衰落1)第一類多徑干擾：是由于快速移動用戶附近的物體的反射而形成的干擾信號，其特點是由于用戶的快速移動因此在信號的頻域上產(chǎn)生了多普勒(Doppler)頻移擴(kuò)散，而引起信號在時域上時間選擇性衰落。2)第二類多徑干擾：用戶信號由于遠(yuǎn)處的高大建筑物與山丘的反射而形成的干擾信號。其特點是傳送的信號在空間與時間上產(chǎn)生了擴(kuò)散?？沼蛏喜ㄊ嵌鹊臄U(kuò)散將引起接收點信號產(chǎn)生空間選擇性衰落，時域上的擴(kuò)散將引起接收點信號產(chǎn)生頻率選擇性衰落。3)第三類多徑干擾：它是由于接收信號受基站附近建筑物和其它物體的反射而引起的干擾。其特點是嚴(yán)重影響到達(dá)天線的信號入射角分布，從而引起信號在空間的選擇性衰落。第22頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.2三類主要快衰落下面，我們給出在第二代移動通信中某種典型地理環(huán)境下，電波傳播在空間角度、時間與頻率所產(chǎn)生的典型擴(kuò)散值，并用表格表示：地理環(huán)境角度擴(kuò)散時延擴(kuò)散多普勒頻率擴(kuò)散室內(nèi)360o5Hz農(nóng)村1o190Hz都市20o120Hz丘陵30o190Hz小區(qū)120o10Hz第23頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.3傳播類型與信道模型的定量分析上面我們重點從概念與定性的觀點探討了移動通信中的電波傳播與移動信道的主要特性。這一節(jié)，我們試圖從定量的觀點對傳播模型與信道模型作進(jìn)一步深入分析。第24頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.3傳播類型與信道模型的定量分析2.3.1傳播損耗的初步定量分析這里首先從總體上對傳播損耗作如下初步的定量分析。由前面的定性分析可得到傳播的總損耗分別由大范圍(大尺度、公里量級)的路徑衰耗、中范圍(中尺度、數(shù)百波長量級)的陰影效應(yīng)和小范圍(小尺度、數(shù)十波長以下)的快衰落共同決定。它可表示為：

其中：表示大范圍的路徑衰耗，，表示中范圍的陰影效應(yīng)損耗，表示小范圍內(nèi)的快衰落損耗。第25頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.3傳播類型與信道模型的定量分析2.3.2大范圍的路徑傳播衰耗的定量分析上面定性分析已指出移動通信信道是一個完全開放式信道，其傳播損耗從宏觀的大范圍看，主要決定于傳播的環(huán)境與條件。傳播損耗不僅決定于傳播距離，而且還與傳播中的地形、地貌、傳播的載波頻率，以及發(fā)、收天線高度等密切相關(guān)。因此想從理論角度給出一個確切、完整的公式很困難，一般在工程上多采用一些經(jīng)驗公式與模型，它對于工程技術(shù)人員而言已基本上能滿足工程上的估算要求。第26頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.3傳播類型與信道模型的定量分析下面將給出幾類在不同環(huán)境與條件下經(jīng)常使用的著名經(jīng)驗公式與模型。1)奧村—哈塔(Okumura-Hata)模型2)Hata模型向個人通信PCS系統(tǒng)的擴(kuò)展3)Walfisch-Ikegami模型(WIM)4)室內(nèi)傳播模型第27頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.3傳播類型與信道模型的定量分析2.3.3中、小范圍的傳播損耗的定量分析上面我們在初步定性分析中已指出中等范圍的慢衰落是主要由陰影效應(yīng)引起的，而小范圍的快衰落則是主要由三類快衰落引起的。這里，我們獎進(jìn)一步定量分析三類快衰落和慢衰落的成因、規(guī)律和克服方法。移動信道實質(zhì)上可以看作在時域、頻域和空域的一個三維動態(tài)隨機(jī)函數(shù)，因此問題可以歸結(jié)為如何尋找一個有效分析與描述這類三維動態(tài)隨機(jī)函數(shù)的方法。下面我們借助線性時變分析方法和廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程的分析方法對它進(jìn)行分析。第28頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三1、線性時變信道的一般分析方法

線性時不變信道對于固定式的有線信道一般可采用一個線性時不變網(wǎng)絡(luò)來分析，描述這類網(wǎng)絡(luò)的兩個主要參量分別是網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)和脈沖響應(yīng)函數(shù)，而且它們之間是一對傅氏變換，即

§2.3傳播類型與信道模型的定量分析第29頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三

線性時變信道

對于線性時變信道，一般可以采用一個線性時變網(wǎng)絡(luò)來分析。描述這類網(wǎng)絡(luò)的兩個主要參量分別是從線性時不變網(wǎng)絡(luò)的兩個對應(yīng)參量的推廣。它們分別是網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)和脈沖響應(yīng)函數(shù)，它們之間仍是一對傅氏變換，即§2.3傳播類型與信道模型的定量分析第30頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三

線性頻變信道對于線性頻變信道，類似于線性時變信道的分析方法，可采用一個線性頻變網(wǎng)絡(luò)來分析。描述這類網(wǎng)絡(luò)的兩個主要參量分別是網(wǎng)絡(luò)的散射函數(shù)和多普勒頻譜函數(shù)。它們之間也是一對傅氏變換：

§2.3傳播類型與信道模型的定量分析第31頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三線性時、頻雙重變化信道如果同時考慮信道的時變與頻變雙重特性，這時描述雙重變化特性的線性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有四個主要參量：網(wǎng)絡(luò)在頻域上的傳遞函數(shù)、網(wǎng)絡(luò)時延脈沖響應(yīng)、網(wǎng)絡(luò)多普勒譜函數(shù)和網(wǎng)絡(luò)的二維擴(kuò)散函數(shù)。它們之間滿足下列傅氏變換關(guān)系：

時、頻雙重變化信道的描述

§2.3傳播類型與信道模型的定量分析第32頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三應(yīng)該說上述四個二維參量均為隨機(jī)參量。這是變量間的傅氏變換(F.T)是指隨機(jī)函數(shù)之間的傅氏變換，它在嚴(yán)格意義上是不成立的。它只能在概率統(tǒng)計的意義上，比如幾乎處處意義上成立。為了得到真正統(tǒng)計意義上的傅氏變換(F.T)，我們可以進(jìn)一步研究上述四個隨機(jī)函數(shù)的統(tǒng)計矩函數(shù)之間的關(guān)系。后面我們將證明下面四個統(tǒng)計量之間的傅氏變換關(guān)系成立?！?.3傳播類型與信道模型的定量分析第33頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三時、頻雙重變化信道的統(tǒng)計參量關(guān)系其中：為時、頻二維相關(guān)函數(shù)， 為延時互功率譜密度，為多普勒互功率譜密度，為頻、時二維擴(kuò)散函數(shù)。上述四個統(tǒng)計參量物理含義是清晰的，也是可以采用儀器進(jìn)行實際測量的。后面我們將進(jìn)一步分析它們之間的定量關(guān)系。§2.3傳播類型與信道模型的定量分析第34頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三時、頻、空三維可變的線性信道若將上面線性時、頻雙重變化信道再進(jìn)一步考慮到空域上的變化，即將二維可變推廣至三維可變，并在此基礎(chǔ)上引入隨機(jī)性就基本上構(gòu)成了實際的移動通信信道的模型。這時描述三維動態(tài)特性的基本參量由二維的四個參量推廣至四對八個三維隨機(jī)變量：、、、、、、、。為了更全面的描述線性時變動態(tài)信道網(wǎng)絡(luò)，可以將上述四對、八個三維隨機(jī)函數(shù)之間關(guān)系更明確的表示如下：§2.3傳播類型與信道模型的定量分析第35頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三線性時變信道的八個基本參量間關(guān)系

§2.3傳播類型與信道模型的定量分析第36頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三至此，我們給出了分別是空域、時域、頻域描述線性時變信道的全部八個三維隨機(jī)系統(tǒng)函數(shù)及它們之間傅氏變換的關(guān)系。正由于上述八個系統(tǒng)函數(shù)都是三維隨機(jī)函數(shù)，要充分描述它們還必須已知上述隨機(jī)函數(shù)的概率分布。這是一個極其困難的。為了進(jìn)一步簡化分析，我們假設(shè)移動信道基本上遵從點散射(擴(kuò)散)模型。亦即移動信道從物理上可看作，在接收端所接收的信號是具有不同時延、不同頻移、不同入射角的足夠多(無限條)傳播路徑反射、散射信號的總和，這些路徑可能是相關(guān)的也可能是不相關(guān)的。通?？烧J(rèn)為它們是不相關(guān)的，即符合所謂的點散射模型。利用這個典型的點散射模型，下面將證明移動信道是遵從廣義平穩(wěn)特性的，而且還遵從復(fù)高斯模型。這就是文獻(xiàn)中常引用的高斯廣義平穩(wěn)非相干散射模型(GWSSUS)。§2.3傳播類型與信道模型的定量分析第37頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三2、線性時變信道的統(tǒng)計模型與統(tǒng)計分析根據(jù)上述理論分析結(jié)果，結(jié)合第二代(2G)、第三代(3G)實際環(huán)境條件，分別給出下述不同的信道模型。

寬帶、高速車載移動信道：它就是上面分析的最一般的空間－頻率－時間選擇性衰落信道，亦即角度－時間－頻率擴(kuò)散信道。它適合于第三代以及未來的寬帶、高速移動(車載)用戶業(yè)務(wù)。

寬帶、慢速(步行)移動信道：它就是上面分析中簡化的第①種情況下的具有空間－頻率選擇性衰落信道，亦即具有角度－時間擴(kuò)(色)散信道。它適合于第三代(3G)以及未來寬帶多媒體在慢速步行或室內(nèi)用戶的業(yè)務(wù)?！?.3傳播類型與信道模型的定量分析第38頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三

寬帶、高速移動(車載)且具有智能天線的信道：它就是上面分析中簡化的第②種情況下的具有時間－頻率選擇性衰落信道，亦即具有頻率－時間擴(kuò)(色)散信道。它適合于具有智能天線的高速移動(車載)的寬帶多媒體業(yè)務(wù)的用戶。

窄帶、高速移動(車載)信道：它就是上面分析簡化中的第③種情況下的具有空間－時間選擇性衰落的信道，亦即具有角度－頻率擴(kuò)(色)散信道。它適合于高速移動車載的窄帶業(yè)務(wù)用戶。比如第二代(2G)、第三代(3G)車載話音與低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

窄帶、低速移動(步行)信道：它就是上面分析的信道中最簡化的空間選擇性衰落信道，亦即具有角度－擴(kuò)(色)散信道。它適合于步行的窄帶業(yè)務(wù)用戶，比如第二代(2G)、第三代(3G)中步行的話音與低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶。§2.3傳播類型與信道模型的定量分析第39頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三3、幾點結(jié)論

移動信道，可以看作一個時、頻、空三維動態(tài)信道，其終端所接收的信號在物理上可以看作時具有不同時延、不同頻移和不同入射角的無限條傳播路徑的總和。這些路徑可能是相關(guān)的也可能是不相關(guān)的，但是通常最簡單、也最符合多數(shù)實際情況的類型是不相關(guān)的，即傳播過程中多徑時延、多普勒頻移擴(kuò)散與不同入射角的擴(kuò)散可以看作是不相關(guān)的，這就是符合所謂點散射模型。

一般在建筑物密集的繁華市區(qū)無直射波時,基本符合這一模型?！?.3傳播類型與信道模型的定量分析第40頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三本節(jié)證明如果傳播路徑是不相關(guān)的，且符合點散射模型，則相對應(yīng)的頻域、時域和空域上所產(chǎn)生的衰落都是遵從廣義平穩(wěn)性能。因此移動信道的不相關(guān)擴(kuò)(色)散特性與信道的廣義平穩(wěn)特性是完全等效的。而且在物理上可以認(rèn)為正是由于信道的時域、頻域與角度域所產(chǎn)生的擴(kuò)(色)散是產(chǎn)生相應(yīng)的頻率、時間和空間的選擇性衰落的原因。本節(jié)證明在物理上遵從不相關(guān)傳播的線性時變信道，在數(shù)學(xué)上遵從復(fù)高斯分布、其包絡(luò)則遵從廣義瑞利分布。大量的實驗證明這一結(jié)論是正確的。

§2.3傳播類型與信道模型的定量分析第41頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)采用擴(kuò)(色)散函數(shù)來表示信號通過時變信道后的能量擴(kuò)(色)散程度，而用廣義相關(guān)函數(shù)來表示信道的各類選擇性衰落特性，這時擴(kuò)(色)散函數(shù)和廣義相關(guān)函數(shù)都可具有一個三維不規(guī)則的體積，假若在三維擴(kuò)(色)散體積中定義各單維剖面下降3dB點所構(gòu)成的區(qū)域為相應(yīng)的擴(kuò)散區(qū)間，并將它定義一階近似擴(kuò)(色)散值，則可求得相應(yīng)時域擴(kuò)散區(qū)間，頻域擴(kuò)散區(qū)間，角度擴(kuò)散區(qū)間。相應(yīng)地，信道選擇性衰落特性也可以等效的采用類似方法求得頻率相關(guān)區(qū)間、時間相關(guān)區(qū)間和空間相關(guān)區(qū)間。作為一個近似，我們發(fā)現(xiàn)擴(kuò)(色)散量與相關(guān)量之間存在著互為對應(yīng)的倒數(shù)關(guān)系。即，，。

§2.3傳播類型與信道模型的定量分析第42頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三若無空間分集和分集天線間距遠(yuǎn)小于相關(guān)距離，這時信道可以近似看作空間慢變化信道，三維衰落擴(kuò)(色)散信道可簡化為二維的頻率－時間選擇性衰落信道。如果在移動通信中，送入信道的信號頻帶遠(yuǎn)小于信號的相關(guān)帶寬，同時信號的持續(xù)時間又遠(yuǎn)小于信號的相關(guān)時間。這時可以將三維的衰落擴(kuò)(色)散信道簡化為一維的空間選擇性衰落信道?？梢娍臻g選擇性衰落信道在時、頻域上是慢變化的，故稱為平坦瑞利衰落信道?！?.3傳播類型與信道模型的定量分析第43頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三在不同的實際信道中，我們還可以做不同類型的簡化?？蓸?gòu)成空間－頻率選擇性衰落信道，空間－時間選擇性衰落信道等。不過它們都可以看作一般三維動態(tài)信道的一個特例，其性能分析可以直接從三維在不同二維和一維的剖面上加以討論。應(yīng)值得注意的是在三維動態(tài)特性中，空域特性與接收點位置、載波頻率(波長)性質(zhì)有關(guān)而與信號性質(zhì)無直接關(guān)系，而頻率與時間選擇性衰落則直接決定于信號性質(zhì)?！?.3傳播類型與信道模型的定量分析第44頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三2.3.4移動通信中的幾種主要噪聲與干擾

前面我們分析了在移動通信的電波傳播中的慢衰落和三類快衰落的影響。這里我們從另一角度分析影響移動通信性能的噪聲與干擾。在移動通信中嚴(yán)重影響移動通信性能的主要噪聲與干擾大致可分為三類：加性正態(tài)白噪聲、多徑干擾與多址干擾。下面，我們分別給予簡要分析?！?.3傳播類型與信道模型的定量分析第45頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三1、加性、正態(tài)、白噪聲這里的加性是指噪聲與信號之間的關(guān)系是遵從迭加原理的線性關(guān)系，正態(tài)則是指噪聲分布遵從正態(tài)(高斯)分布，而白則是指其頻譜是平坦的。僅含有這類噪聲的信道一般文獻(xiàn)上稱為AWGN信道。這類噪聲是最基本的噪聲，并非移動信道所特有，一般簡稱這類噪聲為白噪聲。產(chǎn)生這類噪聲的來源主要有兩個：

無源約翰遜噪聲

有源霰彈噪聲§2.3傳播類型與信道模型的定量分析第46頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三2、多徑干擾。

它是由于電波傳播的開放型與地理環(huán)境的復(fù)雜性而引起的多條傳播路徑之間相互自干擾而引起的噪聲干擾。它實質(zhì)上是一類自干擾。在數(shù)字與數(shù)據(jù)通信情況下主要表現(xiàn)為碼間干擾，以及高速數(shù)據(jù)的符號間干擾。§2.3傳播類型與信道模型的定量分析第47頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三3、多址干擾

由于在移動通信網(wǎng)中同時進(jìn)行通信的是多個用戶，這多個用戶的信號之間一定要采用一類正交隔離手段，否則就會互相干擾，在通話時串話。在移動通信中，第一代采用頻段隔離，一個用戶使用一個頻段。只要濾波器隔離度做得好，基本上能防止串話之類多用戶干擾?！?.3傳播類型與信道模型的定量分析第48頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.4多徑信道的其它數(shù)學(xué)模型

在移動通信中，除了上面仔細(xì)分析的高斯廣義平穩(wěn)非相干散射(GWSSUS)模型以外，多徑信道一般還可以表達(dá)成具有矢量信道的空時多徑信道模型如下：

其中為信道網(wǎng)絡(luò)的矢量沖擊響應(yīng)，為角度的方向矢量，為第條路徑信號幅度，為第條路徑相對于第一條()的相對時延，為第條路徑的信號載波相位，為到達(dá)接收點的路徑數(shù)。第49頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.4多徑信道的其它數(shù)學(xué)模型

在對實際信道的分析中，上述模型太復(fù)雜，應(yīng)用比較困難，往往需要作在不同環(huán)境和條件下的進(jìn)一步簡化。這類簡化大致可以分為兩類：一類是在不考慮空域即矢量特性情況下的簡化，另一類則是考慮空域和矢量特性情況下的進(jìn)一步簡化。下面給予簡介。第50頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.4多徑信道的其它數(shù)學(xué)模型1、不考慮空域時的模型的簡化

這時，信道可以表示為：

其中，各參量的表達(dá)與含義與簡化前完全相同。但是在實際分析中，各參量的時變特性仍然是一個很難掌握很難分析的量，為了進(jìn)一步簡化，可以將信道看成慢時變信道，即信道時變特性相對于所傳送的碼元而言變化并不明顯。這時刻認(rèn)為信道基本上是一個非時變系統(tǒng)，其分析將大為簡化為：

第51頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三§2.4多徑信道的其它數(shù)學(xué)模型2、考慮空域的矢量模型時的簡化根據(jù)一般的空域矢量模型的一般表達(dá)式的公式(2.4.1)及其中的各個參量，我們可以根據(jù)其分布函數(shù)和取值范圍的不同，將上述空時矢量模型劃分為三類：1)李(Lee)模型2)基于幾何結(jié)構(gòu)的單次散射統(tǒng)計信道模型3)矢量信道的Raleigh模型第52頁，共57頁，2023年，2月20日，