第一講移動通信信道

第一講移動通信信道1第一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四通過本章學(xué)習(xí)，著重解決以下問題：大尺度傳播特性大尺度傳播模型:描述的是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間(T-R)長距離(幾百米或幾千米)上的場強(qiáng)變化小尺度傳播特性小尺度傳播模型:描述短距離(幾個波長)或短時間(秒級)內(nèi)的接收場強(qiáng)的快速波動的傳播模型統(tǒng)計特性主要參數(shù)建模與仿真第2章移動信道對移動信道有一個全面深入的理解2第二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四為何要研究傳播特性發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的傳播路徑非常復(fù)雜接收天線將接收從多條路徑傳來的信號移動臺的運(yùn)動周圍環(huán)境的變化傳播特性直接關(guān)系到以下因素天線高度的確定預(yù)測信號的覆蓋范圍為實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)可靠的通信需采用何種抗衰落技術(shù)……3第三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四無線電波的傳播機(jī)制自由空間（無阻擋物）：視距傳播LOS(line-of-sight)存在阻擋物（多條路徑）:反射：當(dāng)電磁波遇到比波長大得多的物體時，會發(fā)生反射繞射：當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時，會發(fā)生繞射散射：當(dāng)波穿行的介質(zhì)中存在小于波長的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個數(shù)非常巨大時，會發(fā)生散射。4第四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四研究傳播特性的基本方法

理論分析即用電磁場理論或統(tǒng)計理論分析電波在移動環(huán)境中的傳播特性，并用各種模型來描述移動信道?，F(xiàn)場電波傳播實(shí)測即在不同的傳播環(huán)境中，做電波傳播試驗。測試參數(shù)包括接收信號幅度、時延以及其它反映信道特征的參數(shù)。計算機(jī)模擬即利用計算機(jī)強(qiáng)大的計算能力，快速靈活地模擬各種移動環(huán)境。該方法可彌補(bǔ)前兩種方法的不足。

5第五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四一般的三級模型路徑損耗長程范圍內(nèi)平均信號電平取決于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離陰影短程范圍內(nèi)平均信號電平在50100波長距離內(nèi)平均得到由地形或人造障礙引起多徑衰落來自不同方向不同長度路徑信號引起的干擾信號包絡(luò)在幾個波長間距內(nèi)的變化幅度可達(dá)30dB6第六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四據(jù)信道特性參數(shù)隨時間變化的快慢，通常又分為：恒參信道：傳輸特性隨時間變化速度極慢，或者說在足夠長的時間內(nèi)，其參數(shù)基本不變。變參信道：傳輸特性隨時間的變化較快。

7第七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.1.1電波傳播方式：直射波自由空間傳播反射波繞射散射2.1VHF和UHF電波傳播特性8第八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四自由空間傳播模型(1)

自由空間均勻無損耗的無限大空間。各向同性。電導(dǎo)率為0，相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率為1。傳播損耗本質(zhì)：球面波在傳播過程中，隨著傳播距離增大，電波能量在擴(kuò)散過程中所引起的球面波擴(kuò)散損耗。接收天線所捕獲的信號功率是發(fā)射天線輻射功率的很小部分。2.1.2直射波9第九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四自由空間傳播模型(2)

模型適用范圍接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間是完全無阻隔的視距路徑LOS。僅當(dāng)視距大于發(fā)射天線遠(yuǎn)場距離時適用。距發(fā)射機(jī)d處天線的接收功率數(shù)學(xué)表達(dá)式（Friis公式）（2-9）

其中，Pt為發(fā)射功率，亦稱有效發(fā)射功率；Pr(d)是接收功率，為T-R距離的冪函數(shù)；Gt是發(fā)射天線增益；Gr是接收天線增益；d是T-R間距離；L是與傳播無關(guān)的系統(tǒng)損耗因子；λ為波長。10第十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四自由空間傳播模型(3)自由空間傳播模型

距發(fā)射機(jī)d處天線的接收功率物理意義

—與d2成反比→距離越遠(yuǎn)，衰減越大。

—與l2成正比（與f2成反比）→頻率越高，衰減越大。

—綜合損耗L(L>=1)通常歸因于傳輸線衰減、濾波損耗和天線損耗，L＝1則表明系統(tǒng)硬件中無損耗。11第十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四自由空間傳播模型(4)自由空間傳播模型路徑損耗表示信號衰減，單位為dB的正值。為有效發(fā)射功率和接收功率之間的差值，如下表示：天線的遠(yuǎn)場區(qū)定義遠(yuǎn)場距離df=2D2/λ（D為天線的最大物理線性尺寸）發(fā)射天線的遠(yuǎn)場定義為超過遠(yuǎn)場距離df的地區(qū)。12第十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四自由空間傳播模型（5）自由空間傳播模型

使用近地距離d0點(diǎn)接收功率作為參考點(diǎn)的接收功率參考距離必須選擇在遠(yuǎn)場區(qū)，即d0>=df，同時d0小于移動通信系統(tǒng)中所用的實(shí)際距離。當(dāng)距離大于d0時，自由空間中接收功率表達(dá)式

在移動通信系統(tǒng)中，接收功率的動態(tài)范圍很大，經(jīng)常以dBm或dBW為單位表示：13第十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.1.3大氣中的電波傳播1、大氣折射

低層大氣并不是均勻介質(zhì)－折射與吸收當(dāng)一束電波通過折射率隨高度變化的大氣層時，由于不同高度上的電波傳播速度不同，從而使電波射束發(fā)生彎曲。大氣折射對電波傳播的影響，在工程上通常用“地球等效半徑”來表征，也就是認(rèn)為電波依然按直線方向行進(jìn)，只是地球的實(shí)際半徑變成了等效半徑。實(shí)際半徑是6370km,等效地球半徑為8500km。14第十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.1.3大氣中的電波傳播2、視線傳播極限距離

15第十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.1.4障礙物的影響與繞射損耗繞射使得無線電信號可以傳播到阻擋物后面。繞射可用惠更斯原理解釋波前上的所有點(diǎn)可作為產(chǎn)生次級波的點(diǎn)源，這些次級波組合起來形成傳播方向上新的波前。當(dāng)電波到達(dá)阻擋物的邊緣時，由次級波的傳播進(jìn)入陰影區(qū)。繞射損耗：在實(shí)際情況下，電波的直射路徑上存在各種障礙物，由障礙物引起的附加傳播損耗。x表示障礙物頂點(diǎn)至直射線的距離，稱為菲涅爾余隙。規(guī)定阻擋時余隙為負(fù)，無阻擋時余隙為正。

16第十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四菲涅爾區(qū)指從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的次級波路徑長度比總的視距長度大nλ/2的連續(xù)區(qū)域（即圖中的圓環(huán)）。菲涅爾區(qū)中相鄰的同心圓之間的路徑差為λ/2，則兩條路徑的相位差為。從連續(xù)費(fèi)涅爾區(qū)傳播出去的次級波對總的接收信號交替產(chǎn)生增加和減小合成信號的作用。

第n個費(fèi)涅爾區(qū)同心的半徑可用以下公式表示:2.1.4障礙物的影響與繞射損耗17第十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.1.4障礙物的影響與繞射損耗x/x1＞0.5時附加損耗為0dB。X<0時損耗急劇增加。X=0時TR射線從障礙物頂點(diǎn)擦過在選擇天線高度時，根據(jù)地形盡可能使服務(wù)區(qū)內(nèi)各處的菲涅爾區(qū)余隙x/x1＞0.518第十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.1.5反射波反射波：當(dāng)電波傳播中遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面時，如果尺寸比電波波大大得多時會產(chǎn)生鏡面反射。19第十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.1.5反射波（2）地面反射模型（雙線或兩徑傳播模型）：

視距和地面反射的路徑差Δ為：當(dāng)T－R距離d遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于ht+hr時，上式可使用泰勒級數(shù)進(jìn)行近似簡化：20第二十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.1.5反射波接收功率為：

適用條件：當(dāng)距離很大時，接收功率隨距離成4次方衰減。對較大的d值，接收功率和路徑損耗與頻率無關(guān)。21第二十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.2移動信道的多徑傳播特性2.2.1概述

1、移動信信道的時變特性

無線電信號通過移動信道時會遭受來自不同途徑的衰減損耗。

自由空間傳播損耗與彌散

陰影衰落系統(tǒng)設(shè)計

多徑衰落抗衰落技術(shù)22第二十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四多徑傳播是陸地移動通信系統(tǒng)的主要特征。小尺度衰落的定義：是指無線信號在經(jīng)過短時間或短距傳播后其幅度快速變化，以致大尺度路徑損耗的影響可以忽略不計，小尺度衰落又簡稱衰落。小尺度衰落的成因：由同一傳輸信號沿兩個或多個路徑傳播，以微小的時間差到達(dá)接收機(jī)的信號相互干涉所引起的。

小尺度衰落效應(yīng)短距或短時傳播后信號強(qiáng)度的急速變化。不同多徑信號上，存在時變的多普勒頻移。多徑傳播時延引起的擴(kuò)展（回音）。2.2、移動環(huán)境下的多徑傳播23第二十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.2、移動環(huán)境下的多徑傳播通常在移動通信系統(tǒng)中，基站用固定的高天線，移動臺用接近地面的低天線。基站天線通常高30m，可達(dá)90m；移動臺天線通常為2～3m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)成多徑。

24第二十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.2.2、多普勒頻移影響小尺度衰落的因素

多徑傳播移動臺的運(yùn)動速度環(huán)境物體的運(yùn)動速度信號的傳輸帶寬

多普勒頻移成因：路程差造成的接收信號相位變化值，進(jìn)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(jī)信號的多普勒擴(kuò)展，進(jìn)而增加信號帶寬。25第二十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四

數(shù)學(xué)公式由路程差造成的接收信號相位變化值為：

由此可得出頻率變化值，即多普勒頻移fd為：含義：多普勒頻移與移動臺運(yùn)動速度及移動臺運(yùn)動方向與無線電波入射方向之間的夾角有關(guān)。2.2.2多普勒頻移26第二十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.2.3多徑接收信號的統(tǒng)計特性瑞利分布－假設(shè)條件

在發(fā)信機(jī)與收信機(jī)之間沒有直射波通路；有大量反射波存在，且到達(dá)接收天線的方向角是隨機(jī)的，相位也是隨機(jī)的，且在0～2л內(nèi)均勻分布：各個反射波的幅度和相位都是統(tǒng)計獨(dú)立的。離基站較遠(yuǎn)，反射物較多移動臺收到第l條路徑的信號可表示為27第二十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四1、瑞利分布（Rayleigh）RayIeigh分布的概率密度函數(shù)(Pdf)為：

其中，r表示包絡(luò)信號電平，σ是包絡(luò)檢波之前所接收的信號功率的rms值，是包絡(luò)檢波之前的接收信號的時間平均功率。不超過某特定值R的接收信號的包絡(luò)的概率。Rayleigh分布的平均值為：28第二十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四1、瑞利分布r的中值可由下式解出：Rayleigh分布的方差為σr，它表示信號包絡(luò)的交流功率。表示為：

2Rayleigh分布的均方值，它表示信號包絡(luò)的功率。表示為：29第二十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四1、瑞利分布圖2-9示意了Rayleigh概率密度函數(shù)。相應(yīng)的Rayleigh累積分布函數(shù)(CDF)如圖所示。30第三十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、萊斯分布（Ricean）當(dāng)存在一個主要的靜態(tài)(非衰落)信號分量時，如視距傳播，小尺度衰落的包絡(luò)分布服從Ricean分布。當(dāng)主要分量減弱后，Ricean分布就轉(zhuǎn)變?yōu)镽ayleigh分布。

Ricean分布為：

31第三十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四3、Nakagami-m分布

由Nakagami在20世紀(jì)60年代提出的。他通過基于現(xiàn)場測試的實(shí)驗方法，用曲線擬合得到近似分布的經(jīng)驗公式。研究表明，Nakagami-m分布對于無線信道的描述有很好的適應(yīng)性。當(dāng)m＝1時，Nakagami-m分布成為瑞利分布。32第三十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.2.4衰落信號幅度的特征量工程實(shí)用中，常常用一些特征量表示衰落信號的幅度特點(diǎn)。衰落率：信號包絡(luò)在單位時間內(nèi)以正斜率通過中值電平的次數(shù)。電平通過率：信號包絡(luò)在單位時間內(nèi)以正斜率通過某規(guī)定電平R的平均次數(shù)。衰落持續(xù)時間：信號包絡(luò)低于某個給定電平值的概率與該電平值所對應(yīng)的電平通過率之比。33第三十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四1、衰落率衰落率與發(fā)射頻率、移動臺行進(jìn)速度、方向及多徑傳播的路徑數(shù)有關(guān)。測試結(jié)果表明，當(dāng)移動臺的行進(jìn)方向朝著或背著電波傳播方向時，衰落最快。多普勒頻移例2-334第三十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、電平通過率衰落深度與衰落速率密切相關(guān)。深度衰落發(fā)生的次數(shù)較少，淺度衰落發(fā)生得相當(dāng)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%。35第三十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、電平通過率信號包絡(luò)的均方根為：Rrms電平通過率在數(shù)學(xué)上可以表示為：例2-436第三十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四3、衰落持續(xù)時間接收信號電平低于接收機(jī)門限電平時，就可能造成語音中斷或誤比特率突然增大。了解接收信號包絡(luò)低于某個門限的持續(xù)時間的統(tǒng)計規(guī)律，就可以判斷語音受影響的程度，或者可以確定是否會發(fā)生突發(fā)錯誤及突發(fā)錯誤的長度，這對工程設(shè)計具有重要意義。由于每次衰落的持續(xù)時間也是隨機(jī)的，所以只能給出平均衰落持續(xù)時間。例2-537第三十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四1、概述原因、機(jī)制、方法、模型、分類2、VHF、UHF電波傳播特性電波傳播方式：直射波（自由空間、大氣中的電波傳播）、繞射、反射、散射3、多徑傳播特性小尺度衰落（多徑、多普勒頻移）、多徑接收信號的統(tǒng)計特性、衰落信號幅度的特征量小結(jié)38第三十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.3描述多徑衰落信道的主要參數(shù)移動信道是彌散信道。

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。

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)帶寬時就會發(fā)生頻率選擇性衰落。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。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?？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，即所謂的空間選擇性。39第三十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.3描述多徑衰落信道的主要參數(shù)功率時延分布（PDP，PowerDelayProfile）描述信道在時間上的色散；多普勒功率譜密度（DPSD，DopplerPowerSpreadDensity）描述信道在頻率上的色散；功率角度譜（PAS，PowerAzimuthSpectrum）描述信道在角度上的色散。時延擴(kuò)展、相關(guān)時間、多普勒擴(kuò)展、相關(guān)時間、角度擴(kuò)展和相干距離

40第四十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.3.1時延擴(kuò)展與相干帶寬時間色散(TimeDispersionParameters)

定義：因多徑傳播造成信號時間擴(kuò)散的現(xiàn)象。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。例子說明，以發(fā)射單脈沖為例。

時變多徑信道響應(yīng)示例(a)N=3(b)N=4(c)N=541第四十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四描述時間色散的重要參數(shù)平均附加時延rms時延擴(kuò)展最大附加時延(XdB)多徑能量從初值衰落到低于最大能量處XdB的時延，即tx-t0（其中 ） 1、時延擴(kuò)展42第四十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四描述時間色散的重要參數(shù)多徑時間色散參數(shù)典型值（450MHz

900MHz）如下表所示。由表可見：市區(qū)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)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/στ低得多。1、時延擴(kuò)展43第四十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四1、時延擴(kuò)展室內(nèi)功率延時分布44第四十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四起因：由時間色散引起。定義：指某一特定頻率范圍內(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及線性相位。定量表達(dá)式: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：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：2、相干帶寬45第四十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、相干帶寬舉例說明：雙射線信道雙射線信道的等效網(wǎng)絡(luò)框圖接收信號雙射線信道的等效傳遞函數(shù)附加圖2等效網(wǎng)絡(luò)框圖第一射線信號為Xi(t)，第二射線信號為aXi(t)ejwst46第四十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、相干帶寬舉例說明：雙射線信道雙射線信道的幅頻特性w1+a1-aA(w,t)(2n+1)π/

st2nπ/

st附加圖3雙射線信道的幅頻特性47第四十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、相干帶寬舉例說明：雙射線信道雙射線信道的信道的幅頻特性由附加圖3知，兩個谷點(diǎn)之間的頻率差為：或：可見：兩相鄰場強(qiáng)為最小的頻率間隔是與多徑時延擴(kuò)展成反比的。例2-6

計算右圖所給出的多徑分布的平均附加時延、rms時延擴(kuò)展及最大附加時延（10dB）。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AMPS或GSM業(yè)務(wù)是否合適？

48第四十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、相干帶寬信號帶寬遠(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，這種信號忽大忽不小的變化就是衰落。49第四十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、相干帶寬所傳輸?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)，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。

50第五十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.3.2多普勒擴(kuò)展和相干時間1、多普勒擴(kuò)展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。多普勒擴(kuò)展定義：為一個頻率范圍BD，在此范圍內(nèi)接收的多普勒譜有非0值。含義：多普勒擴(kuò)展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化率的一種量度。1/Tff1f21/Tff1f2FF發(fā)：收：51第五十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四相干時間定義：信道沖激響應(yīng)維持不變的時間間隔的統(tǒng)計平均值。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。與多普勒擴(kuò)展的關(guān)系：是多普勒擴(kuò)展在時域的表示，具體為2、相干時間其中，fm

是最大的多普勒頻移(v/l)。若時間相關(guān)函數(shù)定義為大于0.5時，相干時間近似為：52第五十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、相干時間相干時間與多普勒擴(kuò)展的關(guān)系在現(xiàn)代數(shù)字通信中，一種普遍的定義方法是將相干時間定義為：選擇測量小尺度傳播需要適當(dāng)?shù)目臻g取樣間隔，假設(shè)連續(xù)取樣值有很強(qiáng)的時間相關(guān)性。在fc=1900MHz及v=50m/s情況下，移動10m需要多少樣值？假設(shè)測量能夠在運(yùn)動的車輛上實(shí)時進(jìn)行，則進(jìn)行這些測量需要多少時間？信道的多普勒擴(kuò)展BD為多少？53第五十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四相干帶寬與相干時間時間色散：時延擴(kuò)展－相干帶寬頻率色散：多普勒擴(kuò)展－相干時間相干帶寬：信道的頻譜特性，或者說是結(jié)構(gòu)特性相干時間：信道的時變特性時間選擇性：符號的尾端與符號的前端的信道特性發(fā)生了變化頻譜選擇性：信號頻譜內(nèi)具有不同增益54第五十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.3.3角度擴(kuò)展和相關(guān)距離1、角度擴(kuò)展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。角度擴(kuò)展定義：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，信號在空間的色散度越低。55第五十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四相干距離定義：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)計平均值

。含義：在相干距離間隔內(nèi)，兩個到達(dá)信號有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。與角度擴(kuò)展的關(guān)系：是角度擴(kuò)展在空域的表示，具體為2、相干距離相關(guān)距離除了與角度擴(kuò)展有關(guān)外，還與來波到達(dá)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。

56第五十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.3.4多徑衰落信道的分類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)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)歷不同類型的衰落根據(jù)信號帶寬和信道帶寬的比較：平坦衰落頻率選擇性衰落根據(jù)發(fā)送信號與信道變化快慢程度快衰落慢衰落57第五十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四平坦衰落：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)歷平坦衰落過程。判定條件：克服方法：AGCBs<<BcorTs>>στ1、平坦衰落與頻率選擇性衰落58第五十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四頻率選擇性衰落：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，則該信道特性會導(dǎo)致接收信號產(chǎn)生選擇性衰落。判定條件：克服方法：均衡等1、平坦衰落與頻率選擇性衰落

Bs>Bcor

Ts<στ

59第五十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四快衰落形成條件：信道的沖激響應(yīng)在符號周期內(nèi)變化很快，即信道的相干時間比發(fā)送信號的符號周期短。定量判據(jù):符號周期（Ts）>相干時間（Tc）或多普勒擴(kuò)展（BD）>信號帶寬（Bs）慢衰落形成條件：信道的沖激響應(yīng)變化率比發(fā)送的基帶信號變化率低。即信道的相干時間比發(fā)送信號的符號周期長。定量判據(jù):符號周期（Ts）<<相干時間（Tc）或多普勒擴(kuò)展（BD）<<信號帶寬（Bs）

2、快衰落與慢衰落60第六十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四3、衰落類型61第六十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四

1、多徑信道沖激響應(yīng)模型

2、描述多徑衰落信道的主要參數(shù)時延擴(kuò)展與相干帶寬多普勒擴(kuò)展與相干時間角度擴(kuò)展與相干距離多徑衰落信道的分類

小結(jié)62第六十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.4陰影衰落的基本特性陰影衰落：通過不同障礙物的陰影時，就構(gòu)成接收天線處場強(qiáng)中值的變化，從而引起衰落起伏地形、建筑物、植被（高大的樹林）長期衰落（大尺度衰落）特點(diǎn)是衰落與無線電傳播地形和地物的分布、高度有關(guān)63第六十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四設(shè)計無線通信系統(tǒng)時，首要問題是在給定條件下如何算出接收信號的場強(qiáng)。

分析和實(shí)驗相結(jié)合的方法分析——了解各因素的影響實(shí)驗——找出各種地形地物下的傳播損耗與距離、頻率、天線高度之間的關(guān)系實(shí)驗方法的優(yōu)點(diǎn)——通過場強(qiáng)測試考慮了所有的傳播因素，包括已知的和未知的。實(shí)驗方法的不足——在一定頻率和環(huán)境下獲得的模型，在其他條件應(yīng)用時是否正確，只能建立在新的測試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上。2.5電波傳播損耗預(yù)測模型64第六十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.5.1地形環(huán)境分類1、地形特征定義（1）地形波動高度在平均意義上描述了電波傳播路徑中地形變化的程度。定義為：沿通信方向，距接收地點(diǎn)10km范圍內(nèi)，10％高度線和90％高度線的高度差。10％高度線是指在地形剖面圖上有10％的地段高度超過此線的一條水平線65第六十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.5.1地形環(huán)境分類1、地形特征定義（2）天線有效高度移動臺天線有效高度定義為移動臺天線距地面的實(shí)際高度?；咎炀€有效高度定義為沿電波傳播方向，距基站天線3～15km的范圍內(nèi)平均地面高度以上的天線高度66第六十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.5.1地形環(huán)境分類2、地形分類準(zhǔn)平坦地形和不規(guī)則地形準(zhǔn)平坦地形是指該地區(qū)的地形波動高度在20m以內(nèi)，而且起伏緩慢，地形峰頂與谷底之間的水平距離大于地面波動高度，在以公里計的范圍內(nèi)，其平均地面高度差仍在20m以內(nèi)。不規(guī)則地形是指除準(zhǔn)平坦地形之外的其它地形。不規(guī)則地形按其形態(tài)，又可分為若干類，如丘陵地形、孤立山峰、斜坡和水陸混合地形等。各類地形主要特征是地形波動高度。67第六十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四3傳播環(huán)境分類開闊地區(qū)：在電波傳播方向上沒有建筑物或高大樹木等障礙的開闊地帶。郊區(qū)：有1～2層樓房，但分布不密集，還可有小樹林等。中小城市地區(qū)：建筑物較多，有商業(yè)中心，可有高層建筑，但數(shù)量較少，街道也比較寬。大城市地區(qū)：建筑物密集，街道較窄，高層建筑也較多。68第六十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.5.2Okumura模型Okumura模型是根據(jù)測試結(jié)果繪成經(jīng)驗曲線構(gòu)成的模型。測試方法：使用不同頻率，不同天線高度，選擇不同的距離進(jìn)行一系列測試?；A(chǔ)：中等起伏地形的市區(qū)，基站有效天線高度hb為200米，移動天線高度hm為3米的傳播損耗基本中值的預(yù)測曲線,其它地形通過修正因子來修正。Okumura模型適用條件：100MHz－1500MHz；基站天線高度為30－200m，移動臺天線高度1－10m，傳播距離為1-10m，傳播距離為1-20km。69第六十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四1、準(zhǔn)平坦地形大城市其中，LM為傳播路徑的損耗中值，Lfs為自由空間傳播損耗，Am為中等起伏地形市區(qū)，基站天線高度為200m,移動臺天線高度為3m時相對于自由空間的中值損耗，又稱基本中值損耗。LM（dB）=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)70第七十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四1、準(zhǔn)平坦地形大城市當(dāng)基站或移動臺天線高度不是基準(zhǔn)高度時，通過修正因子Hb(hb,d)或Hm(hm,f)進(jìn)行修正。LM（dB）=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)71第七十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、不規(guī)則地形及不同環(huán)境中的中值路徑損耗

Ks為郊區(qū)修正因子，kh為丘陵地形修正因子，kA為斜坡地形修正因子，kis為水陸混合傳播路徑修正因子。LM（dB）=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)-ks-kh-kA-kis72第七十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、不規(guī)則地形及不同環(huán)境中的中值路徑損耗

例2-8

某移動通信工作頻率為450MHz，基站天線高度為50m，天線增益為6dB，移動臺天線高度為3m，天線增益為0dB；在市區(qū)工作，傳播路徑為準(zhǔn)平坦地形，通信距離為10km。試求（1）傳播路徑的中值路徑損耗。（2）若基站發(fā)射機(jī)送至天線的信號功率為10W，不考慮饋線損耗和公用器損耗，求移動臺天線接收到的信號功率。

PR=PT-LM+Gb+Gm-Lb-Lm-Ld73第七十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.5.3、Hata模型

Hata模型：根據(jù)Okumura模型中的各種圖表曲線歸納出一個經(jīng)驗公式。1.中小城市修正因子2.大城市修正因子（建筑物平均高度超過15m）單位適用范圍3.Hata模型的經(jīng)驗公式例題2-9：設(shè)基站天線高度為40m，發(fā)射頻率為800MHz，移動臺天線高度為2m，通信距離為15km，求大城市地區(qū)的中值路徑損耗。74第七十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.5.4擴(kuò)展Hata模型

歐洲科學(xué)與技術(shù)研究協(xié)會工作委員會對Hata模型進(jìn)行擴(kuò)展，使它適用于PCS系統(tǒng)，適用頻率也達(dá)到2GHz。75第七十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.5.5室內(nèi)傳播模型室內(nèi)無線信道的特別之處：覆蓋距離?。璖mallerdistances環(huán)境變動大－－Greaterenvironmentvariability受建筑物的布置、材料結(jié)構(gòu)和建筑物類型等因素的強(qiáng)烈影響機(jī)理與室外傳播相同，即反射、繞射和散射，但條件不同。較小的傳播距離使得天線的遠(yuǎn)場條件難以滿足。室內(nèi)信道分類：視距（LOS）、阻擋（OBS）76第七十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四室內(nèi)傳播模型（2）分隔損耗：同樓層主要考慮墻和家具等等－－Walls,furniture,etc

與材料和頻率有關(guān)－－Highlymaterialdependent分為軟分隔和硬分隔－－Hardversussoftpartitions分隔損耗：樓層之間決定因素：建筑物外部面積、材料、建筑物類型和窗口數(shù)量。損耗因子隨樓層數(shù)目的減小而減小。損耗因子的增加值隨隨樓層數(shù)目的增加而減小。77第七十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四室內(nèi)傳播模型（3）對數(shù)距離路徑損耗模型室內(nèi)路徑損耗遵從公式：n依賴于周圍環(huán)境和建筑物類型，X為正態(tài)隨機(jī)變量。衰減因子模型考慮建筑物類型影響以及阻擋物的影響，預(yù)測偏差小。nSF為同層測試的指數(shù)值。不同層的路徑損耗可通過附加值FAF值獲得。78第七十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.5.6IMT-2000模型室內(nèi)辦公環(huán)境模型特點(diǎn)是小區(qū)小，反射功率低時延擴(kuò)展在35~460ns

室外到室內(nèi)徒步環(huán)境特點(diǎn)是小區(qū)小，反射功率低時延擴(kuò)展在100~1800ns車載環(huán)境特點(diǎn)是小區(qū)較大，反射功率較高時延擴(kuò)展在0.4~12ms79第七十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.6、多徑衰落的建模和仿真大尺度衰落:分析信道的可用性選擇載波頻率越區(qū)切換移動無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃小尺度衰落傳輸技術(shù)的選擇數(shù)字接收機(jī)的設(shè)計信道建模和仿真是研究移動通信中的各種技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基礎(chǔ)和關(guān)鍵

80第八十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.6.1、平坦衰落信道的建模和仿真1、Cl