通信信號處理基礎知識

通信信號處理（I）

（48學時）通信工程學院馮文江Email:fengwj@

課程概況教學目的了解通信信號的描述形式、無線傳輸信道的特征和模型；了解通信信號處理的研究對象；掌握通信信號的時域、頻域、空域和碼域處理方法；跟蹤通信信號處理的發(fā)展趨勢和技術動態(tài)。課程概況教學內容第一章：通信信號處理基本知識：通信信號處理基礎知識；通信信號的描述形式；無線傳輸信道的特征和模型。第二章：均衡技術：符號間干擾（ISI）產生的原因；均衡的作用；均衡實現(xiàn)原理；均衡器結構分類；均衡性能評價準則；均衡算法。第三章：陣列信號處理：陣列天線系統(tǒng)種類、結構、特點和模型；陣列信號處理涉及的信源數(shù)估計、DOA估計和數(shù)字波束形成方法，重點學習MUSIC類算法的原理、描述、適用范圍和特點。

課程概況教學內容第四章：多用戶檢測技術：系統(tǒng)模型、檢測準則、性能指標；MMSE多用戶檢測、自適應多用戶檢測、盲多用戶檢測的結構、原理和性能。第五章：分集接收技術：分集接收的概念、任務、類型和作用；重點學習隱分集接收方法、信號合并方式、RAKE接收技術。第六章：協(xié)同通信信號處理：協(xié)同通信的概念、方式和特點；重點學習協(xié)同分集、協(xié)同中繼和協(xié)同定位相關技術的原理、方法、性能和特點以及目前關注的重點研究內容。

課程概況教學內容第七章：認知無線電中的信號處理：認知無線電、認知無線網絡、多認知無線網絡的概念；重點介紹頻譜感知技術、協(xié)同頻譜感知技術、網絡發(fā)現(xiàn)與識別技術、認知安全技術等。第八章：新一代寬帶無線通信中的信號處理：MassiveMIMO中的互耦檢測、FullDuplex通信中的干擾抵消。

課程概況課程定位該課程定位是“通信與信息系統(tǒng)”和“信號與信息處理”學科學術型研究生的專業(yè)基礎課（學位課程）；是“電路與系統(tǒng)”學科學術型研究生的專業(yè)方向課（非學位課）；是“電子與通信工程”領域專業(yè)型研究生的特色專業(yè)課。

課程概況教學模式圍繞通信信號處理涉及的研究領域，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，采用逐步遞進，理論與實際相結合的教學模式。

工程應用背景

基本概念

處理算法

應用效果

實際需要改進措施

課程概況參考文獻張賢達、保錚：通信信號處理，國防工業(yè)出版社，2000邱天爽：通信中的自適應信號處理，電子工業(yè)出版社，2005郭業(yè)才：通信信號分析與處理，合肥工大出版社，2009JosephBoccuzzi著，劉祖軍譯:SignalProcessingforWirelessCommunications，電子工業(yè)出版社，2010IEEETransactionsonCommunicationsIEEETransactionsonAntennasandPropagationIEEETransactionsonSignalProcessing傳輸有線傳輸無線傳輸基帶傳輸頻帶傳輸模擬調制（AM、FM、PM）數(shù)字調制（FSK、PSK、ASK）通信系統(tǒng)：傳輸+容量傳輸：有效性（盡可能多）、可靠性（盡可能好）第一章：通信信號處理基礎知識信源基帶信源編碼調制信道編碼功放上變頻信宿基帶信源解碼解調選放下變頻信道解碼第一章通信信號處理基本知識組網骨干網絡（核心網絡）接入網絡（空中接口）容量：頻譜效率、頻譜利用率1）組網方式：點對點、點對多點、AdHoc、Mesh2）多址方式：FDMA、TDMA、CDMA、SDMA3）復用技術：蜂窩技術4）雙工方式：單工、半雙工、全雙工（FDD、TDD）第一章：通信信號處理基礎知識通信信號處理研究對象通信信號的特點：傳輸環(huán)境復雜：多徑效應、陰影效應、多普勒效應干擾：互調干擾、多址干擾、耦合效應信號傳輸可靠性要求高信號傳輸有效性要求高通信信號處理主要針對通信系統(tǒng)的接收部分利用通信信號處理技術改善接收性能，彌補傳輸環(huán)境造成的影響常用的通信信號處理技術時域：時域均衡、時間分集（交織）頻域：頻率分集接收和信號合并處理空域：空間分集、空時分集、協(xié)同分集信號處理碼域：多用戶檢測空、時、頻、碼域多維聯(lián)合信號處理通信信號的表示和特征通信信號分類隨機信號與確定信號平穩(wěn)信號和非平穩(wěn)信號連續(xù)信號與離散信號低通信號與帶通信號有限功率信號與無限功率信號通信信號具有隨機特征通信信號處理采用統(tǒng)計分析方法平穩(wěn)隨機過程嚴格平穩(wěn)過程（狹義平穩(wěn)過程）

隨機變量的概率分布函數(shù)與的概率分布函數(shù)對所有的時延τ都是相同的。（高斯白噪聲AWGN）廣義平穩(wěn)過程（弱平穩(wěn)、協(xié)方差、二階平穩(wěn)）數(shù)學期望為常數(shù)功率有限協(xié)方差

平穩(wěn)信號統(tǒng)計特性自相關函數(shù)關于時延τ共軛對稱功率譜密度是非負實數(shù)信號功率有限信號通過LTI系統(tǒng)，平穩(wěn)特性不變循環(huán)平穩(wěn)過程周期平穩(wěn)（cyclostationary）特性：統(tǒng)計特性表現(xiàn)為周期或多周期平穩(wěn)變化，本身是非平穩(wěn)信號（通信信號的循環(huán)平穩(wěn)特性是由于正弦載波、訓練序列、擴頻序列、跳頻序列、循環(huán)前綴等參數(shù)的周期性所致）一階循環(huán)平穩(wěn)過程：數(shù)學期望具有周期性二階循環(huán)平穩(wěn)過程：相關函數(shù)具有周期性高階循環(huán)平穩(wěn)過程：高階統(tǒng)計量具有周期性一階循環(huán)平穩(wěn)過程隨機信號的均值（數(shù)學期望）均值的Fourier級數(shù)展開循環(huán)頻率α=m/T0；循環(huán)均值二階循環(huán)平穩(wěn)過程自相關函數(shù)具有時間周期性相關函數(shù)的Fourier級數(shù)展開循環(huán)相關系數(shù)循環(huán)自相關函數(shù)循環(huán)功率譜二階循環(huán)平穩(wěn)過程二階循環(huán)平穩(wěn)過程性質隨機信號通過LTI系統(tǒng)，輸出信號功率譜和互功率譜循環(huán)功率譜和循環(huán)互功率譜譜相關系數(shù)用功率譜辨識非最小相位系統(tǒng)時存在多重性用循環(huán)功率譜可以辨識非最小相位系統(tǒng)信號檢測：頻譜感知、網絡發(fā)現(xiàn)、調制模式識別等解析信號在通信系統(tǒng)中實際傳輸?shù)氖菍嵭盘枺谛盘柼幚頃r則以復信號為處理對象，為此，需要對接收信號預處理，構造出復信號解析信號實部虛部Hilbert濾波器傳遞函數(shù)解析信號Hilbert變換性質實信號經過Hilbert變換，信號頻譜幅度保持不變解析信號實部和虛部之間存在實信號的Hilbert變換如果Hilbert變換滿足解析信號解析信號描述定義濾波器第一類解析信號第二類解析信號基帶信號

實的窄帶信號解析信號基帶信號（零中頻信號）解析信號與基帶信號的關系窄帶信號與基帶信號的關系基帶信號的直角坐標形式基帶信號是復信號，但不存在雙邊譜基帶信號接收端存在帶通濾波器時沖激響應包絡，基帶沖激響應輸出信號（時域）基帶輸出信號平穩(wěn)信號的基帶表示

平穩(wěn)信號平穩(wěn)基帶信號與解析信號相關函數(shù)的關系平穩(wěn)解析信號功率譜平穩(wěn)基帶信號功率譜平穩(wěn)基帶信號的相關函數(shù)和互相關函數(shù)平穩(wěn)基帶信號的功率譜和互功率譜平穩(wěn)信號的基帶表示結論：實的信號、基帶信號、解析信號、同相分量、正交分量都是平穩(wěn)隨機信號基帶信號同相分量和正交分量的相關函數(shù)相等，各占一半信號功率；互相關函數(shù)是時延的奇函數(shù)基帶信號的同相分量和正交分量統(tǒng)計特性相同同一時刻采樣，基帶信號的同相分量和正交分量統(tǒng)計獨立載波是否存在初相位，不改變平穩(wěn)基帶信號的統(tǒng)計特性循環(huán)平穩(wěn)信號的基帶表示實的循環(huán)平穩(wěn)信號，循環(huán)頻率循環(huán)平穩(wěn)基帶信號與解析信號的關系一階循環(huán)平穩(wěn)基帶信號的數(shù)學期望二階循環(huán)平穩(wěn)基帶信號的相關函數(shù)循環(huán)譜和互循環(huán)譜帶限信號帶限信號定義：如果實值信號的Fourier變換的頻譜或功率譜，稱為帶限信號或低通信號。時限信號定義：如果實值信號，稱為時限信號。帶限信號相關函數(shù)發(fā)射信號，通過帶限信道，接收信號為周期信號的相關函數(shù)周期信號集合各子信號容易與自身的時間偏移區(qū)分；各子信號容易與其它子信號區(qū)分周期信號周期信號相關函數(shù)和互相關函數(shù)無線通信信道基礎知識信道：收發(fā)兩端傳輸媒體的總稱有線信道無線信道前向連接downlink（下行鏈路）后向連接uplink（上行鏈路）無線通信系統(tǒng)性能與無線信道傳播特性密切相關視距傳播（LOS）、非視距傳播（NLOS）無線信道的隨機性（位置變化、環(huán)境變化等）導致：接收信號幅度、相位、頻率偏移、時變無線通信信道基礎知識無線電波按照傳播方式分類：地波、電離層反射波、對流層反射波、空間波、自由空間空間波地波——地表面?zhèn)鞑ィ弘姴ㄑ氐厍虮砻鎮(zhèn)鞑ィㄟ^繞射到達視線范圍以外。地面會吸收地波，其強弱與電波頻率、地面性質有關；電離層反射波——天波傳播：電波利用距地面60km高空的電離層反射傳播。當然，電離層也會吸收電波，其強弱與電波頻率和電離層的變化(位置、層數(shù)、厚度)有關；對流層反射波——散射傳播：利用大氣層中距地面10-20km高空對流層的不均勻性來散射電波，傳播距離可達300-800km，電波反射強弱與高度有關，越高越弱；無線通信信道基礎知識空間波——直射傳播：電波沿直線傳播(直接波)，也通過地球表面反射傳播(地反射波)，接收電場強度是二者的合成。直接波不受地面影響，但地反射波會受反射點地質、地形影響?？臻g波通過大氣層的底層傳播，傳播距離與地球曲率半徑有關；自由空間波——直射傳播：電波由地面發(fā)出，經過低空大氣層和電離層到達外層空間傳播(衛(wèi)星通信、深空通信)，自由空間(真空)電波傳播特性穩(wěn)定。無線通信信道基礎知識無線電波按照波長大小分類：長波、中波、短波、超短波、微波等長波：波長1000m以上，頻率300kHz以下。其傳播方式主要有地表面?zhèn)鞑ズ吞觳▊鞑ィ匦蔚孛矊Φ乇砻鎮(zhèn)鞑ビ绊懶?，電離層對天波傳播吸收較弱，傳播特性穩(wěn)定。但由于地表面波衰減慢，對其他電臺形成的干擾嚴重，由雷電產生的天電干擾對其影響大；中波：波長100-1000m，頻率300kHz-30MHz。其傳播方式主要還是地表面?zhèn)鞑ズ吞觳▊鞑ィ匦蔚孛矊Φ乇砻鎮(zhèn)鞑ビ绊懶?，但需要穿過電離層較深處才能反射。波長在200-2000m的中長波主要用于廣播，稱為廣播波段，傳播距離可達200-300km。無線通信信道基礎知識短波：波長10-100m，頻率3MHz-30MHz。其傳播方式主要靠電離層反射，天波在電離層中的損耗小，可利用天波在電離層中的一次或多次反射實現(xiàn)遠距離傳播。但由于電離層厚度、高度、密度隨時變化，短波通信信號會時強時弱(白天更明顯)；超短波：波長1-10m，頻率30MHz-300MHz。其傳播方式主要有散射傳播和直射傳播，主要用于電視、調頻廣播、雷達等，傳播距離可達30-100km。微波：波長1m以下，頻率300MHz-300GHz。其傳播方式主要有直射傳播，主要用于通信、雷達等。由于地形、地貌、地物、氣候等會引起反射、繞射、散射和吸收，產生衰落和失真。無線通信信道基礎知識歸結起來，無線電波的傳播途徑主要有：直射波和地面反射波、對流層反射波、電離層反射波和山體繞射波等無線通信信道基礎知識此外，電波遇到各種障礙物時會發(fā)生反射、繞射和散射現(xiàn)象，會對直射波形成干涉（多徑效應）；收發(fā)信機之間相對運動會產生多普勒效應。多徑效應和多普勒效應導致信號在時域和頻域擴展，表現(xiàn)為選擇性衰落地表面波損耗隨頻率升高急劇減弱，隨距離增加急劇減小。無線通信信道基礎知識電波傳播效應傳輸損失：大范圍內信號強度隨距離變化(數(shù)百或數(shù)千米)，表現(xiàn)為電磁波的能量擴散現(xiàn)象n為路徑損失指數(shù)：自由空間為2；城區(qū)為2.7-3.5；城市陰影區(qū)為3-5；直視樓房為1.6-1.8；阻塞樓房為4-6；廠區(qū)為2-3。

無線通信信道基礎知識電波傳播效應陰影衰落：中范圍信號電平中值慢變(數(shù)百個波長)由于傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及其他障礙物對電波遮蔽所引起的慢衰落，信號中值出現(xiàn)緩慢變動，衰落深度與頻率、阻礙物有關多徑衰落：小范圍信號瞬時值快變(數(shù)十個波長)由于移動傳播環(huán)境的多徑傳播而引起的快衰落，接收信號場強的瞬時值呈現(xiàn)快速變化多徑衰落是移動信道特性中最具特色的部分無線通信信道基礎知識電波傳播效應由此可知，無線通信信道是一種時變信道，無線電信號通過信道時會遭受來自不同途徑的衰減損害，接收信號總功率表現(xiàn)為三種效應的綜合：自由空間傳播模型自由空間定義均勻無損耗無限大空間；各向同性介質的相對介電常數(shù)和相對磁導率為1自由空間傳播模型（僅考慮能量擴散引起的傳輸損耗）電場強度：磁場強度：大尺寸傳播模型：自由空間傳播模型路徑損失：有效發(fā)射功率與有效接收功率之比大尺寸傳播模型只適用于Fraunhofer區(qū)域（天線遠場區(qū)域）Fraunhofer距離（天線孔徑的最大尺寸與波長之比）遠場區(qū)域經驗公式地面實際應用大氣折射效應：大氣介電常數(shù)與溫度、濕度、氣壓、海拔高度有關，由于大氣折射，電波不再按直線傳播，而是按曲線傳播，根據(jù)不同折射效應分為正折射、負折射和無折射介質折射率與相對介電常數(shù)的關系電波傳播速度與介質折射率成反比大氣折射導致電波傳播方向和速度均發(fā)生變化地面實際應用視距傳播極限距離：受地球曲率半徑、收發(fā)天線高度影響，視距傳播極限距離為：標準大氣折射條件下，地球有效半徑是實際半徑的1.33倍，約為8500km。上述表達式中極限距離單位是km，天線高度單位是m無線電波不規(guī)則傳播基于不規(guī)則度（degreeofirregularity,DOI）建立不規(guī)則無線傳播模型無線傳播距離存在一個上界和一個下界：超出上界，通信終止；位于下界范圍內，能正常通信；如果在上下界之間，通信的有效性取決于不同方向上的實際傳播距離，有3種現(xiàn)象：對稱通信；不對稱通信；通信中斷無線傳播不規(guī)則模型（radioirregularitymodel,RIM），將能量模型（含干擾）和DOI因子結合反射當電波傳播中遇到兩種不同介質的界面，且界面尺寸比電波波長大得多時，就會產生反射，如地球表面、大型建筑物、墻壁表面等。界面的反射特性用反射系數(shù)表征，定義為反射波場強與入射波場強之比：水平極化波和垂直極化波的反射系數(shù)分別為反射介質復介電常數(shù)反射對于頻率大于150MHz，入射角小于1度，反射波場強幅度等于入射波場強幅度，但地面反射時會產生反相，即反射波和入射波相位相差直射波與反射波間的路程差由路程差和反相引起的附加相移接收信號場強直射波和反射波的合成場強隨反射系數(shù)和路程差變化，時而同相相加，時而反相相減，造成合成波衰落繞射當收發(fā)天線之間的路徑被尖銳的邊緣阻擋時會發(fā)生繞射。根據(jù)Huygens原理，波前的所有點可看成是產生二次波的源，由這些源產生的所有子波在傳播方向上會形成一個新的波前，分布于整個空間，包括阻擋物的背面（繞過阻礙物）當收發(fā)天線之間不存在直視路徑時，圍繞阻礙物也會產生波的彎曲在高頻段，繞射效應與阻礙物的形狀和繞射點入射波的振幅、相位和極化方式有關直射波與繞射波的程差繞射系數(shù)相位差散射在電波傳播的介質中存在小于波長的物體，且單位體積內阻礙物的個數(shù)非常多時，會發(fā)生散射散射波產生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體上，在實際通信系統(tǒng)中，樹葉、街道標志和燈柱等都會發(fā)生散射Rayleigh準則：表面隆起臨界高度散射損失因子是表面高度相對于平均表面高度的標準差，是第一類零階Bessel函數(shù)地面實際應用在地面實際應用中，電波傳播受環(huán)境因素和人為因素影響環(huán)境因素：自然地形(高山、丘陵、平原、水域)；地物分布、密度、材質；地貌植被；氣候條件。人為因素：市區(qū)、郊區(qū)、農村地面實際應用將阻礙物引起的傳播損耗稱為繞射損耗：與菲涅爾余隙有關正余隙、負余隙第一菲涅爾半徑地面實際應用隔墻阻擋：5-20dB；樓層阻擋：20dB；室內損耗：1.9dB/層家具損耗：2-15dB厚玻璃損耗：6-10dB火車車廂損耗：15-30dB電梯穿透損耗：30dB茂密樹葉損耗：10dB電波在建筑物內部傳播會產生穿透損耗地面實際應用地形地物對電波傳播的影響效應地形分類中等起伏地形：在地形剖面上地面起伏高度不超過20m，且起伏緩慢，峰點與谷點之間的水平距離大于起伏高度不規(guī)則地形：丘陵、孤立山岳、斜坡和水陸混合地形地物分類第一類：開闊地：在電波傳播路徑上無高大樹木、建筑物等障礙物，呈開闊狀地面，如農田、荒野、廣場、沙漠和戈壁灘等；第二類：郊區(qū)：在靠近終端近處有障礙物但不稠密，如有少量低層房屋或小樹林等第三類：市區(qū)：有較密集的建筑物和高層樓房地面實際應用地形波動高度定義天線有效高度定義地面實際應用市區(qū)環(huán)境：傳播損耗與電波頻率、傳播距離有關；不同天線高度能獲得不同的增益地面實際應用郊區(qū)和開闊地環(huán)境：傳播損耗與電波頻率、傳播距離有關；不同天線高度能獲得不同的增益郊區(qū)場強中值與基準場強中值之差稱為修正因子，郊區(qū)修正因子、開闊地、準開闊地修正因子如圖地面實際應用丘陵環(huán)境：不同地形參數(shù)對應的修正因子如圖地面實際應用斜坡地形和水陸混合路徑環(huán)境：不同地形參數(shù)對應的修正因子如圖陰影衰落（長期衰落）當電波在傳播路徑上遇到起伏地形、建筑物、植被（高大的樹林）等障礙物的遮擋時，會產生電磁場的陰影當移動終端通過陰影區(qū)域時，接收場強的中值會變化，從而引起衰落——陰影衰落。陰影衰落變化速率慢，又稱為慢衰落慢衰落效應取決于傳播環(huán)境，包括接收天線周圍地形、山丘起伏、建筑物分布與高度、街道走向、天線位置與高度、移動速度、電波頻率等陰影衰落（長期衰落）陰影衰落特征：接收信號在時域上慢速擾動，衰落深度大（30-40dB），用對數(shù)正態(tài)分布的隨機變量描述路徑損失均值取決于發(fā)射功率、收發(fā)天線高度和距離；標準差取決于地形地物和電波頻率陰影衰落（長期衰落）陰影衰落會使預測的路徑損失產生很大變化陰影衰落會影響移動通信小區(qū)的覆蓋范圍(如GSM終端發(fā)射功率為1W或2W，覆蓋小區(qū)邊緣的接收靈敏度為-104dBm，利用路徑損失模型計算得到的結果滿足要求，但由于陰影衰落，可能有50%的區(qū)域不滿足要求)陰影衰落會導致通信覆蓋盲區(qū)解決途徑：在系統(tǒng)設計時設置更大的衰落余量，在網絡規(guī)劃時合理選擇基站站址多徑衰落電波傳播過程中遇到各種建筑物、樹木、植被以及起伏地形等阻礙物時，會引起反射，到達接收天線的信號是許多傳播路徑信號的合成。由于電波通過各條路徑的距離不同，各路反射信號到達時間不同，相位和幅度也不同。多路信號在接收端疊加，有時同相疊加增強，有時反相疊加減弱，導致接收信號幅度急劇變化，即產生了衰落。這種衰落是由于多徑現(xiàn)象引起的，稱為多徑衰落。多徑衰落為了導出多徑效應的統(tǒng)計特性，假設：在收發(fā)信機之間沒有直射波有大量反射波存在，且到達接收天線的方向、相位隨機，在0-2

內均勻分布各個反射波的幅度和相位統(tǒng)計獨立多徑衰落正交分量和同相分量都是隨機變量，當多徑路數(shù)很大時，根據(jù)中心極限定理，大量獨立隨機變量之和趨近于正態(tài)分布，即正交分量和同相分量是高斯隨機過程，服從正態(tài)分布，其概率密度為：正交分量和同相分量統(tǒng)計獨立，聯(lián)合概率密度為多徑衰落在(0，∞)區(qū)間內對r積分，得到相位

的概率密度：在[0，2

]區(qū)間內對

積分，得到幅度r的概率密度：接收信號相位服從0-2

的均勻分布，接收信號包絡服從瑞利分布多徑衰落多徑信號的一些統(tǒng)計量：包絡r的累積分布函數(shù)：一階矩：二階矩：滿足P(r≤rm)

=

0.5的rm值稱為信號包絡樣本區(qū)間中值多徑衰落接收信號包絡服從瑞利分布的前提是多徑信號之間統(tǒng)計獨立，且沒有直達信號，但當收發(fā)天線之間距離較近時，直達信號是存在的理論分析表明，如果存在占支配地位分量的大量隨機變量之和應服從萊斯分布（RicianDistribution）μ，θ分別是占支配地位分量的幅度和相位衰落信號的特征量衰落率：信號包絡在單位時間內以正斜率通過中值電平的次數(shù)平均衰落率速度v的單位為km/h，頻率f的單位為MHz，平均衰落率A的單位為Hz（如運動時速120km/h，900MHz頻段，A=200Hz）衰落信號的特征量電平通過率（LevelCrossRate，LCR）：信號包絡在單位時間內以正斜率通過某一規(guī)定電平R的平均次數(shù)電平通過率的數(shù)學表達式電場分量的表達式fm是最大多普勒頻移；為包絡的均方根電平衰落信號的特征量平均衰落持續(xù)時間：信號包絡低于某個給定電平值的概率與該電平所對應的電平通過率之比對于瑞利衰落電場分量的平均衰落持續(xù)時間多普勒效應當收發(fā)信機之間存在徑向運動時，接收信號頻率會發(fā)生變化，稱為多普勒效應。由此引起的附加頻移稱為多普勒頻移衰落信道動態(tài)特性前述分析表明：電波傳播有4種方式：直射、反射、繞射、散射，表現(xiàn)出3種效應：路徑損失、陰影衰落、多徑衰落衰落產生的原因：多徑效應和多普勒效應。對于寬帶信號而言，多普勒效應就是色散效應用表示信道沖激響應。為了描述信道的動態(tài)特性，涉及如下變量時延τ：多徑效應的每條路徑傳播存在的相對時延時間差：表征多普勒效應的用戶移動時間頻率差：表征色散效應導致不同頻率信號有不同的多普勒頻移衰落信道動態(tài)特性時延-時間差相關函數(shù)頻率差-時間差相關函數(shù)時延-多普勒功率譜頻率差-多普勒功率譜衰落信道動態(tài)特性一維動態(tài)特性函數(shù)功率時延剖面時間差相關函數(shù)頻率差相關函數(shù)多普勒功率譜衰落信道動態(tài)特性信道特征參數(shù)信道相干時間（時間差相關函數(shù)）信道相干帶寬（頻率差相關函數(shù)）信道多徑擴展（功率時延剖面）信道多普勒頻移（多普勒功率譜）信道多普勒擴展信道最大時延擴展信道擴展因子（多徑擴展和多普勒擴展）衰落信道的時域特征和頻域特征時延擴展：在一串接收脈沖中，最大傳輸時延和最小傳輸時延的差值，記為△。如果發(fā)送的窄脈沖寬度為T，則接收信號寬度為T+△由于時延擴展，接收信號中一個碼元的波形會擴展到其他碼元周期中，引起碼間串擾時延譜的均方根值等于時延擴展市區(qū)1.0-3.0us，郊區(qū)0.2-2us衰落信道的時域特征和頻域特征分析頻率分別為f1和f2的兩個信號的包絡相關性，包絡為r1和r2，頻率差為

f，則其包絡相關系數(shù)相關函數(shù)分析頻域相關性信號包絡相關系數(shù)等于0.5時對應的頻率間隔定義為相干帶寬相干帶寬等于時延擴展的倒數(shù)，時延擴展導致頻率選擇性衰落衰落信道的時域特征和頻域特征多普勒擴展：如果接收信號有N條路徑，入射角不同。當N較大時，多普勒頻移成為占有一定寬度的多普勒頻展相位差多普勒頻移接收天線為全向天線，入射角

服從0-2

的均勻分布，即多徑波均勻來自各個方向，

到

+d

之間到達的電波功率為Pav×d

/2

，Pav是所有到達電波的平均功率來自

和?

的電波引起相同的多普勒頻移，信號頻率為

fc

+

fmcos

多普勒頻移fD為入射角

的函數(shù)，當入射角從

變化到

+d

時，信號頻率從f變化到f

+

dfdθΔl=vΔtcosθ

衰落信道的時域特征和頻域特征接收信號功率譜盡管發(fā)射頻率為單頻fc，但接收功率譜S(f)卻擴展到fc

?

fD到fc

+

fD范圍，相當于單頻電波通過多徑信道時受到隨機調頻（RandomFM）。接收信號的這種功率譜展寬稱為多普勒頻展多普勒擴展導致時間選擇性衰落衰落信道的時頻特征總結角度擴展與空間選擇性衰落角度擴展和相干距離是描述無線信道角度色散和空間選擇性的主要參數(shù)由于收發(fā)信機周圍各自的散射環(huán)境不同，多徑信號按照空間方向分布，導致在不同空間位置的衰落特性不同，這就是角度色散和空間選擇性角度擴展：信號功率譜密度在角度上的分布(角度功率譜)，角度功率譜二階中心矩的平方根就是角度擴展。在陣列天線中，定義信號到達或離開角度與平均角度之間的最大偏離(擴散)為角度擴展相干距離：信道沖激響應保持強相關之間的空間間隔(信號包絡的空間相關系數(shù)等于0.5之間的空間間隔)。相干距離與角度擴展成反比：空間選擇性衰落由角度擴展所致典型的大尺寸傳播模型Okumura模型

：用于描述準平坦地形大城市地區(qū)的路徑損耗中值市區(qū)中值路徑損耗

Lbs為自由空間路徑損耗Am(f,d)為大城市地區(qū)基站天線高度hb=200m、移動臺天線高度hm=3m時相對于自由空間的中值損耗(基本中值損耗)；Hb(hb,d)為基站天線高度增益因子(dB)，即實際基站天線高度相對于標準天線高度hb=200m的增益，為距離的函數(shù)；Hm(hm,f)為移動臺天線高度增益因子(dB)，即實際移動臺天線高度相對于標準天線高度hm=3m的增益，為頻率的函數(shù)典型的大尺寸傳播模型Okumura模