1、第二章 無線信道2.1 2.1 電磁波傳播機制電磁波傳播機制2.2 2.2 自由空間傳播模型自由空間傳播模型2.3 2.3 大尺度衰落模型大尺度衰落模型2.4 2.4 小尺度衰落與多徑效應小尺度衰落與多徑效應2.5 2.5 多徑信道的統(tǒng)計模型多徑信道的統(tǒng)計模型2.4 小尺度衰落與多徑效應2.4.1小尺度衰落概述(1/2)小尺度衰落小尺度衰落 無線信號在經(jīng)過無線信號在經(jīng)過短時間（秒短時間（秒級）或短距離（波長級）級）或短距離（波長級）傳播傳播后其幅度快速衰落。后其幅度快速衰落。n小尺度傳播的主要效應：小尺度傳播的主要效應：信號強度的快速變化信號強度的快速變化時變引起的多普勒頻移時變引起的多普勒頻

2、移多徑引起的延時擴展多徑引起的延時擴展2.4.1 小尺度衰落概述(2/2)小尺度多徑衰落傳播模型小尺度多徑衰落傳播模型 描述移動臺在極小范圍內(nèi)移動時，短距描述移動臺在極小范圍內(nèi)移動時，短距離或短時間上接收場強的快速變化，用于確離或短時間上接收場強的快速變化，用于確定移動通信系統(tǒng)應該采取的技術措施。定移動通信系統(tǒng)應該采取的技術措施。2.4.2 影響小尺度衰落的因素多徑傳播多徑傳播移動臺的運動速度移動臺的運動速度多普勒頻移多普勒頻移環(huán)境物體的運動速度環(huán)境物體的運動速度信號的傳輸帶寬信號的傳輸帶寬信號帶寬大于信道帶寬，接收信號帶寬大于信道帶寬，接收失真。失真。結論：小尺度信號強度和短距傳輸后信號模糊

3、的結論：小尺度信號強度和短距傳輸后信號模糊的可能性與多徑信道的特定幅度、時延和傳輸信號可能性與多徑信道的特定幅度、時延和傳輸信號的帶寬有關。的帶寬有關。2.4.3 多徑衰落概述（1/6）時間接收信號強度發(fā)射信號2.4.3 多徑衰落概述（2/6）多徑效應帶來的衰落稱為多徑衰落（多徑效應帶來的衰落稱為多徑衰落（多徑干擾）多徑干擾）。衰落變化快，也稱為快衰落。衰落變化快，也稱為快衰落。以兩徑為例：以兩徑為例：y1=A1cos2 f0t y2=A2cos2 f0 (t-)合成信號是合成信號是y(t)= y1 + y2 ，即即 y(t)=C(f0 ,) cos2 f0 (t + (f0 ,) ) 其中其

4、中 C(f0 ,)=(A12 +2A1 A2cos2 f0 + A22 )1/2 (f0 ,)=-arctan(A2cos2 f0 /(A1 + A2cos2 f0 )2.4.3 多徑衰落概述（3/6） 合成信號的幅度合成信號的幅度C(fC(f0 0 , ,) )是隨著時延是隨著時延在在| |A A1 1- - A A2 2| |和和| |A A1 1+ + A A2 2| |之間變化。之間變化。 如果如果f0 =2GHz，波長波長 =c/f0 =15cm，即衰落發(fā)生在即衰落發(fā)生在7.5cm的的距離范圍。距離范圍。 實際上，多徑數(shù)大于實際上，多徑數(shù)大于2 2，當頻率很高時，信號幅，當頻率很高時

5、，信號幅度隨發(fā)射點與接收點的相對移動發(fā)生劇烈變化，變度隨發(fā)射點與接收點的相對移動發(fā)生劇烈變化，變化范圍可達幾十化范圍可達幾十dBdB。從空間角度講，發(fā)射或接收天從空間角度講，發(fā)射或接收天線在移動幾十厘米之內(nèi)時，可能發(fā)生這種變化。線在移動幾十厘米之內(nèi)時，可能發(fā)生這種變化。2.4.3 多徑衰落概述（4/6）多徑效應不但導致衰落，還產(chǎn)生信號的時延擴展多徑效應不但導致衰落，還產(chǎn)生信號的時延擴展101010路徑1路徑2合成(11100101)時延擴展及ISI2.4.3 多徑衰落概述（5/6）時延擴展的程度與反射體以波長計算的遠近有時延擴展的程度與反射體以波長計算的遠近有關：近的時延小，遠的時延大。關：近

6、的時延小，遠的時延大。如果已調制信號的持續(xù)時間比傳播路徑遲延展寬大得多，信道對信號的影響小，甚至不帶來線性失真。此時信道是平衰落（FLAT）的，或頻率非選擇性（Frequency-nonselective）衰落信道。若調制信號的持續(xù)時間比傳播路徑遲延展寬小，則信道對信號造成線性失真。信道屬于頻率選擇性衰落（Frequency selective Fading）信道。2.4.3 多徑衰落概述（6/6）近距離反射體產(chǎn)生的多徑衰落是平衰落,遠距離反射體。產(chǎn)生的多徑衰落是頻率選擇性衰落。頻率選擇性衰落帶來信號的頻率失真，特別是相位失真會造成脈沖展寬，引起碼間干擾。2.4.4 Doppler效應（1/4

7、）收發(fā)信機之間的相對運動，引起接收信號的射頻頻率變收發(fā)信機之間的相對運動，引起接收信號的射頻頻率變化，叫做多普勒效應。化，叫做多普勒效應。多普勒擴展（Doppler Spread）指多普勒頻譜不等于零的頻率范圍。如果發(fā)送的頻率為單頻，頻率為:fc ,接收信號的頻譜為多普勒頻譜，頻率范圍:fc fd 到fc + fd ，fd為多普勒頻移。多普勒擴展使信道產(chǎn)生時間選擇性。多普勒擴展與多徑擴展互為對偶，前者的影響是時變的包絡和相移特性；后者是頻率相關的衰減和相移特性。2.4.4 Doppler 效應（2/4） 移動臺以恒定速率移動臺以恒定速率 v v 移動，同時收到信號源發(fā)移動，同時收到信號源發(fā)出的

8、信號，如果移動臺分別在相距出的信號，如果移動臺分別在相距 d d 的兩點的兩點 X X和和Y Y接收信號，則信號經(jīng)歷的路徑差為：接收信號，則信號經(jīng)歷的路徑差為： l dcos= vtcos式中式中, ,t是移動臺從是移動臺從X X到到Y Y所需的時間所需的時間; ;是入射角。是入射角。 由于源端距離很遠，假定由于源端距離很遠，假定X X、Y Y處的處的是相同的。是相同的。由路程差造成的接收信號相位變化值由路程差造成的接收信號相位變化值 = 2 l/ =2 vtcos/ 2.4.4 Doppler 效應（3/4）由此可得出頻率變化值，即多普勒頻移由此可得出頻率變化值，即多普勒頻移 fd ：cos

9、21vtfd若移動臺若移動臺朝向朝向入射波方向運動，則多普勒頻移為入射波方向運動，則多普勒頻移為正正。若移動臺若移動臺背向背向入射波方向運動，則多普勒頻移為入射波方向運動，則多普勒頻移為負負。2.4.4 Doppler 效應（4/4）cosdvf2.4.5 信道的沖激響應模型（1/17）h(, t) x(t)y(t)n(t)n信道響應為信道響應為 ，可以表示色散和時變可以表示色散和時變n假設：線性信道、加性干擾假設：線性信道、加性干擾2.4.5 信道的沖激響應模型（1/16）信道函數(shù)信道函數(shù)信道的沖激響應 h(,t)時變傳輸函數(shù) H(f,t）多普勒擴展函數(shù) H(f,v)時延多普勒擴展 H(,v

10、) 四個函數(shù)對描述四個函數(shù)對描述 LTVLTV信道是等價的信道是等價的, ,選取哪個選取哪個函數(shù)取決于發(fā)射函數(shù)取決于發(fā)射/ /接收信號是時域表示還是頻域表接收信號是時域表示還是頻域表示。示。LTI信道信道:線性時不變線性時不變LTV信道信道:線性時變線性時變2.4.5 信道的沖激響應模型（2/16）線性信道模型線性信道模型LTI信道信道:線性時不變線性時不變LTV信道信道:線性時變線性時變2.4.5 信道的沖激響應模型（3/16）信道函數(shù)信道函數(shù)-沖激響應沖激響應定義：定義：LTVLTV信道沖激響應信道沖激響應h h(,t)(,t)是信道在是信道在t t時刻時刻對于對于t-t-時刻作用于信道的

11、輸入沖激響應時刻作用于信道的輸入沖激響應dtxthtr)(),()(r(t)r(t)是信道的輸出是信道的輸出, , t t表示由于移動產(chǎn)生的時間變表示由于移動產(chǎn)生的時間變化，化，表示時間表示時間t t一定時傳播的多徑時延。一定時傳播的多徑時延。2.4.5 信道的沖激響應模型（4/16）Nnntjntetthn1)()()(),(位失真?zhèn)€反射體引入的載波相表示ntftncn)(2)(接收信號的復包絡接收信號的復包絡Nnntjnttxettrn1)()()()(N N個不同的反射體的信道個不同的反射體的信道, ,信道沖激響應為信道沖激響應為2.4.5 信道的沖激響應模型（5/16）2.4.5 信道

12、的沖激響應模型（6/16）2.4.5 信道的沖激響應模型（7/16）信道函數(shù)信道函數(shù)-時變傳輸函數(shù)定義：定義：LTVLTV信道的時變傳輸函數(shù)是沖激響應信道的時變傳輸函數(shù)是沖激響應h h(,t)(,t)關于時延變量關于時延變量的傅里葉變換。的傅里葉變換。設H(f,t)表示信道傳輸函數(shù)，則有如下傅里葉變換對：dfetfHtfHFthdeththFtfHfjffj212),(),(),(),(),(),(2.4.5 信道的沖激響應模型（8/16）)(),(),(fXtfHtfR),( thx(t)X(f)r(t),( tfH1fFF頻率時間信道表示頻率時間信道表示2.4.5 信道的沖激響應模型（9/

13、16）)(),(),(fXtfHtfR)()(txFfX式中，且dfetfRtrftj2),()(其中，時間變量其中，時間變量t t 可認為是一個參數(shù)。接收信可認為是一個參數(shù)。接收信號可以用發(fā)射信號和傳輸函數(shù)表示為：號可以用發(fā)射信號和傳輸函數(shù)表示為：2.4.5 信道的沖激響應模型（10/16）多普勒頻移多普勒頻移信道的時變沖激響應近似地用下式表示：信道的時變沖激響應近似地用下式表示：)()(),(tZth背景噪聲的情況下，接收信號背景噪聲的情況下，接收信號r(t)式中式中，NnncntfjtatZ1)(2exp)()(設發(fā)射信號為設發(fā)射信號為x(t)，在沒有在沒有2.4.5 信道的沖激響應模型

14、（11/16）( )( , ) ()r tht x td信道產(chǎn)生的總的效果是信道產(chǎn)生的總的效果是, ,給發(fā)射信號引入一個復時給發(fā)射信號引入一個復時變增益變增益Z(Z(t t) )和傳輸時延。和傳輸時延。 ( ) () ()( ) ()Z tx tdZ t x t 2.4.5 信道的沖激響應模型（12/16）在頻域中在頻域中, ,接收信號為接收信號為: :)()()()()()()()(2fjefXtZFtxFtZFtxtZFtrFfR式中,X(f)=Fx(t)若信道增益若信道增益Z(t)Z(t)隨時間而變化隨時間而變化, ,其傅里葉變換在頻其傅里葉變換在頻域中存在一個有限但非零的脈沖寬度域中存

15、在一個有限但非零的脈沖寬度, ,卷積使卷積使R(f)R(f)的脈沖寬度比的脈沖寬度比X(f)X(f)的更寬，即信道擴展了發(fā)射信號的更寬，即信道擴展了發(fā)射信號的頻譜頻率色散。的頻譜頻率色散。2.4.5 信道的沖激響應模型（13/16）信道函數(shù)-多普勒擴展函數(shù)H(f,v) 該函數(shù)是在頻域中由信道輸入信號與輸出信號該函數(shù)是在頻域中由信道輸入信號與輸出信號之間的關系定義的。設之間的關系定義的。設X(f)X(f)和和R(f)R(f)分別表示發(fā)射分別表示發(fā)射信號信號x(t)x(t)和接收信號和接收信號r(t)r(t)的傅里葉變換的傅里葉變換，則則H(H(f,v) f,v) 由下式定義：由下式定義：dvvv

16、fHvfXfR),()()(2.4.5 信道的沖激響應模型（14/16）v v : :信道所引入的表示多普勒頻移的變量。信道所引入的表示多普勒頻移的變量。H(H(f,v)f,v) : :輸入信號頻率為輸入信號頻率為f f時的多普勒頻移時的多普勒頻移v v 有有關的信道增益。關的信道增益。dvevfHvfHFtfHdtetfHtfHFvfHvtjvvtjt212),(),(),(),(),(),(2.4.5 信道的沖激響應模型（15/16）信道函數(shù)-時延多普勒擴展函數(shù)H( ,v)定義：為信道沖激響應定義：為信道沖激響應h(,t)h(,t)關于關于t t傅里葉變換傅里葉變換dteththFvHvt

17、jt2),(),(),(輸入信號為輸入信號為x(t),x(t),信道的輸出信號為信道的輸出信號為: :ddvevHtxvfHFtrvtjv 21),()(),()(2.4.5 信道的沖激響應模型（16/16）四個信道函數(shù)之間四個信道函數(shù)之間的關系圖的關系圖1、線性時不變信道線性時不變信道 LTIdfetfHtfHFthdeththFtfHfjffj212),(),(),(),(),(),(小結：線性時變信道的一般分析方法小結：線性時變信道的一般分析方法1/2212()( )( )( )()()jftjftHfFh th t edth tFHfHfedf 2、線性時變信道線性時變信道 LTV3、

18、線性頻變信道線性頻變信道4、線性時、頻雙重變化信道線性時、頻雙重變化信道見四個信道函數(shù)之間的關系圖見四個信道函數(shù)之間的關系圖 因為隨機性，只能在統(tǒng)計意義上成立，因此引因為隨機性，只能在統(tǒng)計意義上成立，因此引入相關函數(shù)，相關函數(shù)與統(tǒng)計距函數(shù)之間也互為傅入相關函數(shù)，相關函數(shù)與統(tǒng)計距函數(shù)之間也互為傅氏變換對。氏變換對。212(,)( ,)( ,)( ,)(,)(,)jfjffHfvFHvHv edHvFHfvHfv edf小結：線性時變信道的一般分析方法小結：線性時變信道的一般分析方法2/22.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜(1/16) 信道的相關函數(shù)和功率譜定義了多徑衰落信道信道的相關函數(shù)和功率譜

19、定義了多徑衰落信道特性，在信道的動態(tài)分析中起著關鍵的作用。特性，在信道的動態(tài)分析中起著關鍵的作用。假定條件假定條件: :信道的沖激響應信道的沖激響應h(,t)h(,t)是廣義平穩(wěn)是廣義平穩(wěn)( (WSS)WSS)隨機過程。隨機過程。如果對任意如果對任意t t，1 12 2時刻的沖激響應時刻的沖激響應h(h(1 1,t),t)和和h(h(2 2,t),t)是不相關的。是不相關的。 滿足上述兩個條件的信道稱為廣義平穩(wěn)非相關滿足上述兩個條件的信道稱為廣義平穩(wěn)非相關散射（散射（WSSUSWSSUS）信道。信道。2.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜（續(xù)1/15） tththEtRc,21,2121自相關函數(shù)

20、1、2及t是h(,t)的函數(shù)，并與t無關。（）表示復共扼。相關函數(shù)表示為：)(),(),(21121tRtRccdtRtRcc),(),( tRtRcc,2.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜（續(xù)2/15）上式表示信道的平均功率輸出，稱為延時功率譜或多徑強度分布當當t=0t=0時，自相關函數(shù)定義為：時，自相關函數(shù)定義為： 0 ,ccRR2.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜（續(xù)3/15）2.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜（續(xù)4/15）時間色散的統(tǒng)計量時間色散的統(tǒng)計量2/12)()()(dRdRccdRdRccnn)()(dRdRcc)()(為時延的為時延的n n階矩階矩n為時延的一階矩，表示平均傳播時

21、延為時延的一階矩，表示平均傳播時延為均方根時延擴展為均方根時延擴展Tm2.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜（續(xù)5/15）頻率和時間相關函數(shù)頻率和時間相關函數(shù)由由h(,t)h(,t)與與H H（f,tf,t）的關系得到：的關系得到：h(,t)h(,t)是廣義平穩(wěn)是廣義平穩(wěn)( (WSS)WSS)隨機過程，隨機過程，H（f,t）也是廣也是廣義平穩(wěn)義平穩(wěn)( (WSS)WSS)隨機過程。隨機過程。相關函數(shù)相關函數(shù)H H（f f1 1,f,f2 2, ,t t）可以用相關函數(shù)可以用相關函數(shù)h（,t）表示：表示：2.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜（續(xù)6/15）),(),(21),(2121ttfHtfHEtf

22、fH),(),(),(),()(2)(22121tfdetdettffHfjhffjhH2.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜（續(xù)7/15）t=0，頻域表示寫為時延功率譜密度的傅里葉變換detffHtfHEffjhH)(2)(),(),(21)(H(f)：無線信道的頻率相關函數(shù)，Rc()表示衰落信道的時域特性，H(f)表示衰落信道的頻域特性。mcTf1)(2.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜（續(xù)8/15）頻率相關函數(shù)與信道相干帶寬頻率相關函數(shù)與信道相干帶寬( (f f) )c cBBs s頻率選擇性衰頻率選擇性衰落，接收信號引入嚴重的落，接收信號引入嚴重的ISIISI( (f f) )c cB Bs

23、 s平坦衰落信平坦衰落信道引入的道引入的ISIISI可忽略可忽略2.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜（續(xù)9/15）時間相關函數(shù)與信道相干時間時間相關函數(shù)與信道相干時間時頻相關函數(shù)H（f,t）中f),(),(21), 0()(ttfHtfHEttHH2.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜（續(xù)10/15）多普勒功率譜密度多普勒功率譜密度 多普勒擴展函數(shù)（f,v）的相關函數(shù)定義為：),(),(212211vfHvfHE對于對于WSSUSWSSUS信道，相關函數(shù)定義為：信道，相關函數(shù)定義為：)(),(211vvvfH(f,v)由頻率時間相關函數(shù)(f, t)關于t的傅里葉變換得到2.4.6 信道的相關函數(shù)和功

24、率譜（續(xù)11/15）tdetfvftvjHH2),(),(f f = 0= 0tdetvvtvjHHH2)(), 0()(2.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜（續(xù)12/15）多普勒功率譜密度與多普勒擴展多普勒功率譜密度與多普勒擴展dcBt1)(2.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜（續(xù)13/15）多普勒頻移統(tǒng)計量多普勒頻移統(tǒng)計量2/12)()()(dvvdvvvvhHvdvvdvvvvHHnn)()(dvvdvvvvHH)()(多普勒頻移的多普勒頻移的n階矩階矩nv平均多普勒頻移平均多普勒頻移v均方根多普勒擴展均方根多普勒擴展vvdB近似估計近似估計2.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜（續(xù)14/15）

25、相關函數(shù)與功率譜密度與信道參數(shù)之間的關系相關函數(shù)與功率譜密度與信道參數(shù)之間的關系2.4.6 信道的相關函數(shù)和功率譜（續(xù)15/15）信道的自相關函數(shù)信道的自相關函數(shù)h( ; t)H (t,v)H (f,v)ScatteringFunctionFFtFFtWSSUS ChannelPower DelayProfileh( )TmfBc|H(f)|FtTc|H(t)|f=0BdH (f,v)f=0FtDoppler Power SpectrumtfH (f,v)vH (f, t)t=0t=0Power DelaySpectrum2.4.7 信道參數(shù)(1/5) 201310171 1、信道相干性：信道

26、相干性：衰落是用來描述某種選擇性影響的衰落是用來描述某種選擇性影響的無線的一般性術語。如果一個信道是時間、頻率和無線的一般性術語。如果一個信道是時間、頻率和空間的函數(shù)，則具有選擇性，與選擇性相反是相干空間的函數(shù)，則具有選擇性，與選擇性相反是相干性。性。2 2、相干相干時間時間 ( ( T TC C ) ) ：是信道沖擊響應保證一定相是信道沖擊響應保證一定相關度的時間間隔。在相關時間內(nèi)，信號經(jīng)歷的衰落關度的時間間隔。在相關時間內(nèi)，信號經(jīng)歷的衰落具有很大的相關性；即如果基帶信號的帶寬倒數(shù)大具有很大的相關性；即如果基帶信號的帶寬倒數(shù)大于信道相關時間，那么傳輸中基帶信號受到的衰落于信道相關時間，那么傳

27、輸中基帶信號受到的衰落就會發(fā)生變化，導致接收機解碼失真。就會發(fā)生變化，導致接收機解碼失真。2.4.7 信道參數(shù)(2/5) TC 1/Bd 或或 TC 1/ fm 如果相干時間定義為時間相關函數(shù)大于如果相干時間定義為時間相關函數(shù)大于0.50.5的的時間則相干時間近似為：時間則相干時間近似為： TC 9/(16 fm ） 其中其中fm=v/ 現(xiàn)代數(shù)字通信中將相干時間定義為現(xiàn)代數(shù)字通信中將相干時間定義為mmcffT423. 016922.4.7 信道參數(shù)(3/5)21cB3 3、相干帶寬相干帶寬( (B Bc c) ) ：表示包絡相關度為某一特定值時：表示包絡相關度為某一特定值時的信號帶寬。即當兩個

28、頻率分量的頻率相隔小于相的信號帶寬。即當兩個頻率分量的頻率相隔小于相關帶寬關帶寬Bc時，它們具有很強的幅度相關性。反之，時，它們具有很強的幅度相關性。反之，當兩個頻率分量的頻率相隔大于相關帶寬當兩個頻率分量的頻率相隔大于相關帶寬BcBc時，它時，它們的幅度相關性很小。們的幅度相關性很小。當當Bc定義為定義為包絡包絡相關函數(shù)大于相關函數(shù)大于0.50.5時時 當當B Bc c定義為包絡定義為包絡相關函數(shù)大于相關函數(shù)大于0.0.9 9時時501cB2.4.7 信道參數(shù)(4/5)4 4、空間相干空間相干（DC） ：是信道沖擊響應保證一定相：是信道沖擊響應保證一定相關度的空間間隔。在相關距離內(nèi)，信號經(jīng)歷

29、的衰減關度的空間間隔。在相關距離內(nèi)，信號經(jīng)歷的衰減具有很大的相關性，它是空間自相關函數(shù)的特有參具有很大的相關性，它是空間自相關函數(shù)的特有參數(shù)，在相關距離內(nèi)可以認為空間傳輸函數(shù)是平坦的。數(shù)，在相關距離內(nèi)可以認為空間傳輸函數(shù)是平坦的。 在相關系數(shù)為在相關系數(shù)為0.5時的距離時的距離 cos187. 0cD5 5、空間選擇性對應著小尺度衰落。空間選擇性對應著小尺度衰落。信道選擇性信道選擇性信道擴展信道擴展相關量參數(shù)相關量參數(shù)頻率選擇性頻率選擇性時延擴展時延擴展相關帶寬相關帶寬BC頻率頻率f- 時間選擇性時間選擇性多普勒擴展多普勒擴展Bd相關時間相關時間TC時間時間t- w(f)空間選擇性空間選擇性角

30、度擴展角度擴展相關距離相關距離DC空間空間r-k6 6、信道特征匯總、信道特征匯總2.4.7 信道參數(shù)(5/5)2.4.8 衰落信道的類型（1/5）基于時延擴展基于時延擴展 平坦衰落平坦衰落BS BC1.Tm BC1.Tm Ts信號信號信道信道頻率頻率BSBC頻率頻率BCBS信道信道信號信號2.4.8 衰落信道的類型（2/5） 慢衰落慢衰落低多普勒頻移低多普勒頻移相干時間相干時間T TC C符號周期符號周期 T Ts s信道變化慢于基帶信號變化信道變化慢于基帶信號變化基于時變，多普勒擴展基于時變，多普勒擴展 快衰落快衰落高多普勒頻移高多普勒頻移相干時間相干時間T TC C 符號周期符號周期 T

31、 Ts s1.1.信道變化快于基帶信號變化信道變化快于基帶信號變化信號信號頻率頻率BdBS頻率頻率BSBd多普勒多普勒信號信號多普勒多普勒2.4.8 衰落信道的類型（3/5）平坦衰落平坦衰落 2.4.8 衰落信道的類型（4/5）性能特點特點（Characteristics）： 頻率選擇衰落頻率選擇衰落2.4.8 衰落信道的類型（5/5）Flat平坦平坦Fading衰落衰落1 1）陰影效應）陰影效應2 2）遠近效應）遠近效應：以強壓弱：以強壓弱3 3）多徑效應）多徑效應4 4）多普勒效應：高于）多普勒效應：高于7070km/h km/h 時考慮時考慮2.4.9 無線信道4種主要效應：由于用戶的隨

32、機移動性，發(fā)射機與接收機：由于用戶的隨機移動性，發(fā)射機與接收機 之間的距離也是在隨機變化。若發(fā)射機之間的距離也是在隨機變化。若發(fā)射機 發(fā)射信號功率一樣，那么到達接收機時信發(fā)射信號功率一樣，那么到達接收機時信 號的強弱將不同，離接收機近者信號強，號的強弱將不同，離接收機近者信號強， 離接收機遠者信號弱。離接收機遠者信號弱。1 1）第一類多徑干擾，）第一類多徑干擾，msms快速移動，產(chǎn)生多普勒頻快速移動，產(chǎn)生多普勒頻率擴散，時間選擇性衰落率擴散，時間選擇性衰落2 2）第二類多徑干擾，遠處物體的反射，空域上對）第二類多徑干擾，遠處物體的反射，空域上對應波束角度的擴展，引起空間選擇性衰落，時域上應波束

33、角度的擴展，引起空間選擇性衰落，時域上的時延擴展，引起頻率選擇性衰落。的時延擴展，引起頻率選擇性衰落。3 3）第三類多徑干擾，近處物體的反射，嚴重影響）第三類多徑干擾，近處物體的反射，嚴重影響到達天線信號入射角度的分布，引起空間選擇性衰到達天線信號入射角度的分布，引起空間選擇性衰落。由時延擴展引起頻率選擇性衰落較小。落。由時延擴展引起頻率選擇性衰落較小。2.4.10 3類選擇性衰落產(chǎn)生的條件地理環(huán)境地理環(huán)境時延擴展時延擴展/m ms角度擴展角度擴展/度度多普勒擴展多普勒擴展/Hz鄉(xiāng)村平坦鄉(xiāng)村平坦/macro0.51190市內(nèi)市內(nèi)/macro520120丘陵丘陵/macro2030190商場商場

34、/micro0.312010室內(nèi)室內(nèi)/pico0.13605典型環(huán)境下的典型擴散值2.5 多徑信道的統(tǒng)計模型2.5.1 多徑信道的統(tǒng)計模型概述 多徑傳輸是影響移動通信性能的關鍵問多徑傳輸是影響移動通信性能的關鍵問題，由于移動信道的時變性和隨機性，使得接題，由于移動信道的時變性和隨機性，使得接收信號的包絡呈隨機性。研究表明，包絡一般收信號的包絡呈隨機性。研究表明，包絡一般服從服從瑞利分布瑞利分布、萊斯分布萊斯分布兩種分布。兩種分布。2.5.2 瑞利衰落分布(1/6) 在移動無線信道中，瑞利衰落分布是常在移動無線信道中，瑞利衰落分布是常見的用于描述平坦衰落信號或獨立多徑分量見的用于描述平坦衰落信號

35、或獨立多徑分量接收中包絡的時變特性的一種衰落類型。接收中包絡的時變特性的一種衰落類型。在信道中在信道中一個較強的直達徑時，其一個較強的直達徑時，其信號包絡服從瑞利分布。信號包絡服從瑞利分布。2.5.2 瑞利衰落分布（2/6）0,00,2exp)(222rrrrrp接收信號的包絡概率密度函數(shù)為接收信號的包絡概率密度函數(shù)為 上式就是瑞利分布的概率密度函數(shù)，上式就是瑞利分布的概率密度函數(shù)，所以將多徑時變信道稱為瑞利衰落信道。所以將多徑時變信道稱為瑞利衰落信道。2.5.2 瑞利衰落分布（3/6）其他,020,21)(p相位失真服從相位失真服從0,2 的均勻分布的均勻分布2.5.2 瑞利衰落分布（4/6

36、）經(jīng)過 2.5.2 瑞利衰落分布（ 5/6 ）2.5.2 瑞利衰落分布（6/6）瑞利衰落信號的特征：瑞利衰落信號的特征： 均值：均值： 均方值：均方值： 方差：方差： 2533. 120drrrprEm 20222drrprrE 2222224292. 02533. 12rErEr2.5.3 萊斯衰落分布（1/3）000)(2exp)(202222rrArJArrrp00)sincos(1)(dxxJ 當信號中有一直達的（或反射的）強徑時，當信號中有一直達的（或反射的）強徑時，接收信號的包絡服從萊斯分布，相應的信道稱為接收信號的包絡服從萊斯分布，相應的信道稱為萊斯信道。概率密度函數(shù)為萊斯信道。

37、概率密度函數(shù)為參數(shù)A0為直射波的幅度峰值，J0為修正的零階第一類貝塞爾函數(shù)。2.5.3 萊斯衰落分布（2/3） 萊斯分布常用參數(shù)萊斯分布常用參數(shù)K K描述，描述，K K定義為強徑信定義為強徑信號的功率與多徑分量的方差之比，用號的功率與多徑分量的方差之比，用dBdB表示為：表示為：222log10AK 參數(shù)參數(shù)K K稱為萊斯因子，完全刻畫了萊斯分布。稱為萊斯因子，完全刻畫了萊斯分布。K K趨近于趨近于時，萊斯分布就是瑞利分布。時，萊斯分布就是瑞利分布。2.5.3 萊斯衰落分布（3/3）包絡包絡 2.5.4 平坦衰落的Clarke模型（1/7）這是一種基于散射的統(tǒng)計模型。接收信號的包絡這是一種基于

38、散射的統(tǒng)計模型。接收信號的包絡服從瑞利分布。服從瑞利分布。0, 00),2exp()(222rrrrrp射頻信號受到多普勒衰落影響的功率譜密度射頻信號受到多普勒衰落影響的功率譜密度如圖所示。如圖所示。2.5.4 平坦衰落的Clarke模型（2/7）頻譜 未調制的 載波 2.5.4 平坦衰落的Clarke模型（3/7）頻譜的密度包絡探測2.5.4 平坦衰落的Clarke模型（4/7）高斯 2.5.4 平坦衰落的Clarke模型（5/7）2.5.4 平坦衰落的Clarke模型（6/7）獨立復雜的線性譜高斯樣本2.5.4 平坦衰落的Clarke模型（7/7）2.5.5 雙線瑞利衰落模型thrh1d2dd221()trddhh直線傳播距離：直線傳播距離：222()trddhh反射路徑傳播距離：反射路