移動(dòng)通信第一章移動(dòng)通信概述

MobileCommunicationTheory課程內(nèi)容第一章：移動(dòng)通信概述第二章：電波傳播信道模型第三章：現(xiàn)代編碼和調(diào)制技術(shù)第四章：抗衰落與鏈路增強(qiáng)技術(shù)第五章：移動(dòng)通信組網(wǎng)技術(shù)第六章：5G移動(dòng)通信系統(tǒng)第七章：5G系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)第八章：移動(dòng)通信的未來(lái)發(fā)展MobileCommunicationTheory成績(jī)構(gòu)成與教材考試成績(jī)平時(shí)成績(jī)（40%）：由任課教師綜合作業(yè)、課堂表現(xiàn)、在線學(xué)習(xí)、小組活動(dòng)等做出評(píng)定；期末考試（60%）：全年級(jí)統(tǒng)一執(zhí)行開(kāi)卷書(shū)面考試。教材：啜鋼，王文博，王曉湘，高偉東，趙龍，《移動(dòng)通信原理與系統(tǒng)》第5版，北京郵電大學(xué)出版社，2022年。MobileCommunicationTheory教學(xué)目標(biāo)與支撐畢業(yè)的指標(biāo)點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)：本課是電子信息類（通信工程）的專業(yè)課，課程目標(biāo)如下：目標(biāo)1:學(xué)習(xí)移動(dòng)通信原理。無(wú)線通信信道、無(wú)線信號(hào)傳輸及移動(dòng)通信系統(tǒng)組網(wǎng)；目標(biāo)2:培養(yǎng)通信工程中工程思維。掌握典型移動(dòng)通信系統(tǒng)中設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)案例、熟悉評(píng)估移動(dòng)通信系統(tǒng)方法，為從事通信工程領(lǐng)域的理論研究和工程技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)。支撐畢業(yè)：本課程是支撐電子信息類（通信工程）畢業(yè)要求的重要課程之一：序號(hào)本課程所支撐的畢業(yè)要求1支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.5掌握通信傳輸與組網(wǎng)的專業(yè)知識(shí)，并能夠運(yùn)用于復(fù)雜工程問(wèn)題的分析。2支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.1為構(gòu)建移動(dòng)通信系統(tǒng)端到端或組網(wǎng)提供基礎(chǔ)編程、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和復(fù)雜工程相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)和技能，包括相關(guān)概念、一般原理，能夠?qū)?fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行認(rèn)知、識(shí)別和初步的建模、表達(dá)、分析。3支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)5.1能熟練運(yùn)用文獻(xiàn)檢索工具，獲取信息通信領(lǐng)域理論與技術(shù)的最新進(jìn)展。MobileCommunicationTheory第一章移動(dòng)通信概述移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)述移動(dòng)通信的特點(diǎn)移動(dòng)通信的工作頻段移動(dòng)通信的工作方式移動(dòng)通信的分類及應(yīng)用系統(tǒng)移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)社會(huì)對(duì)通信的需求20世紀(jì)概念（五個(gè)W）：“任何人(Whoever)在任何地方(Wherever)任何時(shí)間(Whenever)可以同任何人(Whomever)進(jìn)行任何形式(Whatever)的通信”21世紀(jì)目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)“任何地方、任何時(shí)候、任何人”（anywhere、anytime、anyone)通信，實(shí)現(xiàn)“處處、時(shí)時(shí)、人人”(everywhere、all-the-time、everyone)的通信現(xiàn)在和未來(lái)：萬(wàn)物智聯(lián) 1移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)述MobileCommunicationTheoryconversationalstreaminginteractivebackgroundBERE2Edelay10-310-410-5~610-6150~200ms通信技術(shù)高速發(fā)展及其代價(jià)需求：用戶數(shù)據(jù)速率以指數(shù)形式增長(zhǎng)（1年增1倍）能力：數(shù)字芯片處理能力18個(gè)月增1倍（摩爾定律）無(wú)線通信的速率發(fā)展速度無(wú)線通信的速率每5年增加10倍通信高速發(fā)展帶來(lái)頻譜資源緊張能量資源浪費(fèi)運(yùn)營(yíng)商利潤(rùn)降低1移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)述MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory1移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)述A/D接入方式

典型代表第一代（1G）模擬蜂窩系統(tǒng)FDMA美國(guó)AMPS系統(tǒng)，歐洲TACS系統(tǒng)第二代（2G）數(shù)字蜂窩系統(tǒng)TDMA歐洲GSM系統(tǒng)CDMA北美IS-95系統(tǒng)

目標(biāo)典型代表過(guò)渡代（2.5G）高速傳輸GPRS/EDGE,CDMA1x系統(tǒng)第三代（3G）IMT-2000全球漫游，高質(zhì)量多媒體業(yè)務(wù)，系統(tǒng)容量、管理能力、保密性和服務(wù)質(zhì)量均有很大改善歐洲WCDMA系統(tǒng)北美CDMA2000系統(tǒng)中國(guó)TD-SCDMA系統(tǒng)第四代（4G）IMT-Advanced高速率，數(shù)據(jù)話音業(yè)務(wù)，全I(xiàn)P，多協(xié)議，新技術(shù)（MIMO-OFDM）4G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)(FDD\TDD-LTE)第五代（5G）IMT-2020實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶，海量機(jī)器通信，超高可靠、低時(shí)延通信需求2020年完成5G終版本移動(dòng)通信是指通信雙方或至少有一方在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行信息交換的通信體制先驅(qū)者：1946年第一個(gè)推出移動(dòng)電話AT&TInternationalMobileTelecommunicationsMobileCommunicationTheory1移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)述移動(dòng)通信名稱國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU,InternationalTelecommunicationUnion)，簡(jiǎn)稱國(guó)際電聯(lián)。國(guó)際電聯(lián)是主管信息通信技術(shù)事務(wù)（ICT）的聯(lián)合國(guó)機(jī)構(gòu)。EPCNG-RAN5GCE-UTRAUTRACNCNRAN1986芝加哥1994中國(guó)語(yǔ)音語(yǔ)音短信移動(dòng)多媒體移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)智能社會(huì)MobileCommunicationTheory2移動(dòng)通信的特點(diǎn)利用無(wú)線電波進(jìn)行信息傳輸復(fù)雜無(wú)線傳播環(huán)境導(dǎo)致信號(hào)衰落需要通信技術(shù)確保信號(hào)傳輸質(zhì)量在強(qiáng)干擾環(huán)境下工作外部干擾自身干擾互調(diào)干擾（Intermodulationinterference）鄰道干擾（Adjacentchannelinterference）共道干擾（Cochannelinterference）（同頻干擾，蜂窩系統(tǒng)特有）兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)作用在通信設(shè)備的非線性器件上，產(chǎn)生同有用信號(hào)頻率相近的組合頻率，從而構(gòu)成干擾相鄰或鄰近的信道（或頻道）之間，由于一個(gè)強(qiáng)信號(hào)串?dāng)_弱信號(hào)而造成的干擾相同載頻電臺(tái)之間的干擾通信容量有限無(wú)線頻譜資源有限稀缺需有效利用頻率的措施通信系統(tǒng)復(fù)雜涉及位置區(qū)的變化涉及安全問(wèn)題終端要求高要求穩(wěn)定可靠要求攜帶方便要求低功耗要求能耐高低溫MobileCommunicationTheory2移動(dòng)通信的特點(diǎn)性能評(píng)價(jià)傳輸性能:誤碼率、傳輸速率、頻譜效率、時(shí)延、QoS、QoE網(wǎng)絡(luò)性能：用戶數(shù)、系統(tǒng)吞吐率、切換成功率、掉線率…無(wú)線電頻譜可以正交分割(時(shí)間\頻率\空間)一般，相同時(shí)間\頻率\空間上不能同時(shí)應(yīng)用3移動(dòng)通信頻段我國(guó)移動(dòng)通信工作頻段MobileCommunicationTheory原郵電部根據(jù)國(guó)家無(wú)委會(huì)規(guī)定現(xiàn)階段取160MHz頻段、450MHz頻段、900MHz頻段作為移動(dòng)通信工作頻段，即160MHz頻段： 138~149.9MHz 150.05~167MHz450MHz頻段： 403~420MHz450~470MHz900MHz頻段： 890~915MHz（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收） 935~960MHz（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）另外900MHz頻段中的806～821MHz和851～866MHz分配給集群移動(dòng)通信；825～845MHz和870～890MHz分配給部隊(duì)使用。IS-95

CDMA出現(xiàn)后，為其分配的頻段為：800MHz頻段： 824~849MHz（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收） 869~894MHz（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）3移動(dòng)通信頻段MobileCommunicationTheory第三代移動(dòng)通信的工作頻段我國(guó)規(guī)定FDD方式固定無(wú)線接入系統(tǒng)，工作頻段為：終端站發(fā)射頻段：3400～3430MHz中心站發(fā)射頻段：3500～3530MHz收發(fā)頻率間隔：100MHz第四代移動(dòng)通信的頻率劃分TD-LTE頻段：中國(guó)移動(dòng)分配130MHz帶寬：分別為1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz；中國(guó)聯(lián)通分配40MHz帶寬：分別為2300-2320MHz、2555-2575MHz；中國(guó)電信分配40MHz帶寬：分別為2370-2390MHz、2635-2655MHz。FDDLTE頻段：中國(guó)電信分配1.8GHz頻段：1755-1785MHZ/1850-1880MHz中國(guó)聯(lián)通分配2.1GHz頻段：1955--1980MHz/2145-2170MHzMobileCommunicationTheory3移動(dòng)通信頻段MobileCommunicationTheory3移動(dòng)通信頻段第五代移動(dòng)通信的頻率劃分頻率范圍名稱對(duì)應(yīng)的頻率范圍FR1450MHz-6000MHzFR224250MHz-52600MHzTDD表示時(shí)分雙工FDD表示頻分雙工SDL只能用于下行傳輸SUL只能用于上行傳輸2017年11月中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部公布了中國(guó)5G工作頻段，即：正式宣布規(guī)劃5G工作頻段為：3300-3600MHz（原則上室內(nèi)使用）4800-5000MHzMobileCommunicationTheory4移動(dòng)通信的工作方式單工通信：通信雙方電臺(tái)交替地進(jìn)行收信和發(fā)信。

同頻單工雙頻單工

雙工通信：通信雙方均同時(shí)進(jìn)行收發(fā)工作。即任一方講話時(shí)，可以聽(tīng)到對(duì)方的話音。PlayplayMobileCommunicationTheory4移動(dòng)通信的工作方式半雙工通信：通信雙方，一方使用雙頻雙工，即收發(fā)信機(jī)同時(shí)工作；另一方使用雙頻單工，即收發(fā)信機(jī)交替工作。Play移動(dòng)中繼方式目的：增加通信距離基本方式單工中繼雙工中繼MobileCommunicationTheory5移動(dòng)通信的分類及應(yīng)用系統(tǒng)

民用設(shè)備使用對(duì)象軍用設(shè)備使用環(huán)境陸地通信海上通信空中通信多址方式

頻分多址（FDMA）時(shí)分多址（TDMA）碼分多址（CDMA）覆蓋范圍寬域網(wǎng)局域網(wǎng)個(gè)域網(wǎng)業(yè)務(wù)類型

電話網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)服務(wù)范圍專用網(wǎng)公用網(wǎng)工作方式

同頻單工雙頻單工雙頻雙工半雙工信號(hào)形式模擬網(wǎng)數(shù)字網(wǎng)MobileCommunicationTheory5移動(dòng)通信的分類及應(yīng)用系統(tǒng)蜂窩式公用移動(dòng)通信系統(tǒng)集群調(diào)度移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)繩電話系統(tǒng)無(wú)線電尋呼系統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)線LAN/WANMobileCommunicationTheory6移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)一：萬(wàn)兆之路構(gòu)筑虛擬與現(xiàn)實(shí)橋梁趨勢(shì)二：一張網(wǎng)絡(luò)融合全場(chǎng)景千億物聯(lián)趨勢(shì)三：星地融合拓展全域立體網(wǎng)絡(luò)趨勢(shì)四：通感一體塑造全真全感互聯(lián)趨勢(shì)五：把智能帶入每個(gè)行業(yè)、每個(gè)聯(lián)接趨勢(shì)六：全鏈路全周期原生綠色網(wǎng)絡(luò)趨勢(shì)七：Sub-100GHz全頻段靈活使用趨勢(shì)八：廣義多天線極大地降低了比特成本，是原來(lái)成本的百分之一以下趨勢(shì)九：安全將成為數(shù)字化未來(lái)的基石趨勢(shì)十：移動(dòng)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，端管云深度協(xié)同。WirelessSupportsPeopleNavigatingThankYou!第二章電波傳播與信道模型移動(dòng)通信MobileCommunicationTheory目錄概述1自由空間的電波傳輸23種基本電波的傳播機(jī)制3陰影衰落5移動(dòng)無(wú)線信道及特性參數(shù)6電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型8對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型4MIMO信道7電波傳播實(shí)測(cè)與模型校正9MobileCommunicationTheory2.1.1電波傳播的基本特性基站天線、移動(dòng)用戶天線和兩付天線之間的傳播路徑傳播損耗和彌散陰影衰落多徑衰落多普勒頻移直射、反射、繞射和散射以及它們的合成復(fù)雜的無(wú)線電波傳播環(huán)境移動(dòng)通信信道衰落的原因無(wú)線電波傳播方式衰落的表現(xiàn)移動(dòng)信道的基本特性衰落特性MobileCommunicationTheory無(wú)線信道的研究方法大尺度衰落小尺度衰落（主要特征是多徑）描述長(zhǎng)距離上信號(hào)強(qiáng)度的緩慢變化短距離上信號(hào)強(qiáng)度的快速波動(dòng)原因信道路徑上固定障礙物的陰影移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)和地點(diǎn)的變化影響業(yè)務(wù)覆蓋區(qū)域信號(hào)傳輸質(zhì)量大尺度衰落與小尺度衰落MobileCommunicationTheory衰落特性的算式描述衰落特性的算式描述 式中，r(t)表示信道的衰落因子；m(t)表示大尺度衰落；

r0(t)表示小尺度衰落。大尺度衰落小尺度衰落MobileCommunicationTheory2.1.2電波傳播特性的研究電波傳播特性的研究基本方法理論分析方法（如射線跟蹤法）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法（如沖激響應(yīng)法）

應(yīng)用成果傳播預(yù)測(cè)模型的建立為實(shí)現(xiàn)信道仿真提供基礎(chǔ)考慮問(wèn)題衰落的物理機(jī)制路徑損耗接收信號(hào)的變化和分布特性MobileCommunicationTheory2.2自由空間的電波傳播在理想的、均勻的、各向同性的介質(zhì)中傳播，只存在電磁波能量擴(kuò)散而引起的傳播損耗傳播損耗接收功率傳播損耗接收換算自由空間電波傳播分貝表示MobileCommunicationTheory2.33種基本電波傳播機(jī)制當(dāng)電磁波遇到比其波長(zhǎng)大的多的物體時(shí)產(chǎn)生多徑衰落的主要因素

產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其它不規(guī)則物體

阻擋體為尖利邊緣反射散射繞射基本電波傳播機(jī)制MobileCommunicationTheory2.3.1反射理想介質(zhì)表面反射極化特性多徑信號(hào)MobileCommunicationTheory理想介質(zhì)表面反射如果電磁波傳輸?shù)嚼硐虢橘|(zhì)表面，則能量都將反射回來(lái)反射系數(shù)（R）入射波與反射波的比值

(垂直極化）

（水平極化）

MobileCommunicationTheory極化特性極化

電磁波在傳播過(guò)程中，其電場(chǎng)矢量的方向和幅度隨時(shí)間變化的狀態(tài)電磁波的極化形式

線極化、圓極化和橢圓極化線極化的兩種特殊情況水平極化（電場(chǎng)方向平行于地面）垂直極化（電場(chǎng)方向垂直于地面）MobileCommunicationTheory2.3.1多徑信號(hào)兩徑傳播模型

接收信號(hào)功率 簡(jiǎn)化后 相位差

多徑傳播模型

其中，N為路徑數(shù)。當(dāng)N很大時(shí)，通常用統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算接收信號(hào)的功率

直射波反射波地表面波可忽略地面二次效應(yīng)可忽略MobileCommunicationTheory2.3.2繞射惠更斯－菲涅爾原理菲涅爾區(qū)基爾霍夫公式MobileCommunicationTheory惠更斯－菲涅爾原理原理波前（面）上每點(diǎn)產(chǎn)生的次級(jí)波組合形成傳播方向上新的波前（面）繞射由次級(jí)波的傳播進(jìn)入陰影區(qū)而形成場(chǎng)強(qiáng)為圍繞阻擋物所有次級(jí)波的矢量和說(shuō)明任一P’點(diǎn)，只有夾角為θ

（即）的次級(jí)波前能到達(dá)接收點(diǎn)Rθ在0o到180o之間變化到達(dá)接收點(diǎn)輻射能量與

θ成正比MobileCommunicationTheory菲涅爾區(qū)基爾霍夫公式菲涅爾區(qū)

從發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)次級(jí)波路徑長(zhǎng)度直接路徑長(zhǎng)度大的連續(xù)區(qū)域接收點(diǎn)信號(hào)的合成n為奇數(shù)時(shí)，兩信號(hào)抵消n為偶數(shù)時(shí)，兩信號(hào)疊加菲涅爾區(qū)同心半徑

第一菲涅爾區(qū)半徑（n=1）特點(diǎn)在接收點(diǎn)處第一菲涅爾區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)是全部場(chǎng)強(qiáng)的一半發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的距離略大于第一菲涅爾區(qū)，則大部分能量可以達(dá)到接收機(jī)。基爾霍夫公式

從波前點(diǎn)到空間任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)式中，E是波面場(chǎng)強(qiáng)，是與波面正交的場(chǎng)強(qiáng)導(dǎo)數(shù)。MobileCommunicationTheory散射2.3.3散射粗糙表面，反射能量散布于所有方向表面光滑度的判定粗糙表面下的反射場(chǎng)強(qiáng)MobileCommunicationTheory2.4對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型

是一個(gè)參考距離。在參考距離或接近參考距離的位置，路徑損耗具有自由空間損耗的特點(diǎn)；是發(fā)射天線到接收天線間的距離；是路徑損耗指數(shù)主要取決于傳播環(huán)境，其變化范圍為2~6MobileCommunicationTheory2.5陰影衰落陰影衰落（慢衰落）

地形起伏、建筑物及其它障礙物對(duì)電波傳播路徑的阻擋而形成特點(diǎn)

與傳播地形和地物分布、高度有關(guān)表達(dá)式

移動(dòng)用戶和基站之間的距離為

時(shí)，傳播路徑損耗和陰影衰落可以表示為：

式中：由陰影產(chǎn)生的對(duì)數(shù)損耗（dB），服從零均值和標(biāo)準(zhǔn)偏 差σdB的對(duì)數(shù)正態(tài)分布；n路徑損耗指數(shù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明n＝4~6，標(biāo)準(zhǔn)差σ＝8dB是合理的MobileCommunicationTheory2.6無(wú)線信道及特性參數(shù)無(wú)線信道多徑信道的統(tǒng)計(jì)分析多徑衰落信道的分類衰落特性的特征量衰落信道的建模與仿真多徑衰落的基本特性多普勒擴(kuò)展多徑信道的信道模型描述多徑信道的主要參數(shù)MobileCommunicationTheory2.6.1多徑衰落的基本特性幅度衰落：

信號(hào)幅度隨收發(fā)信機(jī)間距離的微小變化而劇烈起伏，

多徑信號(hào)當(dāng)同相相加時(shí)，幅度增；

反之，當(dāng)反向相加時(shí)，幅度降。如圖，P.5

MobileCommunicationTheory2.6.1多徑衰落的基本特性時(shí)延擴(kuò)展脈沖寬度擴(kuò)展時(shí)間角度數(shù)字系統(tǒng)主要考慮原因信號(hào)傳播路徑不同，到達(dá)接收端的時(shí)間也就不同，導(dǎo)致接收信號(hào)包含發(fā)送脈沖及其各個(gè)延時(shí)信號(hào)MobileCommunicationTheory2.6.2多普勒頻移原因移動(dòng)時(shí)會(huì)引起多普勒（Doppler）頻率漂移表達(dá)式

多普勒頻移

最大多普勒(Doppler)頻移MobileCommunicationTheory2.6.2多普勒頻移說(shuō)明多普勒頻移與移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)的方向、速度以及無(wú)線電波入射方向之間的夾角有關(guān)：若移動(dòng)臺(tái)朝向入射波方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為正 （接收信號(hào)頻率上升）若移動(dòng)臺(tái)背向入射波方向運(yùn)動(dòng)，則多普勒頻移為負(fù)（接收信號(hào)頻率下降）信號(hào)經(jīng)過(guò)不同方向傳播，其多徑分量造成接收信號(hào)的多普勒擴(kuò)散，因而增加了信號(hào)帶寬。MobileCommunicationTheory2.6.3多徑信道的信道模型原理多徑信道對(duì)無(wú)線信號(hào)的影響表現(xiàn)為多徑衰落特性。將信道看成作用于信號(hào)上的一個(gè)濾波器，可通過(guò)分析濾波器的沖擊相應(yīng)和傳遞函數(shù)得到多徑信道的特性MobileCommunicationTheory2.6.3多徑信道的信道模型推導(dǎo)沖擊響應(yīng)只考慮多徑效應(yīng)再考慮多普勒效應(yīng)多徑和多普勒效應(yīng)對(duì)傳輸信號(hào)的影響多徑信道的沖擊響應(yīng)MobileCommunicationTheory

只考慮多徑效應(yīng)傳輸信號(hào)假設(shè)第i徑的路徑長(zhǎng)度為xi、衰落系數(shù)（或反射系數(shù)）為接收信號(hào)式中，c為光速；lambda為波長(zhǎng)。MobileCommunicationTheory

只考慮多徑效應(yīng)又因?yàn)?/p>

所以

式中為時(shí)延。實(shí)質(zhì)上是接收信號(hào)的復(fù)包絡(luò)，是衰落、相移和時(shí)延都不同的各個(gè)路徑的總和。MobileCommunicationTheory

再考慮多普勒效應(yīng)考慮移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致各徑產(chǎn)生多普勒效應(yīng)設(shè)路徑的到達(dá)方向和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角為路徑的變化量輸出復(fù)包絡(luò)簡(jiǎn)化得

（＊）其中，為最大多普勒頻移。在相位中不可忽略數(shù)量級(jí)小可忽略MobileCommunicationTheory多徑信道的沖擊響應(yīng)多徑和多普勒效應(yīng)對(duì)傳輸信號(hào)的影響

令式中代表第i條路徑到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)分量的增量延遲（實(shí)際遲延減去所有分量取平均的遲延），它隨時(shí)間變化在任何時(shí)刻t，隨機(jī)相位都可產(chǎn)生對(duì)的影響，引起多徑衰落。沖擊響應(yīng)由（＊）式得沖擊響應(yīng)式中，、表示第i個(gè)分量的實(shí)際幅度和增量延遲；相位包含了在第i個(gè)增量延遲內(nèi)一個(gè)多徑分量所有的相移；為單位沖擊函數(shù)。如果假設(shè)信道沖激響應(yīng)至少在一小段時(shí)間間隔或距離具有不變性，信道沖擊響應(yīng)可以簡(jiǎn)化為此沖擊響應(yīng)完全描述了信道特性，相位服從的均勻分布多徑延遲影響多普勒效應(yīng)影響MobileCommunicationTheory2.6.4描述多徑信道的主要參數(shù)由于多徑環(huán)境和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)等影響因素，使得移動(dòng)信道對(duì)傳輸信號(hào)在時(shí)間、頻率和角度上造成了色散。通常用功率在時(shí)間、頻率以及角度上的分布來(lái)描述這種色散功率延遲分布PDP時(shí)間色散多普勒功率譜密度DPSD角度譜PAP頻率色散角度色散MobileCommunicationTheory時(shí)間色散時(shí)間色散參數(shù)平均附加延時(shí)

rms時(shí)延擴(kuò)展最大附加延時(shí)擴(kuò)展(XdB)

相干帶寬

信號(hào)中不同頻率分量通過(guò)多徑衰落信道后所受到的衰落是否相同？

相干帶寬定義了這樣一個(gè)頻率范圍（帶寬），在這個(gè)范圍內(nèi)的各頻率上信道的衰落特性高度相關(guān)。MobileCommunicationTheory時(shí)間色散參數(shù)功率延遲分布（PDP）

基于固定時(shí)延參考的附加時(shí)延的函數(shù)，通過(guò)對(duì)本地瞬時(shí)功率延遲分布取平均得到市區(qū)環(huán)境中近似為指數(shù)分布式中，T是常數(shù)，為多徑時(shí)延的平均值時(shí)間色散特性參數(shù)平均附加延時(shí)

rms時(shí)延擴(kuò)展

其中最大附加延時(shí)擴(kuò)展(XdB)

高于某特定門(mén)限的多徑分量的時(shí)間范圍，即多徑能量從初值衰落到低于最大能量

(XdB)處的時(shí)延圖2-8中，為歸一化的最大附加延時(shí)擴(kuò)展(XdB)；為歸一化平均附加延時(shí)；為歸一化rms時(shí)延擴(kuò)展

t0dB

-XdB

D

MobileCommunicationTheory從時(shí)延擴(kuò)展角度說(shuō)明相關(guān)帶寬兩徑情況

兩徑信道模型的信道沖激響應(yīng)為：

等效網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù):信道的幅頻特性:當(dāng)時(shí)，信號(hào)同相疊加，出現(xiàn)峰點(diǎn)當(dāng)時(shí)，信號(hào)反相相減，出現(xiàn)谷點(diǎn)相鄰兩個(gè)谷點(diǎn)的,兩相鄰場(chǎng)強(qiáng)為最小值的頻率間隔與兩徑時(shí)延成反比

r+1r-1w)(2tnDp

)()12(tnD+p

MobileCommunicationTheory從時(shí)延擴(kuò)展角度說(shuō)明相關(guān)帶寬

多徑情況

應(yīng)為rms時(shí)延擴(kuò)展

是隨時(shí)間變化的，可由大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)處理計(jì)算出來(lái)說(shuō)明相干帶寬是信道本身的特性參數(shù)，與信號(hào)無(wú)關(guān)MobileCommunicationTheory從包絡(luò)相關(guān)性角度推導(dǎo)相關(guān)帶寬設(shè)兩個(gè)信號(hào)的包絡(luò)為和，頻率差為，則包絡(luò)相關(guān)系數(shù)此處，相關(guān)函數(shù)若信號(hào)衰落符合瑞利分布，則式中，為零階Bessel函數(shù)，為最大多普勒頻移。不失一般性，可令，簡(jiǎn)化后通常，根據(jù)包絡(luò)的相關(guān)系數(shù)來(lái)測(cè)度相關(guān)帶寬代入得相干帶寬(＊)MobileCommunicationTheory

判定

由信道和信號(hào)兩方面決定衰落的分類及判定分類

不同頻率分量的衰落

信號(hào)波形頻率選擇性衰落

不一致

失真非頻率選擇性衰落（平坦衰落）

相關(guān)的一致的

不失真數(shù)字通信系統(tǒng)信號(hào)帶寬小于信道相關(guān)帶寬Bs<Bc信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于信道相關(guān)帶寬Bs>>Bc平坦衰落頻選衰落碼間干擾MobileCommunicationTheory頻率色散用多普勒擴(kuò)展來(lái)描述，相干時(shí)間是與多普勒擴(kuò)展相對(duì)應(yīng)的參數(shù)時(shí)變特性原因移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)或信道路徑中的物體運(yùn)動(dòng)用多普勒擴(kuò)展和相關(guān)時(shí)間來(lái)描述多普勒擴(kuò)展（功率譜）相干時(shí)間

信道沖激響應(yīng)維持不變的時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)平均值表征了時(shí)變信道對(duì)信號(hào)的衰落節(jié)拍MobileCommunicationTheory多普勒擴(kuò)展典型(CLASS)多普勒擴(kuò)展（適用于室外傳播信道）

假設(shè)接收信號(hào)由N個(gè)經(jīng)過(guò)多普勒頻移的平面波合成，

b為平均功率表示在角度內(nèi)的入射功率，表示接收天線增益，用表示功率譜，則 典型的多普勒功率譜由圖可見(jiàn)，由于多普勒效應(yīng)， 接收信號(hào)的功率譜展寬 到和范圍平坦(FLAT)多普勒擴(kuò)展（適用于室內(nèi)傳播信道）

平坦的多普勒功率譜

fcfc+fmfc-fmS(f)MobileCommunicationTheory推導(dǎo)相干時(shí)間從多普勒擴(kuò)展角度

時(shí)間相關(guān)函數(shù)與多普勒功率譜之間是傅立葉變換關(guān)系

所以多普勒擴(kuò)展的倒數(shù)就是對(duì)信道相干時(shí)間的度量，即此時(shí)入射波與移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)方向之間的夾角α=0

式中為多普勒擴(kuò)展（有時(shí)也用表示），即多普勒頻移。從包絡(luò)相關(guān)性角度

通常將信號(hào)包絡(luò)相關(guān)系數(shù)為0.5時(shí)的時(shí)間間隔定義為相干時(shí)間

28頁(yè)曾推出包絡(luò)相關(guān)系數(shù)令，=0.5

推出MobileCommunicationTheory時(shí)間選擇性衰落時(shí)間選擇性衰落是由多普勒效應(yīng)引起的，信道在時(shí)域具有選擇性要保證信號(hào)經(jīng)過(guò)信道不會(huì)在時(shí)間軸上產(chǎn)生失真，就必須保證傳輸符號(hào)速率遠(yuǎn)大于相關(guān)時(shí)間的倒數(shù)在現(xiàn)代數(shù)字通信中，常規(guī)定為上頁(yè)兩式的幾何平均作為經(jīng)驗(yàn)關(guān)系碼元間隔大于信道相關(guān)時(shí)間Ts>Tc時(shí)選衰落誤碼MobileCommunicationTheory角度色散原因

移動(dòng)臺(tái)和基站周圍的散射環(huán)境不同，使得多天線系統(tǒng)中不同位置的天線經(jīng)歷的衰落不同參數(shù)角度擴(kuò)展相關(guān)距離

空間選擇性衰落MobileCommunicationTheory角度擴(kuò)展角度功率譜（PAS）信號(hào)功率譜密度在角度上的分布。一般為均勻分布、截短高斯分布和截短拉普拉斯分布角度擴(kuò)展等于功率角度譜的二階中心矩的平方根，即

式中意義描述了功率譜在空間上的色散程度，角度擴(kuò)展在之間分布。角度擴(kuò)展越大，表明散射環(huán)境越強(qiáng)，信號(hào)在空間的色散度越高M(jìn)obileCommunicationTheory相關(guān)距離與空間選擇性衰落相干距離Dc空間選擇性衰落信道沖激響應(yīng)保證一定相關(guān)系數(shù)的空間距離空選衰落:天線空間距離大于相干距離>Dc非空選衰落:天線空間距離遠(yuǎn)小于相干距離<<DcMobileCommunicationTheory例題：無(wú)線信道其功率延遲譜如圖所示，試求其平均附加時(shí)延，rms時(shí)延擴(kuò)展和相干帶寬MobileCommunicationTheory2.6.5多徑信道的統(tǒng)計(jì)分析瑞利分布萊斯分布Nakagami-m分布主要討論多徑信道的包絡(luò)統(tǒng)計(jì)特性。接收信號(hào)的包絡(luò)根據(jù)不同的無(wú)線環(huán)境一般服從MobileCommunicationTheory瑞利分布環(huán)境條件

通常在離基站較遠(yuǎn)、反射物較多的地區(qū)符合（如下圖）發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間沒(méi)有直射波路徑存在大量反射波，到達(dá)接收天線的方向角隨機(jī)且0~2π均勻分布各反射波的幅度和相位都統(tǒng)計(jì)獨(dú)立場(chǎng)強(qiáng)分量Tc，Ts接收信號(hào)的幅度相位分布PlayMobileCommunicationTheory場(chǎng)強(qiáng)分量Tc，Ts推導(dǎo)設(shè)發(fā)射信號(hào)是垂直極化，并且只考慮垂直波時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)為式中，多普勒頻率漂移，隨機(jī)相位（0～2π均勻分布）又可表示為其中Tc，Ts的性質(zhì)相互正交的同頻分量高斯隨機(jī)過(guò)程 概率密度x=Tc或Ts統(tǒng)計(jì)獨(dú)立 聯(lián)合概率密度零均值，等方差，不相關(guān)

<>是關(guān)于的總體平均

<>=0

MobileCommunicationTheory接收信號(hào)的幅度相位分布直角坐標(biāo)極坐標(biāo)則由雅各比行列式所以對(duì)θ積分

對(duì)r積分

可見(jiàn)，包絡(luò)r服從瑞利分布，θ在0～2π內(nèi)服從均勻分布瑞利分布的均值瑞利分布的方差滿足的值稱為信號(hào)包絡(luò)樣本區(qū)間的中值

圖2－9瑞利分布的概率分布密度

MobileCommunicationTheory萊斯分布環(huán)境條件概率密度函數(shù)萊斯因子MobileCommunicationTheory萊斯分布的環(huán)境條件直射系統(tǒng)中，接收信號(hào)中有視距信號(hào)成為主導(dǎo)分量，同時(shí)還有不同角度隨機(jī)到達(dá)的多徑分量迭加于其上非直射系統(tǒng)中，源自某一個(gè)散射體路徑的信號(hào)功率特別強(qiáng)PlayMobileCommunicationTheory萊斯分布的概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)式中,A是主信號(hào)的峰值

I0(·)是0階第一類修正貝塞爾函數(shù)萊斯因子K

主信號(hào)的功率與多徑分量方差之比分貝式意義完全決定了萊斯的分布：當(dāng)，萊斯分布變?yōu)槿鹄植紡?qiáng)直射波的存在使接收信號(hào)包絡(luò)從瑞利變?yōu)槿R斯分布當(dāng)直射波進(jìn)一步增強(qiáng)（），萊斯分布將趨進(jìn)高斯分布瑞利分布萊斯分布高斯分布圖2-10萊斯分布的概率密度函數(shù)MobileCommunicationTheoryNakagami-m分布概率密度函數(shù)

式中為≥的實(shí)數(shù)，，為伽馬函數(shù)當(dāng)時(shí)，有式中，為信號(hào)的平均功率形狀因子意義參數(shù)m取不同值時(shí)對(duì)應(yīng)不同分布，更具廣泛性：當(dāng)m=1時(shí)，成為瑞利分布當(dāng)m較大時(shí)，接近高斯分布

MobileCommunicationTheory2.6.6多徑衰落信道的分類依據(jù)分類時(shí)間色散頻率選擇性衰落信道平坦衰落信道頻率色散快衰落信道慢衰落信道是否考慮角度色散標(biāo)量信道（時(shí)，頻）矢量信道（時(shí)、頻、空）MobileCommunicationTheoryTs為信號(hào)周期（信號(hào)帶寬Bs的倒數(shù)）是信道的時(shí)延擴(kuò)展；

Bc為相關(guān)帶寬通常若，可認(rèn)為該信道是頻率選擇性的平坦衰落和頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落平坦衰落

原因信道具有恒定增益和相位的帶寬范圍小于發(fā)送信號(hào)帶寬時(shí)間色散碼間干擾信道具有恒定增益和相位的帶寬范圍大于發(fā)送信號(hào)帶寬頻譜特性不同頻率獲得不同增益在接收端保持不變條件Bs>BcTs<Bs<<BcTs>>MobileCommunicationTheory快衰信道和慢衰信道快衰落慢衰落原因沖激響應(yīng)變化快于基帶信號(hào)變化信道沖激響應(yīng)變化比不上基帶信號(hào)變化條件Ts>TcBs<BdTs<<TcBs>>BdTc為信道相關(guān)時(shí)間BD為多普勒擴(kuò)展MobileCommunicationTheory2.6.7衰落特性的特征量衰落深度衰落速率電平通過(guò)率衰落持續(xù)時(shí)間MobileCommunicationTheory衰落速率和衰落深度

衰落率信號(hào)包絡(luò)在單位時(shí)間內(nèi)以正斜率通過(guò)中值電平的次數(shù)，即包絡(luò)衰落的速率與發(fā)射頻率，移動(dòng)臺(tái)行進(jìn)速度和方向以及多徑傳播的路徑數(shù)有關(guān)平均衰落率衰落深度信號(hào)有效值與該次衰落的信號(hào)最小值的差值。MobileCommunicationTheory電平通過(guò)率單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)包絡(luò)以正斜率通過(guò)某一規(guī)定電平值R的平均次數(shù)意義描述衰落次數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律：深度衰落發(fā)生的次數(shù)較少，而淺度衰落發(fā)生得相當(dāng)頻繁平均電平通過(guò)率由于電平通過(guò)率是隨機(jī)變量，通常用平均電平通過(guò)率來(lái)描述。對(duì)于瑞利分布可得式中

fm為最大多譜勒頻率，

其中信號(hào)平均功率，為信號(hào)有效值MobileCommunicationTheory衰落持續(xù)時(shí)間信號(hào)包絡(luò)低于某個(gè)給定電平值的概率與該電平所對(duì)應(yīng)的電平通過(guò)率之比表達(dá)式意義描述了衰落次數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律平均衰落持續(xù)時(shí)間衰落是隨機(jī)發(fā)生的，只能給出平均衰落持續(xù)時(shí)間對(duì)于瑞利衰落，可得MobileCommunicationTheory電平通過(guò)率和平均衰落持續(xù)時(shí)間

圖2－11電平通過(guò)率和平均衰落持續(xù)時(shí)間MobileCommunicationTheory例題：設(shè)移動(dòng)臺(tái)沿電波傳播方向行駛，速度v為60km/h，工作頻率f為1000MHz，則接收信號(hào)的平均衰落率A為多少？相對(duì)于信號(hào)包絡(luò)均方值電平的電平通過(guò)率為多少？解：MobileCommunicationTheory2.6.8衰落信道的建模與仿真簡(jiǎn)介Clarke信道模型說(shuō)明了基于散射時(shí)移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)的統(tǒng)計(jì)特性：包絡(luò)服從瑞利分布，相位服從（0，2π]的均勻分布環(huán)境假設(shè)有一臺(tái)具有垂直極化的固定發(fā)射機(jī)，入射到移動(dòng)天線的電磁場(chǎng)由N個(gè)具有任意載頻相位、入射方位角和相等的平均幅度的平面波組成推導(dǎo)統(tǒng)計(jì)特性Jakes仿真模擬均勻介質(zhì)散射環(huán)境中平坦衰落信道的復(fù)低通包絡(luò)。方法用有限個(gè)（≥10個(gè)）低頻振蕩器近似構(gòu)建一種可分析模型推導(dǎo)接收波形表達(dá)式及仿真模型MobileCommunicationTheoryClarke信道模型推導(dǎo)接收?qǐng)鰪?qiáng)統(tǒng)計(jì)特性對(duì)于以第n個(gè)角度到達(dá)x軸的入射波多普勒頻移為到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的垂直極化平面波存在和場(chǎng)強(qiáng)分量，即其中，

是本地場(chǎng)（假設(shè)為恒定值）的實(shí)數(shù)幅度，表示不同電波幅度的實(shí)數(shù)隨機(jī)變量，為自由空間的固定阻抗（）第n個(gè)到達(dá)分量的隨機(jī)相位對(duì)場(chǎng)強(qiáng)歸一化，有圖2－15入射角到達(dá)平面示意圖

MobileCommunicationTheoryClarke信道模型推導(dǎo)接收?qǐng)鰪?qiáng)統(tǒng)計(jì)特性由于多普勒頻移相對(duì)于載波很小，若N足夠大，三種場(chǎng)分量可用窄帶高斯隨機(jī)過(guò)程表示設(shè)相位角在服從均勻分布則E場(chǎng)可用同相和正交分量表示式中

具有0平均和等方差，且不相關(guān)接收的E場(chǎng)的包絡(luò)為包絡(luò)服從瑞利分布式中MobileCommunicationTheoryJakes仿真推導(dǎo)接收波形表達(dá)式依據(jù)Clarke模型，接收端波形可表示為經(jīng)歷了N條路徑的一系列平面波的疊加其中不同路徑的附加相移是相互獨(dú)立的隨機(jī)變量，且在服從均勻分布將標(biāo)準(zhǔn)化，功率歸一化，得式中假設(shè)平面波的N個(gè)入射角在均勻分布，則模型中參數(shù)

代入可得MobileCommunicationTheory描述平坦衰落的隨機(jī)信號(hào)可以用N個(gè)相互獨(dú)立的隨機(jī)變量（，，）表示，所以可以用N個(gè)低頻振蕩器生成。Jakes仿真器模型圖2-12Jakes仿真器模型

MobileCommunicationTheoryMIMO信道就是在基站端和用戶端都為多付天線。MIMO信道建模要考慮發(fā)射天線和接收天線之間的相關(guān)性。目前MIMO信道建模主要有兩種方式：一是分析模型主要考慮MIMO信道的空時(shí)特征進(jìn)行建模；二是物理模型主要考慮MIMO信道的傳播特征進(jìn)行建模。

通常物理模型是基于無(wú)線傳播的特定參數(shù)，例如傳播延時(shí)擴(kuò)展、角度擴(kuò)展、幅度增益以及天線分布等來(lái)構(gòu)建MIMO信道矩陣；而分析模型是對(duì)基本物理模型的數(shù)學(xué)抽象，重點(diǎn)考慮空間的相關(guān)性，也就是說(shuō)通過(guò)相關(guān)矩陣等運(yùn)算來(lái)構(gòu)建MIMO信道矩陣，而不考慮特殊的傳播過(guò)程。2.7MIMO信道MobileCommunicationTheory基站端的信號(hào)向量可表示為：移動(dòng)臺(tái)端的信號(hào)向量表示為：分析模型MobileCommunicationTheory根據(jù)這樣的假設(shè)，可得到MIMO信道的沖擊響應(yīng)為：式中：

，為：

分析模型MobileCommunicationTheory其中

表示BS端第m個(gè)天線和MS端第n個(gè)天線之間鏈路的第

徑的復(fù)衰落系數(shù)。由此可得出BS和MS信號(hào)分別為：

或

假設(shè)

是服從均值為0的復(fù)高斯分布，即

，幅度

服從瑞利分布，這樣可得第

徑的功率.

分析模型MobileCommunicationTheory再假設(shè)不同時(shí)延的多徑分量不相關(guān)，即：

定義BS端天線相間的相關(guān)系數(shù)為：定義MS端天線相間的相關(guān)系數(shù)為：

分析模型MobileCommunicationTheory得到BS端和MS端天線間的相關(guān)矩陣為：

分析模型MobileCommunicationTheory產(chǎn)生信道增益矩陣

還需要發(fā)射和接收天線對(duì)之間的相關(guān)系數(shù)，

將發(fā)射和接收兩組天線對(duì)構(gòu)成的多徑分量間的相關(guān)系數(shù)表示為：一般地，多徑分量相關(guān)系數(shù)滿足如下關(guān)系：得到MIMO信道的相關(guān)矩陣為：

分析模型MobileCommunicationTheory下面討論相關(guān)MIMO信道系數(shù)的產(chǎn)生。為相關(guān)矩陣,是第條路徑的平均功率，為的MIMO信道向量，即為矩陣中元素的列矩陣：為第條路徑的MIMO衰落信道，表示為：

式中

，

是均值為0，方差為1的獨(dú)立復(fù)高斯分量。

分析模型MobileCommunicationTheory矩陣

可以通過(guò)喬里斯基（Cholesky）分解，即根據(jù)擴(kuò)展ITU信道提供的功率時(shí)延分布(如教材中表2.2)，可計(jì)算得到。另外，

反映了MIMO信道的時(shí)頻衰落特性，可以利用Jakes仿真模型來(lái)生成。這樣就可以得到每個(gè)可分辨徑的信道轉(zhuǎn)移矩陣

分析模型MobileCommunicationTheory延時(shí)抽頭MIMO信道模型

分析模型MobileCommunicationTheorySCM（SCM，SpatialChannelModel）信道模型。該模型是基于散射隨機(jī)假設(shè)所建立的信道模型，基本原理是利用統(tǒng)計(jì)得到的信道特性，如時(shí)延擴(kuò)展、角度擴(kuò)展等來(lái)構(gòu)建模型。模型的每條徑都有特定角度擴(kuò)展值，這些空間分布特性產(chǎn)生了每條徑在不同天線間的空間相關(guān)特性，并且通過(guò)引入天線間距得到信道之間的相關(guān)性。每條徑（或者說(shuō)射線）的衰落特性由20條等功率的子徑所構(gòu)成，這些子徑角度服從拉普拉斯分布。具體產(chǎn)生細(xì)節(jié)不做講解了，可自學(xué)。

物理模型MobileCommunicationTheory2.8電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型目的掌握基站周圍所有地點(diǎn)處接收信號(hào)的平均強(qiáng)度及變化特點(diǎn)，為網(wǎng)絡(luò)覆蓋的研究以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。方法分析測(cè)試數(shù)據(jù)歸納出基于不同環(huán)境的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停诖嘶A(chǔ)上對(duì)模型進(jìn)行校正確定傳播環(huán)境的主要因素地形天氣狀況自然和人為的電磁噪聲狀況系統(tǒng)的工作頻率和移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)等因素本節(jié)內(nèi)容室外傳播模型室內(nèi)傳播模型MobileCommunicationTheory2.8.1室外傳播模型常用的幾種室外電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型Hata模型CCIR模型LEE模型COST231Walfisch-Ikegami模型MobileCommunicationTheoryOkumura-Hata模型(1/2)路徑損耗計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式式中—

工作頻率（MHz）

—

基站天線有效高度（m），定義為基站天線實(shí)際海拔高度與基沿傳播方向?qū)嶋H距離內(nèi)的平均地面海波高度之差.

—

移動(dòng)臺(tái)天線有效高度（m），定義為移動(dòng)臺(tái)天線高出地表的高度.

—

基站天線和移動(dòng)臺(tái)天線之間的水平距離（km）

MobileCommunicationTheoryOkumura-Hata模型(2/2)

—

有效天線修正因子，是覆蓋區(qū)大小的函數(shù)

—

小區(qū)類型校正因子

—

地形校正因子，反映一些重要的地形環(huán)境因素對(duì)路徑損耗的影響MobileCommunicationTheoryCOST-231Hata模型路徑損耗計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式式中—大城市中心校正因子

兩種Hata模型的主要區(qū)別頻率衰減系數(shù)不同

COST-231Hata模型頻率衰減因子為33.9Okumura-Hata模型的頻率衰減因子為26.16COST-231Hata模型還增加了一個(gè)大城市中心衰減，大城市中心地區(qū)路徑損耗增加3dB。MobileCommunicationTheory例題：

已知發(fā)信機(jī)：

收信機(jī)：

存在對(duì)數(shù)正態(tài)陰影，標(biāo)準(zhǔn)偏差8dB

計(jì)算在中小城市市區(qū)接收信號(hào)強(qiáng)度大于-125dBm的概率解：根據(jù)Okumura-Hata路損計(jì)算式MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheoryCCIR模型給出了反映自由空間路徑損耗和地形引入的路徑損耗聯(lián)合效果的經(jīng)驗(yàn)公式校正因子右圖給出了Hata和CCIR

路徑損耗公式的對(duì)比，由圖可見(jiàn)，路徑損耗隨

建筑物密度而增大MobileCommunicationTheoryLEE模型優(yōu)點(diǎn)模型中的主要參數(shù)易于根據(jù)測(cè)量值調(diào)整，適合本地?zé)o線傳播環(huán)境，準(zhǔn)確性高路徑損耗預(yù)測(cè)算法簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快應(yīng)用 無(wú)線通信系統(tǒng)分類LEE宏蜂窩模型LEE微蜂窩模型MobileCommunicationTheoryLEE宏蜂窩模型決定移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)大小的因素人為建筑物地形地貌基本思路

先把城市當(dāng)成平坦的，只考慮人為建筑物的影響，在此基礎(chǔ)上再把地形地貌的影響加進(jìn)來(lái)地形地貌影響的三種情況無(wú)阻擋有阻擋水面反射MobileCommunicationTheory無(wú)阻擋的情況考慮地形影響，采用有效天線高度計(jì)算：式中—天線有效高度

—天線實(shí)際高度若，是一個(gè)增益若，是一個(gè)損耗。

式中MobileCommunicationTheory有阻擋的情況

1

式中由于山坡等地形阻擋物引起的衍射損耗計(jì)算單個(gè)刃形邊的衍射損耗如下、和如圖所示，并定義一個(gè)無(wú)量綱的參數(shù)(a)考慮兩種情況：a.電波被阻擋，為負(fù)，為正，接收功率（w）衰減系數(shù)b.為正，為負(fù)，計(jì)算單個(gè)刃形邊的衍射損耗Lr(b)圖2－14山坡等地形阻擋物引起的衍射損耗MobileCommunicationTheory水面反射其中

—由于移動(dòng)無(wú)線通信環(huán)境引起的衰減因子（）；

—基站發(fā)射功率、—分別為基站和移動(dòng)臺(tái)的天線增益MobileCommunicationTheoryLEE微蜂窩模型

小區(qū)路徑損耗預(yù)測(cè)公式為是基站天線有效高度，距離基站處的直射波路徑損耗，是一個(gè)雙斜率模型的理論值為其中為菲涅爾區(qū)的距離MobileCommunicationTheoryLEE微蜂窩模型

是由于建筑物引起的損耗。其值可以這樣得到首先按下左圖所示計(jì)算從基站到A點(diǎn)的穿過(guò)街區(qū)的總的阻擋長(zhǎng)度B＝a+b+c，再根據(jù)B查找曲線即由下右圖可得。(dA)A建筑物abc(dA)B=a+b+cMobileCommunicationTheoryCOST231Walfisch-Ikegami模型應(yīng)用用于建筑物高度近似一致的郊區(qū)和城區(qū)環(huán)境常用于移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM/PCS/DECT/DCS）設(shè)計(jì)可以計(jì)算基站發(fā)射天線高于、等于或低于周圍建筑物等不同情況的路徑損耗兩種情況視距傳播情況，路徑損耗非視距傳播情況，路徑損耗式中L0—由空間損耗

L1—由沿屋頂下沿最近的衍射引起的衰落損耗

L2—沿屋頂?shù)亩嘀匮苌洌ǔ俗罱难苌洌㎝obileCommunicationTheoryCOST231Walfisch-Ikegami模型各參數(shù)意義1

式中w

—接收機(jī)所在的街道寬度（m）,

hR—建筑物的平均高度（m）

hR，hm—接收天線的高度

其中—街區(qū)軸線于連結(jié)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)天線的夾角

2

式中

上面各式中，hB

發(fā)射天線高度，b相鄰行建筑物中心距離MobileCommunicationTheory室外傳播模型的使用適用范圍1應(yīng)用方法2使用及評(píng)價(jià)3MobileCommunicationTheory傳播模型的適用范圍適用范圍傳播模型宏蜂窩（>1km）微蜂窩（<1km）頻率（MHz）天線高度（m）城區(qū)/郊區(qū)/鄉(xiāng)村HataOkumura-Hata宏蜂窩150－1500基站：30－200移動(dòng)臺(tái)：1－10城區(qū)、郊區(qū)、鄉(xiāng)村COST-231Hata宏蜂窩1500－2000基站：30－200移動(dòng)臺(tái)：1－10城區(qū)、郊區(qū)、鄉(xiāng)村CCIR宏蜂窩150－2000基站：30－200移動(dòng)臺(tái)：1－10城區(qū)、郊區(qū)LEE宏蜂窩450－2000基站：30－200移動(dòng)臺(tái)：1－10城區(qū)、郊區(qū)、鄉(xiāng)村微蜂窩分LOS和NLOS450－2000基站：30－200移動(dòng)臺(tái)：1－10城區(qū)、郊區(qū)WIM0.02－5km分LOS和NLOS800－2000基站：4－50移動(dòng)臺(tái)：1－3城區(qū)、郊區(qū)MobileCommunicationTheory傳播模型的應(yīng)用方法基站和移動(dòng)臺(tái)之間水平距離d（km）d≥1

宏蜂窩模型d<5d≥5

有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并得到LEE模型參數(shù)和距離衰減因子d<1微蜂窩模型有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

LEE模型WIM模型LEE模型WIM模型CCIR模型Hata模型MobileCommunicationTheory傳播模型的使用及評(píng)價(jià)參數(shù)易獲得，模型易使用但未考慮建筑物的高度和密度、街道的分布和走向等重要因素的影響，預(yù)測(cè)值和實(shí)際值的誤差較大用于建筑物高度近似一致的郊區(qū)和城區(qū)環(huán)境發(fā)射天線可以高于、等于或低于周圍建筑物適用于有測(cè)試數(shù)據(jù)時(shí)。主要參數(shù)易于根據(jù)測(cè)量值調(diào)整，準(zhǔn)確性高。算法簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快考慮了建筑物密度的影響，引入?yún)?shù)B（被建筑物覆蓋區(qū)域的百分），且易獲得Hata模型CCIR模型LEE模型COST模型傳播模型MobileCommunicationTheory2.8.2室內(nèi)傳播模型顯著特點(diǎn)室內(nèi)覆蓋面積小得多收發(fā)機(jī)間的傳播環(huán)境變化更大常用的幾種室內(nèi)傳播模型對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型Ericsson多重?cái)帱c(diǎn)模型衰減因子模型建筑物的布局建筑材料建筑類型影響因素MobileCommunicationTheory對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型Ericsson多重?cái)帱c(diǎn)模型對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型室內(nèi)路徑損耗遵從公式式中，依賴于周圍環(huán)境和建筑物類型，是標(biāo)準(zhǔn)偏差為的正態(tài)隨機(jī)變量Ericsson多重?cái)帱c(diǎn)模型有四個(gè)斷點(diǎn)，考慮路徑損耗的上下邊界未考慮對(duì)數(shù)正態(tài)陰影部分圖2.17多重?cái)帱c(diǎn)室內(nèi)路徑損耗模型

MobileCommunicationTheory衰減因子模型應(yīng)用適用于建筑物內(nèi)的傳播預(yù)測(cè)。包含了建筑物類型影響以及阻擋物引起的變化，靈活性強(qiáng)。衰減因子模型同層建筑物

（＊）

其中表示同層測(cè)試的指數(shù)值多層建筑物

其中表示基于測(cè)試的多樓層路徑損耗指數(shù)室內(nèi)路徑損耗等于自由空間損耗加上附加損耗因子，

并且隨著距離成指數(shù)增長(zhǎng)

修改（＊）式得其中α為信道衰減常數(shù)，單位為dB/mMobileCommunicationTheory2.9電波傳播實(shí)測(cè)與模型校正目的

傳播模型最終歸結(jié)為通過(guò)參數(shù)配置的數(shù)學(xué)公式表達(dá)，而這些參數(shù)的具體取值針對(duì)不同場(chǎng)景的模型必然不同，這是因?yàn)椴煌瑘?chǎng)景的無(wú)線傳播環(huán)境存在差異，因此，面向不同場(chǎng)景的大小尺度傳播模型參數(shù)的取值是大小尺度傳播模型的關(guān)鍵

通常情況下，大小尺度傳播模型在實(shí)際工程應(yīng)用中，要針對(duì)不同確定性場(chǎng)景依然需要進(jìn)行實(shí)測(cè)后，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行修正。大尺度用于修正大尺度預(yù)測(cè)模型的測(cè)量平臺(tái)只需要收發(fā)端采用偶極子天線，發(fā)送端發(fā)送單載波信號(hào)，接收端采用頻譜儀等接收設(shè)備進(jìn)行接收點(diǎn)的接收功率統(tǒng)計(jì)即可，如下圖所示。MobileCommunicationTheory2.9電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型利用上述大尺度模型的測(cè)量平臺(tái)，在外場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘擬合，即可修正傳播模型中的衰減因子等參數(shù)。下圖給出了外場(chǎng)采集的路損數(shù)據(jù)和基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合的大尺度傳播模型。MobileCommunicationTheory2.9電波傳播實(shí)測(cè)與模型校正小尺度

小尺度測(cè)量平臺(tái)的收發(fā)端均配置有天線陣列，目的是通過(guò)陣列天線的空間采樣，首先進(jìn)行無(wú)線信道多徑角度信息的提取；其次，發(fā)射端需要發(fā)送寬帶信號(hào)，進(jìn)行無(wú)線信道頻域特征的采集；最后，收發(fā)端需要通過(guò)GPS和同步時(shí)鐘保證收發(fā)端的時(shí)序同步。如下圖所示。MobileCommunicationTheory2.9電波傳播實(shí)測(cè)與模型校正這里基于小尺度信道測(cè)量平臺(tái)，可針對(duì)2.7.2節(jié)中的物理模型參數(shù)進(jìn)行修正。例如，2.7.2節(jié)中表2.5給出的3GPP的SCM信道模型參數(shù)即為各家公司利用外場(chǎng)實(shí)測(cè)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行信道參數(shù)提取和建模后得到的結(jié)果。射線追蹤方法

通過(guò)電磁場(chǎng)計(jì)算仿真的方式獲取大尺度和小尺度模型。

利用射線追蹤方法進(jìn)行無(wú)線傳播模型仿真的示意圖如下圖所示。MobileCommunicationTheory2.9電波傳播實(shí)測(cè)與模型校正下圖給出了利用射線追蹤軟件仿真得到的無(wú)線信道多徑的實(shí)際傳播分布WirelessSupportsPeopleNavigatingThankYou!移動(dòng)通信第三章現(xiàn)代編碼和調(diào)制技術(shù)MobileCommunicationTheory目錄概述3.1信源編碼3.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)3.4OFDM技術(shù)3.5信道編碼與交織3.3MobileCommunicationTheory學(xué)習(xí)重點(diǎn)與要求了解移動(dòng)通信中對(duì)信源編碼、信道編碼、調(diào)制解調(diào)技術(shù)的要求；了解信源編碼的目的、原理與應(yīng)用；了解信道編碼的目的、掌握常用信道編碼的編碼與解碼原理；掌握BPSK、π/2-BPSK和QPSK信號(hào)的特點(diǎn)和功率譜特性；掌握高階調(diào)制原理與誤碼率，及軟解調(diào)技術(shù)；掌握正交頻分復(fù)用的原理與應(yīng)用技術(shù)。MobileCommunicationTheory3.1概述調(diào)制是對(duì)消息源信息進(jìn)行編碼的過(guò)程，其目的就是使攜帶信息的信號(hào)與信道特性相匹配以及有效的利用信道。多徑衰落、多普勒頻率擴(kuò)展；日益增加的用戶數(shù)目，無(wú)線信道頻譜的擁擠這些因素對(duì)調(diào)制方式的選擇都有重大的影響。信源編碼將信源中的冗余信息進(jìn)行壓縮，其目的是提高整個(gè)傳輸鏈路的有效性。信道編碼的目的是盡量減小信道中噪聲或干擾的影響，以改善通信鏈路的可靠性。其基本思想是通過(guò)在發(fā)送端引入可控冗余比特，使信息序列中各碼元和添加的冗余碼元間存在相關(guān)性。在接收端信道譯碼器根據(jù)這種相關(guān)性對(duì)接收到的序列進(jìn)行檢查，從中發(fā)現(xiàn)或糾正錯(cuò)誤。MobileCommunicationTheory3.1概述——影響調(diào)制方式的選擇的主要因素頻帶利用率：在數(shù)字調(diào)制中，常用帶寬效率ηb

來(lái)表示它對(duì)頻譜資源的利用效率，它定義為ηb

＝Rb/B,其中Rb為比特速率，B為無(wú)線信號(hào)的帶寬。功率效率:指保持信息精確度的情況下所需的最小信號(hào)功率（或者說(shuō)最小信噪比）

已調(diào)信號(hào)恒包絡(luò)易于解調(diào)帶外輻射：一般要求達(dá)到-60到-70dB

在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，采用何種調(diào)制方式，要綜合考慮上述各種因素。3.2信源編碼MobileCommunicationTheory3.2.1信源編碼概述3.2.2移動(dòng)通信中的信源編碼3.2.1信源編碼概述MobileCommunicationTheory信源編碼通過(guò)壓縮信源冗余信息,減少傳遞信息所需的帶寬資源，這對(duì)于頻譜有限的移動(dòng)通信系統(tǒng)而言是至關(guān)重要的。信息的冗余來(lái)自兩個(gè)主要的方面：1、信源的相關(guān)性和記憶性-

預(yù)測(cè)編碼、變換編碼等。2、信宿對(duì)信源失真有一定的容忍程度-

模擬信源的量化，或連續(xù)信源的限失真編碼。可以把信源編碼看成是在有效性和傳遞的信息完整性（質(zhì)量）之間的一種折中手段。3.2.2移動(dòng)通信中的信源編碼MobileCommunicationTheory移動(dòng)通信中的信源編碼與有線通信不同，它不僅需要對(duì)信息傳輸有效性進(jìn)行保障，還應(yīng)該與其他一些系統(tǒng)指標(biāo)密切相關(guān)，例如容量、覆蓋和質(zhì)量。以GSM為例說(shuō)明。

以GSM系統(tǒng)中普通的全速率和半速率話音編碼來(lái)說(shuō)，其速率分別為13kbps和6.5kbps，前者的話音質(zhì)量好于后者，但占用的系統(tǒng)資源是后者的兩倍左右。當(dāng)系統(tǒng)的覆蓋不是限制因素時(shí)，使用半速率編碼可以犧牲質(zhì)量換取倍增的容量，即提高系統(tǒng)的有效性。而當(dāng)系統(tǒng)的容量相對(duì)固定時(shí)，可以通過(guò)使用半速率編碼犧牲質(zhì)量換取覆蓋的增加，因?yàn)榘胨俾示幋a對(duì)于接收信號(hào)質(zhì)量的要求降低了。3.2.2移動(dòng)通信中的信源編碼MobileCommunicationTheory除此之外移動(dòng)通信中的信源編碼的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)還要考慮其他一些因素。電池供電，移動(dòng)終端運(yùn)算處理能力有限，信源編譯碼就要在保證質(zhì)量的前提下盡可能地降低復(fù)雜度。信宿處理能力有差異，編碼后的數(shù)據(jù)流應(yīng)該包含不同質(zhì)量等級(jí)的信息。移動(dòng)信道的差錯(cuò)特性和一些話音、多媒體業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性，通常要求移動(dòng)通信中的信源編碼能夠容忍一定的差錯(cuò)而無(wú)需復(fù)雜的重傳。MobileCommunicationTheory話音信源編碼1.話音信源編碼的分類

在數(shù)字系統(tǒng)中，用于話音信號(hào)的基本編碼方式主要有波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼。a.波形編碼

是直接將時(shí)域信號(hào)變成數(shù)字代碼的一種編碼方式，主要采用脈沖編碼調(diào)制（PCM）。特點(diǎn)是在高速碼條件（16~64kb/s）下，可獲得高質(zhì)量的語(yǔ)音信號(hào)；然而當(dāng)編碼傳輸速率低于16kb/s時(shí)，語(yǔ)音質(zhì)量迅速下降。b.參數(shù)編碼

是以發(fā)音機(jī)制模型為基礎(chǔ)，并將其變換成為數(shù)字代碼的一種編碼方式。由于參數(shù)編碼的壓縮比很高，計(jì)算量又大，因而通常語(yǔ)音質(zhì)量只能達(dá)到中等水平，如線性預(yù)測(cè)編碼（LPC）及其改進(jìn)型。3.2.2移動(dòng)通信中的信源編碼MobileCommunicationTheoryc.混合編碼

是一種綜合編碼方式，吸取了波形編碼和參數(shù)編碼的優(yōu)點(diǎn)，使編碼數(shù)字語(yǔ)音中既包括語(yǔ)