無線通信技術(shù)22no

1、無線通信技術(shù)無線通信技術(shù) 武卓武卓無線電的傳播 大尺度路徑損耗 自由空間傳播模型 三種傳播機制：反射、繞射和散射 鏈路預(yù)算 小尺度衰落和多徑效應(yīng) 多徑信道的沖激響應(yīng)模型 小尺度衰落模型通信與信息工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)院小尺度衰落：無線電信號在短時間或短距離傳播后其幅度、相位或多徑時延快速變化，以至于大尺度路徑損耗的影響可以忽略不計原因：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接收機，相互之間互相干擾。接收機天線將之合成為一個幅度和相位都急劇變化的信號變化程度取決于多徑的強度、相對時延和信號帶寬通信與信息工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)院小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng) 小尺度衰落

2、各方向到達接收端的信號 I、Q方向分量小尺度多徑傳播小尺度衰落的三個主要表現(xiàn): (1) 信號強度急劇快速變化; (2) 存在著時變多普勒頻移所引起的隨機頻 率調(diào)制; (3) 時間彌散;小尺度衰落和多徑效應(yīng)通信與信息工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)院小尺度衰落和多徑效應(yīng)影響小尺度衰落的因素: (1) 多徑傳播 碼間干擾 (2) 移動臺的運動速度 多普勒頻移 (3) 環(huán)境物體的運動速度 時變多普勒頻移 (4) 信號的傳輸帶寬通信與信息工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)院小尺度衰落和多徑效應(yīng) 多普勒頻移 定義：移動臺在運動中通信時，接收信號頻率會發(fā)生變化，稱多普勒效應(yīng)。由多普勒效應(yīng)所引起的附加頻移稱為多普勒頻移。小尺

3、度衰落和多徑效應(yīng)由圖，路程差為那么由路程差造成的接收信號相位變化為 多普勒頻移為 通信與信息工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)院多普勒頻移coscostvdlcos22tvlcos212vtfd小尺度衰落和多徑效應(yīng)通信與信息工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)院說明： 取值可正可負多普勒頻移cosdvf: v相對速度；： 速度的方向與收發(fā)機連線的夾角小尺度衰落和多徑效應(yīng) 多普勒頻移與移動臺的速度；移動臺的運動方向和無線電波入射方向之間的夾角有關(guān)； 若移動臺朝向信號源方向運動，則多普勒頻移為正（即接收頻率上升）； 若移動臺背向信號源方向運動，則多普勒頻移為負（即接收頻率下降）； 稱為最大多普勒頻移通信與信息工程學(xué)院通

4、信與信息工程學(xué)院多普勒頻移mvf小尺度衰落和多徑效應(yīng)例題1：若一發(fā)射機發(fā)射載頻為1850MHz，一列火車（載有接收機）以350Km/h的速度運動，計算在以下情況下接收到的信號的載頻： （1）火車沿直線朝向發(fā)射機運動； （2）火車沿直線背向發(fā)射機運動； (3）汽車運動方向與入射波方向成直角。 通信與信息工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)院多普勒頻移o小尺度衰落和多徑效應(yīng)( , )h t小尺度衰落和多徑效應(yīng)低通等效分析： ( )Re ( )exp( 2)( )Re ( )exp( 2)( , )Re( , )exp( 2)ccbcx tc tjf ty tr tjf th th tjf t小尺度衰落和多徑效

5、應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng) 移動多徑信道的參數(shù) （1）時間色散 平均附加時延（ ） rms時延擴展（ ）()()kkkkkPP 2222()()kkkkkPP 小尺度衰落和多徑效應(yīng)（2）相干帶寬 是從rms時延擴展得出的一個信道參量 含義：頻率范圍，該范圍內(nèi)的頻率分量 有很強的幅度相關(guān)性 頻率相關(guān)系數(shù)頻率相關(guān)系數(shù)0.90.9： 頻率相關(guān)系數(shù)頻率相關(guān)系數(shù)0.50.5： 實際應(yīng)用中也常用最大附加時延定義實際應(yīng)用中也常用最大附加時延定義 - -Tm表示多徑能量從初值衰減到低于最大能量 （ 30dB）處的時延150cB15cB1cmBT小尺度衰落和多徑效應(yīng)說明：1. 上述兩式僅僅是粗略估計； 2. 一般情

6、況下，要確定時變多徑信道對某 一特定發(fā)送信號的精確影響，需要用到 頻譜分析技術(shù)和仿真； 3. 在無線應(yīng)用中，設(shè)計特定的調(diào)制解調(diào)方 式必須采用精確的信道模型。小尺度衰落和多徑效應(yīng) 例題2：一個多徑信道的沖擊響應(yīng)模型如下圖所示，計算該信道模型的平均附加時延和時延擴展。t=1t=30dB-3dBtimepower小尺度衰落和多徑效應(yīng) 物理意義： 表征移動信道中能通過多少帶寬信號能力的統(tǒng)計量度。 頻率選擇性衰落衰落 平坦衰落(非頻率選擇性衰落） 對移動信道，B信號B相關(guān) 頻率選擇性衰落小尺度衰落和多徑效應(yīng) 如果調(diào)制帶寬超過了無線信道的相干帶寬，將會產(chǎn)生符號間干擾(ISI)，并且調(diào)制脈沖將會產(chǎn)生時域擴展

7、，從而進入相鄰符號； 均衡技術(shù)可以補償時分信道中由于多徑效應(yīng)產(chǎn)生的符號間干擾(ISI)。小尺度衰落和多徑效應(yīng) 例題3：計算圖所給出的多徑分布的平均附加時延、rms時延擴展。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？Pr0125-30dB-20dB-10dB0dB（s）小尺度衰落和多徑效應(yīng)多徑傳播的頻率色散多普勒擴展由于移動臺的運動，接收信號會在收端產(chǎn)生多普勒頻移。如果接收信號為N條路徑來的電波，其入射角不盡相同。當(dāng)N 較大時，多普勒頻移就成為占有一定寬度的多普勒擴展。小尺度衰落和多徑效應(yīng)多普勒擴展：頻率范圍，在此范圍內(nèi)，多普勒頻譜非零，當(dāng)發(fā)射信號是頻率

8、為fc的純正弦波時，接收到的信號頻譜會在fc+fd到fc-fd范圍內(nèi)都存在。相干時間是多普勒擴展在時域的表示，用于描述信道頻率色散的時變特性。小尺度衰落和多徑效應(yīng) 相干時間是信道沖激響應(yīng)維持不變的時間間隔的統(tǒng)計平均值，也就是說，相干時間是個時間間隔，在此間隔內(nèi)，兩個到達信號具有很強的幅度相關(guān)性。 如果基帶信號帶寬的倒數(shù)大于信道的相干時間，那么傳輸中基帶信號很可能就會發(fā)生失真。 現(xiàn)代數(shù)字通信中，較普遍的相干帶寬的取值0.423cdTf小尺度衰落和多徑效應(yīng) 物理意義： 表征時變信道對信號的衰落節(jié)拍，即信道在時域上具有選擇性。 TTc，兩數(shù)字信號的沖擊響應(yīng)不變，不會產(chǎn)生時間選擇性衰落。 TTc，產(chǎn)生

9、時間選擇性衰落。 （其中T為兩數(shù)字信號到達接收端的時間差）小尺度衰落和多徑效應(yīng) 小尺度衰落類型 衰落類型取決于信號的特性和信道的特性，信號參數(shù)和信道參數(shù)的關(guān)系決定了信號將經(jīng)歷的衰落類型。 移動無線信道的時間色散和頻率色散可能引起四種衰落小尺度衰落和多徑效應(yīng)衰 落 多徑時延擴展 多普勒頻展平坦衰落頻率選擇性 衰落 快衰落 慢衰落小尺度衰落和多徑效應(yīng) 如果無線信道帶寬大于發(fā)射信號帶寬，并且信道頻率響應(yīng)的幅度近似為常數(shù)，相位為線性，那么信號的頻譜會保持不變，但是信道增益會隨時間而變化（多徑造成的）。這種衰落是最為常見的一種。 條件:平坦衰落scBBsT 小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng) 平坦

10、衰落信道有可能引起幅度的深度衰落。這樣，為克服這種衰落，通常需要增加20-30dB的發(fā)射功率。 平坦衰落信道的瞬時增益分布對設(shè)計無線鏈路是非常重要的，最常見的瑞利分布。瑞利平坦衰落信道引起的幅度隨時間的變化服從瑞利分布。小尺度衰落和多徑效應(yīng) 幾種常見衰落的分布情況正態(tài)分布瑞利分布萊斯分布 k=0.5,1,2,4對數(shù)正態(tài)分布0 2 4 6 8 10小尺度衰落和多徑效應(yīng) 頻率選擇性衰落 信號中各分量的衰落情況與頻率有關(guān)，即傳輸信道對信號中不同頻率成分有不同的隨機的響應(yīng)。 產(chǎn)生條件: 對接收信號的影響： 沖激響應(yīng)具有多徑時延擴展，同時，接收信號包括了衰減和時延的多徑波，信號接收波形失真。csBB s

11、T 小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng)總結(jié)： 通常 平坦衰落信道 頻率選擇性衰落信道10Ts10Ts小尺度衰落和多徑效應(yīng) 快衰落 根據(jù)發(fā)送的基帶信號與信道變化的快慢的比較，衰落信道可分為快衰落信道和慢衰落信道。 在快衰落信道中，信道的沖激響應(yīng)在一個符號周期內(nèi)就會發(fā)生變化，即信道的相干時間小于符號周期 快衰落的條件：。,scsDTTBB且小尺度衰落和多徑效應(yīng) 慢衰落 接收天線處的場強中值隨移動臺運動是周圍地形、建筑物等的變化而出現(xiàn)的波動，其變化速率較為緩慢。 產(chǎn)生條件DsBB csTT 小尺度衰落和多徑效應(yīng) 慢衰落速率主要決定于傳播環(huán)境，即移動臺周圍地形，包括 山丘起伏 建筑物的分布與高度 街道走向 基站天線的位置與高度 移動臺行進速度 而與頻率無關(guān)。小尺度衰落和多徑效應(yīng) 慢衰落的統(tǒng)計特性 慢衰落近似服從對數(shù)正態(tài)分布 信號中值的分貝值； m 信號中值的均值的分貝值； 信號中值的標準方差的分貝值；222( )1( )exp22U tmp U t( )U t小尺度衰落和多徑效應(yīng) 衰落儲備量 為防止衰落引起通信中斷，必須提高PT或GTGR，使接收信號電平PR留有足夠余量，稱為衰落儲備量。小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng)作業(yè)題1: 確定從一個靜態(tài)GSM發(fā)射機接收到的最大和最小的頻譜頻率，該發(fā)射