第二章空中接口設(shè)計(jì)(1)

1、第2章 空中接口設(shè)計(jì) 第二章第二章 空中接口設(shè)計(jì)空中接口設(shè)計(jì)空中接口設(shè)計(jì)主要研究無線網(wǎng)絡(luò)的：空中接口設(shè)計(jì)主要研究無線網(wǎng)絡(luò)的：介質(zhì)特性：無線介質(zhì)更復(fù)雜，無線信道介質(zhì)特性：無線介質(zhì)更復(fù)雜，無線信道接收信號(hào)的強(qiáng)度接收信號(hào)的強(qiáng)度隨隨時(shí)間時(shí)間和和空間空間的移動(dòng)波動(dòng)很大。的移動(dòng)波動(dòng)很大。物理連接的設(shè)計(jì)物理連接的設(shè)計(jì): 對(duì)應(yīng)了傳輸技術(shù)對(duì)應(yīng)了傳輸技術(shù) 其復(fù)雜性和多樣性遠(yuǎn)遠(yuǎn)其復(fù)雜性和多樣性遠(yuǎn)遠(yuǎn) 超過了有線網(wǎng)絡(luò)超過了有線網(wǎng)絡(luò) 接入方式接入方式: 描述了無線網(wǎng)絡(luò)的多址技術(shù)描述了無線網(wǎng)絡(luò)的多址技術(shù) 需要保證足夠的功率和帶寬需要保證足夠的功率和帶寬,減小介質(zhì)的波動(dòng)減小介質(zhì)的波動(dòng) 第2章 空中接口設(shè)計(jì) 2.1 2.1 無

2、線介質(zhì)特性無線介質(zhì)特性一、有線介質(zhì)和無線介質(zhì)的比較一、有線介質(zhì)和無線介質(zhì)的比較有線介質(zhì)有線介質(zhì)提供了一種可靠的，定向的連接。介質(zhì)形式多，信道提供了一種可靠的，定向的連接。介質(zhì)形式多，信道的最大傳輸速率受限于信道的頻率特性。有一定輻射。的最大傳輸速率受限于信道的頻率特性。有一定輻射。無線介質(zhì)無線介質(zhì)不可靠，帶寬低、有廣播性。不可靠，帶寬低、有廣播性。相對(duì)于有線信道，無線介質(zhì)的主要特點(diǎn)如下：相對(duì)于有線信道，無線介質(zhì)的主要特點(diǎn)如下：第2章 空中接口設(shè)計(jì) 無線介質(zhì)特點(diǎn)無線介質(zhì)特點(diǎn)1、唯一的介質(zhì)：空氣、唯一的介質(zhì)：空氣 所有的無線傳輸都采用相同的介質(zhì)，各種無線網(wǎng)絡(luò)通過工作所有的無線傳輸都采用相同的介質(zhì)，

3、各種無線網(wǎng)絡(luò)通過工作 頻率，和接入頻段區(qū)分。頻率，和接入頻段區(qū)分。2、頻段有限：頻段有限： 1） 頻段劃分：頻段劃分： 極低頻（極低頻（FLF）：）： B，多普勒頻移的影響可以忽略。，多普勒頻移的影響可以忽略?；鶐盘?hào)帶寬的倒數(shù)基帶信號(hào)帶寬的倒數(shù) 相干時(shí)間，產(chǎn)生時(shí)間選擇性衰相干時(shí)間，產(chǎn)生時(shí)間選擇性衰落，導(dǎo)致接收機(jī)信號(hào)失真。落，導(dǎo)致接收機(jī)信號(hào)失真。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 在現(xiàn)代數(shù)字通信中，相干時(shí)間的定義式為：在現(xiàn)代數(shù)字通信中，相干時(shí)間的定義式為：mmcffT423.01692式中式中：/mmvf 最大的多普勒頻率，與移動(dòng)終端的速度有關(guān)。最大的多普勒頻率，與移動(dòng)終端的速度有關(guān)。 mv：移動(dòng)速度：移動(dòng)

4、速度 ：無線信號(hào)波長(zhǎng)：無線信號(hào)波長(zhǎng) 由相干時(shí)間的定義可知，時(shí)間間隔大于由相干時(shí)間的定義可知，時(shí)間間隔大于 的兩個(gè)到達(dá)信的兩個(gè)到達(dá)信號(hào)受信道的影響各不相同。號(hào)受信道的影響各不相同。cT第2章 空中接口設(shè)計(jì) 快衰落快衰落根據(jù)發(fā)送的基帶信號(hào)與信道變化快慢程度的比較，信根據(jù)發(fā)送的基帶信號(hào)與信道變化快慢程度的比較，信道可分為快衰落和慢衰落信道。道可分為快衰落和慢衰落信道。在快衰落信道中，信道的相干時(shí)間小于發(fā)送信號(hào)的信在快衰落信道中，信道的相干時(shí)間小于發(fā)送信號(hào)的信號(hào)周期，由于多普勒擴(kuò)展引起頻率色散（時(shí)間選擇性號(hào)周期，由于多普勒擴(kuò)展引起頻率色散（時(shí)間選擇性衰落），從而導(dǎo)致了信號(hào)失真。從頻域可看出，由于衰落）

5、，從而導(dǎo)致了信號(hào)失真。從頻域可看出，由于快衰落引起的信號(hào)失真隨發(fā)送信號(hào)帶寬的多普勒擴(kuò)展快衰落引起的信號(hào)失真隨發(fā)送信號(hào)帶寬的多普勒擴(kuò)展的增加而加劇。因此，信號(hào)經(jīng)歷快衰落的條件是：的增加而加劇。因此，信號(hào)經(jīng)歷快衰落的條件是：（1）高多普勒擴(kuò)展）高多普勒擴(kuò)展（2）相干時(shí)間）相干時(shí)間 符號(hào)周期符號(hào)周期（3 3）信道變化慢于基帶信號(hào)變化）信道變化慢于基帶信號(hào)變化結(jié)論結(jié)論 （1 1）移動(dòng)臺(tái)的速度及其基帶信號(hào)發(fā)送速率決定了信號(hào)是）移動(dòng)臺(tái)的速度及其基帶信號(hào)發(fā)送速率決定了信號(hào)是經(jīng)歷快衰落還是慢衰落。經(jīng)歷快衰落還是慢衰落。（2 2）快慢衰落涉及的是信道的時(shí)間變化率與發(fā)送信號(hào)的）快慢衰落涉及的是信道的時(shí)間變化率與發(fā)

6、送信號(hào)的時(shí)間變化率之間的關(guān)系，而不是傳播路徑損耗模型。時(shí)間變化率之間的關(guān)系，而不是傳播路徑損耗模型。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 針對(duì)瑞利衰落信道的多普勒頻譜模型針對(duì)瑞利衰落信道的多普勒頻譜模型mmmmffffD;)(121)(212作用作用 確定給定移動(dòng)速度下衰落速率和衰落期限（信號(hào)強(qiáng)度確定給定移動(dòng)速度下衰落速率和衰落期限（信號(hào)強(qiáng)度何時(shí)低于特定值）。以便設(shè)計(jì)合適的編碼和頻譜交錯(cuò)技術(shù)。何時(shí)低于特定值）。以便設(shè)計(jì)合適的編碼和頻譜交錯(cuò)技術(shù)。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 3 3）時(shí)延擴(kuò)展（延遲擴(kuò)展）時(shí)延擴(kuò)展（延遲擴(kuò)展）（1 1）含義）含義 移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的信號(hào)通過不同路徑，歷經(jīng)不同的相對(duì)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的信號(hào)通過不同路徑，歷

7、經(jīng)不同的相對(duì)時(shí)延差到達(dá)接收端。最大傳輸時(shí)延和最小傳輸時(shí)延的差時(shí)延差到達(dá)接收端。最大傳輸時(shí)延和最小傳輸時(shí)延的差值為多徑時(shí)延，也稱延遲擴(kuò)展，一般用值為多徑時(shí)延，也稱延遲擴(kuò)展，一般用 來表示。其結(jié)來表示。其結(jié)果是接收信號(hào)的信號(hào)輪廓不清或者被擴(kuò)展。果是接收信號(hào)的信號(hào)輪廓不清或者被擴(kuò)展。 （2 2）影響）影響使得前后信號(hào)的碼元重疊，產(chǎn)生碼間干擾。（使得前后信號(hào)的碼元重疊，產(chǎn)生碼間干擾。（ISIISI）（3）要求）要求 時(shí)延擴(kuò)展要明顯小于數(shù)字信號(hào)的碼元寬度。時(shí)延擴(kuò)展要明顯小于數(shù)字信號(hào)的碼元寬度。( 即，即，時(shí)延擴(kuò)展限制了數(shù)字多徑信道的最大碼速時(shí)延擴(kuò)展限制了數(shù)字多徑信道的最大碼速)。信道可支持的數(shù)據(jù)速率要低

8、于信道可支持的數(shù)據(jù)速率要低于信道的相干帶寬。信道的相干帶寬。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 移動(dòng)信道的傳播路徑移動(dòng)信道的傳播路徑第2章 空中接口設(shè)計(jì) 多徑時(shí)散示意圖多徑時(shí)散示意圖第2章 空中接口設(shè)計(jì) 多徑時(shí)延參數(shù)典型值多徑時(shí)延參數(shù)典型值第2章 空中接口設(shè)計(jì) 相干帶寬相干帶寬 含義含義 是一個(gè)頻率范圍，在該范圍內(nèi)信號(hào)可以無失真地是一個(gè)頻率范圍，在該范圍內(nèi)信號(hào)可以無失真地通過信道。即在該范圍內(nèi)，兩個(gè)頻率分量有很強(qiáng)的幅通過信道。即在該范圍內(nèi)，兩個(gè)頻率分量有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。以幾乎相同的增益及線性相位通過信道。度相關(guān)性。以幾乎相同的增益及線性相位通過信道。對(duì)于頻率間隔大于相干帶寬的兩個(gè)頻率信號(hào)受信道的對(duì)于頻率間

9、隔大于相干帶寬的兩個(gè)頻率信號(hào)受信道的影響則大不相同。影響則大不相同。 實(shí)際應(yīng)用中的取值為實(shí)際應(yīng)用中的取值為（用最大時(shí)延擴(kuò)展的倒數(shù)來定義）（用最大時(shí)延擴(kuò)展的倒數(shù)來定義）max/1cB第2章 空中接口設(shè)計(jì) 平坦衰落（頻率非選擇性信道）平坦衰落（頻率非選擇性信道） 如信號(hào)帶寬小于相干帶寬，則信號(hào)中的不同頻率分如信號(hào)帶寬小于相干帶寬，則信號(hào)中的不同頻率分量以類似的方式受到信道的影響，接受信號(hào)的幅度、相量以類似的方式受到信道的影響，接受信號(hào)的幅度、相位等具有高度的相關(guān)性，信號(hào)的衰落與頻率無關(guān)。對(duì)應(yīng)位等具有高度的相關(guān)性，信號(hào)的衰落與頻率無關(guān)。對(duì)應(yīng)的信道為的信道為頻率非選擇性信道頻率非選擇性信道，對(duì)應(yīng)的衰落

10、為，對(duì)應(yīng)的衰落為平坦衰落，平坦衰落，平坦衰落不引入碼間干擾，但為了保證信號(hào)的質(zhì)量，要平坦衰落不引入碼間干擾，但為了保證信號(hào)的質(zhì)量，要求碼元周期大于最大時(shí)延擴(kuò)展。求碼元周期大于最大時(shí)延擴(kuò)展。平坦衰落特點(diǎn)平坦衰落特點(diǎn)（1）信號(hào)帶寬）信號(hào)帶寬 信道帶寬信道帶寬（2 2）時(shí)延擴(kuò)展）時(shí)延擴(kuò)展 信道帶寬信道帶寬（2）時(shí)延擴(kuò)展）時(shí)延擴(kuò)展 符號(hào)周期符號(hào)周期第2章 空中接口設(shè)計(jì) 結(jié)論結(jié)論寬帶信道寬帶信道 信道帶寬大于相干帶寬信道帶寬大于相干帶寬 。時(shí)延擴(kuò)展產(chǎn)生。時(shí)延擴(kuò)展產(chǎn)生的的ISI是引起信號(hào)下降的主要原因。是引起信號(hào)下降的主要原因。窄帶信道窄帶信道信道帶寬小于相干帶寬。信道帶寬小于相干帶寬。 路徑衰耗和衰落是

11、路徑衰耗和衰落是引起信號(hào)質(zhì)量下降的主要原因。引起信號(hào)質(zhì)量下降的主要原因。第2章 空中接口設(shè)計(jì) 第2章 空中接口設(shè)計(jì) 注意注意快慢衰落涉及的是信道的時(shí)間變化快慢衰落涉及的是信道的時(shí)間變化率與發(fā)送信號(hào)時(shí)間變化率之間的關(guān)率與發(fā)送信號(hào)時(shí)間變化率之間的關(guān)系，而不是傳播路徑損耗模型。系，而不是傳播路徑損耗模型。錯(cuò)誤：慢快衰落與大小尺度相對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤：慢快衰落與大小尺度相對(duì)應(yīng)第2章 空中接口設(shè)計(jì) 第2章 空中接口設(shè)計(jì) 5. 典型移動(dòng)信道模型典型移動(dòng)信道模型GSM，WCDMA第2章 空中接口設(shè)計(jì) 移動(dòng)信道參數(shù)移動(dòng)信道參數(shù)最大時(shí)延最大時(shí)延路徑數(shù)目的概率分布路徑數(shù)目的概率分布多徑延遲的時(shí)間分布多徑延遲的時(shí)間分布多徑信

12、號(hào)的強(qiáng)度分布多徑信號(hào)的強(qiáng)度分布延遲擴(kuò)展和路徑損耗的相關(guān)性延遲擴(kuò)展和路徑損耗的相關(guān)性路徑損耗的累積分布路徑損耗的累積分布多普勒頻移與擴(kuò)展多普勒頻移與擴(kuò)展第2章 空中接口設(shè)計(jì) 5.1 移動(dòng)環(huán)境信道移動(dòng)環(huán)境信道-GSM信道模型信道模型 GSM 05.05GSM 05.05建議的信道類型建議的信道類型典型郊區(qū)(RAx)典型山區(qū)(HTx)典型城市地區(qū)(Tux) GSM 05.05GSM 05.05建議的傳播模型建議的傳播模型典型郊區(qū)(RAx)：6支路典型郊區(qū)模型典型山區(qū)(HTx)：12/6支路典型山區(qū)模型典型城市地區(qū)(Tux)：12/6支路典型城市地區(qū)模型第2章 空中接口設(shè)計(jì) 5.2 移動(dòng)環(huán)境信道-GS

13、M信道模型參數(shù) GSM 05.05建議的信道模型參數(shù)多徑支路數(shù)目：12或6個(gè)每路徑的信號(hào)參數(shù)：路徑的時(shí)延和平均功率每路徑的幅度分布：瑞利分布，依據(jù)多普勒頻譜S(f) GSM 05.05建議的多普勒頻譜S(f)典型多普勒頻譜，用于除郊區(qū)最短路徑外所有環(huán)境萊斯(Rice)多普勒頻譜，用于郊區(qū)最短路徑環(huán)境dddfffffAfS2/12)(1 )(dddddfffffffffS)7 . 0(91. 0)(1 241. 0)(2/12第2章 空中接口設(shè)計(jì) 5.3 移動(dòng)環(huán)境信道-WCDMA信道模型 路徑損耗模型室內(nèi)室外步行室外車輛LRnnn37301831004621log .LRf4030491010l

14、oglogLhRhfbb40 14101821803101010()logloglogdB第2章 空中接口設(shè)計(jì) 5.4 移動(dòng)環(huán)境信道-WCDMA多徑模型 多徑模型參數(shù) Channel A Channel B Test environment r.m.s. (ns) P (%) r.m.s. (ns) P (%) Indoor office 35 50 100 45 Outdoor to indoor and pedestrian 45 40 750 55 Vehicular high antenna 370 40 4 000 55 第2章 空中接口設(shè)計(jì) 5.5 移動(dòng)環(huán)境信道-WCDMA室內(nèi)多徑

15、 室內(nèi)多徑時(shí)延模型 Channel A Channel B Doppler Tap Relative delay (ns) Average power (dB) Relative delay (ns) Average power (dB) spectrum 1 0 0 0 0 Flat 2 50 3.0 100 3.6 Flat 3 110 10.0 200 7.2 Flat 4 170 18.0 300 10.8 Flat 5 290 26.0 500 18.0 Flat 6 310 32.0 700 25.2 Flat 第2章 空中接口設(shè)計(jì) 5.6 移動(dòng)環(huán)境信道-WCDMA室外多徑 室外車輛測(cè)試環(huán)境 Channel A Channel B Doppler Tap Relative delay (ns) A