移動(dòng)通信課件(全)全書(shū)教學(xué)教程完整版電子教案最全幻燈片

1、移動(dòng)通信第一章 移動(dòng)通信概述 Mobile Communication Theory目錄移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)述 1.1移動(dòng)通信的特點(diǎn) 1.2移動(dòng)通信的工作頻段 1.3移動(dòng)通信的工作方式1.4移動(dòng)通信的分類(lèi)及應(yīng)用系統(tǒng)1.3移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì) 1.4內(nèi)容安排1.1Mobile Communication Theory學(xué)習(xí)重點(diǎn)與要求重點(diǎn)掌握移動(dòng)通信的概念、特點(diǎn)；理解移動(dòng)通信的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢(shì)；了解無(wú)線頻譜的規(guī)劃及第三代移動(dòng)通信的工作頻段；掌握移動(dòng)通信的三種工作方式；了解移動(dòng)通信的應(yīng)用系統(tǒng)。社會(huì)對(duì)通信的需求不斷發(fā)展20世紀(jì)的概念： 五個(gè)W，“任何人（Whoever）在任何地方（Wherever）任何時(shí)間（

2、Whenever）可以同任何人（Whomever）進(jìn)行任何形式（Whatever）的通信”。21世紀(jì)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“任何地方、任何時(shí)候、任何人”（anywhere, anytime, anyone)的通信,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) IoT (Internet of Things)1.1 移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)述 通信技術(shù)高速發(fā)展帶來(lái)的代價(jià)數(shù)字芯片的處理能力每個(gè)18月就增加1倍（摩爾定律）用戶數(shù)據(jù)速率以指數(shù)形式增長(zhǎng)5無(wú)線通信技術(shù)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

3、潤(rùn)降低1.1 移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)述 Mobile Communication Theory1.1 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) TDMAGSM系統(tǒng) CDMAN-CDMA系統(tǒng) 目標(biāo)典型代表過(guò)渡代（2.5G）高速傳輸GPRS, CDMA20001X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，各種數(shù)據(jù)話音業(yè)務(wù)，全I(xiàn)P

4、，多協(xié)議，新技術(shù)4G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)(FDD-LTETD-LTE)第五代（5G）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&TMobile Communication Theory1.2 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)雜的無(wú)線傳播環(huán)境導(dǎo)致信號(hào)衰落需要確保信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量在強(qiáng)干擾環(huán)境下工作外部干擾自身干擾干擾有互調(diào)干擾（intermodulation interference）鄰道干擾（Adjacent channel interference）共道干

5、擾（Cochannel Interfere）Mobile Communication Theory1.2 移動(dòng)通信的特點(diǎn) 自 身 干 擾互調(diào)干擾兩個(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)成干擾鄰道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)而造成的干擾同頻干擾（蜂窩系統(tǒng)特有）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Mobile Communication Theory1.2 移動(dòng)通信的特點(diǎn) 1.2 移動(dòng)通信的特

6、點(diǎn) 資源受限無(wú)線電頻譜是一種資源無(wú)線電頻譜可以正交分割(時(shí)間頻率空間)相同時(shí)間頻率空間上不能同時(shí)應(yīng)用用于通信的無(wú)線頻譜資源奇缺性能評(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.Mobile Communication Theory1.3 移動(dòng)通信頻段我國(guó)移動(dòng)通信工作頻段Mobile Communication Theory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 160 MHz頻段：138149.9 MHz 150.05167 MHz 450 MHz頻段：

7、403420 MHz 450470 MHz 900 MHz頻段：890915 MHz（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收）935960 MHz（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）另外900MHz頻段中的806821MHz和851866MHz分配給集群移動(dòng)通信；825845MHz和870890MHz分配給部隊(duì)使用。IS-95CDMA出現(xiàn)后，為其分配的頻段為： 800 MHz頻段：824849 MHz（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收）869894 MHz（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）1.3 移動(dòng)通信頻段Mobile Communication Theory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：340034

8、30 MHz中心站發(fā)射頻段：35003530 MHz收發(fā)頻率間隔：100 MHz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 -1900 MHz、2320-2370 MHz、2575-2635 MHz；中國(guó)聯(lián)通分配40MHz帶寬，分別為2300-2320 MHz、2555-2575 MHz；中國(guó)電信分配40MHz帶寬，分別為2370-2390 MHz、2635-2655 MHz。FDD LTE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/214

9、5-2170MHz) 。Mobile Communication Theory1.3 移動(dòng)通信頻段第五代移動(dòng)通信的頻率劃分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：3300-3600MHz4800-5000MHz其中3300-3400MHz頻段原則上限室內(nèi)使用。Mobile Communication Theory1.3 移動(dòng)通信頻段Mobile Communication Theory 1.4 移動(dòng)通信的工作方式單工通信雙工通信半雙工通信移動(dòng)中繼方式Mobile Communication Theory單工通信單工通信 通信雙方電臺(tái)交

10、替地進(jìn)行收信和發(fā)信。方式 同頻單工雙頻單工 PlayMobile Communication Theory雙工通信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 。playMobile Communication Theory半雙工通信半雙工通信通信雙方中，一方使用雙頻雙工方式，即收發(fā)信機(jī)同時(shí)工作；另一方使用雙頻單工方式，即收發(fā)信機(jī)交替工作。PlayMobile Communication Theory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Mobile Communication Theory1.5 移動(dòng)通信的分類(lèi)及應(yīng)用系統(tǒng) 民用設(shè)備 陸地通信使用對(duì)象

11、 使用環(huán)境 海上通信 軍用設(shè)備 空中通信 頻分多址（FDMA） 寬域網(wǎng)多址方式 時(shí)分多址（TDMA）覆蓋范圍 局域網(wǎng) 碼分多址（CDMA） 個(gè)域網(wǎng) 電話網(wǎng) 專用網(wǎng)業(yè)務(wù)類(lèi)型 數(shù)據(jù)網(wǎng) 服務(wù)范圍 綜合業(yè)務(wù)網(wǎng) 公用網(wǎng) 同頻單工工作方式 雙頻單工 模擬網(wǎng) 雙頻雙工 信號(hào)形式 半雙工 數(shù)字網(wǎng)Mobile Communication Theory1.5 移動(dòng)通信的分類(lèi)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/WANMobile Communication Theory1.6 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展1移動(dòng)業(yè)務(wù)走向數(shù)據(jù)化和分組化2移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)扁平化和IP

12、化 3未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的三大主體結(jié)構(gòu)設(shè)備制造商，負(fù)責(zé)制造向用戶提供服務(wù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)備和終端。服務(wù)運(yùn)營(yíng)商，負(fù)責(zé)向用戶提供移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)支撐和業(yè)務(wù)服務(wù)。業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)商，負(fù)責(zé)向運(yùn)營(yíng)商提供用戶喜聞樂(lè)見(jiàn)的業(yè)務(wù)形式和業(yè)務(wù)內(nèi)容。Mobile Communication Theory1.6 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)將向?qū)拵Щ?、智能化、個(gè)人化方向發(fā)展，形成統(tǒng)一的綜合寬帶通信網(wǎng)，并逐步演進(jìn)為由核心骨干層和接入層組成、業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)分離的構(gòu)架。Mobile Communication Theory1.7 本書(shū)內(nèi)容安排章節(jié)標(biāo)題內(nèi)容2電波傳輸與預(yù)測(cè)模型介紹無(wú)線傳播環(huán)境和傳播預(yù)測(cè)模型3信源編碼和調(diào)制技術(shù)介紹移動(dòng)通信中的調(diào)制解

13、調(diào)技術(shù)4抗衰落和鏈路性能增強(qiáng)論述各種抗衰落和抗干擾技術(shù)5蜂窩組網(wǎng)技術(shù)介紹了網(wǎng)絡(luò)的組成基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)6GSM與CDMA系統(tǒng)介紹GSM和CDMA2000系統(tǒng)7第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)LTE和LTE-Advanced的概念和技術(shù)8第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)介紹5G基本概念及關(guān)鍵技術(shù)9新技術(shù)應(yīng)用具體描述了移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)Wireless Supports People NavigatingThank You !第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信目錄Mobile Communication Theory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

14、型8對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型4MIMO信道72.1.1 電波傳播的基本特性Mobile Communication Theory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 衰落特性信道的分類(lèi)信道的分類(lèi) 大尺度衰落根據(jù)不同距離內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度變化的快慢分為 小尺度衰落 長(zhǎng)期慢衰落根據(jù)信號(hào)與信道變化快慢程度的比較分為 短期快衰落 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

15、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Mobile Communication Theory大尺度衰落與小尺度衰落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)表示尺度衰落；r0(t)表示小尺度衰落。Mobile Communication Theory大尺度衰落小尺度衰落2.1.2 電波傳播特性的研究Mobile Communication Theory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)制功率的路徑損耗接收信號(hào)的變化和分布

16、特性2.2 自由空間的電波傳播Mobile Communication Theory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2.3 3種基本電波傳播機(jī)制Mobile Communication Theory阻擋體比傳輸波長(zhǎng)大的多的物體產(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2.3.1 反射Mobile Communication Theory理想介質(zhì)表面反射極化特性多徑信號(hào)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)

17、反射系數(shù)（R）入射波與反射波的比值 (垂直極化） （水平極化）Mobile Communication Theory 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）Mobile Communication Theory2.3.1 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)，無(wú)法用公式準(zhǔn)確計(jì)算出接收信號(hào)的功率，必須用統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算接收信號(hào)的功率 Mobile Communication Theory直射波反射

18、波地表面波可忽略地面二次效應(yīng)可忽略2.3.2 繞射Mobile Communication Theory惠更斯菲涅爾原理菲涅爾區(qū)基爾霍夫公式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 （即 ）的次級(jí)波前 能到達(dá)接收點(diǎn)R在0到180之間變化到達(dá)接收點(diǎn)輻射能量與 成正比Mobile Communication Theory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

19、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)。Mobile Communication Theory2.3.3 散射Mobile Communication Theory散射粗糙表面，反射能量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)2.4 對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型Mobile Communication Theory 對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型是一個(gè)能夠反映電波傳播主要特性的簡(jiǎn)單模型，對(duì)于實(shí)際信道來(lái)

20、說(shuō)，這個(gè)模型只是一種近似，更精確的模型可采用復(fù)雜的解析模型或者通過(guò)實(shí)測(cè)來(lái)建立模型。 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262.5 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），服從零平均和標(biāo)準(zhǔn)偏 差dB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m4，標(biāo)準(zhǔn)差8dB是合理的Mobile

21、 Communication Theory2.6 移動(dòng)無(wú)線信道及特性參數(shù)Mobile Communication Theory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(lèi)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頻移多徑信道的信道模型描述多徑信道的主要參數(shù)2.6.1 多徑衰落的基本特性幅度衰落 幅度隨移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)距離的變動(dòng)而衰落 空間角度模擬系統(tǒng)主要考慮原因本地反射物所引起的多徑效應(yīng)表現(xiàn)為快衰落地形變化引起的衰落以及空間擴(kuò)散損耗表現(xiàn)為慢衰落Mobile Communication Theory2.6.1 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)

22、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)Mobile Communication Theory2.6.2 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Mobile Communication Theory2.6.2 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機(jī)信號(hào)的多普勒擴(kuò)散，因而

23、增加了信號(hào)帶寬。Mobile Communication Theory2.6.3 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Mobile Communication Theory2.6.3 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)Mobile Communication Theory 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； 為波長(zhǎng)。又因?yàn)?所以 式中 為

24、時(shí)延。 實(shí)質(zhì)上是接收信號(hào)的復(fù)包絡(luò)模型，是衰落、相移和時(shí) 延都不同的各個(gè)路徑的總和。 Mobile Communication Theory 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。Mobile Communication Theory在相位中不可忽略數(shù)量級(jí)小可忽略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。

25、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Mobile Communication Theory多徑延遲影響多普勒效應(yīng)影響2.6.4 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Mobile Communication Theory功率延

26、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) 相關(guān)帶寬 多徑衰落下，頻率間隔靠得很近的兩個(gè)衰落信號(hào)存在不同時(shí)延，可使兩個(gè)信號(hào)變得相關(guān)。這一頻率間隔稱為“相干” 或“相關(guān)”帶寬（Bc）從時(shí)延擴(kuò)展角度說(shuō)明從包絡(luò)相關(guān)性角度說(shuō)明多徑衰落的分類(lèi)及判定Mobile Communication Theory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

27、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 Mobile Communication Theory t0dB -XdB D 從時(shí)延擴(kuò)展角度說(shuō)明相關(guān)帶寬兩徑情況 接收信號(hào) 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 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

28、理計(jì)算出來(lái) 說(shuō)明相關(guān)帶寬是信道本身的特性參數(shù)，與信號(hào)無(wú)關(guān)Mobile Communication Theory r+1r-1w)(2tnDp )()12(tnD+p 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 相關(guān)帶寬 ()Mobile Communication Theory衰落的分類(lèi)及判定分類(lèi) 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

29、 一致的 不失真Mobile Communication Theory 判定 由信道和信號(hào)兩方面決定數(shù)字通信系統(tǒng)信號(hào)帶寬小于信道相關(guān)帶寬BsBc平坦衰落頻選衰落碼間干擾頻率色散用多普勒擴(kuò)展來(lái)描述，相關(guān)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）相關(guān)時(shí)間 信道沖激響應(yīng)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Mobile Communication Theory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)

30、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 Mobile Communication Theoryfcfc + fmfc - fmS ( f )推導(dǎo)相關(guān)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)信道相關(guān)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=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)度為0.5時(shí)的時(shí)間間隔定義為相關(guān)時(shí)間 28頁(yè)曾

31、推出包絡(luò)相關(guān)系數(shù) 令 ， =0.5 推出Mobile Communication Theory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Mobile Communication Theory碼元間隔大于信道相關(guān)時(shí)間TsTc時(shí)選衰落誤碼角度色散原因 移動(dòng)臺(tái)和基站周?chē)纳⑸洵h(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Mobile Communication Theory角度擴(kuò)展角度功率

32、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 Mobile Communication Theory相關(guān)距離與空間選擇性衰落Mobile Communication Theory相關(guān)距離Dc空間選擇性衰落信道沖激響應(yīng)保證一定相關(guān)度的空間距離空選衰落:天線空間距離大于相關(guān)距離Dc非空選衰落:天線空間距離遠(yuǎn)小于相關(guān)距離Dc2.6.5 多徑信道的統(tǒng)計(jì)分析Mobile Communicati

33、on Theory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)境一般服從瑞利分布Mobile Communication Theory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02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Play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（02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

34、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 Mobile Communication Theory = 0 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)積分 對(duì)r積分 可見(jiàn)，包絡(luò) r 服從瑞利分布，在02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 Mobile Communication Theory圖29 瑞利分布的概率分布密度 萊斯分布Mobile Communication Theory環(huán)境條件概率密度函數(shù)萊斯因子萊斯分布的環(huán)境條件直射系統(tǒng)中，接收信號(hào)中有視距信號(hào)

35、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)Mobile Communication TheoryPlay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(lèi)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Mobile Communication Theory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)Nakagami-m

36、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 Mobile Communication Theory2.6.6 多徑衰落信道的分類(lèi)依據(jù) 分類(lèi)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）Mobile Communication Theory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

37、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 Bc Ts Bs Mobile Communication TheoryTs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TsTc BsBd TsBdMobile Communication TheoryTc為信道相關(guān)時(shí)間BD為多普勒擴(kuò)展 2.6.7衰落特性的特征量Mobile Communication Theory衰落深度衰落速率電平通

38、過(guò)率衰落持續(xù)時(shí)間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。Mobile Communication Theory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)頻繁表達(dá)式 式中 為信號(hào)包絡(luò)r對(duì)時(shí)間的導(dǎo)函數(shù)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

39、 ， 為信號(hào)有效值Mobile Communication Theory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Mobile Communication Theory電平通過(guò)率和平均衰落持續(xù)時(shí)間 圖示Mobile Communication Theory圖211 電平通過(guò)率和平均衰落持續(xù)時(shí)間2.6.8 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（ 0，2的均勻分布環(huán)境

40、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Mobile Communication Theory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（ 0，2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

41、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Mobile Communication TheoryClarke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Mobile Communication Theory圖215 入射角到達(dá)平面示意圖 Clarke信道模

42、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Mobile Communication TheoryJakes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Mobile Communication Theor

43、yJakes仿真器模型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。Mobile Communication Theory圖2-12 Jakes仿真器模型 2. 7 MIMO信道MIMO信道就是在基站端和用戶端都為多副天線。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)

44、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。Mobile Communication Theory分析模型基站端的信號(hào)向量可表示為：移動(dòng)臺(tái)端的信號(hào)向量表示為：Mobile Communication Theory分析模型根據(jù)這樣的假設(shè)，可得到MIMO信道的沖擊響應(yīng)為：式中： ， 為： Mobile Communication Theory分析模型 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

45、布，這樣可得第 徑的功率 . Mobile Communication Theory分析模型 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： Mobile Communication Theory分析模型 得到BS端和MS端天線間的相關(guān)矩陣為： Mobile Communication Theory分析模型 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： Mobile Communication T

46、heory分析模型下面討論相關(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。 Mobile Communication Theory分析模型矩陣 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 Mobile Communication Theory分析

47、模型延時(shí)抽頭MIMO信道模型 Mobile Communication Theory物理模型SCM（SCM，Spatial Channel Model）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)。 Mobile Communication Theory2.8 電波傳播損耗預(yù)

48、測(cè)模型目的 掌握基站周?chē)械攸c(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?，在此基礎(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)傳播模型傳播模型校正Mobile Communication Theory2.8.1 室外傳播模型Mobile Communication Theory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COST 231 Walfisch-Ikegami 模型Okumura-Hata 模型路

49、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 站沿傳播方向?qū)嶋H距離內(nèi)的平均地面海波高度之差，即 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） 有效天線修正因子，是覆蓋區(qū)大小的函數(shù) 小區(qū)類(lèi)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 Mobile Communication TheoryCOST-231 Hata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33.9

50、 Okumura-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。Mobile Communication TheoryCCIR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Mobile Communication TheoryLEE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(lèi)LEE宏蜂窩模型 LEE微蜂窩模型 M

51、obile Communication TheoryLEE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Mobile Communication Theory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Mobile Communication Theory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

52、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)Mobile Communication Theory圖214 山坡等地形阻擋物引起的衍射損耗水面反射其中 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Mobile Communication TheoryLEE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 Mobile Communication TheoryLEE微

53、蜂窩模型 是由于建筑物引起的損耗。 其值可以這樣得到 首先按圖2-19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Ba+b+c，再根據(jù)B查找曲線圖2-20，可得值。Mobile Communication Theory(dA)A建筑物abc(dA)B = a+b+cCOST 231 Walfisch-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?chē)ㄖ锏炔煌闆r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

54、的衰落損耗 L2 沿屋頂?shù)亩嘀匮苌洌ǔ俗罱难苌洌㎝obile Communication TheoryCOST 231 Walfisch-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Mobile Communication Theory室外傳播模型的使用Mobile Communication Theory適用范圍1應(yīng)用方法2使用及評(píng)價(jià)3傳播模型的適用范圍Mobile Communication Th

55、eory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1501500基站：30200移動(dòng)臺(tái)：110城區(qū)、郊區(qū)、鄉(xiāng)村 COST-231 Hata宏蜂窩1500 2000基站：30200移動(dòng)臺(tái)：110城區(qū)、郊區(qū)、鄉(xiāng)村 CCIR宏蜂窩150 2000基站：30200移動(dòng)臺(tái)：110城區(qū)、郊區(qū)LEE宏蜂窩450 2000城區(qū)、郊區(qū)、鄉(xiāng)村 微蜂窩分LOS和NLOS450 2000城區(qū)、郊區(qū)WIM0.025km分LOS和NLOS800 2000基站：450移動(dòng)臺(tái)：13 城區(qū)、郊區(qū)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（

56、km）Mobile Communication Theoryd1 宏蜂窩模型d5 d5 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d1,或cTb=n，因此略去第一項(xiàng)，得到 -h關(guān)系曲線如圖3.6。 3.3.1 相位連續(xù)的FSKMobile Communication Theory從圖中可以看出，當(dāng)調(diào)制指數(shù)h=0.5，1，1.5，.時(shí)，=0, 即兩個(gè)信號(hào)是正交的。h=0.5的CPFSK就稱作最小移頻鍵控MSK。它是在兩個(gè)信號(hào)正交的條件下，對(duì)給定的Rb有最小的頻差。3.3.2 MSK信號(hào)的相位路徑、頻率及功率譜Mobile Communication Theory由于h=1/2，MSK的相位約束

57、條件就是由于|ak-ak-1|總為偶數(shù)，所以初始相位為零時(shí)，其后各碼元的初相位為的整數(shù)倍。相位路徑的例子如圖3.7所示，其中初始相位為零。圖中可以看到的取值為0，-、-、-、3、.（k=0,1,2.）。 1.相位路徑3.3.2 MSK信號(hào)的相位路徑、頻率及功率譜Mobile Communication Theory在MSK信號(hào)中，碼元速率Rb=1/ Tb、峰值頻偏fd和兩個(gè)頻率f1、f2存在一定的關(guān)系。 當(dāng)給定碼元速率Rb時(shí)可以確定各個(gè)頻率如下：即載波頻率應(yīng)當(dāng)是Rb/4的整數(shù)倍。 2.MSK的頻率關(guān)系3.3.2 MSK信號(hào)的相位路徑、頻率及功率譜Mobile Communication The

58、ory3.MSK的功率譜MSK的功率譜為 式中A為信號(hào)的幅度。功率譜特性如圖3.8所示。為便于比較，圖中也給出一般2FSK信號(hào)的功率譜特性。 由圖可見(jiàn)，MSK 信號(hào)比一般2FSK信號(hào)有更高的帶寬效率。 3.4 高斯最小移頻鍵控GMSKMobile Communication Theory GMSK是一種恒包絡(luò)調(diào)制方式，可以采用功率效率高而便宜的非線性功率放大器，這使用戶單元（手機(jī)）的價(jià)格比較低，有利于當(dāng)時(shí)移動(dòng)電話的普及。 3.4.1 高斯濾波器的傳輸特性 3.4.2 GMSK信號(hào)的波形和相位路徑 3.4.3 GMSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)3.4.4 GMSK功率譜 3.4.1 高斯濾波器的傳輸特性M

59、obile Communication TheoryGMSK就是基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)高斯低通濾波器的MSK，如圖3.93.4.1 高斯濾波器的傳輸特性Mobile Communication Theory頻率特性H(f)和沖激響應(yīng)h(t)高斯濾波器具有指數(shù)形式的響應(yīng)特性，其中幅度特性為 沖激響應(yīng)為令Bb為H(f)的3dB帶寬，因?yàn)镠(0)=1，則有H(f)|f=Bb=H(Bb)=0.707,可以求得a:給定xb ,就可以計(jì)算出H(x)、h()并畫(huà)出它們的特性曲線如圖3.10。 3.4.1 高斯濾波器的傳輸特性Mobile Communication Theory令=t/ Tb ，并把a(bǔ)=1.7 Bb代

60、入（3.15）并設(shè)Tb =1,則有設(shè)要傳輸?shù)拇a元長(zhǎng)度為T(mén)b,速率為 Rb=1/Tb，以Rb為參考，對(duì)f歸一化: x= f/ Rb = fTb ，則歸一化3dB帶寬為：這樣，用歸一化頻率表示的頻率特性就為H(x)： 3.4.2 GMSK信號(hào)的波形和相位路徑 Mobile Communication Theory設(shè)要發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列bk( bk =1)所用線路碼為NRZ碼，碼元起止時(shí)刻為T(mén)b的整數(shù)倍,此基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)高斯濾波器后輸出為信號(hào)對(duì)調(diào)頻器調(diào)頻，輸出為附加相位為3.4.2 GMSK信號(hào)的波形和相位路徑Mobile Communication Theory在一個(gè)碼元結(jié)束時(shí)，相位的增量取決于在