無線信道的傳輸模型分解課件

信道的傳輸模型8/18/2023信道的傳輸模型8/5/20231信道模型的分類信道的傳播模型可以分為：大尺度傳播模型和小尺度衰落。8/18/2023信道模型的分類信道的傳播模型可以分為：8/5/2022大尺度傳播模型定義：描述了長距離內(nèi)接收信號的強(qiáng)度的緩慢變化，這些變化是由發(fā)射天線和接收天線之間傳播路徑上的障礙物遮擋造成的。主要的模型代表有：Lee模型、Okumura-Hata模型、COST231-Hata模型、Walfisch-Ikegami模型(WIM)、室內(nèi)傳播模型8/18/2023大尺度傳播模型定義：8/5/20233小尺度模型定義：描述短距離或短時(shí)間內(nèi)接收信號強(qiáng)度快速變化的。模型代表：AGWN模型、Raleigh時(shí)變信道模型、倫琴衰落模型8/18/2023小尺度模型定義：8/5/20234規(guī)劃綜合考慮在規(guī)劃中一般只考慮大尺度衰落，關(guān)心的是接收點(diǎn)信號場強(qiáng)的平均值，因此只用到大尺度傳播模型，而小尺度衰落一般用在理論研究中，用于傳輸技術(shù)的選擇和數(shù)字接收機(jī)的設(shè)計(jì)，在規(guī)劃中一般不予考慮。8/18/2023規(guī)劃綜合考慮在規(guī)劃中一般只考慮大尺度衰落，關(guān)心的是接收點(diǎn)信號5為什么要研究無線信道?無線通信系統(tǒng)的性能主要受到移動(dòng)無線信道的制約,移動(dòng)無線信道具有多樣性,同一無線空中接口在不同的移動(dòng)無線信道中的性能大不相同.如何描述移動(dòng)無線信道?采用理論分析,場強(qiáng)實(shí)測統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)模擬三種方法.8/18/2023為什么要研究無線信道?8/5/20236

◆無線電波傳播特性分析

■自由空間傳播

■陸地傳播機(jī)制

◆移動(dòng)環(huán)境下的信道分析

■移動(dòng)無線傳播環(huán)境概述

■小尺度多徑衰落模型

■大尺度路徑損耗模型

內(nèi)容提要8/18/2023◆無線電波傳播特性分析內(nèi)容提要8/5/207◆有線信道：平穩(wěn)，可預(yù)測；◆無線信道：極為隨機(jī)，難于分析，難于模擬；非視距、多徑、運(yùn)動(dòng)，造成衰落?！魝鞑C(jī)制：反射、繞射和散射；例，城市中多徑，無直視路徑?！魝鞑ツＰ偷闹攸c(diǎn)：預(yù)測在距離發(fā)射機(jī)的給定距離上平均接收的信號強(qiáng)度以及信號強(qiáng)度的變化8/18/2023◆有線信道：平穩(wěn)，可預(yù)測；8/5/20238自由空間傳播（1）◆什么叫自由空間？無任何衰減、無任何阻擋、無任何多徑的傳播空間。◆無線電波在自由空間傳播時(shí)，其單位面積中的能量會(huì)因?yàn)閿U(kuò)散而減少。這種減少，稱為自由空間的傳播損耗。如圖所示，發(fā)射功率為PT，發(fā)射天線為各向均勻輻射，則以發(fā)射源為中心，d為半徑的球面上單位面積的功率為： S＝PT/4d2PTd8/18/2023自由空間傳播（1）◆什么叫自由空間？無任何衰減、無PTd8/9自由空間傳播(2)

◆由于天線有方向性（設(shè)發(fā)射天線增益為GT）,則接收點(diǎn)的電波功率密度◆設(shè)接收天線的有效接收面積為，則

其中Gr為接收天線增益，為自由空間波長◆接收天線處的功率為:8/18/2023自由空間傳播(2)◆由于天線有方向性（設(shè)10自由空間傳播(3)令：

Pr/PT=LS，

其中LS定義為自由空間傳播損耗,忽略天線增益的影響（理想點(diǎn)天線)則：LS=(4d/

)2=(4fd/c

)2

以分貝數(shù)表示為：8/18/2023自由空間傳播(3)令： Pr/PT=LS，其118/18/20238/5/2023128/18/20238/5/202313傳播路徑◆直射波---視距傳播◆反射波◆地表面波發(fā)射天線接收天線直射波反射波地表面波8/18/2023傳播路徑發(fā)射天線接收天線直射波反射波地表面波8/5/202314反射（Reflection）

當(dāng)電磁波遇到比波長大得多的物體時(shí)，發(fā)生反射。反射發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面8/18/2023反射（Reflection）當(dāng)電磁波遇到比波長大得多15繞射（Diffraction）

當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的傳播路由被尖銳的邊緣阻擋時(shí)，發(fā)生繞射.8/18/2023繞射（Diffraction）當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之16散射（Scattering）

當(dāng)電磁波的傳播路由上存在小于波長的物體、并且單位體積內(nèi)這種障礙物體的數(shù)目非常巨大時(shí)，發(fā)生散射。散射發(fā)生在粗糙表面、小物體或其它不規(guī)則物體，如：樹葉、街道標(biāo)志和燈柱等.8/18/2023散射（Scattering）當(dāng)電磁波的傳播路由17實(shí)際空間傳播8/18/2023實(shí)際空間傳播8/5/202318移動(dòng)通信環(huán)境---場強(qiáng)測試曲線8/18/2023移動(dòng)通信環(huán)境---場強(qiáng)測試曲線8/5/2023198/18/20238/5/2023208/18/20238/5/202321復(fù)雜的移動(dòng)通信信道◆首先，傳播環(huán)境十分復(fù)雜，傳播機(jī)理多種多樣。幾乎包括了電波傳播的所有過程，如：直射、繞射、反射、散射。◆其次，由于用戶臺的移動(dòng)性，傳播參數(shù)隨時(shí)變化，引起接收場強(qiáng)的快速波動(dòng)。

◆移動(dòng)信道是一種是時(shí)變信道。

8/18/2023復(fù)雜的移動(dòng)通信信道◆首先，傳播環(huán)境十分復(fù)雜，傳22在上述移動(dòng)信道的三個(gè)主要特點(diǎn)以及傳播的三種主要機(jī)制作用下，無線電波通過移動(dòng)信道時(shí),接收點(diǎn)的信號將產(chǎn)生：1、三類損耗2、四種效應(yīng)8/18/2023在上述移動(dòng)信道的三個(gè)主要特點(diǎn)以及傳播的三種主要機(jī)制作用下，無231.三類不同層次的損耗

路徑傳播損耗：自由空間傳播損耗（Pathloss）與彌散；慢衰落損耗：主要由陰影效應(yīng)引起；快衰落：主要由多徑效應(yīng)和多普勒效應(yīng)引起。快衰落又可分為：空間選擇性快衰落、頻率選擇性快衰落與時(shí)間選擇性快衰落。8/18/20231.三類不同層次的損耗路徑傳播損耗：自由空間傳播24接收信號的統(tǒng)計(jì)分析8/18/2023接收信號的統(tǒng)計(jì)分析8/5/202325移動(dòng)環(huán)境的場強(qiáng)特性移動(dòng)通信環(huán)境下場強(qiáng)變化劇烈場強(qiáng)變化的平均值隨距離增加而衰減場強(qiáng)特性曲線的中值呈慢速變化---慢衰落場強(qiáng)特性曲線的瞬時(shí)值呈快速變化---快衰落8/18/2023移動(dòng)環(huán)境的場強(qiáng)特性移動(dòng)通信環(huán)境下場強(qiáng)變化劇烈8/5/262.接收信號中的四種效應(yīng)

陰影效應(yīng)：由地形結(jié)構(gòu)起伏，不同障礙物對電波的遮擋引起的隨機(jī)性，表現(xiàn)為慢衰落多徑效應(yīng)：由移動(dòng)體周圍的局部散射體引起的多徑傳播，表現(xiàn)為快衰落多普勒效應(yīng)：由于移動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)速度和方向引起,多徑條件下，引起多普勒頻譜展寬遠(yuǎn)近效應(yīng)：由于接收用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，移動(dòng)用戶與基站之間的距離也是在隨機(jī)變化，若各移動(dòng)用戶發(fā)射信號功率一樣，那么到達(dá)基站時(shí)信號的強(qiáng)弱將不同，離基站近者信號強(qiáng)，離基站遠(yuǎn)者信號弱。通信系統(tǒng)中的非線性將進(jìn)一步加重信號強(qiáng)弱的不平衡性，甚至出現(xiàn)了以強(qiáng)壓弱的現(xiàn)象，即使離基站較遠(yuǎn)的用戶產(chǎn)生掉話(通信中斷)現(xiàn)象，通常稱這一現(xiàn)象為遠(yuǎn)近效應(yīng)。8/18/20232.接收信號中的四種效應(yīng)8/5/202327陰影效應(yīng)：由大型建筑物和其它物體的阻擋，在電波傳播的接收區(qū)域中產(chǎn)生傳播半盲區(qū)。它類似于太陽光受阻擋后可產(chǎn)生的陰影，光波的波長較短，因此陰影可見，電磁波波長較長，陰影不可見，但是接收終端(如手機(jī))與專用儀表可以測試出來。8/18/2023陰影效應(yīng)：由大型建筑物和其它物體的阻擋，在電波傳播的接收區(qū)域28遠(yuǎn)近效應(yīng)：由于接收用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，移動(dòng)用戶與基站之間的距離也是在隨機(jī)變化，若各移動(dòng)用戶發(fā)射信號功率一樣，那么到達(dá)基站時(shí)信號的強(qiáng)弱將不同，離基站近者信號強(qiáng)，離基站遠(yuǎn)者信號弱。通信系統(tǒng)中的非線性將進(jìn)一步加重信號強(qiáng)弱的不平衡性，甚至出現(xiàn)了以強(qiáng)壓弱的現(xiàn)象，并使弱者，即離基站較遠(yuǎn)的用戶產(chǎn)生掉話(通信中斷)現(xiàn)象，通常稱這一現(xiàn)象為遠(yuǎn)近效應(yīng)。8/18/2023遠(yuǎn)近效應(yīng)：由于接收用戶的隨機(jī)移動(dòng)性，移動(dòng)用戶與基站之間的距離29多徑效應(yīng)：由于接收者所處地理環(huán)境的復(fù)雜性、使得接收到的信號不僅有直射波的主徑信號，還有從不同建筑物反射過來以及繞射過來的多條不同路徑信號。而且它們到達(dá)時(shí)的信號強(qiáng)度，到達(dá)時(shí)間以及到達(dá)時(shí)的載波相位都是不一樣的。所接收到的信號是上述各路徑信號的矢量和，也就是說各徑之間可能產(chǎn)生自干擾，稱這類自干擾為多徑干擾或多徑效應(yīng)。這類多徑干擾是非常復(fù)雜的，有時(shí)根本收不到主徑直射波，收到的是一些連續(xù)反射波等等。8/18/2023多徑效應(yīng)：由于接收者所處地理環(huán)境的復(fù)雜性、使得接收到的信號不30多普勒效應(yīng)：它是由于接收用戶處于高速移動(dòng)中比如車載通信時(shí)傳播頻率的擴(kuò)散而引起的，其擴(kuò)散程度與用戶運(yùn)動(dòng)速度成正比。這一現(xiàn)象只產(chǎn)生在高速(≥70km/h)車載通信時(shí)，而對于通常慢速移動(dòng)的步行和準(zhǔn)靜態(tài)的室內(nèi)通信，則不予考慮。8/18/2023多普勒效應(yīng)：它是由于接收用戶處于高速移動(dòng)中比如車載通信時(shí)傳播31表示移動(dòng)臺與基站的距離及方向性。當(dāng)移動(dòng)臺運(yùn)動(dòng)時(shí)，距離又是時(shí)間的函數(shù)。8/18/2023表示移動(dòng)臺與基站的距離及方向性。當(dāng)移動(dòng)臺運(yùn)動(dòng)時(shí)，距離又是時(shí)間32二種傳播模型：

大尺度模型和小尺度模型8/18/2023二種傳播模型：

大尺度模型和小尺度模型8/5/202333二種傳播模型（續(xù)）◆大尺度路徑損耗傳播模型 描述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間長距離上平均場強(qiáng)的變化，用于預(yù)測平均場強(qiáng)并估計(jì)無線覆蓋范圍?！粜〕叨榷鄰剿ヂ鋫鞑ツＰ?描述移動(dòng)臺在極小范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)，短距離或短時(shí)間上接收場強(qiáng)的快速變化，用于確定移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)該采取的技術(shù)措施。8/18/2023二種傳播模型（續(xù)）◆大尺度路徑損耗傳播模型8/5/2023348/18/20238/5/2023358/18/20238/5/202336概要◆無線電波傳播特性分析

★自由空間傳播

★陸地傳播機(jī)制

◆移動(dòng)環(huán)境下的信道分析

★移動(dòng)無線傳播環(huán)境

小尺度模型分析★大尺度模型分析8/18/2023概要◆無線電波傳播特性分37★多徑效應(yīng)★存在的衰落及分布★時(shí)延擴(kuò)展及相干帶寬★多普勒效應(yīng)及相干時(shí)間★移動(dòng)信道分類小尺度衰落模型分析8/18/2023小尺度衰落模型分析8/5/202338多徑效應(yīng)（1）◆定義：

由于移動(dòng)信道中直射、反射和折射現(xiàn)象的同時(shí)存在，使得發(fā)射信號通過不同的傳播路徑，形成幅度、相位及到達(dá)時(shí)間相互區(qū)別的多個(gè)信號而到達(dá)接收臺；并且不同多徑成分的相位、幅度等都是隨機(jī)、獨(dú)立變化的；接收到的信號由大量具有隨機(jī)幅度，相位和到達(dá)角度的平面波組成。這些多徑分量在接收天線進(jìn)行矢量組合，從而使接收信號失真或衰落?！舳鄰叫?yīng)引起的接收問題：額外的路徑損耗、突發(fā)性誤碼、嚴(yán)重的碼間干擾8/18/2023多徑效應(yīng)（1）◆定義：由于移動(dòng)信道中直射、反射和折射現(xiàn)象39多徑效應(yīng)（2）幅度：衰落

在小的傳播距離或時(shí)間段信號強(qiáng)度的迅速變化時(shí)間：多徑時(shí)延

多徑延遲所引起的時(shí)間擴(kuò)散頻率：多普勒擴(kuò)展

由于在不同多徑信號上不同的多普勒頻移所產(chǎn)生的隨機(jī)頻率調(diào)制8/18/2023多徑效應(yīng)（2）幅度：衰落8/5/202340多徑信號——小尺度衰落及分布

◆

Rayleigh衰落

◆

Rice衰落

8/18/2023多徑信號——小尺度衰落及分布8/5/202341瑞利(Rayleigh)衰落設(shè)無直射波的N個(gè)路徑信號的幅值和到達(dá)接收天線的方位角是隨機(jī)的且統(tǒng)計(jì)獨(dú)立發(fā)送信號為：接收信號為：令：則：x和y是獨(dú)立隨機(jī)變量之和，根據(jù)中心極限定律，x和y趨于正態(tài)分布。因此合信號復(fù)包絡(luò)為瑞利分布，相位為均勻分布。即：8/18/2023瑞利(Rayleigh)衰落設(shè)無直射波的N個(gè)路徑信號的幅值和42萊斯(Ricean)衰落指含有一個(gè)強(qiáng)直射波的N個(gè)路徑傳播時(shí)，若每條路徑的信號幅度為高斯分布，相位在0~2為均勻分布，則合成信號包絡(luò)分布為萊斯分布。8/18/2023萊斯(Ricean)衰落指含有一個(gè)強(qiáng)直射43Ricean分布與Rayleigh分布的關(guān)系

8/18/2023Ricean分布與Rayleigh分布的關(guān)系

8/5/20244多徑效應(yīng)(3)－移動(dòng)通信信道分析時(shí)延擴(kuò)展

頻率選擇性衰落頻率擴(kuò)展時(shí)間選擇性衰落角度擴(kuò)展空間選擇性衰落8/18/2023多徑效應(yīng)(3)－移動(dòng)通信信道分析時(shí)延擴(kuò)展頻率選擇性衰落454.1.2時(shí)延擴(kuò)展---頻率選擇性衰落

所謂頻率選擇性衰落是指在不同頻段上衰落特性不一樣。

信號強(qiáng)度信號譜密度頻率時(shí)間t0t1t2t3...

窄帶信號寬帶信號8/18/20234.1.2時(shí)延擴(kuò)展---頻率選擇性衰落

所謂頻率選擇性衰落461)信道輸入頻域：白色等幅頻譜時(shí)域：在t0時(shí)刻輸入一個(gè)

脈沖2)信道輸出頻域：衰落起伏的有色譜時(shí)域：在t0+t瞬間，脈沖在時(shí)域產(chǎn)生了擴(kuò)散，其擴(kuò)散寬度為L/2。其中為t絕對時(shí)延。3)結(jié)論：由于信道在時(shí)域的時(shí)延擴(kuò)散，引起了在頻域的頻率選擇性衰落。且其衰落周期，即與時(shí)域中的時(shí)延擴(kuò)散程度成正比T2=1/L。8/18/20231)信道輸入8/5/202347頻率選擇性衰落其現(xiàn)象、成因與機(jī)理如圖所示：8/18/2023頻率選擇性衰落其現(xiàn)象、成因與機(jī)理如圖所示：8/5/2023484.1.3頻率擴(kuò)展---時(shí)間選擇性衰落

所謂時(shí)間選擇性衰落，是指在不同的時(shí)間衰落特性是不一樣的。信號譜密度信號強(qiáng)度時(shí)間頻率快衰落慢衰落8/18/20234.1.3頻率擴(kuò)展---時(shí)間選擇性衰落

所謂時(shí)間選擇性衰落49時(shí)間選擇性衰落1)信道輸入：時(shí)域：單頻等幅載波；頻域：在單一頻率上單根譜線(脈沖)；2)信道輸出：時(shí)域：包絡(luò)起伏不平；頻域：以f0為中心產(chǎn)生頻率擴(kuò)散，其寬度為B。其中f為絕對多普勒頻移，B為相對值。3)結(jié)論：由于用戶的高速移動(dòng)在頻域引起多普勒頻移，在相應(yīng)的時(shí)域其波形產(chǎn)生時(shí)間選擇性衰落。其衰落周期為T=Pi/B。8/18/2023時(shí)間選擇性衰落1)信道輸入：8/5/202350時(shí)間選擇性衰落其現(xiàn)象、成因與機(jī)理如圖所示：8/18/2023時(shí)間選擇性衰落其現(xiàn)象、成因與機(jī)理如圖所示：8/5/2023514.1.4角度擴(kuò)展---空間選擇性衰落

所謂空間選擇性衰落是指在不同的地點(diǎn)與空間位置衰落特性不一樣。

0°360°信號強(qiáng)度信號強(qiáng)度地理位置8/18/20234.1.4角度擴(kuò)展---空間選擇性衰落

52空間選擇性衰落1)信道輸入：射頻：單頻等幅載波;角度域：在角上的一個(gè)脈沖式的點(diǎn)波束。2)信道輸出時(shí)空域：在不同接收點(diǎn)時(shí)域上衰落特性是不一樣的，即同一時(shí)間，不同地點(diǎn)(空間)衰落起伏是不一樣的，這樣，從空域上看，其信號包絡(luò)的起伏周期為；角度域：在原來角度上的點(diǎn)波束產(chǎn)生了擴(kuò)散，其擴(kuò)散寬度為。3)結(jié)論：由于開放型的時(shí)變信道使天線的點(diǎn)波束產(chǎn)生了擴(kuò)散而引起了空間選擇性衰落，其衰落周期為，其中為波長。8/18/2023空間選擇性衰落1)信道輸入：8/5/202353空間選擇性衰落現(xiàn)象、成因與機(jī)理可以引用下列直觀圖形表示：8/18/2023空間選擇性衰落現(xiàn)象、成因與機(jī)理可以引用下列直觀圖形表示：8/54移動(dòng)多徑信道的參數(shù)：

◆時(shí)延擴(kuò)展和相干帶寬，描述信道時(shí)間色散特性

◆多普勒擴(kuò)展和相干時(shí)間，描述信道時(shí)變特性

◆發(fā)送信號特性（如帶寬、符號間隔等）和信道特性（rms時(shí)延、多普勒擴(kuò)展）決定了信號將經(jīng)歷不同類型的衰落8/18/2023移動(dòng)多徑信道的參數(shù)：◆時(shí)延擴(kuò)展和相干帶寬，描述信道時(shí)間色55多徑信道——時(shí)延擴(kuò)展時(shí)延統(tǒng)計(jì)分布：路徑數(shù)目的概率分布；多徑延遲時(shí)間的分布；多徑信號的強(qiáng)度分布；多徑信號的相位統(tǒng)計(jì)分布最大時(shí)延平均時(shí)延均方根(rms)時(shí)延典型時(shí)延值頻率選擇性衰弱和平坦衰落8/18/2023多徑信道——時(shí)延擴(kuò)展時(shí)延統(tǒng)計(jì)分布：路徑數(shù)目的概率分布；多徑延56時(shí)延擴(kuò)展（多徑時(shí)散）

在多徑傳播條件下，當(dāng)發(fā)射端發(fā)送一個(gè)極窄的脈沖信號時(shí)，經(jīng)過多條不同的傳播路徑后，接收端信號則為一串脈沖組成（可能是離散的，也可能聯(lián)成一片），即

其中，N、ai、和

i都是隨機(jī)變化的。這樣，信號在時(shí)間軸上被“展寬”了，因此稱這種現(xiàn)象為時(shí)延擴(kuò)展（timedelayspread）

8/18/2023時(shí)延擴(kuò)展（多徑時(shí)散）在多徑傳播條件下，當(dāng)發(fā)射端57時(shí)延統(tǒng)計(jì)特性

◆多徑信號到達(dá)時(shí)刻的分布指數(shù)分布---對于有近距離散射體，中距離高大建筑和遠(yuǎn)山的環(huán)境等間隔分布---簡化模型，GSM05.05建議

◆多徑信號到達(dá)數(shù)目的分布---泊松分布8/18/2023時(shí)延統(tǒng)計(jì)特性◆多徑信號到達(dá)時(shí)刻的分布8/5/202358多徑信號---幅度統(tǒng)計(jì)特性多徑延遲信號的電平分布，通常用指數(shù)分布來描述GSM05.05建議中采用指數(shù)分布表示鄉(xiāng)村地區(qū)的多徑傳播信號的幅度分布。還處在研究之中8/18/2023多徑信號---幅度統(tǒng)計(jì)特性多徑延遲信號的電平分布，通常用指數(shù)59多徑信號---相位統(tǒng)計(jì)特性相位變化：反射附加相移＋時(shí)延附加相移＋多普勒頻移多普勒展寬：多徑傳播下，多徑的多普勒頻移形成信號頻率的擴(kuò)展。當(dāng)多徑電波與移動(dòng)臺的運(yùn)動(dòng)方向夾角在[0~2]內(nèi)服從均勻分布時(shí)，多普勒擴(kuò)展的功率譜為：8/18/2023多徑信號---相位統(tǒng)計(jì)特性相位變化：反射附加相移＋時(shí)延附加相60

◆最大時(shí)延擴(kuò)展T(dB)

歸一化時(shí)延曲線比直達(dá)功率下降XdB時(shí)所對應(yīng)的時(shí)延差，（通常取30dB），在不存在直達(dá)信號的情況下，可以將多徑信號中具有最強(qiáng)功率的那一徑作為比較基準(zhǔn)◆平均時(shí)延

其中，t為相對時(shí)延值，P(t)為歸一化的時(shí)延強(qiáng)度，它是不同時(shí)延信號分量具有的平均功率◆P(t)多徑時(shí)延譜:即信道輸出的平均功率關(guān)于時(shí)延的函數(shù)8/18/2023◆最大時(shí)延擴(kuò)展T(dB)8/5/202361◆均方根時(shí)延

是多徑信道時(shí)延特性的統(tǒng)計(jì)描述，表示時(shí)延擴(kuò)展的嚴(yán)重程度。值越大，時(shí)延擴(kuò)展越嚴(yán)重；反之，時(shí)延擴(kuò)展越輕微

★在數(shù)字傳輸中，由于時(shí)延擴(kuò)展，接收信號中的一個(gè)碼元波形會(huì)擴(kuò)展到其他碼元周期中去，即造成碼間干擾（ISI）.為了避免碼間干擾，如無抗干擾措施（如均衡等），應(yīng)使碼元周期大于多徑效應(yīng)引起的時(shí)延擴(kuò)展，或者等效地說碼元速率小于1/8/18/2023◆均方根時(shí)延8/5/2023628/18/20238/5/202363圖中，

噪聲門限（如圖）用來區(qū)分接收的多徑分量和熱噪聲；8/18/2023圖中，8/5/202364典型時(shí)延參數(shù)市區(qū)郊區(qū)平均時(shí)延/us對應(yīng)路徑距離/m1.5~2.5450~7500.1~2.030~600時(shí)延擴(kuò)展/us相干帶寬/kHz1.0~3.053~1590.2~2.079.6~796最大時(shí)延/us對應(yīng)路徑距離/km5.0~121.5~3.63.0~7.00.9~2.1f=450/800MHz8/18/2023典型時(shí)延參數(shù)市區(qū)郊區(qū)平均時(shí)延/us1.5~2.50.1~2.65頻率選擇性衰落與平坦衰落

◆實(shí)際測量數(shù)據(jù)表明，信號通過移動(dòng)信道時(shí)，不同頻率分量上的場強(qiáng)有較大的變化，即遭受的衰落可能有所不同。根據(jù)衰落與頻率的關(guān)系，可將衰落分為兩種：頻率選擇性衰落與非頻率選擇性衰落（平坦衰落）。相應(yīng)地，可將信道分為頻率選擇性衰落信道與平坦衰落信道

◆信號會(huì)發(fā)生哪種衰落，要由信號和信道兩方面因素決定8/18/2023頻率選擇性衰落與平坦衰落◆實(shí)際測量數(shù)據(jù)表明，信66平坦衰落信道特性

信號中各頻率分量的衰落狀況與頻率無關(guān)，即信號經(jīng)過傳輸后，各頻率分量所遭受的衰落具有一致性，即相關(guān)性，因而衰落信號的波形不失真

8/18/2023平坦衰落信道特性信號中各頻率分量的衰落狀況與頻率無關(guān)，67頻率選擇性衰落信道特性

傳輸信道對信號中不同頻率成分有不同的隨機(jī)的響應(yīng)，使不同頻率的信號分量的衰落不一致，所以衰落信號波形將失真

8/18/2023頻率選擇性衰落信道特性傳輸信道對信號中不同頻率成分有不68相關(guān)帶寬(1)相干帶寬是指通過信道的兩個(gè)信號的頻域相關(guān)函數(shù)下降到某一數(shù)值a時(shí)的頻率間隔。與信號的延時(shí)擴(kuò)展有關(guān)。相干帶寬是信道可看成“平坦”的頻率范圍的統(tǒng)計(jì)度量值。在相干范圍內(nèi)，信道的頻率響應(yīng)可看成平坦的，即可讓帶內(nèi)所有分量等增益和線性相位通過。當(dāng)信號帶寬遠(yuǎn)小于信道相關(guān)帶寬時(shí)，為平坦衰落信道;當(dāng)信號帶寬大于信道相關(guān)帶寬時(shí)，為頻率選擇性衰落信道相關(guān)帶寬的取值視系統(tǒng)實(shí)際要求而定，通常都是根據(jù)特定多徑系統(tǒng)而得到的統(tǒng)計(jì)測量值

8/18/2023相關(guān)帶寬(1)相干帶寬是指通過信道的兩個(gè)信號的頻域相關(guān)函數(shù)下69相關(guān)帶寬(2)

這里我們考慮頻率分別為和的兩個(gè)信號的包絡(luò)的相關(guān)性，即由兩信號的相關(guān)系數(shù)得出。設(shè)這兩個(gè)信號的包絡(luò)為和，頻率差為，則其包絡(luò)相關(guān)系數(shù)為：

若信號服從瑞利分布，且由于這里討論的只是頻率域的相關(guān)性，粗略地可設(shè)，則得到

由上式可知，當(dāng)信號頻率間隔增加時(shí)，相關(guān)系數(shù)減小，也就是信號的不一致性增加。如定義為頻率相關(guān)函數(shù)大于0.9的某特定帶寬，則相關(guān)帶寬近似為：B≈

8/18/2023相關(guān)帶寬(2)這里我們考慮頻率分別為和的70相關(guān)帶寬幾種定義：（頻率相關(guān)函數(shù)大于0.9的帶寬）,

(3）實(shí)際應(yīng)用中常用最大時(shí)延的倒數(shù)來規(guī)定相關(guān)帶寬，8/18/2023相關(guān)帶寬幾種定義：8/5/202371例，一個(gè)多徑信道的離散沖激響應(yīng)的多徑延時(shí)分布圖如下所示，求：（1）平均附加時(shí)延（2）rms時(shí)延擴(kuò)展（3）最大附加時(shí)延（10dB）（4）50%的相干帶寬8/18/2023例，一個(gè)多徑信道的離散沖激響應(yīng)的多徑延時(shí)分布圖如下所示，求72多徑信道---多普勒擴(kuò)展與相關(guān)時(shí)間8/18/2023多徑信道---多普勒擴(kuò)展與相關(guān)時(shí)間8/5/202373多普勒頻移

當(dāng)移動(dòng)臺以恒定速率v，沿著與入射波成角的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，形成的接收信號相位變化值為：

由此可得出頻率變化值，即多普勒頻移為：

其中，為最大多普勒頻移

假設(shè)發(fā)射頻率為，則接收頻率變化為

8/18/2023多普勒頻移

當(dāng)移動(dòng)臺以恒定速率v，沿著與入74

xY8/18/20238/5/2023758/18/20238/5/202376多徑信號---典型多普勒擴(kuò)展速度頻率10km/h60Km/h100km/h350km/h450MHz0.85.08.329.2800MHz1.58.914.851.91800MHz3.320.033.4116.72100MHz3.923.338.9136.2單位：kHz8/18/2023多徑信號---典型多普勒擴(kuò)展速度1060100350450M77載頻為2GHz時(shí)，移動(dòng)臺速度為50km/h的功率譜密度圖

8/18/2023載頻為2GHz時(shí)，移動(dòng)臺速度為50km/h的功率譜密度圖

878載頻為2GHz時(shí)，移動(dòng)臺速度為1km/h的功率譜密度圖

8/18/2023載頻為2GHz時(shí)，移動(dòng)臺速度為1km/h的功率譜密度圖

8/79相關(guān)時(shí)間相關(guān)時(shí)間TC定義為Doppler頻譜擴(kuò)展寬度

的倒數(shù)表示由Doppler效應(yīng)導(dǎo)致的信號衰落的衰落速度,即時(shí)變信道對信號的衰落節(jié)拍。

◆當(dāng)發(fā)送信號周期大于相干時(shí)間時(shí)，為快衰落信道

◆當(dāng)發(fā)送信號周期小于相干時(shí)間時(shí)，為慢衰落信道8/18/2023相關(guān)時(shí)間相關(guān)時(shí)間TC定義為Doppler頻譜擴(kuò)展寬度80基于多徑時(shí)延擴(kuò)散平坦衰落信號帶寬<相干帶寬時(shí)延擴(kuò)散<符號周期頻率選擇性衰落信號帶寬>相干帶寬時(shí)延擴(kuò)散>符號周期基于多普勒擴(kuò)散快衰落相干時(shí)間<符號周期多普勒頻移大信道變化快于基帶信號的變化慢衰落相干時(shí)間>符號周期多普勒頻移小信道變化慢于基帶信號的變化衰落信道的分類8/18/2023基于多徑時(shí)延擴(kuò)散平坦衰落頻率選擇性衰落基于多普勒擴(kuò)散81移動(dòng)環(huán)境信道分析---信道分類根據(jù)相關(guān)帶寬Bc，相關(guān)時(shí)間Tc，信號帶寬Bs，信號持續(xù)時(shí)間Ts的相對關(guān)系分類

Bc>>Bs，Tc>>Ts平衰落信道，平坦慢衰落一條明顯路徑在符號周期內(nèi)信道恒定Bc>>Bs，Tc<<Ts時(shí)間選擇性衰落信道，平坦快衰落一條明顯路徑在符號周期內(nèi)信道變化Bc<<Bs，Tc>>Ts頻率選擇性衰落信道，頻率選擇性慢衰落可分辨多徑在符號周期內(nèi)信道恒定Bc<<Bs，Tc<<Ts頻率和時(shí)間選擇性衰落信道，頻率選擇性快衰落可分辨多徑在符號周期內(nèi)信道變化8/18/2023移動(dòng)環(huán)境信道分析---信道分類根據(jù)相關(guān)帶寬Bc，相關(guān)時(shí)間Tc82移動(dòng)環(huán)境信道---GSM信道模型GSM05.05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)GSM05.05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8/18/2023移動(dòng)環(huán)境信道---GSM信道模型GSM05.05建議的信道83移動(dòng)環(huán)境信道---GSM信道模型參數(shù)GSM05.05建議的信道模型參數(shù)多徑支路數(shù)目：12或6個(gè)每路徑的信號參數(shù)：路徑的時(shí)延,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)GSM05.05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8/18/2023移動(dòng)環(huán)境信道---GSM信道模型參數(shù)GSM05.05建議的84概要◆無線電波傳播特性分析

■自由空間傳播

■陸地傳播機(jī)制

◆移動(dòng)環(huán)境下的信道分析

■移動(dòng)無線傳播環(huán)境

■小尺度多徑衰落模型

大尺度路徑損耗模型

8/18/2023概要◆無線電波傳播特性分85大尺度模型描述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間長距離上平均場強(qiáng)的變化，用于預(yù)測平均場強(qiáng)并估計(jì)無線覆蓋范圍。8/18/2023大尺度模型描述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間長距離上平均場強(qiáng)的8/86對數(shù)距離路徑衰減規(guī)律基于理論和測試的傳播模型指出，無論室內(nèi)或室外信道，平均接收信號的功率（dB）隨距離的對數(shù)衰減。這種模型已被廣泛地使用。對任意T-R距離，平均大尺度路徑損耗表示為：其中，n為路徑損耗指數(shù)，表明路徑損耗距離增長的速率。n在不同環(huán)境下的取值如下表所示：

8/18/2023對數(shù)距離路徑衰減規(guī)律基于理論和測試的傳播模型指出，無論室87注：（1）必須在遠(yuǎn)場區(qū)，即；（2）小于實(shí)際的使用距離；（3）可預(yù)測或?qū)嶋H測量；（4）單位為:

通常的選擇：室內(nèi)：1m;室外：100m或1km.8/18/2023注：（1）必須在遠(yuǎn)場區(qū)，即；8/5/202388不同環(huán)境下路徑損耗指數(shù)8/18/2023不同環(huán)境下路徑損耗指數(shù)8/5/202389慢衰落◆產(chǎn)生的原因★陰影效應(yīng)：由位于電波傳播路經(jīng)上的障礙物的阻擋而產(chǎn)生的損耗。特點(diǎn)：衰落速率與與地形結(jié)構(gòu)、地貌、用戶移動(dòng)的速度有關(guān)，而與工作頻率無關(guān)★大氣折射，大氣介電常數(shù)的變化，時(shí)變◆統(tǒng)計(jì)特性★分布特性---對數(shù)正態(tài)分布位置函數(shù)時(shí)間函