小尺度衰落與多徑效應課件

常用傳播模型Longley-RiceModelDurkin’sModelOkumuraModelHataModelPCSextensiontoHataModelWalfischandBertoniModelWidebandPCSMicrocellModel常用傳播模型Longley-RiceModelLongley-Rice模型用地形地貌的路徑幾何學（主要是雙線地面反射模型）預測地平線以內的信號場強。用Fresnel-Kirchoff刃形模型估計孤立障礙物的繞射損耗。用前向散射理論預測長距離對流層散射損耗用改進的Van

derPol-Bremmer方法預測雙地平線路徑的遠地繞射損耗。適用范圍：點對點通信系統(tǒng)，40MHz~100GHz缺點：沒有提供接收環(huán)境（建筑物、樹葉等）因素的修正，沒有考慮多徑傳播的影響改進與修正（城區(qū)因子）：接收天線區(qū)域的雜波引起的損耗Longley-Rice模型用地形地貌的路徑幾何學（主要是Durkin模型類似Longly-Rice模型，可用于不規(guī)則地形的場強預測。優(yōu)點：利用數(shù)字地形圖可以計算特定位置的傳播特性，精度可在幾個dB。缺點：不能充分預測建筑物、樹葉以及其他人為建筑對傳播的影響。同樣也沒有考慮多徑的影響。Durkin模型類似Longly-Rice模型，可用于不規(guī)2維柵格數(shù)據(jù)2維柵格數(shù)據(jù)地形數(shù)據(jù)的表征地形數(shù)據(jù)的表征視距傳播的算法視距傳播的算法多峰繞射的算法多峰繞射的算法Okumura模型使用最廣泛的城區(qū)信號中值損耗預測模型適應范圍150MHz~1920MHz，可擴展到3000Mhz距離1km~100km基站天線高度30m~1000mOkumura模型使用最廣泛的城區(qū)信號中值損耗預測模型LF：自由空間傳輸損耗Amu：相對于自由空間的基本中值損耗，中等起伏地形傳播損耗的中值。G(hte)：基站天線高度增益因子G(hre)：移動臺天線高度增益因子Garea：環(huán)境類型（地形、地物）增益LF：自由空間傳輸損耗中等起伏地形上傳播損耗的中值基本中值Amu(f,d)

與頻率、距離的關系曲線基準天線高度：基站為200m，移動臺天線高度為3m曲線上讀出的是基本損耗中值大于自由空間傳播損耗的數(shù)值隨著頻率升高和距離增大，市區(qū)傳播基本損耗中值都將增加中等起伏地形上傳播損耗的中值基本中值Amu(f,d)與Okumura模型的應用計算自由空間的路徑損耗由Okumura曲線查基本中值損耗計算或查表得到天線高度增益因子Okumura模型的應用計算自由空間的路徑損耗Okumura模型的應用查表得到環(huán)境（地形、地貌）修正因子修正因子的種類天線高度增益因子街道走向修正曲線郊區(qū)修正因子開闊地、準開闊地修正因子丘陵地的修正因子孤立山岳修正因子斜坡地形修正因子水陸混合路徑修正因子Okumura模型的應用查表得到環(huán)境（地形、地貌）修正因子Okumura模型的特點與不足Okumura模型對地形、地物進行分類，使用完全客觀的實驗數(shù)據(jù)使其能在相應的環(huán)境下獲得較準確的預測，因此得到廣泛的應用。完全基于測試數(shù)據(jù)，不提供任何分析解釋。許多情況通過外推曲線來獲得測試范圍以外的值，盡管這種外推法的正確性依賴于環(huán)境和曲線的平滑性。模型本身也有不足，如對地形的定性劃分不可避免地導致對通信環(huán)境的主觀判斷。對城區(qū)和郊區(qū)快速變化的反應較慢。下一頁回目錄上一頁Okumura模型的特點與不足Okumura模型對地形、Hata模型Hata模型是針對Okumura圖表給出的路徑損耗的經驗公式，適用于150~1500MHz頻率范圍。市區(qū)路徑損耗標準公式a(hre)是移動臺的有效天線高度的修正因子d的單位KmHata模型Hata模型是針對Okumura圖表給出的路徑損移動臺的有效天線高度的修正因子中小城市大城市移動臺的有效天線高度的修正因子中小城市郊區(qū)與農村的路徑損耗郊區(qū)路徑損耗農村路徑損耗郊區(qū)與農村的路徑損耗郊區(qū)路徑損耗Hata模型的PCS擴展將Hata模型的應用范圍擴大到2GHz下一頁回目錄上一頁Hata模型的PCS擴展將Hata模型的應用范圍擴大到2GH其它室外模型Walfish和Bertoni模型考慮了屋頂和建筑物高度的影響。寬帶PCS微蜂窩模型LOS環(huán)境，地面反射雙線模型最佳OBS環(huán)境，簡化的對數(shù)距離路徑損耗模型最佳其它室外模型Walfish和Bertoni模型室內傳播模型隨著PCS系統(tǒng)的使用，室內無線傳播情況受到人們的重視。主要特點：(機理同室外：直射、反射、繞射和散射）覆蓋距離小，遠場條件難以滿足；環(huán)境變動大，如：開關門、物品布局、人員走動等?？紤]因素：分隔損耗：同樓層、不同樓層的隔墻材料、類型。建筑物外部面積/材料、建筑物類型、窗口大小/數(shù)量。下一頁回目錄上一頁室內傳播模型隨著PCS系統(tǒng)的使用，室內無線傳播情況受到人室內傳播模型對數(shù)距離路徑損耗模型n依賴于周圍環(huán)境和建筑物類型，Xσ標準差為σ的正態(tài)隨機變量。n，σ可查表得到。Ericcson多重斷點模型適用于多層辦公室建筑。模型假定參考距離處的衰減為30dB，頻率為900Mhz。下一頁回目錄上一頁室內傳播模型對數(shù)距離路徑損耗模型下一頁回目錄上一頁Ericcson多重斷點模型Ericcson多重斷點模型衰減因子模型nSF同層路徑損耗指數(shù)，F(xiàn)AF不同層附加損耗nMF表示基于測量的多樓層路徑損耗指數(shù)n可以通過查表獲得返回目錄下一頁回目錄上一頁衰減因子模型返回目錄下一頁回目錄上一頁其它移動通信信道背景隨著移動通信業(yè)務的發(fā)展，移動通信的服務范圍也日益擴大。在陸地、海上和空中都獲得了廣泛應用，正逐步由室外擴展到室內(如辦分室、住宅、車間、商場等)從地上擴展到地下（如地鐵、坑道、隧道、礦井等）從中小城市擴展到邊遠地區(qū)（如礦山、林區(qū)、沙漠、草原等）要在不同環(huán)境中實現(xiàn)移動通信，首先必須了解無線電波在該環(huán)境中的傳播方式和傳播特性。下一頁回目錄上一頁其它移動通信信道背景下一頁回目錄上一頁建筑物的穿透損耗無論哪種通信系統(tǒng)只要無線電波要穿過墻壁或樓板才能通信時，就必須存在電波的穿透損耗，即建筑物的穿透損耗。人們對電波由建筑物外部進入室內的穿透損耗進行了大量的測試和研究。通常規(guī)定，用建筑物附近道路中央的場強與在室內不同樓層中測得的場強之差表示此穿透損耗。下一頁回目錄上一頁建筑物的穿透損耗無論哪種通信系統(tǒng)只要無線電波要穿過墻壁或樓板建筑物的穿透損耗影響因素：建筑物高度工作頻率基站天線高度結論：f↑→損耗↓層高的影響：Walker測試:1～15層：每層減少1.9dB，15層以上遞增；Tutkmani測試1～9層：每層減少2dB，9層以上遞增；其它影響因素：有無窗口（差6dB）、窗體占墻面的百分比、窗體材料等。下一頁回目錄上一頁建筑物的穿透損耗影響因素：下一頁回目錄上一頁限定空間中的電波傳播限定空間是指無線電不能穿透的場所。在限定空間中，因為電波的傳播損耗很大，因而通信距離很短。在限定空間內，為了增加通信距離，常用導波線傳輸方式。常見的導波線有兩種：平行雙導線和泄漏同軸電纜。下一頁回目錄上一頁限定空間中的電波傳播限定空間是指無線電不能穿透的場所。在限定海上移動信道的特點海上移動通信一般是指路上基站與船、艦之間的通信，其電波傳播路徑幾乎都是海面，傳播條件優(yōu)于陸地。當傳播路徑上沒有島嶼等障礙物時，傳播損耗可按平滑球面大地的傳播理論進行分析。下一頁回目錄上一頁海上移動信道的特點海上移動通信一般是指路上基站與船、艦之間的航空移動信道的特點對于航空移動信道來說，電波在空間傳播與在海上傳播相似，且還優(yōu)于在海上傳播。因而在同樣條件下，通信距離較遠。空中傳播的信號場強會隨氣象條件的變化而變化。由于飛機的飛行速度很快，信號場強將隨時間和空間位置的變化而急劇變化，并造成場強中值的快速變化。下一頁回目錄上一頁航空移動信道的特點對于航空移動信道來說，電波在空間傳播與在海衛(wèi)星中繼信道是無線電接力信道的一種特殊形式，由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下行線路組成。主要特點：衛(wèi)星與地球站之間的電波傳播路徑大部分在大氣層以外的空間，其傳播損耗可近似按自由空間作估算。傳播距離遠，損耗較大，時延較大。地球站至衛(wèi)星的仰角較大，不易受地面反射的影響，緩解了多徑效應引起的快衰落。地球站附近的高大建筑物造成的陰影效應仍會引起慢衰落。工作頻率超過1GHz時，因雨雪等原因將產生附加的傳輸損耗。下一頁回目錄上一頁衛(wèi)星中繼信道是無線電接力信道的一種特殊形式，由通信衛(wèi)星、地球衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道優(yōu)越性傳輸距離遠覆蓋地域寬傳輸特性較穩(wěn)定這些特性對于建立覆蓋全球的移動通信網(wǎng)來說有很大吸引力。因此人們對低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)產生濃厚的興趣。返回錄下一頁回目錄上一頁衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道優(yōu)越性返回錄下一頁回目錄上一頁小尺度衰落與多徑效應小尺度衰落的類型小尺度衰落的模型小尺度衰落與多徑效應小尺度衰落的類型概述小尺度衰落，簡稱衰落，是指無線電信號經過短時間或短距離傳播后其幅度、相位（多徑時延）的快速波動。概述小尺度衰落，簡稱衰落，是指無線電信號經過短時間或多徑效應移動信道的多徑傳播造成了小尺度衰落效應衰落是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時，信號之間相互干涉引起的。這些波稱為多徑波。三個主要效應經過短距或短時傳播后，信號強度急速變化；在不同多徑信號上，存在多普勒頻移引起的隨機頻率調制；多徑傳播時延引起的時延擴展。多徑效應移動信道的多徑傳播造成了小尺度衰落效應三種彌散

時間彌散，Timedispersion頻率彌散，F(xiàn)requencydispersion角度彌散，Angulardispersion三種彌散時間彌散，Timedispersion三種選擇性衰落頻率選擇性衰落，F(xiàn)requencyselectivefading時間選擇性衰落，Timeselectivefading空間選擇性衰落，Spaceselectivefading三種選擇性衰落頻率選擇性衰落，F(xiàn)requencyselec三種分集方法頻率分集，F(xiàn)requencyDiversity時間分集，TimeDiversity空間分集，SpaceDiversity發(fā)送/接收分集，Transmit/ReceiveDiversity,極化分集PolarizationDiversity三種分集方法頻率分集，F(xiàn)requencyDiversity分集合并方法最大比合并，MRC(MaximumRatioCombining)等增益合并，EGC(EqualGainCombining)選擇合并，SelectionCombining分集合并方法最大比合并，MRC(MaximumRati小尺度衰落的影響因素與模型多徑傳播；移動臺的運動速度；環(huán)境物體的運動速度；信號的傳輸帶寬（相對于相干帶寬）小尺度衰落模型小尺度衰落的影響因素與模型多徑傳播；移動通信系統(tǒng)參數(shù)信號帶寬，Signalbandwidth符號速率，SymbolrateRs(SymbolperiodTs)數(shù)據(jù)速率，DatarateR信號功率，Signalpower性能需求，Performancerequirements移動通信系統(tǒng)參數(shù)信號帶寬，Signalbandwidth移動多徑信道參數(shù)多徑傳播，Multipathpropagation時間擴展，Timespread頻率擴展，F(xiàn)requencyspread角度擴展，Angularspread移動多徑信道參數(shù)多徑傳播，Multipathpropaga頻率擴展多普勒頻移，Dopplershift頻率擴展多普勒頻移，Dopplershift多普勒頻移示意圖多普勒頻移示意圖移動信道建?！€性時變信道模型：沖激響應參數(shù)：時變位置移動信道建?！€性時變信道模型：沖激響應多徑信道的沖擊響應模型

是實際信號幅度

是附加時延t時刻第i個多徑分量的幅度t時刻第i個多徑分量的附加時延t時刻第i個多徑分量信道的附加相移第i個多徑分量自由空間傳播的附加相移多徑信道的沖擊響應模型t時刻第i個多徑分量的幅度t時刻第i個射頻系統(tǒng)的復基帶模型射頻系統(tǒng)的復基帶模型時變沖激響應時變沖激響應帶寬與接收功率之間的關系實際無線通信系統(tǒng)中，一般采用信道測量技術來獲得多徑信道的沖擊響應脈沖測量信號（寬帶）連續(xù)波測量信號（窄帶）帶寬與接收功率之間的關系實際無線通信系統(tǒng)中，一般采用信道測量脈沖測量設輸入信號為P(t):脈沖寬度為Tdd，重復周期為TREP的基帶脈沖序列。TREP>>附加時延τmax令則低通信道輸出脈沖測量設輸入信號為脈沖測量為確定t0時刻的接收功率，須測出功率信道瞬時多徑功率延遲分布接收信號總功率與多徑分量各自的功率之和有關脈沖測量為確定t0時刻的接收功率，須測出功率脈沖測量假設多徑分量接收功率為一個隨機過程（各分量有隨機分布的幅度和相位），可以證明脈沖測量信號的平均小尺度接收功率為：脈沖測量假設多徑分量接收功率為一個隨機過程（各分量有隨機分布連續(xù)波測量令測量信號的復包絡為：

c(t)=2則瞬時接收信號的復數(shù)形式為：信道輸出功率平均接收功率為：路徑幅度相關系數(shù)連續(xù)波測量令測量信號的復包絡為：c(t)=2帶寬與接收功率之間的關系當此種情況出現(xiàn)在：多徑分量的相位分布在[0,2π]不同路徑分量的幅度互不相關（這兩個條件對大多數(shù)環(huán)境都成立）結論：接收的寬帶和窄帶信號的平均總功率是相等的；當傳輸信號的帶寬遠遠大于信道帶寬時，接收機可分離多徑分量；反之，多徑分量不可分離，并會導致大幅度的衰落。帶寬與接收功率之間的關系當結論：測量的沖激響應測量的沖激響應時間彌散參數(shù)平均附加時延Meanexcessdelay的定義為功率時延分布的一階矩Rms均方根時延擴展，Rmsdelayspread為功率時延分布的二階矩

時間彌散參數(shù)平均附加時延Meanexcessdelay時散參數(shù)的解釋τk是第一個多徑分量信號到達后測得的時間即τ0=0和σ都是根據(jù)功率時延分布定義的σ的典型值：室內——ns級，室外——μs級時散參數(shù)的解釋τk是第一個多徑分量信號到達后測得的時間即τ0相干帶寬的定義定義：在該頻率范圍內，信道是平坦的。即：所有譜分量以“幾乎”相同的增益和線性相位通過信道（統(tǒng)計意義上的）換句話說：相干帶寬是一特定的頻率范圍，在該范圍內，任意兩個頻率分量具有很強的幅度相關性；超出該范圍的兩個頻率分量受信道影響的關系不大。相干帶寬的定義定義：在該頻率范圍內，信道是平坦的。即：所有譜相干帶寬要求頻率分量的相關函數(shù)大于0.9要求頻率分量的相關函數(shù)大于0.5注：相干帶寬與均方根時延擴展之間并不存在確切的關系，上面的式子僅僅是估計值。相干帶寬要求頻率分量的相關函數(shù)大于0.9Doppler擴展與相干時間時延擴展和相干帶寬參數(shù)是用于描述信道色散的兩個參數(shù)，但它們并未提供描述信道時變特性的信息。信道的時變特性主要是由于移動臺與基站之間的相對運動引起的，或是由電波傳播路徑上的物體的運動引起的。即時變特性的主要原因是“運動”，因此可用多普勒擴展和相干時間來描述小尺度內信道的時變特性。Doppler擴展與相干時間時延擴展和相干帶寬參數(shù)是用于描Doppler擴展定義：為一頻率范圍，在此范圍內接收的多普勒譜有非零值。設發(fā)送信號為正弦波，則接收信號的頻率為：最大頻移即為Doppler擴展定義：為一頻率范圍，在此范圍內接收的多普相干時間的定義相干時間定義：信道的沖擊響應維持不變的時間間隔的平均值。換句話說：相干時間是一段時間間隔，在此間隔內到達的兩個信號具有很強的幅度相關性；超此間隔到達的兩個信號相關性很小。相干時間的定義相干時間定義：信道的沖擊響應維持不變的時間間隔Doppler擴展與相干時間相干時間的定義fm為Doppler頻移要求頻率分量的相關函數(shù)大于0.5時普遍的定義方法，上述兩式的幾何平均多普勒擴展的時域表示描述信道頻率色散在時域的時變特性Doppler擴展與相干時間相干時間的定義多普勒擴展的時域ThankYouSeeyounextweek!ThankYouSeeyounextweek!小尺度衰落與多徑效應

小尺度衰落與多徑效應直接射頻脈沖測量信道直接射頻脈沖測量信道直接射頻脈沖測量信道特點：可直接得到信道沖擊響應與探測脈沖卷積結果的平方值，提供本地功率延遲分布；系統(tǒng)組成簡單。主要問題：受干擾與噪聲的影響嚴重；依賴于第一個到達的分量觸發(fā)示波器的能力；采用包絡檢波器，系統(tǒng)接收不到多徑分量各自的相位（如采用相關檢測器可彌補這一不足）；直接射頻脈沖測量信道特點：擴頻滑動相關器信道測量擴頻滑動相關器信道測量第三節(jié)小尺度多徑測量原理：基帶信號持續(xù)時間第三節(jié)小尺度多徑測量原理：基帶信號持續(xù)時間第三節(jié)小尺度多徑測量①最大相關時間：②實際傳播時間與示波器觀測時間的關系：碼元間隔序列長度滑動因子③PN序列長度與最大傳播時延的關系：第三節(jié)小尺度多徑測量①最大相關時間：②實際傳播時間與示擴頻滑動相關器信道測量優(yōu)點：有良好的抗干擾能力；靈敏度可調（通過調整滑動因子和窄帶濾波器實現(xiàn)）；需要較小的發(fā)射功率。缺點：不是實時的；無法測量多徑分量的相位。擴頻滑動相關器信道測量優(yōu)點：頻域信道探測頻域信道探測頻域信道探測問題：要求收發(fā)之間要精確同步，因此僅適合近距離測量（如：室內信道模型的測量）；非實時性（掃描完整個頻段需要一定的時間）對于時變信道，為了提高掃描速度：快掃描——對設備的響應要求高；減少頻率臺階數(shù)——降低了時間分辨率，增大附近時延范圍。頻域信道探測問題：MeasuredpowerdelayprofilesMeasuredpowerdelayprofilesMeasuredpowerdelayprofilesMeasuredpowerdelayprofilesIndoorPowerDelayProfileIndoorPowerDelayProfileTypicalRMSdelayspreadsTypicalRMSdelayspreads小尺度衰落類型平坦衰落，F(xiàn)latfading頻率選擇性衰落，F(xiàn)requencyselectivefading快衰落，F(xiàn)astfading慢衰落，Slowfading小尺度衰落類型平坦衰落，F(xiàn)latfading小尺度衰落的類型在無線通信信道中：多徑時延擴展→時間色散多普勒頻移→頻率色散這兩種特性對信號的影響是不同的，而信號又有窄帶和寬帶之分。因此不同信道特性和信號特性的組合，會產生四種小尺度衰落類型。即：多徑時延擴展→平坦衰落或頻率選擇性衰落多普勒頻移→快衰落或慢衰落小尺度衰落的類型在無線通信信道中：多徑時延擴展→時間色散多徑時延擴展產生的衰落效應平坦衰落產生條件：

無線信道的相干帶寬>>信號的帶寬或：無線信道的均方根時延擴展<<信號的符號周期特點：由于Bs<<Bc，因此信號不會產生失真。但由于信道是時變的，其增益會隨時間的變化而變化，因此信號幅度會隨時間的變化而變化。幅度：服從瑞利分布；相位：均勻分布。多徑時延擴展產生的衰落效應平坦衰落產生條件：多徑時延擴展產生的衰落效應

平坦衰落圖解多徑時延擴展產生的衰落效應

平坦衰落圖解多徑時延擴展產生的衰落效應

頻率選擇性衰落產生條件：

無線信道的相干帶寬<信號的帶寬或：無線信道的均方根時延擴展>信號的符號周期特點：由于Bs>Bc，信道對信號S(t)不同的頻譜分量的增益和相位的作用不同，導致信號失真。通常情況下，如果就認為信道是頻率選擇性衰落（這一范圍與調制類型有關）多徑時延擴展產生的衰落效應

頻率選擇性衰落產生條件：FrequencyselectivefadingFrequencyselectivefading多普勒頻移擴展引起的衰落效應

快衰落Fastfading產生條件：

信道的多普勒擴展>信號的帶寬或：信道的相干時間<信號的符合速率(周期)含義：

信道的沖擊響應在信號的符合周期內快速變化，或載頻的變化范圍大于信號的帶寬（或兩者可比擬）。注：當信道被認為是快/慢衰落時，一般不再稱其為平坦衰落或頻率選擇性衰落。

多普勒頻移擴展引起的衰落效應

快衰落Fastfading多普勒頻移擴展引起的衰落效應

慢衰落，Slowfading產生條件：信道的多普勒擴展<<信號的帶寬或：信道的相干時間>>信號的符合速率(周期)含義：信道的沖擊響應變化率比發(fā)送的基帶信號變化率低得多，或載頻的變化范圍遠小于信號的帶寬。多普勒頻移擴展引起的衰落效應

慢衰落，SlowfadingTwoindependentfadingissuesTwoindependentfadingissuesTwoindependentfadingissuesTwoindependentfadingissues瑞利衰落分布（1）一、瑞利衰落分布：對于平坦衰落信道，接收信號由N個多徑信號構成。這N個信號的幅值和相位都時隨機的，且統(tǒng)計獨立。常用于描述平坦衰落信號的統(tǒng)計時變特性的一種分布類型瑞利衰落分布（1）一、瑞利衰落分布：常用于描述平坦衰落信號的瑞利衰落分布（2）可見，x和y也是N個獨立的隨機變量之和。概率的中心極限定理：大量的獨立隨機變量之和的分布趨于正態(tài)分布。故x和y的分布為正態(tài)分布且相互獨立。瑞利衰落分布（2）可見，x和y也是N個獨立的隨機變量之和。瑞利衰落分布（3）可見：r服從瑞利分布；θ服從均勻分布瑞利衰落分布（3）可見：瑞利分布的特性（1）1.包絡不超過R的概率：2.r=σ時，p(r)取最大值：：3.瑞利分布的特性（1）1.包絡不超過R的概率：瑞利分布的特性（2）4.包絡的均值：5.均方值與方差：6.r<σ

的概率：1－exp(-1/2)=0.39直流分量(中值)瑞利分布的特性（2）4.包絡的均值：直流分量(中值)瑞利分布的特性（3）結論：對于平坦衰落信道，如果所有多徑信號的幅度和方位角是統(tǒng)計獨立且隨機分布，則接收信號的包絡服從瑞利分布其衰落深度達20～40dB衰落速率(每秒內信號包絡經過中值次數(shù)的一半）約為30～40次/秒瑞利分布的特性（3）結論：萊斯衰落分布多徑信號中，如果存在一個主要的靜態(tài)（非衰落）信號分量時，可以證明，接收信號的包絡服從萊斯分布。含義：存在一個比較強的多徑分量（主信號）其它多徑分量較弱,且幅度和方位角隨機變化。萊斯衰落分布多徑信號中，如果存在一個主要的靜態(tài)（非衰落）信號萊斯因子的定義萊斯因子完全確定了萊斯分布——廣義瑞利分布萊斯因子的定義萊斯因子完全確定了萊斯分布——廣義瑞利分布三種小尺度衰落測量值1.場景C：有障礙，雜波較少：小尺度衰落不明顯，近似為對數(shù)正態(tài)分布。2.場景D：無障礙，雜波較少：主信號的主導作用明顯，服從萊斯分布。3.場景E：無障礙，雜波嚴重：主信號的主導作用不明顯，趨于瑞利分布。三種小尺度衰落測量值1.場景C：有障礙，雜波較少：小尺度衰多徑衰落信道的統(tǒng)計模型第一個多徑衰落信道模型——Ossana模型主要考慮因素：建筑物表明隨機分布的反射波的相互影響。局限性：由于假設存在LOS，無法反映市區(qū)的信道特性。為了更好地表示移動信道的統(tǒng)計特性，目前已經建立了許多多徑模型，其中應用最廣泛的是Clarke模型。多徑衰落信道的統(tǒng)計模型第一個多徑衰落信道模型——Ossana平坦衰落的Clarke模型(1)假設條件：發(fā)射天線垂直極化；接收天線的電磁場由N個平面波組成這些平面波具有隨機附加相位、入射角和相等的平均幅度（不存在LOS），且經歷相似的衰落。平坦衰落的Clarke模型(1)假設條件：平坦衰落的Clarke模型(2)接收天線的電場和磁場強度可表示為：可以證明：接收的電場包絡服從瑞利分布平坦衰落的Clarke模型(2)接收天線的電場和磁場強度可表接收天線的方向增益接收天線的平均接收功率平坦衰落的Clarke模型(3)Clarke模型中由多普勒擴展產生的頻譜形狀：接收功率密度函數(shù)接收天線的方向增益接收天線的平均接收功率平坦衰落的Clark平坦衰落的Clarke模型(4)平坦衰落的Clarke模型(4)Clarke衰落模型的仿真(1)1.理論依據(jù)Clarke衰落模型的仿真(1)1.理論依據(jù)Clarke衰落模型的仿真(2)2.正交調幅的仿真模型Clarke衰落模型的仿真(2)2.正交調幅的仿真模型Clarke衰落模型的仿真(3)3.基帶頻域仿真模型Clarke衰落模型的仿真(3)3.基帶頻域仿真模型Clarke衰落模型的仿真(4)

計算機實現(xiàn)步驟：指定S(f)頻域樣點數(shù)N和fm計算相鄰譜線的頻率間隔：⊿f=2fm/(N-1)用高斯隨機過程產生噪聲源的N/2個正頻率分量將正頻率分量取共軛得到噪聲源的負頻率分量將同相、正交的噪聲源與S(f)相乘進行IFFT變換將各信號點取平方和，得到求平方根得到r(t)Clarke衰落模型的仿真(4)計算機實現(xiàn)步驟：Clarke衰落模型的仿真(5)4.具有可變增益和時延的瑞利衰落仿真模型Clarke衰落模型的仿真(5)4.具有可變增益和時延的瑞電平交叉和衰落統(tǒng)計1.電平交叉：瑞利衰落歸一化為本地均方根信號電平后，沿正向穿過某一電平的速率。電平交叉和衰落統(tǒng)計1.電平交叉：瑞利衰落歸一化為本地均方根電平交叉和衰落統(tǒng)計2.平均衰落時段：接收信號低于某指定電平R的平均時段的值。電平交叉和衰落統(tǒng)計2.平均衰落時段：接收信號低于某指定電平雙線瑞利衰落模型(1)Clarke模型和瑞利衰落統(tǒng)計模型可適用與平坦衰落條件，但未考慮多徑時延。

而在現(xiàn)代移動通信中，多徑時延擴展廣泛存在。常用模型：雙線瑞利衰落模型沖擊響應：雙線瑞利衰落模型(1)Clarke模型和瑞利衰落統(tǒng)計模型可適雙線瑞利衰落模型(2)通過調整τ可產生大范圍的頻率選擇性衰落雙線瑞利衰落模型(2)通過調整τ可產生大范圍的頻率選擇性衰落Saleh和Valenzuela室內統(tǒng)計模型一個根據(jù)實測結果總結出來的信道模型。1.測試信號：載波1.5GHz，寬度為10ns的雷達脈沖2.天線：垂直極化全向天線3.環(huán)境：中等規(guī)模辦公建筑、同層4.測試結果：室內信道類似于靜態(tài)信道或僅有微小變化；在沒有LOS時，沖擊響應與發(fā)射和接收天線的極化獨立。Saleh和Valenzuela室內統(tǒng)計模型一個根據(jù)實測結果5.典型參數(shù)：最大時延擴展：100ns～200ns(房間)、300ns(走廊）均方根時延擴展：25ns(中值)、50ns(最大值)衰落深度：60dB(無視距)衰落分布：對數(shù)距離指數(shù)率(指數(shù)：3～4)6.信道模型：多徑分量以簇的形式到達；各分量的幅度是獨立的瑞利隨機變量；其方差和簇內時延隨簇的時延成指數(shù)形衰落；各分量的附加相位服從均勻分布且相互獨立各簇和簇內分量構成了具有不同速率的泊松達到過程，且簇和簇內多徑分量到達此數(shù)成指數(shù)分布；簇的組成由發(fā)射/接收機附近的多徑反射組成，與建筑結構有關。5.典型參數(shù)：SIRCIM和SMRCIM統(tǒng)計模型SIRCIM——室內無線信道沖擊響應模型仿真SMRCIM——移動無線信道沖擊響應模型仿真（適合于市區(qū)和微蜂窩網(wǎng)）（－）SIRCIM1.測試環(huán)境與方法：室內，以λ/4為間隔1m范圍內的功率延遲分布沖擊響應。SIRCIM和SMRCIM統(tǒng)計模型SIRCIM——室內無線信2.模型考慮的參數(shù)多徑時延1m范圍內小尺度接收機的間隔地形參數(shù)（有無視距通路）大尺度間隔特定的測試區(qū)域3.沖擊響應模型：2.模型考慮的參數(shù)4.信道的參數(shù)多徑時延：40～800ns平均多徑時延和均方根時延擴展：30～300ns，中值：96ns、無視距：105ns

時延擴展與無關，與建筑物的材料、使用時間和布局有關多徑分量的數(shù)目是、、和的函數(shù)，服從高斯分布，均值近似為364.信道的參數(shù)第七節(jié)多徑衰落信道的統(tǒng)計模型測試圖例：第七節(jié)多徑衰落信道的統(tǒng)計模型測5.擬合公式：（P141,4.88和4.89)LOS情況OBS情況5.擬合公式：（P141,4.88和4.89)LOS情況O(二)SMRCIM：類似于SIRCIM統(tǒng)計建模技術(二)SMRCIM：類似于SIRCIM統(tǒng)計建模技術SIRCIM–SimulationofallindoorpropagationCharacteristicsSIRCIM–SimulationofallindSMRCIM–SimulationofalloutdoorpropagationCharacteristicsSMRCIM–SimulationofalloutAssignments(大作業(yè)一）pp.173~1744.31,4.32.(SecondEditionEnglish)pp.1003.18,3.19(Chinese)Assignments(大作業(yè)一）pp.173~174Assignments(大作業(yè)二）pp.2535.31(SecondEditionEnglish)pp.1454.20(Chinese)Assignments(大作業(yè)二）pp.253ThankYouSeeyounextweek!ThankYouSeeyounextweek!常用傳播模型Longley-RiceModelDurkin’sModelOkumuraModelHataModelPCSextensiontoHataModelWalfischandBertoniModelWidebandPCSMicrocellModel常用傳播模型Longley-RiceModelLongley-Rice模型用地形地貌的路徑幾何學（主要是雙線地面反射模型）預測地平線以內的信號場強。用Fresnel-Kirchoff刃形模型估計孤立障礙物的繞射損耗。用前向散射理論預測長距離對流層散射損耗用改進的Van

derPol-Bremmer方法預測雙地平線路徑的遠地繞射損耗。適用范圍：點對點通信系統(tǒng)，40MHz~100GHz缺點：沒有提供接收環(huán)境（建筑物、樹葉等）因素的修正，沒有考慮多徑傳播的影響改進與修正（城區(qū)因子）：接收天線區(qū)域的雜波引起的損耗Longley-Rice模型用地形地貌的路徑幾何學（主要是Durkin模型類似Longly-Rice模型，可用于不規(guī)則地形的場強預測。優(yōu)點：利用數(shù)字地形圖可以計算特定位置的傳播特性，精度可在幾個dB。缺點：不能充分預測建筑物、樹葉以及其他人為建筑對傳播的影響。同樣也沒有考慮多徑的影響。Durkin模型類似Longly-Rice模型，可用于不規(guī)2維柵格數(shù)據(jù)2維柵格數(shù)據(jù)地形數(shù)據(jù)的表征地形數(shù)據(jù)的表征視距傳播的算法視距傳播的算法多峰繞射的算法多峰繞射的算法Okumura模型使用最廣泛的城區(qū)信號中值損耗預測模型適應范圍150MHz~1920MHz，可擴展到3000Mhz距離1km~100km基站天線高度30m~1000mOkumura模型使用最廣泛的城區(qū)信號中值損耗預測模型LF：自由空間傳輸損耗Amu：相對于自由空間的基本中值損耗，中等起伏地形傳播損耗的中值。G(hte)：基站天線高度增益因子G(hre)：移動臺天線高度增益因子Garea：環(huán)境類型（地形、地物）增益LF：自由空間傳輸損耗中等起伏地形上傳播損耗的中值基本中值Amu(f,d)

與頻率、距離的關系曲線基準天線高度：基站為200m，移動臺天線高度為3m曲線上讀出的是基本損耗中值大于自由空間傳播損耗的數(shù)值隨著頻率升高和距離增大，市區(qū)傳播基本損耗中值都將增加中等起伏地形上傳播損耗的中值基本中值Amu(f,d)與Okumura模型的應用計算自由空間的路徑損耗由Okumura曲線查基本中值損耗計算或查表得到天線高度增益因子Okumura模型的應用計算自由空間的路徑損耗Okumura模型的應用查表得到環(huán)境（地形、地貌）修正因子修正因子的種類天線高度增益因子街道走向修正曲線郊區(qū)修正因子開闊地、準開闊地修正因子丘陵地的修正因子孤立山岳修正因子斜坡地形修正因子水陸混合路徑修正因子Okumura模型的應用查表得到環(huán)境（地形、地貌）修正因子Okumura模型的特點與不足Okumura模型對地形、地物進行分類，使用完全客觀的實驗數(shù)據(jù)使其能在相應的環(huán)境下獲得較準確的預測，因此得到廣泛的應用。完全基于測試數(shù)據(jù)，不提供任何分析解釋。許多情況通過外推曲線來獲得測試范圍以外的值，盡管這種外推法的正確性依賴于環(huán)境和曲線的平滑性。模型本身也有不足，如對地形的定性劃分不可避免地導致對通信環(huán)境的主觀判斷。對城區(qū)和郊區(qū)快速變化的反應較慢。下一頁回目錄上一頁Okumura模型的特點與不足Okumura模型對地形、Hata模型Hata模型是針對Okumura圖表給出的路徑損耗的經驗公式，適用于150~1500MHz頻率范圍。市區(qū)路徑損耗標準公式a(hre)是移動臺的有效天線高度的修正因子d的單位KmHata模型Hata模型是針對Okumura圖表給出的路徑損移動臺的有效天線高度的修正因子中小城市大城市移動臺的有效天線高度的修正因子中小城市郊區(qū)與農村的路徑損耗郊區(qū)路徑損耗農村路徑損耗郊區(qū)與農村的路徑損耗郊區(qū)路徑損耗Hata模型的PCS擴展將Hata模型的應用范圍擴大到2GHz下一頁回目錄上一頁Hata模型的PCS擴展將Hata模型的應用范圍擴大到2GH其它室外模型Walfish和Bertoni模型考慮了屋頂和建筑物高度的影響。寬帶PCS微蜂窩模型LOS環(huán)境，地面反射雙線模型最佳OBS環(huán)境，簡化的對數(shù)距離路徑損耗模型最佳其它室外模型Walfish和Bertoni模型室內傳播模型隨著PCS系統(tǒng)的使用，室內無線傳播情況受到人們的重視。主要特點：(機理同室外：直射、反射、繞射和散射）覆蓋距離小，遠場條件難以滿足；環(huán)境變動大，如：開關門、物品布局、人員走動等。考慮因素：分隔損耗：同樓層、不同樓層的隔墻材料、類型。建筑物外部面積/材料、建筑物類型、窗口大小/數(shù)量。下一頁回目錄上一頁室內傳播模型隨著PCS系統(tǒng)的使用，室內無線傳播情況受到人室內傳播模型對數(shù)距離路徑損耗模型n依賴于周圍環(huán)境和建筑物類型，Xσ標準差為σ的正態(tài)隨機變量。n，σ可查表得到。Ericcson多重斷點模型適用于多層辦公室建筑。模型假定參考距離處的衰減為30dB，頻率為900Mhz。下一頁回目錄上一頁室內傳播模型對數(shù)距離路徑損耗模型下一頁回目錄上一頁Ericcson多重斷點模型Ericcson多重斷點模型衰減因子模型nSF同層路徑損耗指數(shù)，F(xiàn)AF不同層附加損耗nMF表示基于測量的多樓層路徑損耗指數(shù)n可以通過查表獲得返回目錄下一頁回目錄上一頁衰減因子模型返回目錄下一頁回目錄上一頁其它移動通信信道背景隨著移動通信業(yè)務的發(fā)展，移動通信的服務范圍也日益擴大。在陸地、海上和空中都獲得了廣泛應用，正逐步由室外擴展到室內(如辦分室、住宅、車間、商場等)從地上擴展到地下（如地鐵、坑道、隧道、礦井等）從中小城市擴展到邊遠地區(qū)（如礦山、林區(qū)、沙漠、草原等）要在不同環(huán)境中實現(xiàn)移動通信，首先必須了解無線電波在該環(huán)境中的傳播方式和傳播特性。下一頁回目錄上一頁其它移動通信信道背景下一頁回目錄上一頁建筑物的穿透損耗無論哪種通信系統(tǒng)只要無線電波要穿過墻壁或樓板才能通信時，就必須存在電波的穿透損耗，即建筑物的穿透損耗。人們對電波由建筑物外部進入室內的穿透損耗進行了大量的測試和研究。通常規(guī)定，用建筑物附近道路中央的場強與在室內不同樓層中測得的場強之差表示此穿透損耗。下一頁回目錄上一頁建筑物的穿透損耗無論哪種通信系統(tǒng)只要無線電波要穿過墻壁或樓板建筑物的穿透損耗影響因素：建筑物高度工作頻率基站天線高度結論：f↑→損耗↓層高的影響：Walker測試:1～15層：每層減少1.9dB，15層以上遞增；Tutkmani測試1～9層：每層減少2dB，9層以上遞增；其它影響因素：有無窗口（差6dB）、窗體占墻面的百分比、窗體材料等。下一頁回目錄上一頁建筑物的穿透損耗影響因素：下一頁回目錄上一頁限定空間中的電波傳播限定空間是指無線電不能穿透的場所。在限定空間中，因為電波的傳播損耗很大，因而通信距離很短。在限定空間內，為了增加通信距離，常用導波線傳輸方式。常見的導波線有兩種：平行雙導線和泄漏同軸電纜。下一頁回目錄上一頁限定空間中的電波傳播限定空間是指無線電不能穿透的場所。在限定海上移動信道的特點海上移動通信一般是指路上基站與船、艦之間的通信，其電波傳播路徑幾乎都是海面，傳播條件優(yōu)于陸地。當傳播路徑上沒有島嶼等障礙物時，傳播損耗可按平滑球面大地的傳播理論進行分析。下一頁回目錄上一頁海上移動信道的特點海上移動通信一般是指路上基站與船、艦之間的航空移動信道的特點對于航空移動信道來說，電波在空間傳播與在海上傳播相似，且還優(yōu)于在海上傳播。因而在同樣條件下，通信距離較遠?？罩袀鞑サ男盘枅鰪姇S氣象條件的變化而變化。由于飛機的飛行速度很快，信號場強將隨時間和空間位置的變化而急劇變化，并造成場強中值的快速變化。下一頁回目錄上一頁航空移動信道的特點對于航空移動信道來說，電波在空間傳播與在海衛(wèi)星中繼信道是無線電接力信道的一種特殊形式，由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下行線路組成。主要特點：衛(wèi)星與地球站之間的電波傳播路徑大部分在大氣層以外的空間，其傳播損耗可近似按自由空間作估算。傳播距離遠，損耗較大，時延較大。地球站至衛(wèi)星的仰角較大，不易受地面反射的影響，緩解了多徑效應引起的快衰落。地球站附近的高大建筑物造成的陰影效應仍會引起慢衰落。工作頻率超過1GHz時，因雨雪等原因將產生附加的傳輸損耗。下一頁回目錄上一頁衛(wèi)星中繼信道是無線電接力信道的一種特殊形式，由通信衛(wèi)星、地球衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道優(yōu)越性傳輸距離遠覆蓋地域寬傳輸特性較穩(wěn)定這些特性對于建立覆蓋全球的移動通信網(wǎng)來說有很大吸引力。因此人們對低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)產生濃厚的興趣。返回錄下一頁回目錄上一頁衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道優(yōu)越性返回錄下一頁回目錄上一頁小尺度衰落與多徑效應小尺度衰落的類型小尺度衰落的模型小尺度衰落與多徑效應小尺度衰落的類型概述小尺度衰落，簡稱衰落，是指無線電信號經過短時間或短距離傳播后其幅度、相位（多徑時延）的快速波動。概述小尺度衰落，簡稱衰落，是指無線電信號經過短時間或多徑效應移動信道的多徑傳播造成了小尺度衰落效應衰落是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時，信號之間相互干涉引起的。這些波稱為多徑波。三個主要效應經過短距或短時傳播后，信號強度急速變化；在不同多徑信號上，存在多普勒頻移引起的隨機頻率調制；多徑傳播時延引起的時延擴展。多徑效應移動信道的多徑傳播造成了小尺度衰落效應三種彌散

時間彌散，Timedispersion頻率彌散，F(xiàn)requencydispersion角度彌散，Angulardispersion三種彌散時間彌散，Timedispersion三種選擇性衰落頻率選擇性衰落，F(xiàn)requencyselectivefading時間選擇性衰落，Timeselectivefading空間選擇性衰落，Spaceselectivefading三種選擇性衰落頻率選擇性衰落，F(xiàn)requencyselec三種分集方法頻率分集，F(xiàn)requencyDiversity時間分集，TimeDiversity空間分集，SpaceDiversity發(fā)送/接收分集，Transmit/ReceiveDiversity,極化分集PolarizationDiversity三種分集方法頻率分集，F(xiàn)requencyDiversity分集合并方法最大比合并，MRC(MaximumRatioCombining)等增益合并，EGC(EqualGainCombining)選擇合并，SelectionCombining分集合并方法最大比合并，MRC(MaximumRati小尺度衰落的影響因素與模型多徑傳播；移動臺的運動速度；環(huán)境物體的運動速度；信號的傳輸帶寬（相對于相干帶寬）小尺度衰落模型小尺度衰落的影響因素與模型多徑傳播；移動通信系統(tǒng)參數(shù)信號帶寬，Signalbandwidth符號速率，SymbolrateRs(SymbolperiodTs)數(shù)據(jù)速率，DatarateR信號功率，Signalpower性能需求，Performancerequirements移動通信系統(tǒng)參數(shù)信號帶寬，Signalbandwidth移動多徑信道參數(shù)多徑傳播，Multipathpropagation時間擴展，Timespread頻率擴展，F(xiàn)requencyspread角度擴展，Angularspread移動多徑信道參數(shù)多徑傳播，Multipathpropaga頻率擴展多普勒頻移，Dopplershift頻率擴展多普勒頻移，Dopplershift多普勒頻移示意圖多普勒頻移示意圖移動信道建模——線性時變信道模型：沖激響應參數(shù)：時變位置移動信道建?！€性時變信道模型：沖激響應多徑信道的沖擊響應模型

是實際信號幅度

是附加時延t時刻第i個多徑分量的幅度t時刻第i個多徑分量的附加時延t時刻第i個多徑分量信道的附加相移第i個多徑分量自由空間傳播的附加相移多徑信道的沖擊響應模型t時刻第i個多徑分量的幅度t時刻第i個射頻系統(tǒng)的復基帶模型射頻系統(tǒng)的復基帶模型時變沖激響應時變沖激響應帶寬與接收功率之間的關系實際無線通信系統(tǒng)中，一般采用信道測量技術來獲得多徑信道的沖擊響應脈沖測量信號（寬帶）連續(xù)波測量信號（窄帶）帶寬與接收功率之間的關系實際無線通信系統(tǒng)中，一般采用信道測量脈沖測量設輸入信號為P(t):脈沖寬度為Tdd，重復周期為TREP的基帶脈沖序列。TREP>>附加時延τmax令則低通信道輸出脈沖測量設輸入信號為脈沖測量為確定t0時刻的接收功率，須測出功率信道瞬時多徑功率延遲分布接收信號總功率與多徑分量各自的功率之和有關脈沖測量為確定t0時刻的接收功率，須測出功率脈沖測量假設多徑分量接收功率為一個隨機過程（各分量有隨機分布的幅度和相位），可以證明脈沖測量信號的平均小尺度接收功率為：脈沖測量假設多徑分量接收功率為一個隨機過程（各分量有隨機分布連續(xù)波測量令測量信號的復包絡為：

c(t)=2則瞬時接收信號的復數(shù)形式為：信道輸出功率平均接收功率為：路徑幅度相關系數(shù)連續(xù)波測量令測量信號的復包絡為：c(t)=2帶寬與接收功率之間的關系當此種情況出現(xiàn)在：多徑分量的相位分布在[0,2π]不同路徑分量的幅度互不相關（這兩個條件對大多數(shù)環(huán)境都成立）結論：接收的寬帶和窄帶信號的平均總功率是相等的；當傳輸信號的帶寬遠遠大于信道帶寬時，接收機可分離多徑分量；反之，多徑分量不可分離，并會導致大幅度的衰落。帶寬與接收功率之間的關系當結論：測量的沖激響應測量的沖激響應時間彌散參數(shù)平均附加時延Meanexcessdelay的定義為功率時延分布的一階矩Rms均方根時延擴展，Rmsdelayspread為功率時延分布的二階矩

時間彌散參數(shù)平均附加時延Meanexcessdelay時散參數(shù)的解釋τk是第一個多徑分量信號到達后測得的時間即τ0=0和σ都是根據(jù)功率時延分布定義的σ的典型值：室內——ns級，室外——μs級時散參數(shù)的解釋τk是第一個多徑分量信號到達后測得的時間即τ0相干帶寬的定義定義：在該頻率范圍內，信道是平坦的。即：所有譜分量以“幾乎”相同的增益和線性相位通過信道（統(tǒng)計意義上的）換句話說：相干帶寬是一特定的頻率范圍，在該范圍內，任意兩個頻率分量具有很強的幅度相關性；超出該范圍的兩個頻率分量受信道影響的關系不大。相干帶寬的定義定義：在該頻率范圍內，信道是平坦的。即：所有譜相干帶寬要求頻率分量的相關函數(shù)大于0.9要求頻率分量的相關函數(shù)大于0.5注：相干帶寬與均方根時延擴展之間并不存在確切的關系，上面的式子僅僅是估計值。相干帶寬要求頻率分量的相關函數(shù)大于0.9Doppler擴展與相干時間時延擴展和相干帶寬參數(shù)是用于描述信道色散的兩個參數(shù)，但它們并未提供描述信道時變特性的信息。信道的時變特性主要是由于移動臺與基站之間的相對運動引起的，或是由電波傳播路徑上的物體的運動引起的。即時變特性的主要原因是“運動”，因此可用多普勒擴展和相干時間來描述小尺度內信道的時變特性。Doppler擴展與相干時間時延擴展和相干帶寬參數(shù)是用于描Doppler擴展定義：為一頻率范圍，在此范圍內接收的多普勒譜有非零值。設發(fā)送信號為正弦波，則接收信號的頻率為：最大頻移即為Doppler擴展定義：為一頻率范圍，在此范圍內接收的多普相干時間的定義相干時間定義：信道的沖擊響應維持不變的時間間隔的平均值。換句話說：相干時間是一段時間間隔，在此間隔內到達的兩個信號具有很強的幅度相關性；超此間隔到達的兩個信號相關性很小。相干時間的定義相干時間定義：信道的沖擊響應維持不變的時間間隔Doppler擴展與相干時間相干時間的定義fm為Doppler頻移要求頻率分量的相關函數(shù)大于0.5時普遍的定義方法，上述兩式的幾何平均多普勒擴展的時域表示描述信道頻率色散在時域的時變特性Doppler擴展與相干時間相干時間的定義多普勒擴展的時域ThankYouSeeyounextweek!ThankYouSeeyounextweek!小尺度衰落與多徑效應

小尺度衰落與多徑效應直接射頻脈沖測量信道直接射頻脈沖測量信道直接射頻脈沖測量信道特點：可直接得到信道沖擊響應與探測脈沖卷積結果的平方值，提供本地功率延遲分布；系統(tǒng)組成簡單。主要問題：受干擾與噪聲的影響嚴重；依賴于第一個到達的分量觸發(fā)示波器的能力；采用包絡檢波器，系統(tǒng)接收不到多徑分量各自的相位（如采用相關檢測器可彌補這一不足）；直接射頻脈沖測量信道特點：擴頻滑動相關器信道測量擴頻滑動相關器信道測量第三節(jié)小尺度多徑測量原理：基帶信號持續(xù)時間第三節(jié)小尺度多徑測量原理：基帶信號持續(xù)時間第三節(jié)小尺度多徑測量①最大相關時間：②實際傳播時間與示波器觀測時間的關系：碼元間隔序列長度滑動因子③PN序列長度與最大傳播時延的關系：第三節(jié)小尺度多徑測量①最大相關時間：②實際傳播時間與示擴頻滑動相關器信道測量優(yōu)點：有良好的抗干擾能力；靈敏度可調（通過調整滑動因子和窄帶濾波器實現(xiàn)）；需要較小的發(fā)射功率。缺點：不是實時的；無法測量多徑分量的相位。擴頻滑動相關器信道測量優(yōu)點：頻域信道探測頻域信道探測頻域信道探測問題：要求收發(fā)之間要精確同步，因此僅適合近距離測量（如：室內信道模型的測量）；非實時性（掃描完整個頻段需要一定的時間）對于時變信道，為了提高掃描速度：快掃描——對設備的響應要求高；減少頻率臺階數(shù)——降低了時間分辨率，增大附近時延范圍。頻域信道探測問題：MeasuredpowerdelayprofilesMeasuredpowerdelayprofilesMeasuredpowerdelayprofilesMeasuredpowerdelayprofilesIndoorPowerDelayProfileIndoorPowerDelayProfileTypicalRMSdelayspreadsTypicalRMSdelayspreads小尺度衰落類型平坦衰落，F(xiàn)latfading頻率選擇性衰落，F(xiàn)requencyselectivefading快衰落，F(xiàn)astfading慢衰落，Slowfading小尺度衰落類型平坦衰落，F(xiàn)latfading小尺度衰落的類型在無線通信信道中：多徑時延擴展→時間色散多普勒頻移→頻率色散這兩種特性對信號的影響是不同的，而信號又有窄帶和寬帶之分。因此不同信道特性和信號特性的組合，會產生四種小尺度衰落類型。即：多徑時延擴展→平坦衰落或頻率選擇性衰落多普勒頻移→快衰落或慢衰落小尺度衰落的類型在無線通信信道中：多徑時延擴展→時間色散多徑時延擴展產生的衰落效應平坦衰落產生條件：

無線信道的相干帶寬>>信號的帶寬或：無線信道的均方根時延擴展<<信號的符號周期特點：由于Bs<<Bc，因此信號不會產生失真。但由于信道是時變的，其增益會隨時間的變化而變化，因此信號幅度會隨時間的變化而變化。幅度：服從瑞利分布；相位：均勻分布。多徑時延擴展產生的衰落效應平坦衰落產生條件：多徑時延擴展產生的衰落效應

平坦衰落圖解多徑時延擴展產生的衰落效應

平坦衰落圖解多徑時延擴展產生的衰落效應

頻率選擇性衰落產生條件：

無線信道的相干帶寬<信號的帶寬或：無線信道的均方根時延擴展>信號的符號周期特點：由于Bs>Bc，信道對信號S(t)不同的頻譜分量的增益和相位的作用不同，導致信號失真。通常情況下，如果就認為信道是頻率選擇性衰落（這一范圍與調制類型有關）多徑時延擴展產生的衰落效應

頻率選擇性衰落產生條件：FrequencyselectivefadingFrequencyselectivefading多普勒頻移擴展引起的衰落效應

快衰落Fastfading產生條件：

信道的多普勒擴展>信號的帶寬或：信道的相干時間<信號的符合速率(周期)含義：

信道的沖擊響應在信號的符合周期內快速變化，或載頻的變化范圍大于信號的帶寬（或兩者可比擬）。注：當信道被認為是快/慢衰落時，一般不再稱其為平坦衰落或頻率選擇性衰落。

多普勒頻移擴展引起的衰落效應

快衰落Fastfading多普勒頻移擴展引起的衰落效應

慢衰落，Slowfading產生條件：信道的多普勒擴展<<信號的帶寬或：信道的相干時間>>信號的符合速率(周期)含義：信道的沖擊響應變化率比發(fā)送的基帶信號變化率低得多，或載頻的變化范圍遠小于信號的帶寬。多普勒頻移擴展引起的衰落效應

慢衰落，SlowfadingTwoindependentfadingissuesTwoindependentfadingissuesTwoindependentfadingissuesTwoindependentfadingissues瑞利衰落分布（1）一、瑞利衰落分布：對于平坦衰落信道，接收信號由N個多徑信號構成。這N個信號的幅值和相位都時隨機的，且統(tǒng)計獨立。常用于描述平坦衰落信號的統(tǒng)計時變特性的一種分布類型瑞利衰落分布（1）一、瑞利衰落分布：常用于描述平坦衰落信號的瑞利衰落分布（2）可見，x和y也是N個獨立的隨機變量之和。概率的中心極限定理：大量的獨立隨機變量之和的分布趨于正態(tài)分布。故x和y的分布為正態(tài)分布且相互獨立。瑞利衰落分布（2）可見，x和y也是N個獨立的隨機變量之和。瑞利衰落分布（3）可見：r服從瑞利分布；θ服從均勻分布瑞利衰落分布（3）可見：瑞利分布的特性（1）1.包絡不超過R的概率：2.r=σ時，p(r)取最大值：：3.瑞利分布的特性（1）1.包絡不超過R的概率：瑞利分布的特性（2）4.包絡的均值：5.均方值與方差：6.r<σ

的概率：1－exp(-1/2)=0.39直流分量(中值)瑞利分布的特性（2）4.包絡的均值：直流分量(中值)瑞利分布的特性（3）結論：對于平坦衰落信道，如果所有多徑信號的幅度和方位角是統(tǒng)計獨立且隨機分布，則接收信號的包絡服從瑞利分布其衰落深度達20～40dB衰落速率(每秒內信號包絡經過中值次數(shù)的一半）約為30～40次/秒瑞利分布的特性（3）結論：萊斯衰落分布多徑信號中，如果存在一個主要的靜態(tài)（非衰落）信號分量時，可以證明，接收信號的包絡服從萊斯分布。含義：存在一個比較強的多徑分量（主信號）其它多徑分量較弱,且幅度和方位角隨機變化。萊斯衰落分布多徑信號中，如果存在一個主要的靜態(tài)（非衰落）信號萊斯因子的定義萊斯因子完全確定了萊斯分布——廣義瑞利分布萊斯因子的定義萊斯因子完全確定了萊斯分布——廣義瑞利分布三種小尺度衰落測量值1.場景C：有障礙，雜波較少：小尺度衰落不明顯，近似為對數(shù)正態(tài)分布。2.場景D：無障礙，雜波較少：主信號的主導作用明顯，服從萊斯分布。3.場景E：無障礙，雜波嚴重：主信號的主導作用不明顯，趨于瑞利分布。三種小尺度衰落測量值1.場景C：有障礙，雜波較少：小尺度衰多徑衰落信道的統(tǒng)計模型第一個多徑衰落信道模型——Ossana模型主要考慮因素：建筑物表明隨機分布的反射波的相互影響。局限性：由于假設存在LOS，無法反映市區(qū)的信道特性。為了更好地表示移動信道的統(tǒng)計特性，目前已經建立了許多多徑模型，其中應用最廣泛的是Clarke模型。多徑衰落信道的統(tǒng)計模型第一個多徑衰落信道模型——Ossana平坦衰落的Clarke模型(1)假設條件：發(fā)射天線垂直極化；接收天線的電磁場由N個平面波組成這些平面波具有隨機附加相位、入射角和相等