電子電路二-研究課題電波傳播

發(fā)元頻發(fā)元頻單道信無道信單單頻單收射單單 1T1PRlim rT TT 2其中r(t)為 接收信號(hào)。PR的單位為瓦(Watts，P(dBm)10log

1000 1w ①方向②波瓣寬③天線增④全向有效輻射可以用天線的方向性f(,f(,)E(,0f(,)zz主副x副y為波瓣寬度(HP:HalfPowerbeamwidth)。 有效輻射功率(EIRP:EffectiveIsotropicRadiatedPower)：EIRPT中PT為發(fā)射機(jī) ，GT為發(fā)射天線的天自由空間中電磁波 損 發(fā)射自由空間中電磁波 損 RPeR發(fā)射天線增益為

4d P 4d 自由空間中電磁波 損 4 2Ae4

DGR 自由空間中電磁波 損ffff D

自由空間中電磁波 損2PR(4d)2T 自由空間中的電磁 非自由空間中電磁波 損 直射路徑(NLOS:Non-LineOfSight)環(huán)境，或稱無直無線通信系統(tǒng)所遇到的NLOS環(huán)境道非自由空間中電磁波 損非自由空間中的電磁 損2PG R (4

d

ddbhh2PG

d

d 發(fā)射

斷d非自由空間中電磁波 損非自由空間中的電磁 損2PG R (4

d

ddbhh2PG

d

d N代表在 斷點(diǎn)內(nèi)的衰減因子，一般取2；F代 不同，一般取3~5，對(duì)應(yīng)于不同的信道特性；db為斷點(diǎn)(break 4h R電磁波的頻f其中f為電磁波的頻率，單位為赫茲(Hz:Hertz)；c 速度c3108米/秒；是電磁波的電磁波的頻 LSCXKUVW波 LSCXKUVW 波長 射 紅外

紫藍(lán)綠黃橙紅紫

0.6 頻段名頻段范圍(含上限頻段名波長范圍(含上限極低頻(ELF:ExtraLow極長100兆米[1]~10兆超低頻(SLF:SuperLow超長10兆米~1兆特低頻(ULFUltraLow特長100萬米~10萬甚低頻(VLFVeryLow3KHz甚長10萬米~1萬 頻(LF:Low 10千米~1千 頻(MF:Middle 1000米~100 頻(HF:High 100米~10甚高頻(VHFVeryHigh 10米~1特高頻(UHFUltraHigh分米10分米~1分頻(:SuperHigh厘米10厘米~1厘極高頻(EHFExtraHigh毫米10毫米~1毫至高絲米10絲米[2]~1絲1兆米等于106米1毫米等于10絲米電磁電磁波的頻①頻率從300MHz至3000GHz范圍內(nèi)的電磁波，又叫做微②微波的波長從1米至0.1毫米，它包括四個(gè)波段：分米波厘米波、毫米波、亞毫米波③微波還被劃分成更細(xì)的波段代標(biāo)稱波長頻率波長范圍LSC5X32KUVW電磁波的頻①最早 使用的是米波，這一波段被稱為P波段(PPrevious的縮寫，即英語“以往”的字頭②索 為定L(Long心長22cm。③當(dāng)波長為10cm的電磁波被使用后，其波段被定義為S(英語Short的字頭，意為比原有波長短的電磁④在主要使用3cm電磁波的火控 電磁波的頻⑤為了結(jié)合X波段和S波段的優(yōu)點(diǎn)，逐漸出現(xiàn)了使用中心波長 ⑥在英國人之后，德國人也開始獨(dú)立開發(fā)自己的 ⑦“不幸”的是，德國人以其特有的“精確性”選擇的波長的電 電磁波 電磁波 天線能直接看到無線通信發(fā)射機(jī)的天線OfSight)，無線通信發(fā)射機(jī)發(fā)射的電磁波直 到無 收機(jī)電磁波2、電磁波直射：反射波(relectionae電磁波 射 (catterigaepropaai，，射比波長葉交標(biāo)，射多不再 無通 機(jī)天電磁波 (diffractionwavepropagation)， 電磁波5、電磁波直射：透射波會(huì)直接該物體，在該物體的背面空氣中。的一部分電磁波信號(hào)是電磁波 ，是無線通信電磁波的一種重 段電磁波基 機(jī)制的應(yīng)電磁波的直 通信信rPGr 月電磁波基 機(jī)制的應(yīng)2電磁波基 機(jī)制的應(yīng)溫度在17~-52℃。這一層的主要特點(diǎn)有：具有電磁波基 機(jī)制的應(yīng)②5的產(chǎn)增高而升高，到平流層頂氣溫可達(dá)-3~- 水汽和塵埃極少，大 電磁波基 機(jī)制的應(yīng)2③中間層(Mesosphere)：從平流頂層到距地面85km高度稱為 電磁波基 機(jī)制的應(yīng)④高為離高的高增。人造 觀體展高氣于 在一由于 的響空氣具很的射些長無電波電訊有要意。⑤電磁波基 機(jī)制的應(yīng)3、電磁波的反射地球大氣層中的電離層這一層大氣，上疏下密，在紫外線、日冕的軟X射線和表面噴出的微粒流作用下，大氣氣體分子或原子中的電子出來，形成離子和電離層分為D、E、F1、F2D層高度60~90公里，白天可反射2~9MHz的頻F1層高度150~200公里，只在F2層高度大于200公里，是F層的主體，日間夜間都 電磁波基 機(jī)制的應(yīng)3、電磁波的反 ：電離層反射信電磁波基 機(jī)制的應(yīng)3、電磁波的反 ：電離層反射信道（短波通信電磁波基 機(jī)制的應(yīng)4、電磁波的反 ①②在這個(gè)過程中，流星在地球上空85~125公里的高度處會(huì)留 ③④利用這些瞬息閃現(xiàn)的流星余跡電磁波反射功能可實(shí)現(xiàn)離無線通信電磁波基 機(jī)制的應(yīng) 電磁波基 機(jī)制的應(yīng) ②當(dāng)磁波將發(fā)生折射、散③電磁波再輻射的方向是不均勻的，其大部分能量在電波通電磁波基 機(jī)制的應(yīng)5、電磁波的散 電磁波基 機(jī)制的應(yīng)5、電磁波的繞 2006年9電磁波基 機(jī)制的應(yīng) ①電磁波的波長比短波(10米~100米)長的波段有中波(100米~1公里長波(1公里~10公里甚長波(10公里~100公里特長波(100公里~1000公里)等.(50Hz電磁波的波長為6k公里②這些波段的波長可以與地球表面的起伏 物的高度比，甚致比地球表 物的高度大的③這些波段的電磁波可以繞過地 物繼 ，發(fā)生射現(xiàn)④這種沿地球表面的無線電波 ，稱為地(PropagationofGroundWave)⑤地 的特點(diǎn)是信號(hào)比較穩(wěn)定。一般說來，頻率愈高地波隨距離衰減 多 ——多徑無線信道中的客觀存在的多徑信號(hào)與總多徑數(shù)多 ——多徑？多 ——多徑設(shè)發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)相對(duì)于某一無線通收機(jī)天線來說，信道中有不同方一般來說，NLOS環(huán)境中，Smax很大很大多 ——多徑幅延0多 ——多徑 多 ——多徑無線信道 觀察到的多徑信號(hào)與總多徑數(shù)0

多 ——多徑 發(fā)元發(fā)元頻單信信無單 單單單多 ——多徑 收端口收端口處收端道處收端變vis

C

vo(jTs多 ——多徑

viKsKs

C

vo(jTsvi(t)i(tijTs時(shí)刻A/D采樣器的輸出信號(hào)t(j1)T

v(t)dt

t(j1)T

jvo(jTs)j

s(t)dt

(jT t(j t(

k

k 多 ——多徑j(luò)Ts時(shí)刻A/D采樣器的輸出信號(hào)v(jT)

t(j1)Tsv

j

(jT t(

k k j

tj

,t(j

s內(nèi)到達(dá) v

K Ks 多 ——多徑j(luò)Ts時(shí)刻A/D采樣器的輸出信號(hào)幅度的分

k

k 多 ——多徑

k

(jTsk jvojTs)vojTs 無線 收機(jī)能區(qū)分的總多徑數(shù)為Lsgnvo(jTs) x其中sgn(x)為：sgn(x) x x多 ——多徑 信號(hào)排序，最先到達(dá)的稱為第一徑多 ——多徑數(shù)小信道中客觀存在的多徑，稱為：“子徑能觀察到的多徑，稱為：“多徑 多 ——信道中發(fā)元頻發(fā)元頻單道信無道信單單頻單收射單單多 ——信道中信道 幅度幅度short 時(shí)多 ——信道中 ---

幅度平幅度平發(fā)射天線與接收天線間的距多多——信道中多 ——信道中無線信道的傳遞函數(shù)，多普勒頻移的影響。?dmax=多 ——信道中信道的(fading)是指，無線通信具體信道特征的變化，引起接收到的信號(hào)引起無線通信信號(hào)的原因有多種，主多徑(MultiplePath)當(dāng)無線通收機(jī)接收到的信號(hào)的強(qiáng)度遠(yuǎn)時(shí)間段的這種稱深。多 ——信道中無線通收機(jī)接收到的多個(gè)子徑信號(hào)所合成的信號(hào)，在不同的時(shí)間、地點(diǎn)上會(huì)時(shí)大時(shí)小，這種現(xiàn)象被叫做多徑(MultiplePathFading)。以子徑數(shù)為2多 ——信道中 s2多 ——信道中s1(t)b(t)cos(2fct)vi(t)s1(t)s2b(t)Acos2fctcos2fct1,2多 ——信道中 Tbr2(t)dtPr0 0.5A22cos2f 多 ——信道中無線 收機(jī)接收到信號(hào)的功率 0

0

多 ——信道中當(dāng)11,2i/fc，兩條徑合成信號(hào)的總功率取Pr2A21且1,22i1)2fc，Pr取最小值，等于0。 延遲擴(kuò)發(fā)射機(jī)發(fā)射的電磁波信號(hào)，通過信道之后，無線通收機(jī)觀察到的不同時(shí)間到達(dá)的發(fā)射信號(hào)的象，稱為延遲擴(kuò)展中距離反射散延遲擴(kuò)一般來說， 所經(jīng)過的路程較小的電磁波，到達(dá)時(shí)信號(hào)強(qiáng)度越大 所經(jīng)過的路程越遠(yuǎn)無線通信信道的延遲擴(kuò)展隨具體信道的不同而不同，設(shè)延遲t的概率密度函數(shù)為p(t)，平均的延遲擴(kuò)m

tp(t)dt0延遲擴(kuò)多徑信道的延遲擴(kuò)展(delayspread)，是指延遲擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)差，又稱為根均方(rootmeansquare:延遲擴(kuò)0t0tm2d時(shí)延擴(kuò)展是對(duì)多徑信道時(shí)延特性的統(tǒng)計(jì)描述，反映延遲擴(kuò)①指 信p(t)1expt

m ②均 信p(t)m 0p(t)

其m2f f延遲擴(kuò)延遲擴(kuò)載波波長越長載波波長越例如光無線通信的延遲擴(kuò)展比短波無線通信的延遲擴(kuò)展小的延遲擴(kuò) 符號(hào)間符號(hào)間干擾，這就是所謂的符號(hào)間干擾(ISI:Intersymble符號(hào)間干 0發(fā)射信0發(fā)射信第1第2 第3接收信號(hào)強(qiáng)時(shí)不同延遲的信接收接收信號(hào)時(shí)第6時(shí)符號(hào)間符號(hào)間干也就是說某一具體的無線通信信道，其傳遞信息的速率超過這個(gè)上限時(shí)，誤碼率(BER:Biterrorrate)達(dá)符號(hào)符號(hào)間干1Rb1ddd 1d 相關(guān)帶無線通收機(jī)接收到的信號(hào)是多徑信號(hào)的和，和信號(hào)中某一頻率成份信號(hào)的值，與多徑時(shí)延的上，是不一樣的。討論多徑效應(yīng)引起的接收信號(hào)在不同頻率分相關(guān)帶寬——頻率平頻率平坦(flatfading)，是指在無線通信信道中傳輸無線信號(hào)的帶寬內(nèi)，無線通收機(jī)接收信號(hào)相對(duì)于來說，如果信號(hào)的帶寬較小，即窄帶 無線通信信道中只有多徑最大時(shí)延遠(yuǎn)小于自由空間無線通相關(guān)帶寬——頻率選擇 為頻率選擇 信道(frequencyselectivefading) 相關(guān)帶寬——定 (coherencebandwidth)。 相關(guān)帶相關(guān)帶寬——經(jīng)驗(yàn)的定c cd相關(guān)系數(shù)不小于0.9c c

隨機(jī)性很強(qiáng)、影響無線通收機(jī)信號(hào)接收準(zhǔn)確性的噪聲

無意噪聲

近地噪宇宙饋線有意噪聲干 是現(xiàn)實(shí) 無線通信鏈路中必然存的干擾 無線通信發(fā)射機(jī) 間的關(guān)系不大 線 收機(jī)的噪聲近地系噪宇宙噪具體的近地噪聲，與無線通信發(fā)射機(jī)、的位置地球地面 、航天器間 無線通信 水蒸氣水蒸氣諧氧分子諧

噪聲噪聲溫度1

AABB 頻率

大大小小兩點(diǎn)間的無線通

噪聲溫度1

頻率

類的工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，例如：其它的無線電臺(tái)泄漏②大氣運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲③動(dòng)物產(chǎn)生的噪聲，例如，某些動(dòng)物在捕食、遇到時(shí)產(chǎn)生很強(qiáng)的無線電信 外部噪聲 系噪系噪聲是

噪聲，其 是最大的熱輻射源

某些應(yīng)用環(huán)境中，例如無線通信發(fā)射機(jī)、所構(gòu)成的直線的延長線，剛好指向時(shí)，無線通信系統(tǒng)就會(huì)受到當(dāng)然，本身的活動(dòng)具有很大的隨機(jī)性。當(dāng)黑子活動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，它對(duì)無線通信的影響較大。的噪聲，在系中心的指向上達(dá)到最大值(通常稱為(稱為冷空)內(nèi)部噪聲是無線通收機(jī)本身產(chǎn)生的各種噪線噪線端低噪聲放大器噪聲占無線通收機(jī)內(nèi)部噪聲中的天線噪聲、饋線噪聲、收發(fā)開關(guān)噪聲、前端低噪聲放 前端低噪聲放大器及其前面部件所產(chǎn)生熱噪聲是由于導(dǎo)體、半導(dǎo)體的自由電子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的，無論在時(shí)域內(nèi)還是在頻域內(nèi)它總是普遍存在和不可避0Pn0其中：k為玻爾茲曼常數(shù)，k1.381023J/K；T為 溫度，單位為K；B為 接收信號(hào)的帶寬，單位為Hz。0一般我們稱Pn為 0如 無線通信系統(tǒng)的頻帶寬度為20MHz，溫度020℃， 前端無源器件的熱噪聲功率Pn為00Pn1.381023293.152010608.091014工程中一般與1毫瓦(mW)做比較，并用 表dBmW(30dBm1瓦0Pn10log(8.091014)(dBW)=0也就是說，20MHz帶寬 無線 收機(jī)，常溫下基礎(chǔ)熱噪聲的功率為100.92dBm如果被研究的 量可以表示為大量獨(dú)立同分布量的和，其中每一個(gè)隨 量對(duì)于總和只起微小的作用，則可以認(rèn)為這個(gè)隨 量的分布服從高斯分布(Gaussian 多子獨(dú)立的干擾的和。因此，服從高斯分布的一類噪聲在 xm2p(x)

exp

p(110x高斯噪聲的概率分布F(x)

xp(u)du11erfxmx

其中erf(x)為誤差函erf(x)

xexpt20概率分布函數(shù)Fx也可以表為誤差補(bǔ)的函數(shù)0F(x)1

xmx22 其中erfc(x)為誤差補(bǔ)函數(shù)erfc(x)

2expt2x1erf(x功率譜密度函數(shù)在整個(gè)頻域內(nèi)是常數(shù)的噪聲稱為白噪其中的“白”的含義內(nèi)的光稱為白白噪聲的雙邊功率譜密度函數(shù)定義為(f)N0 (f2其中，N0是一個(gè)常數(shù)，單位為W/Hz。若采用單邊頻譜，即頻在(0,)范圍內(nèi)，白噪聲的功率譜密度函數(shù)則寫為(f)N0 (0f我們知道，信號(hào)的功率譜密度與其自相關(guān)函數(shù)互為傅氏其中()白噪聲信號(hào)的自相關(guān)

(f)expj2fN0(2(f

2 2(a)功率譜密度

2(B2數(shù)用n(t)表示白噪聲，根據(jù)自相關(guān)函數(shù)的定義()En(t)n(tEn(t)n(t)En(t)En(t)0，這說明En(t)等于En(t)等于式才能成立。由于是任意的，因此白噪聲n(t)的均值等于En(t)功率譜密度，通常可在現(xiàn)實(shí)的無線通信環(huán)境中，高斯白噪聲真實(shí)的 移動(dòng)速度frft勒(Doppler)頻移 fd vf 移動(dòng)方向的夾角為2 vfd

移動(dòng)方向的夾角為fd,min根據(jù)上面的定義 f1vcos t 設(shè)無線通信發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)的帶寬為f，則發(fā)射機(jī)發(fā)fff,ff

2ff

fff,ff

2 23456789 2 3 4 5 6 7 8

9對(duì)于超寬帶無線通信系統(tǒng)來說，頻帶的多普勒頻移與高端的不同，使得調(diào)整本振頻率對(duì)準(zhǔn)接收的失去效果?，F(xiàn)象是多普勒擴(kuò)展(Dopplerspread)。發(fā)射機(jī)發(fā)射的單位沖擊信號(hào)，號(hào)，是由很多條子徑各條子徑信號(hào)合成的一條多徑信號(hào)，它是發(fā)射信號(hào)在頻

13在這些子徑信號(hào)13達(dá)方向不相同的 徑信號(hào)，則這些到達(dá)方向不相同的 徑信號(hào)的多普勒頻 DopplerSpreadSpectrum)及平坦多普勒擴(kuò)展譜(FlatDopplerSpectrum)。 vv2cS(f)

f 其Sn(ffcfcfdfcfd2 S(f) fc

fd

Sn(f fcSn(f 道傳輸無線信號(hào)的帶寬內(nèi)，對(duì)無線通 收機(jī)接收信號(hào)復(fù)包絡(luò)進(jìn)行采樣，如果存在任兩個(gè)時(shí)刻采樣信號(hào)的 自由空間中存在多普勒頻移的信道不是時(shí)間選擇 道，因 可以校正接收信號(hào)多普勒頻移的影響非自由空間中存在多普勒擴(kuò)展的信道是時(shí)間選擇性信道，這是因?yàn)榻邮盏降男盘?hào)產(chǎn)生了很多大小不同的多普在非自由空間、時(shí)間選擇性信道中，對(duì)于無線通收機(jī)接收到的信號(hào)，在兩個(gè)時(shí)刻對(duì)接收信號(hào)的復(fù)包絡(luò)采樣，如果兩個(gè)時(shí)刻對(duì)復(fù)包絡(luò)的采樣信號(hào)基本相等，則稱這兩個(gè)時(shí)刻內(nèi)的接收到的信號(hào)在相干滿足兩個(gè)時(shí)刻復(fù)包絡(luò)采樣信號(hào)基本相等條件的最遠(yuǎn)的兩個(gè)時(shí)刻，稱為相干時(shí)間(coherencetime)多普勒頻移影響著接收信號(hào)的復(fù)包絡(luò)，一般以最大多c

16πd上式的條件為：在相干時(shí)間內(nèi)的任兩個(gè)時(shí)刻對(duì)接收信號(hào)的復(fù)包絡(luò)采樣，各頻率分量采樣信號(hào)的相關(guān)系數(shù)不相干時(shí)間度量了信道的時(shí)變特性。信道相干時(shí)間越大，信道變化越慢；信道相干時(shí)間越小，信道變化越另外，自由空間中的窄帶無線通信系統(tǒng)，如果存在多普勒頻移，則可以通過調(diào)整本振的中心頻率來來消除多普勒引起的信道變化，即接收到信號(hào)SingleInputSingleSingleInputMultipleMultipleInputSingleMultipleInputMultiple收發(fā)兩端終有多個(gè)天1111111 *Nonstandarduseof兩種多天線空時(shí)碼(SpaceTime兩種多天線如VBLAST，STBC，STTC可以不知道信道的傳智能天線(Smart必需知道信道的傳遞無線信道的空間特性無線信道的空間特性無線信道的空間特性無線信道的空間特性

H H12

22無線信道的空間特性無線信道的空間特性YMIMOH YMIMOH

112T12(f,t)++3T43(f,t)++1N2N3N4M My1y1h1Kx1 yHxHy空時(shí)碼可以傳遞更高的信息速率，即不同的發(fā)射天線可同時(shí)發(fā)射不同的信息（天線復(fù)用）如VBLAST，STBC，STTC智能天線（八陣元更大的頻譜用戶用戶用戶智能空時(shí)天線發(fā)射的電磁波總是在現(xiàn)實(shí)的 無線通信系統(tǒng)以使 天線接收到的信干比最大化天線的變換作天線發(fā)射的電磁波總是在現(xiàn)實(shí)的 ①時(shí)間②頻率③極化方向④方位角⑤高低角⑥距離 無線通信系統(tǒng)的發(fā)射天線發(fā)射的電磁波，在空間 的物理程，可以使用矢量形式的電通量或磁通量來描述然 無線 收機(jī)并沒有真正接收矢量信號(hào)處理的信號(hào)是接收天第i個(gè)路到達(dá)波的電

h(r)接收電矢量，單位為伏特/米，h(r是接收天線的輸出標(biāo)量電壓，單位為為了避免矢量符號(hào)的來表示自由空間的矢這意味著天線的影響——配性——已全部包含在電

h(r)接收天線對(duì)第i個(gè)路徑電磁 的所有影響都可以用一個(gè)極αi來說明現(xiàn)實(shí)的天線可能接收i壓；αi的幅度與天線的增益成正比。天線的角色發(fā)射天線的角色頻率、極化方向、方接收天線的角色則與二維信號(hào)利用干擾信號(hào)與有用距離上的不同特 置相距Dc球面上的任一點(diǎn)上，對(duì)這兩個(gè) 滿足兩個(gè)復(fù)包絡(luò)采樣信號(hào)基本相等條件的最遠(yuǎn)的距離，為相干距離(coherencetime) 無線信號(hào)的到達(dá)角：發(fā)射機(jī)發(fā)射的無線信號(hào)，通過信道后到達(dá)天線，到達(dá)接收天線的信號(hào)的方向與。強(qiáng)度

中 LOS- LargeLargeAngularSmallAngular角度擴(kuò)展引起空間選擇 NnBS天線vnn,MS天線陣主指MS天線MS運(yùn)動(dòng)方BS天線陣主指 BSantennaarrayorientation,definedasthedifferencethebroadsideoftheBSarrayandtheabsoluteNorth(N)n,n

LOSAoDdirectionbetweentheBSandMS,withrespecttobroadsideoftheBSAoDforthenth(n=1…N)pathwithrespecttotheLOSAoD0Offsetforthemth(m=1…M)subpathofthenthpathwithrespectton,AoD.AbsoluteAoDforthemth(m=1…M)subpathofthenthpaththeBSwithrespecttotheBS MSantennaarrayorientation, definedasthedifferencebetweenthebroadsideoftheMSarrayandtheabsoluteNorthreferencen,

AnglebetweentheBS-MSLOSandtheMSAoAforthenth(n=1…N)pathwithrespecttotheLOS0,MSOffsetforthemth(m=1…M)subpathofthenthpathwithrespectton,AoA.AbsoluteAoAforthemth(m=1…M)subpathofthenthpathattheMSwithrespecttotheBSbroadside.vMSvelocity AngleofthevelocityvectorwithrespecttotheMSv 10log10無線信10log10角度擴(kuò)d0,fd=20010log10無線信10log10d=5,fd=200起電磁波路徑的變化，使我們觀察到接收信號(hào)包絡(luò)具有不同的特性： 小尺度是由于無線信道中小尺度(相對(duì)載波波長)物體引起的電磁波一般來說，當(dāng)無線通信發(fā)射機(jī)與的距離變化半個(gè)載波波長時(shí)，接收到的電磁波場強(qiáng)中值會(huì)發(fā)生很大的變化，這就是無線信道的小尺度現(xiàn)象。幾種幾種典型的空間信中值(Medianvalue)：將數(shù)據(jù)排序后，位置在最中間的數(shù)幾種典型的空間信道：陰 陰影 陰影 陰影幾種典型的空間信道：陰陰 是由于現(xiàn)實(shí)的物體的移動(dòng)引起的，電磁波場強(qiáng)中值的化率，一般不大于1次/而一般的無線通信信息速率不小于幾百比特/落比信息速率慢的多幾種典型的空間信道：陰 平服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布(Log-normalDistribution)，其概率密度函數(shù) rE(r)2p(r) 2exp

r 幾種典型的空間信道：陰大尺 載波頻率較高的電磁波信號(hào)比頻率較低的更不容 筑頻率較低的信號(hào)比頻率較高的信號(hào)具有較強(qiáng)的繞射能大尺 對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)正態(tài)分布的方差取值范圍4~12dB，一般取8dB幾種典型的空間信道：陰 這樣接收信號(hào)將產(chǎn)生 變化了常?？梢院雎?。但它也是一種深度不大的慢，同時(shí)也說明了無線通信信道的復(fù)雜性。無線信道的小尺 主要受 信道中等因素的影響小尺 無線通信發(fā)射機(jī) 相距較遠(yuǎn)時(shí) 線 收機(jī)接收到信號(hào)的功率較弱，且存在小尺現(xiàn)象信 無線通信系統(tǒng)研究的重要問題之一信道傳遞函數(shù)服從瑞利分布(Rayleigh小尺 瑞利分布(Rayleigh設(shè)均值為零的高斯 量x1、x2相互獨(dú)立，其概率密度數(shù)分別為 sp(x)s

2

22其中s為標(biāo)準(zhǔn)偏差。這兩個(gè)均值為零高斯 量平方和平方根定義為瑞利 量 r x2 小尺 p(r)

exp

r 小尺 ss

ssssss0 小尺度：發(fā)射機(jī)相距較近的環(huán)境當(dāng)無線通信發(fā)射機(jī)、相距較近時(shí)，無線通收機(jī)接收到信號(hào)中存在很強(qiáng)的直射波信號(hào)，同時(shí)信道傳遞函數(shù)服從萊思分布(Rician小尺 萊思分布(Rician設(shè)均值不為零的高斯 量x1、x2相互獨(dú)立，其概率密函數(shù)分別為 xm2p(x) s2s s

2 其中不為零的數(shù)mx為高斯隨 的均值，s為標(biāo)準(zhǔn)偏差。這兩個(gè)均值不為零高斯隨 量平方和的平方根定義為萊思隨量 r x2 小尺

m2

mr2xp(r)2x

r I0x為第一類零階修正貝塞爾函數(shù)(Zero-modifiedBesselIx

expxcos 2 小尺 mxmx0(瑞利

mxmxmxs0 r

當(dāng)均值mx很大時(shí)，即直射波分量信號(hào)很強(qiáng)r)，概率密度函數(shù)近似于一個(gè)高斯分布的概率密度函數(shù)。當(dāng)均值對(duì)于頻率選擇性慢 信道，可以使用抽頭延遲線

使用抽頭延遲線的結(jié)構(gòu)來表示信道的結(jié)構(gòu)，信道的輸出的關(guān)系可表述nr(t)n

j2(fcf)(tn)jns(t)Dnn(tn

率擴(kuò)展、以及第n條徑的幅度 fc顯著影響信道的仿真量，實(shí)際的信道仿真，一r(t)

D

j2f(tn)j2fcnjns(t) 常用的低通多徑復(fù)信00

D ej2f(t0

ej2fc0

D ej2f(t1)ej211

ej2f(t ej2fcr(t)

j2f(tn)j2fcnjns(t)nn我們這里稱Dn(t)為信道中第n條徑的幅 多勒擴(kuò)展函數(shù)一般來說，隨機(jī)過程Dn(t)是從不同角度到達(dá)的不可分離的多徑成分的疊加，并且這些多徑成分聚1 無線通信工程中具有典型意義的信道是是非相關(guān)散射信道，我們這里只討論上式中取值范圍內(nèi)的多徑，多徑數(shù)目一般很大。根據(jù)心根據(jù)定理，其和是復(fù)高斯過程的幅度的分布，是瑞利（Rayleigh）上面 Dn(t的多普勒擴(kuò)展譜是Snf經(jīng)典多普勒擴(kuò)展譜（ClassicDoppler平坦多普勒擴(kuò)展譜（FlatDopplerSpectrum）M.1225

fS(f) (v/)2f 2是D(t)n n

的均值為零，則2nD(t)(n

2VarD2t經(jīng)典多普勒擴(kuò)展譜可

fS(f) (v/)2f SnSn(f ff fS(f) SnSn(f f幅 多普勒擴(kuò)展函數(shù)的仿真—頻域?yàn)V波信道中第n條徑的幅 多普勒擴(kuò)展函數(shù)，其概率密度函數(shù)瑞利函數(shù)的一個(gè)復(fù)高斯過程。顯然，可以采用濾波法 FilterTechnique)來實(shí)SSn(f復(fù)高斯過程Dn復(fù)高斯過程ff濾波器幅 多普勒擴(kuò)展函數(shù)的仿真—頻域?yàn)V波)乘的輸出結(jié)果，作快速傅立葉逆變換后作為Dn(t)輸出。n(t)幅度多普勒擴(kuò)展函數(shù)的仿真—諧波分解諧波分解法(HDT:Harmonic positionTechnique)，該方法具有較高的精度、較高的可靠性，同時(shí)產(chǎn)生Dn(t)N)ND(t)lim

cejk2f0t;t

,TnN

k

2其中T是仿真時(shí)間長

E{

2}

1

(k(1 Sn(f)df 0Sn(k0 (k(12)) 幅 多普勒擴(kuò)展函數(shù)的仿真—諧波分解在實(shí)際運(yùn)用中，多普勒功率譜Snf帶限于[fdfdfdNf N f 它的選取決定了諧波分解法的精度p具有如nE(D(t)2n

4sin2(f0T)DD(t)x(t) 2幅 多普勒擴(kuò)展函數(shù)的仿真—諧波分解 f0 TNND(t)lim

cejk2f0t;t

,TnN

k

2不難發(fā)現(xiàn)其與離散富里葉變換相似，因此可以使用快速法來操幅 多普勒擴(kuò)展函數(shù)的仿真—諧波分解IFFT容易出現(xiàn)的周期性隨 Dn(t)n,1(t)jn,2其中n,1和n,2是不相關(guān)的正態(tài)分布隨機(jī)過具有零均值相同的方差 (t)} ,i1,2，因此

n nD(t) 2 (t)2 就是具有瑞利分布的隨機(jī)過程。n,1和n,2所具有的頻譜形狀是我們需要產(chǎn)生的多普勒擴(kuò)展譜的形 由于

(t)的均值為零

(t)與n

的方差的關(guān) VarD(t)ED(t)D* 2Dn(tn n,i(t)來近似表示n,i(t)n,i(t)ci,kcos(2fi,kti,kk 代表參與疊加正弦波的個(gè)數(shù) 代表了第k個(gè)多普勒分量 系數(shù)，仿真前預(yù)先計(jì)算好 表示離散的多普勒頻率分量，仿真前也預(yù)i,k表示了在0,2內(nèi)均勻分布的隨機(jī)相位，仿真 考慮n,i(t)的自相關(guān)函rn

(t)

(t 0n,i(t)所表達(dá)的信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度分別 r(t)i,kcos(2

t);in

k

Sn

(f)i,k(f4k4

)(ffi,k);i 距離法(MED:MethodofEqual面積法(MEAMethodofEqual特卡羅法(MCM:MonteCarlo方誤差法(MSEM:MeanSquareErrorMethod)幅 波分解法Dn(t)計(jì)算機(jī)仿真模20069

cos(2f1,1cos(2f1,21,2 cos(2f1,N cos(2f2,12,1cos(2f2,22,2 cos(2f2,N

ii) ii)

||n幅 多普勒擴(kuò)展函數(shù)的仿的EE1 n,i[t]在不同的時(shí)間上的表達(dá)n,i[m] kk

cos(2fi,k

i,k先計(jì)算出ci,kcos(2fi,kmTsi,ki=1,2;k=1,2,一種采的高速

10

11||n

a1,N

L1,N1101

a01

2006-9-

a2,N2L2,N11

ci,1cos(2fi,1mTs查 (Li,1 (Li,2尋 cos(2

mT 理

ii

i ci,Ncos(2fi,NmTsi 0對(duì)于頻率選擇性慢 信道，可以使用抽頭延遲線

使用抽頭延遲線的結(jié)構(gòu)來表示信道的結(jié)構(gòu)，信道的輸出的關(guān)系可表述nr(t)n

j2(fcf)(tn)jns(t)Dnn(tn

率擴(kuò)展、以及第n條徑的幅度 fc顯著影響信道的仿真量，實(shí)際的信道仿真，一r(t)

D

j2f(tn)j2fcnjns(t) 常用的低通多徑復(fù)信00

D ej2f(t0

ej2fc0

D ej2f(t1)ej211

ej2f(t ej2fcr(t)

j2f(tn)j2fcnjns(t)nn我們這里稱Dn(t)為信道中第n條徑的幅 多勒擴(kuò)展函數(shù)一般來說，隨機(jī)過程Dn(t)是從不同角度到達(dá)的不可分離的多徑成分的疊加，并且這些多徑成分聚1 無線通信工程中具有典型意義的信道是是非相關(guān)散射信道，我們這里只討論上式中取值范圍內(nèi)的多徑，多徑數(shù)目一般很大。根據(jù)心根據(jù)定理，其和是復(fù)高斯過程的幅度的分布，是瑞利（Rayleigh）上面 Dn(t的多普勒擴(kuò)展譜是Snf經(jīng)典多普勒擴(kuò)展譜（ClassicDoppler平坦多普勒擴(kuò)展譜（FlatDopplerSpectrum）M.1225

fS(f) (v/)2f 2是D(t)n n

的均值為零，則2nD(t)(n

2VarD2t經(jīng)典多普勒擴(kuò)展譜可

fS(f) (v/)2f SnSn(f ff fS(f) SnSn(f f幅 多普勒擴(kuò)展函數(shù)的仿真—頻域?yàn)V波信道中第n條徑的幅 多普勒擴(kuò)展函數(shù)，其概率密度函數(shù)瑞利函數(shù)的一個(gè)復(fù)高斯過程。顯然，可以采用濾波法 FilterTechnique)來