第二章移動(dòng)通信信道（二）解析課件

2.7.3多徑信道主要參數(shù)移動(dòng)信道是彌散信道。

電波通過(guò)移動(dòng)信道后，信號(hào)在時(shí)域上、頻域上和空間（角度）上都產(chǎn)生彌散，本來(lái)分開(kāi)的波形在時(shí)間上或頻譜上或空間上會(huì)產(chǎn)生交疊，使信號(hào)產(chǎn)生衰落失真。

多徑效應(yīng)在時(shí)域上引起信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展，使得接收信號(hào)的時(shí)域波形展寬，相應(yīng)地在頻域上規(guī)定了相關(guān)（干）帶寬性能。當(dāng)信號(hào)帶寬大于相關(guān)帶寬時(shí)就會(huì)發(fā)生頻率選擇性衰落。多普勒效應(yīng)在頻域上引起頻譜擴(kuò)展，使得接收信號(hào)的頻譜產(chǎn)生多普勒擴(kuò)展，相應(yīng)地在時(shí)域上規(guī)定了相關(guān)（干）時(shí)間性能。多普勒效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致發(fā)送信號(hào)在傳輸過(guò)程中，信道特性發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂的時(shí)間選擇性衰落。散射效應(yīng)會(huì)引起角度擴(kuò)展。移動(dòng)臺(tái)或基站周?chē)谋镜厣⑸湟约斑h(yuǎn)端散射會(huì)使得天線的點(diǎn)波束產(chǎn)生角度擴(kuò)散，在空間上規(guī)定了相關(guān)距離性能?？沼蛏喜ㄊ慕嵌葦U(kuò)散造成了同一時(shí)間、不同地點(diǎn)的信號(hào)衰落起伏不一樣，即所謂的空間選擇性。2.7.3多徑信道主要參數(shù)移動(dòng)信道是彌散信道。1時(shí)間色散(TimeDispersionParameters)

定義：因多徑傳播造成信號(hào)時(shí)間擴(kuò)散的現(xiàn)象。成因：發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)不同路徑到達(dá)接收點(diǎn)的時(shí)間各不相同。時(shí)間色散(TimeDispersionParameter2描述時(shí)間色散的重要參數(shù)平均附加時(shí)延rms時(shí)延擴(kuò)展最大附加時(shí)延(XdB)多徑能量從初值衰落到低于最大能量處XdB的時(shí)延，即tx-t0（其中 ） （其中 ） 3起因：由時(shí)間色散引起。定義：指某一特定頻率范圍內(nèi)，在該范圍內(nèi)，任兩個(gè)頻率分量有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性，即所有頻率分量幾乎具有相同的增益及線性相位。定量表達(dá)式:如果相關(guān)帶寬定義為頻率相關(guān)系數(shù)大于0.9的某特定帶寬，則相干帶寬近似為：如果將定義放寬至相關(guān)函數(shù)值大于0.5，則相干帶寬近似為：2、相關(guān)帶寬2、相關(guān)帶寬42、相干帶寬信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于相干帶寬的情況如圖8所示，通過(guò)圖的動(dòng)態(tài)變化我們可以看出：1）在信號(hào)帶寬范圍內(nèi)，各頻點(diǎn)的幅度有基本相同的增益，也就是說(shuō)，發(fā)送信號(hào)的頻譜基本保持不變；2）信道的增益是隨著時(shí)間變化的，也就是接收端信號(hào)的功率是不斷變化的，這種信號(hào)忽大忽不小的變化就是衰落。2、相干帶寬信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于相干帶寬的情況如圖8所示，通過(guò)圖52、相干帶寬所傳輸?shù)男盘?hào)帶寬大于相干帶寬,則所傳輸?shù)男盘?hào)將產(chǎn)生明顯的畸變?nèi)鐖D所示。通過(guò)圖的動(dòng)態(tài)變化，我們可以看出：1）在信號(hào)帶寬范圍內(nèi)，對(duì)不同的頻率成份有了不同的響應(yīng)，也就是說(shuō)對(duì)信號(hào)的頻率具有了選擇性，信號(hào)發(fā)生了失真；2）信道的總增益隨時(shí)間變化很小，接收信號(hào)的功率基本不變。2、相干帶寬所傳輸?shù)男盘?hào)帶寬大于相干帶寬,則所傳輸?shù)男盘?hào)將產(chǎn)63.多普勒擴(kuò)展和相關(guān)時(shí)間1、多普勒擴(kuò)展

描述信道頻率色散的參數(shù)。起因：由移動(dòng)臺(tái)與基站間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或是信道中物體運(yùn)動(dòng)引起的。多普勒擴(kuò)展定義：為一個(gè)頻率范圍BD，在此范圍內(nèi)接收的多普勒譜有非0值。含義：多普勒擴(kuò)展BD是譜展寬的測(cè)量值，這個(gè)譜展寬是移動(dòng)無(wú)線信道的時(shí)間變化率的一種量度。3.多普勒擴(kuò)展和相關(guān)時(shí)間1、多普勒擴(kuò)展7相干時(shí)間定義：信道沖激響應(yīng)維持不變的時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)平均值。含義：在相干時(shí)間間隔內(nèi)，兩個(gè)到達(dá)信號(hào)有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。與多普勒擴(kuò)展的關(guān)系：是多普勒擴(kuò)展在時(shí)域的表示，具體為2、相關(guān)時(shí)間其中，fm

是最大的多普勒頻移(v/λ)。若時(shí)間相關(guān)函數(shù)定義為大于0.5時(shí)，相干時(shí)間近似為：

(a)(b)2、相關(guān)時(shí)間其中，fm是最大的多普勒頻移(v/λ)。(a)8相關(guān)時(shí)間與多普勒擴(kuò)展的關(guān)系

在現(xiàn)代數(shù)字通信中，一種普遍的定義方法是將相干時(shí)間定義為式(a)與式(b)的幾何平均，即：2、相關(guān)時(shí)間相關(guān)時(shí)間在現(xiàn)代數(shù)字通信中，一種普遍的定義方法是將相干9相干帶寬與相干時(shí)間時(shí)間色散：時(shí)延擴(kuò)展－相干帶寬頻率色散：多普勒擴(kuò)展－相干時(shí)間相干帶寬：信道的頻譜特性，或者說(shuō)是結(jié)構(gòu)特性相干時(shí)間：信道的時(shí)變特性時(shí)間選擇性：符號(hào)的尾端與符號(hào)的前端的信道特性發(fā)生了變化頻譜選擇性：信號(hào)頻譜內(nèi)具有不同增益相干帶寬與相干時(shí)間時(shí)間色散：時(shí)延擴(kuò)展－相干帶寬102.7.4移動(dòng)通信信道的分類(lèi)移動(dòng)信道中的時(shí)間色散和頻率色散可能產(chǎn)生4種衰落效應(yīng)，這是由信號(hào)與信道及發(fā)送速率的特性引起的。多徑時(shí)延擴(kuò)展引起時(shí)間色散和頻率選擇性衰落，多普勒擴(kuò)展會(huì)引起頻率色散和時(shí)間選擇性衰落，這兩種傳播機(jī)制彼此獨(dú)立，根據(jù)多徑時(shí)延可以將信道分為平坦衰落信道和頻率選擇性衰落信道，根據(jù)多普勒擴(kuò)展可以將信道分為快衰落信道和慢衰落信道。2.7.4移動(dòng)通信信道的分類(lèi)移動(dòng)信道中的時(shí)間色散和頻率色散11平坦衰落：形成條件：如果移動(dòng)無(wú)線信道帶寬遠(yuǎn)大于發(fā)送信號(hào)的帶寬，且在帶寬范圍內(nèi)有恒定增益及線性相位，則接收信號(hào)就會(huì)經(jīng)歷平坦衰落過(guò)程。判定條件：Bs<<BcorTs>>στ1、平坦衰落與頻率選擇性衰落平坦衰落：Bs<<Bcor1、平坦衰落與頻率選擇性衰落12頻率選擇性衰落：形成條件：如果信道具有恒定增益和線性相位的帶寬范圍小于發(fā)送信號(hào)帶寬，則該信道特性會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)產(chǎn)生選擇性衰落。判定條件：1、平坦衰落與頻率選擇性衰落Bs>Bcor

Ts<στ

克服方法：均衡等頻率選擇性衰落：1、平坦衰落與頻率選擇性衰落Bs>Bc13解所給信號(hào)的平均附加時(shí)延為例

計(jì)算圖所給出的多徑分布的平均附加時(shí)延、rms時(shí)延擴(kuò)展。設(shè)信道相關(guān)帶寬取50%，則該系統(tǒng)在不使用均衡器的條件下對(duì)AMPS或GSM業(yè)務(wù)是否合適？

rms均方根時(shí)延擴(kuò)展相關(guān)帶寬AMPS系統(tǒng)信號(hào)帶寬是30KHZ不需均衡GSM系統(tǒng)帶寬200KHZ需均衡解所給信號(hào)的平均附加時(shí)延為例計(jì)算圖所給出的多徑分14快衰落形成條件：信道的沖激響應(yīng)在符號(hào)周期內(nèi)變化很快，即信道的相干時(shí)間比發(fā)送信號(hào)的符號(hào)周期短。定量判據(jù):符號(hào)周期（Ts）>相干時(shí)間（Tc）或多普勒擴(kuò)展（BD）>信號(hào)帶寬（Bs）慢衰落形成條件：信道的沖激響應(yīng)變化率比發(fā)送的基帶信號(hào)變化率低。即信道的相干時(shí)間比發(fā)送信號(hào)的符號(hào)周期長(zhǎng)。定量判據(jù):符號(hào)周期（Ts）<<相干時(shí)間（Tc）或多普勒擴(kuò)展（BD）<<信號(hào)帶寬（Bs）

2、快衰落與慢衰落快衰落2、快衰落與慢衰落15無(wú)線信道的分類(lèi)無(wú)線信道的分類(lèi)162.8移動(dòng)信道的統(tǒng)計(jì)模型主要討論多徑接收信號(hào)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)境服從不同的分配瑞利分布萊斯分布具有參數(shù)m的Nakagami-m分布環(huán)境條件分布特性及參數(shù)、函數(shù)信號(hào)分析2.8移動(dòng)信道的統(tǒng)計(jì)模型主要討論多徑接收信號(hào)的包絡(luò)統(tǒng)17瑞利分布假設(shè)條件發(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)，相位隨機(jī)且0~2π均勻分布各反射波的幅度和相位都統(tǒng)計(jì)獨(dú)立Play通常在離基站較遠(yuǎn)、反射物較多的地區(qū)符合2.8移動(dòng)信道的統(tǒng)計(jì)模型瑞利分布假設(shè)條件發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間沒(méi)有直射波路徑Pla18可見(jiàn)，包絡(luò)r服從瑞利分布，θ在0～2π內(nèi)服從均勻分布圖瑞利分布的概率分布密度2.8移動(dòng)信道的統(tǒng)計(jì)模型可見(jiàn)，包絡(luò)r服從瑞利分布，θ在0～2π內(nèi)服從均勻分布圖19萊斯分布環(huán)境條件Play直射系統(tǒng)中，接收信號(hào)中有視距直達(dá)波信號(hào)，視距信號(hào)成為主接收信號(hào)分量，同時(shí)還有不同角度隨機(jī)到達(dá)的多徑分量非直射系統(tǒng)中，源自某一個(gè)散射體路徑的信號(hào)功率特別強(qiáng)2.8移動(dòng)信道的統(tǒng)計(jì)模型萊斯分布環(huán)境條件Play直射系統(tǒng)中，接收信號(hào)中20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).主信號(hào)功率與多徑分量方差之比萊斯因子完全決定了萊斯分布當(dāng)萊斯分布變?yōu)槿鹄植甲⒁猓喝R斯分布適用于一條路徑明顯強(qiáng)于其他路徑的情況，并不一定就是直射徑信號(hào)分析強(qiáng)直射波的存在使得接收信號(hào)包絡(luò)從瑞利變?yōu)槿R斯當(dāng)主信號(hào)進(jìn)一步增強(qiáng)，萊斯分布趨近高斯分布2.8移動(dòng)信道的統(tǒng)計(jì)模型概率密度函數(shù)式中，A是主信號(hào)的峰值，I0(·)21Nakagami-m分布概率密度函數(shù)

伽馬函數(shù)由Nakagam