第二章移動通信信道（二）解析課件

2.7.3多徑信道主要參數(shù)移動信道是彌散信道。

電波通過移動信道后，信號在時域上、頻域上和空間（角度）上都產生彌散，本來分開的波形在時間上或頻譜上或空間上會產生交疊，使信號產生衰落失真。

多徑效應在時域上引起信號的時延擴展，使得接收信號的時域波形展寬，相應地在頻域上規(guī)定了相關（干）帶寬性能。當信號帶寬大于相關帶寬時就會發(fā)生頻率選擇性衰落。多普勒效應在頻域上引起頻譜擴展，使得接收信號的頻譜產生多普勒擴展，相應地在時域上規(guī)定了相關（干）時間性能。多普勒效應會導致發(fā)送信號在傳輸過程中，信道特性發(fā)生變化，產生所謂的時間選擇性衰落。散射效應會引起角度擴展。移動臺或基站周圍的本地散射以及遠端散射會使得天線的點波束產生角度擴散，在空間上規(guī)定了相關距離性能?？沼蛏喜ㄊ慕嵌葦U散造成了同一時間、不同地點的信號衰落起伏不一樣，即所謂的空間選擇性。2.7.3多徑信道主要參數(shù)移動信道是彌散信道。1時間色散(TimeDispersionParameters)

定義：因多徑傳播造成信號時間擴散的現(xiàn)象。成因：發(fā)射信號經過不同路徑到達接收點的時間各不相同。時間色散(TimeDispersionParameter2描述時間色散的重要參數(shù)平均附加時延rms時延擴展最大附加時延(XdB)多徑能量從初值衰落到低于最大能量處XdB的時延，即tx-t0（其中 ） （其中 ） 3起因：由時間色散引起。定義：指某一特定頻率范圍內，在該范圍內，任兩個頻率分量有很強的幅度相關性，即所有頻率分量幾乎具有相同的增益及線性相位。定量表達式:如果相關帶寬定義為頻率相關系數(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函數(shù)值大于0.5，則相干帶寬近似為：2、相關帶寬2、相關帶寬42、相干帶寬信號帶寬遠遠小于相干帶寬的情況如圖8所示，通過圖的動態(tài)變化我們可以看出：1）在信號帶寬范圍內，各頻點的幅度有基本相同的增益，也就是說，發(fā)送信號的頻譜基本保持不變；2）信道的增益是隨著時間變化的，也就是接收端信號的功率是不斷變化的，這種信號忽大忽不小的變化就是衰落。2、相干帶寬信號帶寬遠遠小于相干帶寬的情況如圖8所示，通過圖52、相干帶寬所傳輸?shù)男盘枎挻笥谙喔蓭?則所傳輸?shù)男盘枌a生明顯的畸變如圖所示。通過圖的動態(tài)變化，我們可以看出：1）在信號帶寬范圍內，對不同的頻率成份有了不同的響應，也就是說對信號的頻率具有了選擇性，信號發(fā)生了失真；2）信道的總增益隨時間變化很小，接收信號的功率基本不變。2、相干帶寬所傳輸?shù)男盘枎挻笥谙喔蓭?則所傳輸?shù)男盘枌a63.多普勒擴展和相關時間1、多普勒擴展

描述信道頻率色散的參數(shù)。起因：由移動臺與基站間的相對運動或是信道中物體運動引起的。多普勒擴展定義：為一個頻率范圍BD，在此范圍內接收的多普勒譜有非0值。含義：多普勒擴展BD是譜展寬的測量值，這個譜展寬是移動無線信道的時間變化率的一種量度。3.多普勒擴展和相關時間1、多普勒擴展7相干時間定義：信道沖激響應維持不變的時間間隔的統(tǒng)計平均值。含義：在相干時間間隔內，兩個到達信號有很強的幅度相關性。與多普勒擴展的關系：是多普勒擴展在時域的表示，具體為2、相關時間其中，fm

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

(a)(b)2、相關時間其中，fm是最大的多普勒頻移(v/λ)。(a)8相關時間與多普勒擴展的關系

在現(xiàn)代數(shù)字通信中，一種普遍的定義方法是將相干時間定義為式(a)與式(b)的幾何平均，即：2、相關時間相關時間在現(xiàn)代數(shù)字通信中，一種普遍的定義方法是將相干9相干帶寬與相干時間時間色散：時延擴展－相干帶寬頻率色散：多普勒擴展－相干時間相干帶寬：信道的頻譜特性，或者說是結構特性相干時間：信道的時變特性時間選擇性：符號的尾端與符號的前端的信道特性發(fā)生了變化頻譜選擇性：信號頻譜內具有不同增益相干帶寬與相干時間時間色散：時延擴展－相干帶寬102.7.4移動通信信道的分類移動信道中的時間色散和頻率色散可能產生4種衰落效應，這是由信號與信道及發(fā)送速率的特性引起的。多徑時延擴展引起時間色散和頻率選擇性衰落，多普勒擴展會引起頻率色散和時間選擇性衰落，這兩種傳播機制彼此獨立，根據(jù)多徑時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)多普勒擴展可以將信道分為快衰落信道和慢衰落信道。2.7.4移動通信信道的分類移動信道中的時間色散和頻率色散11平坦衰落：形成條件：如果移動無線信道帶寬遠大于發(fā)送信號的帶寬，且在帶寬范圍內有恒定增益及線性相位，則接收信號就會經歷平坦衰落過程。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)送信號帶寬，則該信道特性會導致接收信號產生選擇性衰落。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解所給信號的平均附加時延為例

計算圖所給出的多徑分布的平均附加時延、rms時延擴展。設信道相關帶寬取50%，則該系統(tǒng)在不使用均衡器的條件下對AMPS或GSM業(yè)務是否合適？

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

2、快衰落與慢衰落快衰落2、快衰落與慢衰落15無線信道的分類無線信道的分類162.8移動信道的統(tǒng)計模型主要討論多徑接收信號的包絡統(tǒng)計特性接收信號的包絡根據(jù)不同的無線環(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)信號分析2.8移動信道的統(tǒng)計模型主要討論多徑接收信號的包絡統(tǒng)17瑞利分布假設條件發(fā)射機和接收機之間沒有直射波路徑存在大量反射波，到達接收天線的方向角隨機，相位隨機且0~2π均勻分布各反射波的幅度和相位都統(tǒng)計獨立Play通常在離基站較遠、反射物較多的地區(qū)符合2.8移動信道的統(tǒng)計模型瑞利分布假設條件發(fā)射機和接收機之間沒有直射波路徑Pla18可見，包絡r服從瑞利分布，θ在0～2π內服從均勻分布圖瑞利分布的概率分布密度2.8移動信道的統(tǒng)計模型可見，包絡r服從瑞利分布，θ在0～2π內服從均勻分布圖19萊斯分布環(huán)境條件Play直射系統(tǒng)中，接收信號中有視距直達波信號，視距信號成為主接收信號分量，同時還有不同角度隨機到達的多徑分量非直射系統(tǒng)中，源自某一個散射體路徑的信號功率特別強2.8移動信道的統(tǒng)計模型萊斯分布環(huán)境條件Play直射系統(tǒng)中，接收信號中20概率密度函數(shù)式中，A是主信號的峰值，I0(·)是0階第一類修正貝塞爾函數(shù).主信號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于其他路徑的情況，并不一定就是直射徑信號分析強直射波的存在使得接收信號包絡從瑞利變?yōu)槿R斯當主信號進一步增強，萊斯分布趨近高斯分布2.8移動信道的統(tǒng)計模型概率密度函數(shù)式中，A是主信號的峰值，I0(·)21Nakagami-m分布概率密度函數(shù)

伽馬函數(shù)由Nakagam