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(chǎn)生彌散，本來分開的波形在時間上或頻譜上或空間上會產(chǎn)生交疊，使信號產(chǎn)生衰落失真。

多徑效應(yīng)在時域上引起信號的時延擴(kuò)展，使得接收信號的時域波形展寬，相應(yīng)地在頻域上規(guī)定了相關(guān)（干）帶寬性能。當(dāng)信號帶寬大于相關(guān)帶寬時就會發(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，使得接收信號的頻譜產(chǎn)生多普勒擴(kuò)展，相應(yīng)地在時域上規(guī)定了相關(guān)（干）時間性能。多普勒效應(yīng)會導(dǎo)致發(fā)送信號在傳輸過程中，信道特性發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂的時間選擇性衰落。散射效應(yīng)會引起角度擴(kuò)展。移動臺或基站周圍的本地散射以及遠(yuǎn)端散射會使得天線的點波束產(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(kuò)散的現(xiàn)象。成因：發(fā)射信號經(jīng)過不同路徑到達(dá)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(kuò)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(nèi)，在該范圍內(nèi)，任兩個頻率分量有很強(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、相干帶寬信號帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(nèi)，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(yuǎn)遠(yuǎn)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(chǎn)生明顯的畸變?nèi)鐖D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(nèi)，對不同的頻率成份有了不同的響應(yīng)，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a(chǎn)63.多普勒擴(kuò)展和相關(guān)時間1、多普勒擴(kuò)展

描述信道頻率色散的參數(shù)。起因：由移動臺與基站間的相對運(yùn)動或是信道中物體運(yùn)動引起的。多普勒擴(kuò)展定義：為一個頻率范圍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(kuò)展和相關(guān)時間1、多普勒擴(kuò)展7相干時間定義：信道沖激響應(yīng)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(nèi)，兩個到達(dá)信號有很強(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)展在時域的表示，具體為2、相關(guān)時間其中，fm

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

(a)(b)2、相關(guān)時間其中，fm是最大的多普勒頻移(v/λ)。(a)8相關(guān)時間與多普勒擴(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間定義為式(a)與式(b)的幾何平均，即：2、相關(guān)時間相關(guān)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(kuò)展－相干帶寬頻率色散：多普勒擴(kuò)展－相干時間相干帶寬：信道的頻譜特性，或者說是結(jié)構(gòu)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(nèi)具有不同增益相干帶寬與相干時間時間色散：時延擴(kuò)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(chǎn)生4種衰落效應(yīng)，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(kuò)展引起時間色散和頻率選擇性衰落，多普勒擴(kuò)展會引起頻率色散和時間選擇性衰落，這兩種傳播機(jī)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(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(yuǎn)大于發(fā)送信號的帶寬，且在帶寬范圍內(nèi)有恒定增益及線性相位，則接收信號就會經(jīng)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(dǎo)致接收信號產(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(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AMPS或GSM業(yè)務(wù)是否合適？

rms均方根時延擴(kuò)展相關(guān)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(yīng)在符號周期內(nèi)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(kuò)展（BD）>信號帶寬（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(kuò)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(luò)統(tǒng)計特性接收信號的包絡(luò)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(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)計獨立Play通常在離基站較遠(yuǎn)、反射物較多的地區(qū)符合2.8移動信道的統(tǒng)計模型瑞利分布假設(shè)條件發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間沒有直射波路徑Pla18可見，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移動信道的統(tǒng)計模型可見，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，接收信號中有視距直達(dá)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(jī)到達(dá)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(qiáng)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(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分析強(qiáng)直射波的存在使得接收信號包絡(luò)從瑞利變?yōu)槿R斯當(dāng)主信號進(jìn)一步增強(qiáng)，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