无线移动通信信道.ppt

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1、第三章无线移动通信信道第三章无线移动通信信道概述电波传播特性及其研究概述电波传播特性及其研究自由空间的电波传播自由空间的电波传播三种基本电波（反射、绕射、散射）的传播三种基本电波（反射、绕射、散射）的传播机制机制阴影衰落的基本特性阴影衰落的基本特性多径衰落的基本特性多径衰落的基本特性电波传播损耗预测模型电波传播损耗预测模型3.1 概概 述述3.1.1 引引 言言n无线信道的电波传播特性与电波传播环境密切相关，这些无线信道的电波传播特性与电波传播环境密切相关，这些环境包括地貌、人工建筑、气候特征、电磁干扰情况、通环境包括地貌、人工建筑、气候特征、电磁干扰情况、通信体移动速度情况和使用的频段，它们

2、直接关系到无线通信体移动速度情况和使用的频段，它们直接关系到无线通信设备要采用的无线传输技术，关系到无线通信系统的通信设备要采用的无线传输技术，关系到无线通信系统的通信能力和服务质量。信能力和服务质量。n无线移动通信信道是一种电波传播环境很复杂的无线信道，无线移动通信信道是一种电波传播环境很复杂的无线信道，电波在不同的地形地貌和移动速度的环境条件下传播。有电波在不同的地形地貌和移动速度的环境条件下传播。有三种研究无线移动通信信道三种研究无线移动通信信道的基本方法：的基本方法：u理论分析。用电磁场理论和统计理论分析电波在移动环境中的传理论分析。用电磁场理论和统计理论分析电波在移动环境中的传播特性

3、，并用数学模型来描述移动信道。播特性，并用数学模型来描述移动信道。u现场电波实测。在不同的传播环境中，做电波实测实验，验证和现场电波实测。在不同的传播环境中，做电波实测实验，验证和校正理论分析结果。校正理论分析结果。u 计算机模拟。灵活快速地模拟各种移动环境。计算机模拟。灵活快速地模拟各种移动环境。3.1.2 无线移动通信信道无线移动通信信道根据不同距离内信号强度变化的快慢分为根据不同距离内信号强度变化的快慢分为 大尺度衰落大尺度衰落小尺度衰落（主要特征是小尺度衰落（主要特征是多径）多径）描述描述长距离上信号强度的缓慢长距离上信号强度的缓慢变化变化短距离上信号强度的快速短距离上信号强度的快速波

4、动波动原因原因信道路径上固定障碍物的信道路径上固定障碍物的阴影阴影移动台运动和地点的变化移动台运动和地点的变化影响影响 业务覆盖区域业务覆盖区域信号传输质量信号传输质量大尺度衰落与小尺度衰落大尺度衰落与小尺度衰落 3.1.2 无线移动通信信道无线移动通信信道无线移动通信信道是由长期慢衰落和短期快衰落效应来表征的。忽无线移动通信信道是由长期慢衰落和短期快衰落效应来表征的。忽略热噪声时，接收机接收的信号可以表示为略热噪声时，接收机接收的信号可以表示为衰落特性的算式描述衰落特性的算式描述 式中，式中，r(t)表示信道的衰落因子；表示信道的衰落因子；m(t)表示长期慢衰落表示长期慢衰落,即本地或即本地

5、或对数正态衰落分量；对数正态衰落分量；r0(t)表示短期快衰落，即多径或瑞利衰落分表示短期快衰落，即多径或瑞利衰落分量。量。长期慢衰落长期慢衰落m(t)短期快衰落短期快衰落r0(t)接收功率无线信道中的大尺度和小尺度衰落无线信道中的大尺度和小尺度衰落 t3.1.2 无线移动通信信道无线移动通信信道n长期慢衰落是由移动通信信道路径上的固定障碍物（建筑物、长期慢衰落是由移动通信信道路径上的固定障碍物（建筑物、山丘、树林等）的阴影引起的山丘、树林等）的阴影引起的,衰减特性一般服从衰减特性一般服从d-n律律，平均，平均信号衰落和关于平均衰落的变化具有对数正态分布的特征。利信号衰落和关于平均衰落的变化具

6、有对数正态分布的特征。利用不同测试环境下的移动通信信道的长期慢衰落中值计算公式，用不同测试环境下的移动通信信道的长期慢衰落中值计算公式，可以计算移动通信系统的业务覆盖区域。从无线系统工程的角可以计算移动通信系统的业务覆盖区域。从无线系统工程的角度看，传播的衰落主要影响到无线区的覆盖。度看，传播的衰落主要影响到无线区的覆盖。n短期快衰落短期快衰落是由移动台运动和地点的变化而产生的。其中，是由移动台运动和地点的变化而产生的。其中，多多径产生时间扩散，引起信号符号间干扰；运动产生多普勒效应，径产生时间扩散，引起信号符号间干扰；运动产生多普勒效应，引起信号相位变化。不同的测试环境有不同的短期快衰落特性

7、。引起信号相位变化。不同的测试环境有不同的短期快衰落特性。而多径衰落严重影响信号传输质量，并且是不可避免的，只能而多径衰落严重影响信号传输质量，并且是不可避免的，只能采用抗衰落技术来减少其影响。采用抗衰落技术来减少其影响。3.2 自由空间的无线电传播自由空间的无线电传播n n自由空间的传播自由空间的传播自由空间的传播自由空间的传播uu无线传输的一个基本概念是全向天线无线传输的一个基本概念是全向天线无线传输的一个基本概念是全向天线无线传输的一个基本概念是全向天线-在所有方向等发在所有方向等发在所有方向等发在所有方向等发射的天线，在实际应用中，全向天线是不存在的，所有天射的天线，在实际应用中，全向

8、天线是不存在的，所有天射的天线，在实际应用中，全向天线是不存在的，所有天射的天线，在实际应用中，全向天线是不存在的，所有天线都有一定的方向性。但全向天线仍可作为与其他天线进线都有一定的方向性。但全向天线仍可作为与其他天线进线都有一定的方向性。但全向天线仍可作为与其他天线进线都有一定的方向性。但全向天线仍可作为与其他天线进行比较的参照物，说明天线的相关基础概念。行比较的参照物，说明天线的相关基础概念。行比较的参照物，说明天线的相关基础概念。行比较的参照物，说明天线的相关基础概念。n n考虑一个全向辐射源，它在所有方向的发射功率均为考虑一个全向辐射源，它在所有方向的发射功率均为考虑一个全向辐射源，

9、它在所有方向的发射功率均为考虑一个全向辐射源，它在所有方向的发射功率均为P P P PT T T T(W),(W),(W),(W),每单位面积的功率或功率通量密度为每单位面积的功率或功率通量密度为每单位面积的功率或功率通量密度为每单位面积的功率或功率通量密度为 即信源每单位时间辐射能量一定分布在包围信源的球面上即信源每单位时间辐射能量一定分布在包围信源的球面上即信源每单位时间辐射能量一定分布在包围信源的球面上即信源每单位时间辐射能量一定分布在包围信源的球面上 n n接收功率接收功率接收功率接收功率 式中，式中，式中，式中，PtPt为发射功率，以球面波辐射为发射功率，以球面波辐射为发射功率，以球

10、面波辐射为发射功率，以球面波辐射,为工为工为工为工作波长，作波长，作波长，作波长，GtGt，GrGr分别表示发射天线和接收天线增益，分别表示发射天线和接收天线增益，分别表示发射天线和接收天线增益，分别表示发射天线和接收天线增益，d d为发射天线和接为发射天线和接为发射天线和接为发射天线和接收天线间的距离。收天线间的距离。收天线间的距离。收天线间的距离。n n自由空间的传播损耗自由空间的传播损耗自由空间的传播损耗自由空间的传播损耗 n n当当当当Gt=Gr=1Gt=Gr=1时，时，时，时，分贝式分贝式分贝式分贝式上式表明上式表明d倍程或倍程或f倍频变化倍频变化,损耗有损耗有6dB变化变化3.2

11、自由空间的无线电传播自由空间的无线电传播传播损耗与接收功率关系传播损耗与接收功率关系在移动通信系统中，接收电平的动态范围很大，常用在移动通信系统中，接收电平的动态范围很大，常用在移动通信系统中，接收电平的动态范围很大，常用在移动通信系统中，接收电平的动态范围很大，常用dBWdBW或或或或dBmdBm为单位表示接收为单位表示接收为单位表示接收为单位表示接收电平。电平。电平。电平。Pr(dBm)=10lgPr(mW);Pr(dBW)=10lgPr(W)Pr(dBm)=10lgPr(mW);Pr(dBW)=10lgPr(W)0 dBW=30 dBm 0 dBW=30 dBm 例：例：例：例：2W 2

12、W 换算换算换算换算dBWdBW、dBmdBm为多少？为多少？为多少？为多少？3 dBW=33dBm 3 dBW=33dBm 其中其中其中其中PrPr、PTPT为接收、发射功率，为接收、发射功率，为接收、发射功率，为接收、发射功率，L L为传播损耗为传播损耗为传播损耗为传播损耗,Gb,Gb、Gm Gm为为为为BSBS、MSMS天线增益。天线增益。天线增益。天线增益。上式是基本链路预算方程，说明了考虑无线链路传输特性时接收功率与发射功上式是基本链路预算方程，说明了考虑无线链路传输特性时接收功率与发射功上式是基本链路预算方程，说明了考虑无线链路传输特性时接收功率与发射功上式是基本链路预算方程，说明

13、了考虑无线链路传输特性时接收功率与发射功率之间的关系。闭合链路要求上式右边为接收机提供足够的功率，以便可靠检率之间的关系。闭合链路要求上式右边为接收机提供足够的功率，以便可靠检率之间的关系。闭合链路要求上式右边为接收机提供足够的功率，以便可靠检率之间的关系。闭合链路要求上式右边为接收机提供足够的功率，以便可靠检测发射机所发射的信息，即右边必须大于接收机灵敏度。测发射机所发射的信息，即右边必须大于接收机灵敏度。测发射机所发射的信息，即右边必须大于接收机灵敏度。测发射机所发射的信息，即右边必须大于接收机灵敏度。例例 题题若发射机发射功率若发射机发射功率若发射机发射功率若发射机发射功率20W,f=9

14、00MHz,G20W,f=900MHz,Gt t=1,G=1,Gr r=1,=1,求求求求自由空间自由空间自由空间自由空间100m100m处接收功率为多少处接收功率为多少处接收功率为多少处接收功率为多少dBm?10kmdBm?10km处处处处接收功率为多少接收功率为多少接收功率为多少接收功率为多少dBm?dBm?解解:3.3 阴影衰落传播的基本特性阴影衰落传播的基本特性 阴影衰落是长期衰落（大尺度衰落），是移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电波传播路径的阻挡而形成的电磁场阴影效应。图3.2 阴影衰落3.3 阴影衰落传播的基本特性阴影衰落传播的基本特性n n阴影衰落一般表

15、示为电波传播距离阴影衰落一般表示为电波传播距离阴影衰落一般表示为电波传播距离阴影衰落一般表示为电波传播距离r r r r的的的的m m m m次幂与表次幂与表次幂与表次幂与表示阴影损耗的正态对数分量的乘积。移动用户和示阴影损耗的正态对数分量的乘积。移动用户和示阴影损耗的正态对数分量的乘积。移动用户和示阴影损耗的正态对数分量的乘积。移动用户和基站之间的距离为基站之间的距离为基站之间的距离为基站之间的距离为r r r r时，传播路径损耗和阴影衰时，传播路径损耗和阴影衰时，传播路径损耗和阴影衰时，传播路径损耗和阴影衰落可以表示为落可以表示为落可以表示为落可以表示为 式中，式中，式中，式中，是由于阴影

16、产生的对数损耗（单位符号：是由于阴影产生的对数损耗（单位符号：是由于阴影产生的对数损耗（单位符号：是由于阴影产生的对数损耗（单位符号：dBdBdBdB），服从零平均和标准偏差），服从零平均和标准偏差），服从零平均和标准偏差），服从零平均和标准偏差dBdBdBdB的对数正态分的对数正态分的对数正态分的对数正态分布。当用布。当用布。当用布。当用dBdBdBdB表示时，上式变为表示时，上式变为表示时，上式变为表示时，上式变为衰落多径环境衰落多径环境时间接收信号强度发射信号衰落衰落发射数据发射数据接收数据接收数据衰落衰落距离距离(m)接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落

17、快衰落快衰落阴影衰落的基本特性阴影衰落的基本特性阴影衰落阴影衰落阴影衰落阴影衰落（慢衰落慢衰落慢衰落慢衰落）移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波传播路径的阻挡而形成的电磁场阴影效应传播路径的阻挡而形成的电磁场阴影效应传播路径的阻挡而形成的电磁场阴影效应传播路径的阻挡而形成的电磁场阴影效应特点特点特点特点 衰落与传播地形和地物分布、高度有关衰落与传播地形和地物分布、高度有关衰落与传播地形

18、和地物分布、高度有关衰落与传播地形和地物分布、高度有关表达式表达式表达式表达式 传播路径损耗和阴影衰落传播路径损耗和阴影衰落传播路径损耗和阴影衰落传播路径损耗和阴影衰落 分贝式分贝式分贝式分贝式 式中式中式中式中,r ,r 移动用户和基站之间的距离移动用户和基站之间的距离移动用户和基站之间的距离移动用户和基站之间的距离 由于阴影产生的对数损耗（由于阴影产生的对数损耗（由于阴影产生的对数损耗（由于阴影产生的对数损耗（dBdB），服从零平均和标准偏差），服从零平均和标准偏差），服从零平均和标准偏差），服从零平均和标准偏差 dBdB的对数正态分布的对数正态分布的对数正态分布的对数正态分布 m m 路

19、径损耗指数路径损耗指数路径损耗指数路径损耗指数 实验数据表明实验数据表明实验数据表明实验数据表明mm4 4，标准差，标准差，标准差，标准差 8dB8dB，是合理的，是合理的，是合理的，是合理的3.4 多径衰落的基本特性多径衰落的基本特性n n移动无线信道是弥散信道。移动无线信道是弥散信道。移动无线信道是弥散信道。移动无线信道是弥散信道。电波通过移动无线信道后电波通过移动无线信道后电波通过移动无线信道后电波通过移动无线信道后，信信信信号在时域上或在频域上都会产生弥散号在时域上或在频域上都会产生弥散号在时域上或在频域上都会产生弥散号在时域上或在频域上都会产生弥散，本来分开的波形在，本来分开的波形在

20、，本来分开的波形在，本来分开的波形在时间上或在频谱上会产生交叠，使信号产生衰落失真。时间上或在频谱上会产生交叠，使信号产生衰落失真。时间上或在频谱上会产生交叠，使信号产生衰落失真。时间上或在频谱上会产生交叠，使信号产生衰落失真。n n多径效应在时域上引起信号的时延扩展，使得接收信号的多径效应在时域上引起信号的时延扩展，使得接收信号的多径效应在时域上引起信号的时延扩展，使得接收信号的多径效应在时域上引起信号的时延扩展，使得接收信号的信号分量展宽，相应地在频域上规定了相关带宽性能。信号分量展宽，相应地在频域上规定了相关带宽性能。信号分量展宽，相应地在频域上规定了相关带宽性能。信号分量展宽，相应地在

21、频域上规定了相关带宽性能。当当当当信号带宽大于相关带宽时就会发生频率选择性衰落。信号带宽大于相关带宽时就会发生频率选择性衰落。信号带宽大于相关带宽时就会发生频率选择性衰落。信号带宽大于相关带宽时就会发生频率选择性衰落。n n 多普勒效应在频域上引起频谱扩展，多普勒效应在频域上引起频谱扩展，多普勒效应在频域上引起频谱扩展，多普勒效应在频域上引起频谱扩展，使得接收信号的信号使得接收信号的信号使得接收信号的信号使得接收信号的信号产生多普勒频展，相应地在时域上规定了相关时间。产生多普勒频展，相应地在时域上规定了相关时间。产生多普勒频展，相应地在时域上规定了相关时间。产生多普勒频展，相应地在时域上规定了

22、相关时间。多普多普多普多普勒效应产生的衰落是时间性选择衰落。勒效应产生的衰落是时间性选择衰落。勒效应产生的衰落是时间性选择衰落。勒效应产生的衰落是时间性选择衰落。n n在多径传播信道中，假设：在多径传播信道中，假设：在多径传播信道中，假设：在多径传播信道中，假设：有有有有N N N N个多径信道，个多径信道，个多径信道，个多径信道，它们彼此相互独立且没有一个信道的信号占支配它们彼此相互独立且没有一个信道的信号占支配它们彼此相互独立且没有一个信道的信号占支配它们彼此相互独立且没有一个信道的信号占支配地位；地位；地位；地位；没有直射波信号没有直射波信号没有直射波信号没有直射波信号，仅有许多反射波信

23、号，仅有许多反射波信号，仅有许多反射波信号，仅有许多反射波信号，接收到的信号包络接收到的信号包络接收到的信号包络接收到的信号包络的衰落变化服从瑞利分布。的衰落变化服从瑞利分布。的衰落变化服从瑞利分布。的衰落变化服从瑞利分布。但是，但是，但是，但是，当接收到较强的直射波信号当接收到较强的直射波信号当接收到较强的直射波信号当接收到较强的直射波信号且它占有支配地位时，且它占有支配地位时，且它占有支配地位时，且它占有支配地位时，接收信号接收信号接收信号接收信号包络的衰落变化服从莱斯包络的衰落变化服从莱斯包络的衰落变化服从莱斯包络的衰落变化服从莱斯(Rician)(Rician)(Rician)(Ric

24、ian)分布。分布。分布。分布。反射与多径信号反射与多径信号反射反射多径信号多径信号两径传播模型两径传播模型多径传播模型多径传播模型 反射与多径信号反射与多径信号1.反射反射n n如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回来反射回来n n反射系数反射系数（R）入射波与反射波的比值入射波与反射波的比值 入射角入射角 式中式中 (垂直极化）垂直极化）（水平极化）（水平极化）而而 其中，其中，为介电常数，为介电常数，为电导率，为电导率，为波长。为波长。反射与多径信号反射与多径信号n n2.2.两径传播模型两径传播模型两径传播模型两径传播模型下图表示有一条直

25、射波和一条反射波路径的两径传播模型。下图表示有一条直射波和一条反射波路径的两径传播模型。两径传播模型两径传播模型图中图中,A,A表示发射天线；表示发射天线；B B表示接收天线；表示接收天线；hbhb和和hmhm分别表示发射天线和接收天分别表示发射天线和接收天线离地面的高度；线离地面的高度；ABAB表示直射波路径；表示直射波路径；ACBACB表示反射波路径。表示反射波路径。反射与多径信号反射与多径信号n n在接收天线在接收天线在接收天线在接收天线B B B B处的接收信号功率表示为处的接收信号功率表示为处的接收信号功率表示为处的接收信号功率表示为在大多数场合，地表面波的影响可以忽略，则上式可以简

26、化为在大多数场合，地表面波的影响可以忽略，则上式可以简化为其中，相位差其中，相位差其中，相位差其中，相位差3.多径传播模型多径传播模型 其中，其中，N N为路径数。当为路径数。当N N很大时，无法用公式准确计算出接收信号的很大时，无法用公式准确计算出接收信号的 功率，必须用统计的方法计算接收信号的功率功率，必须用统计的方法计算接收信号的功率 多普勒频谱多普勒频谱n n当移动体在当移动体在当移动体在当移动体在x x轴上以速度轴上以速度轴上以速度轴上以速度 v v移动时引起多普勒（移动时引起多普勒（移动时引起多普勒（移动时引起多普勒（DopplerDoppler）频率漂移。）频率漂移。）频率漂移。

27、）频率漂移。用一个平面波表示稳定扩散事件，假定用一个平面波表示稳定扩散事件，假定用一个平面波表示稳定扩散事件，假定用一个平面波表示稳定扩散事件，假定xOyxOy平面是平面场平面是平面场平面是平面场平面是平面场,此时，多此时，多此时，多此时，多普勒效应引起的多普勒频移可表示为普勒效应引起的多普勒频移可表示为普勒效应引起的多普勒频移可表示为普勒效应引起的多普勒频移可表示为当第当第n个入射波的入射角是个入射波的入射角是 时时设发射信号是垂直极化，并且只考虑垂直波时，场强设发射信号是垂直极化，并且只考虑垂直波时，场强EzEz可以表示为可以表示为多普勒频谱多普勒频谱n n根据中心极限理论，当根据中心极限

28、理论，当根据中心极限理论，当根据中心极限理论，当N N很大时，近似为高斯随机过程很大时，近似为高斯随机过程很大时，近似为高斯随机过程很大时，近似为高斯随机过程,Ez,Ez可以表示为可以表示为可以表示为可以表示为n n且且且且Tc(t)Tc(t)Tc(t)Tc(t)、Ts(t)Ts(t)Ts(t)Ts(t)是高斯随机过程，是高斯随机过程，是高斯随机过程，是高斯随机过程，Tc Tc Tc Tc、TsTsTsTs为随机变量。对应固定时间为随机变量。对应固定时间为随机变量。对应固定时间为随机变量。对应固定时间t t t t，Tc Tc Tc Tc、TsTsTsTs有有有有0 0 0 0平均和等方差平均

29、和等方差平均和等方差平均和等方差n 一个单频信号通过移动无线信道后，衰落信号的包络发生随机变一个单频信号通过移动无线信道后，衰落信号的包络发生随机变化，其相位也会发生随机变化。化，其相位也会发生随机变化。多普勒频谱多普勒频谱n n移动台的运动造成接收信号产生多普勒频移移动台的运动造成接收信号产生多普勒频移移动台的运动造成接收信号产生多普勒频移移动台的运动造成接收信号产生多普勒频移,为最大为最大为最大为最大多普勒频移多普勒频移多普勒频移多普勒频移,此时入射波与移动台移动方向之间的夹角此时入射波与移动台移动方向之间的夹角此时入射波与移动台移动方向之间的夹角此时入射波与移动台移动方向之间的夹角=0

30、0 0 0。n n在多径传播环境中，对于接收机有不同时延的反射路径。在多径传播环境中，对于接收机有不同时延的反射路径。在多径传播环境中，对于接收机有不同时延的反射路径。在多径传播环境中，对于接收机有不同时延的反射路径。每个路径产生相同的多普勒频移。每个路径产生相同的多普勒频移。每个路径产生相同的多普勒频移。每个路径产生相同的多普勒频移。n n多普勒效应的结果是通过移动的多径信道后单频信号的频多普勒效应的结果是通过移动的多径信道后单频信号的频多普勒效应的结果是通过移动的多径信道后单频信号的频多普勒效应的结果是通过移动的多径信道后单频信号的频谱扩展为谱扩展为谱扩展为谱扩展为 相当于单频信号通过移动

31、的多径无线信道相当于单频信号通过移动的多径无线信道相当于单频信号通过移动的多径无线信道相当于单频信号通过移动的多径无线信道后成为随机调频信号。后成为随机调频信号。后成为随机调频信号。后成为随机调频信号。n n若收到多条有不同入射角的多径信号，多普勒频移成为多若收到多条有不同入射角的多径信号，多普勒频移成为多若收到多条有不同入射角的多径信号，多普勒频移成为多若收到多条有不同入射角的多径信号，多普勒频移成为多普勒扩展频谱，称做多径衰落信号的随机调频。普勒扩展频谱，称做多径衰落信号的随机调频。普勒扩展频谱，称做多径衰落信号的随机调频。普勒扩展频谱，称做多径衰落信号的随机调频。多普勒频谱多普勒频谱n

32、n多普勒扩展的倒数就是对信道相关时间的度量，多普勒扩展的倒数就是对信道相关时间的度量，多普勒扩展的倒数就是对信道相关时间的度量，多普勒扩展的倒数就是对信道相关时间的度量，即信道的相关时间即信道的相关时间即信道的相关时间即信道的相关时间 ,它表征时变信道影它表征时变信道影它表征时变信道影它表征时变信道影响信号衰落的衰落节拍响信号衰落的衰落节拍响信号衰落的衰落节拍响信号衰落的衰落节拍,信道随着这个时间节拍在信道随着这个时间节拍在信道随着这个时间节拍在信道随着这个时间节拍在时域上对信号有不同的选择性时域上对信号有不同的选择性时域上对信号有不同的选择性时域上对信号有不同的选择性.把这种衰落称为把这种衰

33、落称为把这种衰落称为把这种衰落称为时时时时间选择性衰落，它对数字信号的误码性能有明显间选择性衰落，它对数字信号的误码性能有明显间选择性衰落，它对数字信号的误码性能有明显间选择性衰落，它对数字信号的误码性能有明显的影响。的影响。的影响。的影响。n n时间选择性衰落时间选择性衰落时间选择性衰落时间选择性衰落是由多普勒效应引起的，并且发是由多普勒效应引起的，并且发是由多普勒效应引起的，并且发是由多普勒效应引起的，并且发生在传输波形的特定时间段上，即信道在时域具生在传输波形的特定时间段上，即信道在时域具生在传输波形的特定时间段上，即信道在时域具生在传输波形的特定时间段上，即信道在时域具有选择性。有选择

34、性。有选择性。有选择性。3.4.3 瑞利衰落分布和莱斯衰落分布瑞利衰落分布和莱斯衰落分布讨论多径信道的讨论多径信道的讨论多径信道的讨论多径信道的包络统计特性包络统计特性包络统计特性包络统计特性,接收信号的包络根据接收信号的包络根据接收信号的包络根据接收信号的包络根据不同的无线环境一般不同的无线环境一般不同的无线环境一般不同的无线环境一般服从服从服从服从 瑞利分布瑞利分布瑞利分布瑞利分布 莱斯分布莱斯分布莱斯分布莱斯分布 1 1、瑞、瑞 利利 分分 布布环境条件环境条件环境条件环境条件 通常在离基站较远、反射物较多的地区符合通常在离基站较远、反射物较多的地区符合通常在离基站较远、反射物较多的地区

35、符合通常在离基站较远、反射物较多的地区符合 （如下图）（如下图）（如下图）（如下图）发射机和接收机之间发射机和接收机之间发射机和接收机之间发射机和接收机之间没有直射波没有直射波没有直射波没有直射波路径路径路径路径存在大量反射波存在大量反射波存在大量反射波存在大量反射波，到达接收天线的方向角随机且，到达接收天线的方向角随机且，到达接收天线的方向角随机且，到达接收天线的方向角随机且0202 均匀分布均匀分布均匀分布均匀分布各反射波的幅度和相位都各反射波的幅度和相位都各反射波的幅度和相位都各反射波的幅度和相位都统计独立统计独立统计独立统计独立场强分量场强分量场强分量场强分量T Tc c，T Ts s

36、接收信号的接收信号的接收信号的接收信号的 幅度相位分布幅度相位分布幅度相位分布幅度相位分布PlayPlay 场强分量场强分量Tc，Ts推导推导推导推导 设发射信号是垂直极化设发射信号是垂直极化设发射信号是垂直极化设发射信号是垂直极化，并且只考虑垂直波时并且只考虑垂直波时并且只考虑垂直波时并且只考虑垂直波时，场强为场强为场强为场强为 式中式中式中式中 ，多普勒频率漂移，多普勒频率漂移，多普勒频率漂移，多普勒频率漂移，随机相位（随机相位（随机相位（随机相位（0 02 2 均匀分布）均匀分布）均匀分布）均匀分布）又可表示为又可表示为又可表示为又可表示为 其中其中其中其中 T Tc c，T Ts s的

37、性质的性质的性质的性质相互正交的同频分量相互正交的同频分量相互正交的同频分量相互正交的同频分量高斯随机过程高斯随机过程高斯随机过程高斯随机过程 概率密度概率密度概率密度概率密度 x x=TcTc或或或或TsTs统计独立统计独立统计独立统计独立 联合概率密度联合概率密度联合概率密度联合概率密度零均值，等方差，不相关零均值，等方差，不相关零均值，等方差，不相关零均值，等方差，不相关 是关于是关于是关于是关于 的总体平均的总体平均的总体平均的总体平均 =0 接收信号的幅度相位分布接收信号的幅度相位分布直角坐标直角坐标直角坐标直角坐标 极坐标极坐标极坐标极坐标则则则则 由雅各比行列式由雅各比行列式由雅

38、各比行列式由雅各比行列式 所以所以所以所以 对对对对 r r 积分积分积分积分 对对对对 积分积分积分积分 可见可见可见可见，包络包络包络包络 r r 服从瑞利分布，服从瑞利分布，服从瑞利分布，服从瑞利分布，在在在在0 022内服从均匀分布内服从均匀分布内服从均匀分布内服从均匀分布瑞利分布的均值瑞利分布的均值瑞利分布的均值瑞利分布的均值 瑞利分布瑞利分布瑞利分布瑞利分布的的的的方差方差方差方差 满足满足满足满足 的的的的 值称为信号包络样本区间的值称为信号包络样本区间的值称为信号包络样本区间的值称为信号包络样本区间的中值中值中值中值 =1.777图29 瑞利分布的概率分布密度 2、莱、莱 斯斯

39、 分分 布布环境条件环境条件概率密度函数概率密度函数莱斯因子莱斯因子 莱斯分布的环境条件莱斯分布的环境条件直射系统直射系统直射系统直射系统中，接收信号中有视距信号成为主导中，接收信号中有视距信号成为主导中，接收信号中有视距信号成为主导中，接收信号中有视距信号成为主导分量，同时还有不同角度随机到达的多径分量分量，同时还有不同角度随机到达的多径分量分量，同时还有不同角度随机到达的多径分量分量，同时还有不同角度随机到达的多径分量迭加于其上迭加于其上迭加于其上迭加于其上非直射系统非直射系统非直射系统非直射系统中，源自某一个散射体路径的信号中，源自某一个散射体路径的信号中，源自某一个散射体路径的信号中，

40、源自某一个散射体路径的信号功率特别强功率特别强功率特别强功率特别强PlayPlay莱斯分布的概率密度函数莱斯分布的概率密度函数概率密度函数概率密度函数概率密度函数概率密度函数 式中式中式中式中,A A是主信号的峰值是主信号的峰值是主信号的峰值是主信号的峰值 I I0 0()是是是是0 0阶第一类修正贝塞尔函数阶第一类修正贝塞尔函数阶第一类修正贝塞尔函数阶第一类修正贝塞尔函数莱斯因子莱斯因子莱斯因子莱斯因子KK 主信号的功率与多径分量方差之比主信号的功率与多径分量方差之比主信号的功率与多径分量方差之比主信号的功率与多径分量方差之比 分贝式分贝式分贝式分贝式意义意义意义意义 完全决定了莱斯的分布：

41、完全决定了莱斯的分布：完全决定了莱斯的分布：完全决定了莱斯的分布：uu当当当当 ，莱斯分布变为，莱斯分布变为，莱斯分布变为，莱斯分布变为瑞利分布瑞利分布瑞利分布瑞利分布uu强直射波的存在使接收信号包络从瑞利变为强直射波的存在使接收信号包络从瑞利变为强直射波的存在使接收信号包络从瑞利变为强直射波的存在使接收信号包络从瑞利变为莱斯分布莱斯分布莱斯分布莱斯分布uu当直射波进一步增强（当直射波进一步增强（当直射波进一步增强（当直射波进一步增强（），莱斯分布将趋进），莱斯分布将趋进），莱斯分布将趋进），莱斯分布将趋进高斯分布高斯分布高斯分布高斯分布瑞利分布瑞利分布 莱斯分布莱斯分布 高斯分布高斯分布图图

42、图图2-10 2-10 莱斯分布的概率密度函数莱斯分布的概率密度函数莱斯分布的概率密度函数莱斯分布的概率密度函数3.4.4 时延扩展时延扩展典型的归一化时延谱图典型的归一化时延谱图图中，描述多径时延谱的参数有图中，描述多径时延谱的参数有np(p()为归一化时延信号的包络为归一化时延信号的包络，近似为指数曲线。，近似为指数曲线。nTmTm为最大时延扩展，为最大时延扩展，归一化时延信号包络归一化时延信号包络p(p()=-)=-XdBXdB时所对应的时延差值。时所对应的时延差值。na a为归一化时延谱曲线的数学期望（平均延时）为归一化时延谱曲线的数学期望（平均延时）n为归一化时延谱曲线的均方值时延扩

43、展为归一化时延谱曲线的均方值时延扩展3.4.4 时延扩展时延扩展n n均方根时延扩展均方根时延扩展 是对多径信道时延特性的统计描述，是对多径信道时延特性的统计描述，是对多径信道时延特性的统计描述，是对多径信道时延特性的统计描述，其含义表示时延谱扩展的程度其含义表示时延谱扩展的程度其含义表示时延谱扩展的程度其含义表示时延谱扩展的程度。n n 值越小，时延扩展就越轻微；值越小，时延扩展就越轻微；值越小，时延扩展就越轻微；值越小，时延扩展就越轻微；反之，时延扩展就越严反之，时延扩展就越严反之，时延扩展就越严反之，时延扩展就越严重，重，重，重，表征时延扩展对平均延时表征时延扩展对平均延时表征时延扩展对

44、平均延时表征时延扩展对平均延时 a a的偏离程度。的偏离程度。的偏离程度。的偏离程度。n n在数字传输系统中，由于时延扩展，接收信号中一个码在数字传输系统中，由于时延扩展，接收信号中一个码在数字传输系统中，由于时延扩展，接收信号中一个码在数字传输系统中，由于时延扩展，接收信号中一个码元的波形会扩展到其他码元周期中，引起码间串扰。元的波形会扩展到其他码元周期中，引起码间串扰。元的波形会扩展到其他码元周期中，引起码间串扰。元的波形会扩展到其他码元周期中，引起码间串扰。为为为为避免码间串扰，应使码元周期大于时延扩展。避免码间串扰，应使码元周期大于时延扩展。避免码间串扰，应使码元周期大于时延扩展。避免

45、码间串扰，应使码元周期大于时延扩展。n n不同环境下平均时延扩展是不一样的不同环境下平均时延扩展是不一样的不同环境下平均时延扩展是不一样的不同环境下平均时延扩展是不一样的3.4.5 相关带宽相关带宽两条路径信道模型n 首先考虑图所示的两条路径信道模型情况。首先考虑图所示的两条路径信道模型情况。第一条路径信号为第一条路径信号为Si(t)，第二条路径，第二条路径信号信号 为其中为其中r为比例常为比例常数。数。两路径信道的等效网络传递函数为两路径信道的等效网络传递函数为信道的幅频特性信道的幅频特性相关带宽相关带宽设两个信号的包络为设两个信号的包络为设两个信号的包络为设两个信号的包络为 和和和和 ，频

46、率差为，频率差为，频率差为，频率差为 ，则，则，则，则包络相关系数包络相关系数包络相关系数包络相关系数 此处，相关函数此处，相关函数此处，相关函数此处，相关函数 若若信号衰落符合瑞利分布信号衰落符合瑞利分布信号衰落符合瑞利分布信号衰落符合瑞利分布，则则则则 式中，式中，为零阶为零阶Bessel函数，函数，为最大多普勒频移。为最大多普勒频移。不失一般性，可令不失一般性，可令 ，简化后，简化后通常，根据包络的相关系数通常，根据包络的相关系数通常，根据包络的相关系数通常，根据包络的相关系数 来测度相关带宽来测度相关带宽来测度相关带宽来测度相关带宽代入得代入得代入得代入得 相关带宽相关带宽相关带宽相关

47、带宽 ()衰落的分类及判定衰落的分类及判定 判定判定判定判定 由信道和信号两方面决定由信道和信号两方面决定由信道和信号两方面决定由信道和信号两方面决定分类分类分类分类 不同频率分量的衰落不同频率分量的衰落不同频率分量的衰落不同频率分量的衰落 信号波形信号波形信号波形信号波形频率选择性衰落频率选择性衰落频率选择性衰落频率选择性衰落 不一致不一致不一致不一致 失真失真非频率选择性衰落非频率选择性衰落非频率选择性衰落非频率选择性衰落（平坦衰落）（平坦衰落）（平坦衰落）（平坦衰落）相关的相关的相关的相关的 一致的一致的一致的一致的 不失真不失真数字通信系统信号带宽小于信道相关带宽信号带宽小于信道相关带

48、宽BsBc平坦衰落平坦衰落频选衰落频选衰落码间干扰码间干扰衰落特性的特征量衰落特性的特征量衰落深度衰落深度衰落速率衰落速率电平电平通过率通过率衰落持续时间衰落持续时间小尺度衰落二阶统计特性小尺度衰落二阶统计特性p电平通过率：单位时间内信号包络以正斜率通过某一规定单位时间内信号包络以正斜率通过某一规定单位时间内信号包络以正斜率通过某一规定单位时间内信号包络以正斜率通过某一规定电平值电平值电平值电平值R R的平均次数的平均次数的平均次数的平均次数p平均衰落持续时间：信号包络低于某个给定电平值的概率信号包络低于某个给定电平值的概率信号包络低于某个给定电平值的概率信号包络低于某个给定电平值的概率与该电

49、平所对应的电平通过率之比与该电平所对应的电平通过率之比与该电平所对应的电平通过率之比与该电平所对应的电平通过率之比电平通过率与平均衰落持续时间电平通过率电平通过率平均衰落持续时间平均衰落持续时间平均衰落持续时间平均衰落持续时间知道平均衰落持续时间可确定在一次衰落期间丢失的比特数3.5 电波传播损耗预测模型电波传播损耗预测模型目的目的目的目的 掌握基站周围所有地点处接收信号的平均强度及变化特点，以掌握基站周围所有地点处接收信号的平均强度及变化特点，以掌握基站周围所有地点处接收信号的平均强度及变化特点，以掌握基站周围所有地点处接收信号的平均强度及变化特点，以便为网络覆盖的研究以及整个网络设计提供基

50、础。便为网络覆盖的研究以及整个网络设计提供基础。便为网络覆盖的研究以及整个网络设计提供基础。便为网络覆盖的研究以及整个网络设计提供基础。方法方法方法方法 根据测试数据分析归纳出基于不同环境的经验模型，在此基础根据测试数据分析归纳出基于不同环境的经验模型，在此基础根据测试数据分析归纳出基于不同环境的经验模型，在此基础根据测试数据分析归纳出基于不同环境的经验模型，在此基础上对模型进行校正，使其更加接近实际，更准确上对模型进行校正，使其更加接近实际，更准确上对模型进行校正，使其更加接近实际，更准确上对模型进行校正，使其更加接近实际，更准确确定传播环境的主要因素确定传播环境的主要因素确定传播环境的主要