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1、通知通知?因移动通信国家重点实验室的网页还没有建好，故将课件贴在学校因移动通信国家重点实验室的网页还没有建好，故将课件贴在学校FTP服务器服务器 2无线电波频段无线电波频段无线信道类型无线信道类型?3-30 kHz 甚低频（甚低频（VLF）?电离层波导（电离层波导（wave guide）?电报电报?导航系统导航系统?潜水艇通信潜水艇通信无线信道类型无线信道类型 2?30 kHz-3 MHz 低频（低频（LM）&中频（中频（MF）?LM：表面波：表面波?长距离通信长距离通信?导航导航?MF：地面波和空中波：地面波和空中波?干扰 干扰&衰落衰落?商业商业 AM 无线电无线电无线信道类型无线信道类型
2、 3?3-30 MHz 高频（高频（HF）?存在地面波存在地面波?以空中波为主以空中波为主?全球通信全球通信?通过电离层反射通过电离层反射?没有用于民用移动通信没有用于民用移动通信无线信道类型无线信道类型 4?30 MHz-3 GHz 甚高频（甚高频（VHF）&超高频（超高频（UHF）?以空间波为主以空间波为主?传播受地平线限制传播受地平线限制?反射反射&绕射绕射?FM无线电无线电&电视频道，等电视频道，等.无线信道类型无线信道类型 5?3-30 GHz 极高频极高频(微波：微波：1530 GHz)?需视线（需视线（LOS）传播）传播?高增益天线高增益天线?卫星通信卫星通信?点对点陆地链路点对
3、点陆地链路?雷达雷达?超短距通信超短距通信无线信道类型无线信道类型 6?30-300 GHz 特（特（Extra）高频（即毫米波）高频（即毫米波）?有很多适用频段有很多适用频段?视线通信视线通信?突发散射通信突发散射通信?存在雾、水、和氧气吸收存在雾、水、和氧气吸收(e.g.60 GHz)?甚短距保密通信甚短距保密通信?卫星之间的通信卫星之间的通信移动通信移动通信-第三课第三课移动信道模型和简单定量分析移动信道模型和简单定量分析内容内容?移动通信面临的问题移动通信面临的问题?移动环境下的信道分析移动环境下的信道分析?移动信道模型移动信道模型?移动信道仿真实验方法移动信道仿真实验方法?空时信道模
4、型空时信道模型?移动信道的测量移动信道的测量衰落的原因衰落的原因?接收机运动多普勒频移接收机运动多普勒频移?信号传输带宽信号传输带宽?与信道带宽相比与信道带宽相比?多径传播多径传播?从接收机从接收机“看看”多径传播的每条路径多径传播的每条路径?对环境十分敏感对环境十分敏感多径传播多径传播多径效应多径效应?多径信号相位相反合成信号的幅度快速变化多径信号相位相反合成信号的幅度快速变化?多径信号传播路径不同时延散布多径信号传播路径不同时延散布?接收机或环境运动多普勒频移（多普勒调频）接收机或环境运动多普勒频移（多普勒调频）移动通信面临的问题移动通信面临的问题?时延扩展（多径时延扩展）频率选择性衰落时
5、延扩展（多径时延扩展）频率选择性衰落?相关带宽的意义相关带宽的意义?从频域来看多径现象将导致频率选择性衰落即信道对不同频率成分有不同的响应从频域来看多径现象将导致频率选择性衰落即信道对不同频率成分有不同的响应?在相关带宽内信号传输失真小若信号带宽超过相关带宽将产生较大失真和符号间串扰在相关带宽内信号传输失真小若信号带宽超过相关带宽将产生较大失真和符号间串扰?信号传输速率受多径时延的限制信号传输速率受多径时延的限制?频率扩展（多普勒扩展）时间选择性衰落频率扩展（多普勒扩展）时间选择性衰落?相关时间的意义相关时间的意义?当发送信号的持续时间当发送信号的持续时间 TsTc 则会产生时间选择性衰落则会
6、产生时间选择性衰落?一般情况下一般情况下 TsTc 多普勒扩展可不考虑多普勒扩展可不考虑?角度扩展空间选择性衰落角度扩展空间选择性衰落时延扩展时延扩展-频率选择性衰落频率选择性衰落频率扩展频率扩展-时间选择性衰落时间选择性衰落角度扩展角度扩展-空间选择性衰落空间选择性衰落多径信号多径信号-幅度统计特性幅度统计特性?多径延时信号的电平分布通常用指数分布来描述多径延时信号的电平分布通常用指数分布来描述?GSM 05.05建议中采用指数分布表示乡村地区的多径传播信号的幅度分布建议中采用指数分布表示乡村地区的多径传播信号的幅度分布?还处在研究之中还处在研究之中多径信号包络分布多径信号包络分布-瑞利分布
7、瑞利分布?指在无直射波的指在无直射波的N个路径，传播时若每条路径的信号幅度为高斯分布、相位在个路径，传播时若每条路径的信号幅度为高斯分布、相位在02内均匀分布，则合成信号包络分布为瑞利内均匀分布，则合成信号包络分布为瑞利(Rayleigh)分布：分布：多径信号包络分布多径信号包络分布-莱斯分布莱斯分布?指含有一个强直射波的指含有一个强直射波的N个路径，传播时若每条路径的信号幅度为高斯分布、相位在个路径，传播时若每条路径的信号幅度为高斯分布、相位在02为均匀分布，则合成信号包络分布为莱斯为均匀分布，则合成信号包络分布为莱斯(Rician)分布分布多径信号包络分布多径信号包络分布-Nakagami
8、 分布分布?M=1，瑞利分布，瑞利分布?M=0.5，单边指数分布，单边指数分布?，莱斯分布，莱斯分布多径信号多径信号-时延统计特性时延统计特性?多径信号到达时刻的分布多径信号到达时刻的分布?指数分布指数分布-对于有近距离散射体中距离高大建筑和远山的环境对于有近距离散射体中距离高大建筑和远山的环境?等间隔分布等间隔分布-简化模型简化模型GSM 05.05建议建议?多径信号到达数目的分布多径信号到达数目的分布-泊松分布泊松分布多径信号多径信号-时延特性时延特性时延扩展时延扩展时延方差时延方差()时延均值时延均值噪声门限时延功率噪声门限时延功率(dB)的典型值：室内：的典型值：室内：10-100 n
9、s室外：室外：0.1-10 s多径信号多径信号-典型时延典型时延多径信号多径信号-相位统计特性相位统计特性?相位变化：反射附加相移时延附加相移多普勒频移相位变化：反射附加相移时延附加相移多普勒频移多普勒频移多普勒频移多普勒效应多普勒效应多普勒频谱多普勒频谱?多普勒展宽：多径传播下，多径的多普勒频移形成信号频率的扩展。当多径电波与移动台的运动方向夹角在多普勒展宽：多径传播下，多径的多普勒频移形成信号频率的扩展。当多径电波与移动台的运动方向夹角在02内服从均匀分布时，多普勒扩展的功率谱为：内服从均匀分布时，多普勒扩展的功率谱为：多普勒频谱多普勒频谱 2多径信号多径信号-典型多普勒扩展典型多普勒扩展
10、内容内容?移动通信面临的问题移动通信面临的问题?移动环境下的信道分析移动环境下的信道分析?移动信道模型移动信道模型?移动信道仿真实验方法移动信道仿真实验方法?空时信道模型空时信道模型?移动信道的测量移动信道的测量移动信道分析移动信道分析-研究目标研究目标?移动通信信道是多径衰落信道移动通信信道是多径衰落信道?模拟信号模拟信号SNR?信道特性：以信号在自由空间传播损耗、衰落深度、衰落次数和衰落持续时间等参数表示信道特性：以信号在自由空间传播损耗、衰落深度、衰落次数和衰落持续时间等参数表示?数字信号数字信号SNR+误码率误码率?多径传播多径衰落突发性误码多径传播多径衰落突发性误码?多径时延扩展严重
11、的码间串扰多径时延扩展严重的码间串扰多径信道模型多径信道模型?基本思想基本思想:将多径干扰效应用一个滤波器来表示。将多径干扰效应用一个滤波器来表示。?测量或计算信道的冲击响应（响应频率为测量或计算信道的冲击响应（响应频率为fc窄脉冲）。窄脉冲）。t信道信道信号表示信号表示?发送的信号：发送的信号：?fc为载波频率，为载波频率，sl(t)是等效基带信号。是等效基带信号。?接收信号接收信号-经过多条传播路径经过多条传播路径?n(t)是第是第n径接收信号的衰落因子，径接收信号的衰落因子，n(t)是第是第n条路径的传播时延，条路径的传播时延，fD为多普勒频移，为多普勒频移，n为第为第n径沿途反射产生的
12、附加相移。径沿途反射产生的附加相移。时变冲击响应函数时变冲击响应函数?等效低通信号等效低通信号?等效低通信道的时变冲激响应为等效低通信道的时变冲激响应为?信道的时变冲激响应与幅度因子、相移和时延有关信道的时变冲激响应与幅度因子、相移和时延有关移动信道模型移动信道模型-所关切的参数所关切的参数?最大时延最大时延?路径数目的概率分布路径数目的概率分布?多径延迟时间的分布多径延迟时间的分布?多径信号的强度分布多径信号的强度分布?延迟扩展与路径损耗的相关性延迟扩展与路径损耗的相关性?路径损耗的累积分布路径损耗的累积分布?多普勒频移与扩展多普勒频移与扩展多径信道多径信道-时延扩展与相关带宽时延扩展与相关
13、带宽?信道的时变冲激响应：信道的时变冲激响应：c(；t)为广义平稳过程为广义平稳过程?自相关函数：自相关函数：?当两个不同延时的散射是不相关的，即各路信号的信道衰减和相移是不相关的当两个不同延时的散射是不相关的，即各路信号的信道衰减和相移是不相关的?当当t0时，相关函数被称为信道时延功率谱时，相关函数被称为信道时延功率谱Tm为信道的多径扩展为信道的多径扩展多径信道多径信道-时延扩展与相关带宽时延扩展与相关带宽多径信道多径信道-时延扩展与相关带宽时延扩展与相关带宽?多径扩展和相关带宽的关系如下图所示：多径扩展和相关带宽的关系如下图所示：相关带宽的意义相关带宽的意义?从频域来看，多径现象将导致频率
14、选择性衰落，即信道对不同频率成分有不同的响应。即在相关带宽内信号传输失真小；若信号带宽超过相关带宽，将产生较大失真和符号间串扰。从频域来看，多径现象将导致频率选择性衰落，即信道对不同频率成分有不同的响应。即在相关带宽内信号传输失真小；若信号带宽超过相关带宽，将产生较大失真和符号间串扰。?若若 Bs Bc：“频率选择性衰落（频率选择性衰落（FSF）”?若若 Ts 1/Tm），不再发生），不再发生ISI?信号传输速率受多径时延的限制。信号传输速率受多径时延的限制。多径信道多径信道-多普勒扩展与相关时间多普勒扩展与相关时间多径信道多径信道-多普勒扩展与相关时间多普勒扩展与相关时间?多普勒扩展与相关时
15、间的关系如下图所示：多普勒扩展与相关时间的关系如下图所示：相关时间的意义相关时间的意义?一般情况下，一般情况下，TsTc，则会产生时间选择性衰落：，则会产生时间选择性衰落：“快衰落快衰落”?需采用快速自适应技术需采用快速自适应技术?对典型系统而言，信号速率比信道变化要快对典型系统而言，信号速率比信道变化要快移动环境信道分析移动环境信道分析-信道分类信道分类?根据相关带宽根据相关带宽Bc、相关时间、相关时间Tc、信号带宽、信号带宽Bs、信号持续时间、信号持续时间Ts的相对关系分类。的相对关系分类。内容内容?移动通信面临的问题移动通信面临的问题?移动环境下的信道分析移动环境下的信道分析?移动信道模
16、型移动信道模型?移动信道仿真实验方法移动信道仿真实验方法?空时信道模型空时信道模型?移动信道的测量移动信道的测量?信道估计方法信道估计方法统计衰落模型统计衰落模型?是发生在特定位置（小尺度）的信号衰落概率模型是发生在特定位置（小尺度）的信号衰落概率模型?通常是冲击响应模型；通常是冲击响应模型；?固定无线信道固定无线信道慢速慢速时变；时变；?移动信道快速时变。移动信道快速时变。?最简单的模型是基于广义平稳非相干散射（最简单的模型是基于广义平稳非相干散射（WSSUS）准则）准则WSSUS?广义平稳（广义平稳（WSS）?统计特性独立于时间和位置的小抖动，即固定节点的统计参数固定。统计特性独立于时间和
17、位置的小抖动，即固定节点的统计参数固定。?非相干散射（非相干散射（US）?各分离路径在相位和幅度损耗方面是不相关的，即多径分量是独立的随机变量。各分离路径在相位和幅度损耗方面是不相关的，即多径分量是独立的随机变量。?统计模型为高斯随机变量统计模型为高斯随机变量WSSUS 的应用的应用?多径瑞利衰落：多径瑞利衰落：?瑞利分布没有包括多径时延（频率选择性）瑞利分布没有包括多径时延（频率选择性）?多径模型为两个或多个独立延时的瑞利随机变量之和多径模型为两个或多个独立延时的瑞利随机变量之和s(t)R1R2r(t)最简单的信道模型最简单的信道模型路径跟踪路径跟踪路径跟踪路径跟踪 2路径跟踪路径跟踪 3路
18、径跟踪路径跟踪 4抽头延时线模型抽头延时线模型抽头延时线模型抽头延时线模型 2抽头延时线模型抽头延时线模型 3抽头延时线模型抽头延时线模型 4频率选择性多径信道模型频率选择性多径信道模型频率选择性多径信道模型频率选择性多径信道模型室内信道基带冲击响应模型室内信道基带冲击响应模型=kkjktethk)()(式中：式中：delaypath shift phase gainpath=kkk这些参数都可以看成是与信号速率相比为这些参数都可以看成是与信号速率相比为慢速时变慢速时变的随机变量。的随机变量。室内信道基带冲击响应特性室内信道基带冲击响应特性典型的脉冲冲击响应脉冲冲击响应模型典型的脉冲冲击响应脉
19、冲冲击响应模型|h(t,)|/T/)(2t0T1T2T102011212212室内信道基带模型参数室内信道基带模型参数Tl为第为第 l 束多径的到达时间，服从具有 参数 的指数分布：束多径的到达时间，服从具有 参数 的指数分布：kl为从第为从第 l 束多径起始时间开始测量到的第束多径起始时间开始测量到的第 k 条路径的到达时间，服从具有参数条路径的到达时间，服从具有参数 的指数分布：的指数分布：)(exp()|(11=llllTTTTP)(exp()|()1()1(lkkllkklP=l、kl 服从服从(0,2)均匀分布：均匀分布：)/exp()/exp()0,0(22kllklT=室内信道基
20、带模型参数室内信道基带模型参数(续续)为指数分布，这意味着服从瑞利分布：为指数分布，这意味着服从瑞利分布：2klkl)exp(2)()exp(1)(2222222klklklklklklklklklPP=基带冲击响应模型为：基带冲击响应模型为：=00)()(lkklljklTtethkl移动环境信道移动环境信道-GSM信道模型信道模型?GSM 05.05建议的信道类型建议的信道类型?典型郊区典型郊区(RAx)?典型山区典型山区(HTx)?典型城市地区典型城市地区(Tux)?GSM 05.05建议的传播模型建议的传播模型?典型郊区典型郊区(RAx)：6支路典型郊区模型支路典型郊区模型?典型山区典
21、型山区(HTx)：12/6支路典型山区模型支路典型山区模型?典型城市地区典型城市地区(Tux)：12/6支路典型城市地区模型支路典型城市地区模型移动环境信道移动环境信道-GSM信道模型参数信道模型参数?GSM 05.05建议的信道模型参数建议的信道模型参数?多径支路数目：多径支路数目：12或或6个个?每路径的信号参数：路径的时延和平均功率每路径的信号参数：路径的时延和平均功率?每路径的幅度分布：瑞利分布，依据多普勒频谱每路径的幅度分布：瑞利分布，依据多普勒频谱S(f)?GSM 05.05建议的多普勒频谱建议的多普勒频谱S(f)?典型多普勒频谱用于除郊区最短路径外所有环境典型多普勒频谱用于除郊区
22、最短路径外所有环境?莱斯莱斯(Rice)多普勒频谱用于郊区最短路径环境多普勒频谱用于郊区最短路径环境移动环境信道移动环境信道-WCDMA多径模型多径模型?多径模型参数多径模型参数移动环境信道移动环境信道-WCDMA室内多径室内多径移动环境信道移动环境信道-WCDMA室外多径室外多径?室外车辆测试环境室外车辆测试环境内容内容?移动通信面临的问题移动通信面临的问题?移动环境下的信道分析移动环境下的信道分析?移动信道模型移动信道模型?移动信道仿真实验方法移动信道仿真实验方法?空时信道模型空时信道模型?移动信道的测量移动信道的测量多径衰落信道仿真实验多径衰落信道仿真实验?根据无线通信原理与应用，根据无
23、线通信原理与应用，p.145，第，第4.20题；题；?采用无线通信原理与应用，采用无线通信原理与应用，p.144，图，图P4.18所示的延时功率谱；所示的延时功率谱；?假设符号速率假设符号速率Rs分别为分别为100kbps和和1Mbps；最大多普勒频率；最大多普勒频率fm分别为分别为10Hz和和1000Hz；N取取64或或128。?观测观测QPSK信号分别通过信号分别通过AWGN信道和多径衰落信道情况下的眼图和星座图失真情况。信道和多径衰落信道情况下的眼图和星座图失真情况。瑞利衰落仿真方法瑞利衰落仿真方法多径衰落仿真方法多径衰落仿真方法仿真步骤仿真步骤?按照瑞利衰落仿真方法，指定用于代表按照瑞
24、利衰落仿真方法，指定用于代表Classic谱的样本点数谱的样本点数N 及最大多普勒频率及最大多普勒频率fm，N 值一般取值一般取2的幂。的幂。?用式计算相邻谱线的频率间隔，由此可得衰落波形的时间周期。用式计算相邻谱线的频率间隔，由此可得衰落波形的时间周期。?为噪声源的每为噪声源的每N/2的正频率分量产生复数高斯随机变量。的正频率分量产生复数高斯随机变量。?将正频率值取共轭并赋给相应的负频率，以得到噪声源的负频率分量。将正频率值取共轭并赋给相应的负频率，以得到噪声源的负频率分量。?将同相和正交两路噪声源与将同相和正交两路噪声源与Classic谱相乘。谱相乘。?在同相和正交两路上对所得频域信号进行
25、在同相和正交两路上对所得频域信号进行IFFT运算，并将正交路乘以运算，并将正交路乘以j后与同相路相加，得到长度为后与同相路相加，得到长度为N 的时间域瑞利衰落复数序列。的时间域瑞利衰落复数序列。?按照多径衰落仿真方法图示将测试信号分别与多径瑞利衰落序列卷积后求和，其中测试信号应与瑞利衰落序列进行速率匹配，即瑞利衰落序列应重复按照多径衰落仿真方法图示将测试信号分别与多径瑞利衰落序列卷积后求和，其中测试信号应与瑞利衰落序列进行速率匹配，即瑞利衰落序列应重复T/(7Ts)。()12=NffmfT=1仿真结果举例仿真结果举例 1-Rs=0.1M仿真结果举例仿真结果举例 1-Rs=1M瑞利平坦衰落产生方
26、法瑞利平坦衰落产生方法JAKES瑞利信道产生模型瑞利信道产生模型式中：式中：D0D0为最大多普勒频率；K-1m 为波达方向取值数。为最大多普勒频率；K-1m 为波达方向取值数。内容内容?移动通信面临的问题移动通信面临的问题?移动环境下的信道分析移动环境下的信道分析?移动信道模型移动信道模型?移动信道仿真实验方法移动信道仿真实验方法?空时信道模型空时信道模型?移动信道的测量移动信道的测量空间信道模型和空时联合模型空间信道模型和空时联合模型?智能天线的引入智能天线的引入?每一径都有不同的到达角每一径都有不同的到达角?整个接收信号有一个空间角分布整个接收信号有一个空间角分布?每一径有径的分布特性每一
27、径有径的分布特性?每一主径有分布特性每一主径有分布特性?分析方法：测量法和模型法分析方法：测量法和模型法User 1User 2User Kr1(t)r2(t)rP(t)多多“用户、天线、路径用户、天线、路径”信道信道空间时间多径信号空间时间多径信号空时多径信道模型空时多径信道模型?基于散射体几何分布特性的模型基于散射体几何分布特性的模型?12种种?可分为圆模型和椭圆模型两大类可分为圆模型和椭圆模型两大类?基于测量值统计特性的模型基于测量值统计特性的模型?5种种椭圆模型的仿真结果椭圆模型的仿真结果内容内容?移动通信面临的问题移动通信面临的问题?移动环境下的信道分析移动环境下的信道分析?移动信道
28、模型移动信道模型?移动信道仿真实验方法移动信道仿真实验方法?空时信道模型空时信道模型?移动信道的测量移动信道的测量移动信道模型的测量移动信道模型的测量?数字移动通信的信道特性与传输信号带宽相关数字移动通信的信道特性与传输信号带宽相关?平衰落信道，连续载波法测场强分布平衰落信道，连续载波法测场强分布?信道脉冲响应测试方法信道脉冲响应测试方法?单脉冲法：发端每秒发射窄脉冲信号单脉冲法：发端每秒发射窄脉冲信号(脉宽脉宽100ns)，收端用高稳定度的铷原子钟，收发时钟差，收端用高稳定度的铷原子钟，收发时钟差 n 4?模型中假设多径分量具有相关性。模型中假设多径分量具有相关性。Saleh&Valenzuela 2?多径模型多径模型?多径分量成束到达，服从泊松分布。多径多径分量成束到达，服从泊松分布。多径“束束”与建筑结构相关。与建筑结构相关。?在在“束束”内，各个分量也是服从泊松分布。内，各个分量也是服从泊松分布。“束束”分量与接近收发信机的反射物有关。分量与接近收发信机的反射物有关。?各分量的幅度是独立的瑞利随机变量，各分量的幅度是独立的瑞利随机变量，“束束”和和“束束”内多径分量的延时服从指数分布。内多径分量的延时服从指数分布。