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1、会计学1小尺衰落小尺衰落(shuilu)概要概要第一页，共127页。2回顾回顾(hug)n n前一章里，我们主要讨论了信号随传播距离前一章里，我们主要讨论了信号随传播距离d d变变化的规律。我们注意到，对这方面规律的认识对化的规律。我们注意到，对这方面规律的认识对蜂窝系统及其他无线系统的规划与设计起着决定蜂窝系统及其他无线系统的规划与设计起着决定性作用性作用比如比如(b(b r)r)，就特定传播环境下的链，就特定传播环境下的链路预算而言，路径损耗指数路预算而言，路径损耗指数n n和大尺度衰落容限和大尺度衰落容限等概念是必不可少的。等概念是必不可少的。n n简而言之，对路径损耗和大尺度衰落的研究
2、为人简而言之，对路径损耗和大尺度衰落的研究为人们从宏观上认识移动无线信道对信号的影响提供们从宏观上认识移动无线信道对信号的影响提供了依据。了依据。第2页/共127页第二页，共127页。3n n但是，另一个问题就出现但是，另一个问题就出现n n了了微观上，或者说小尺微观上，或者说小尺度度n n上信道对信号存在什么样的上信道对信号存在什么样的影影n n响呢？响呢？n n 考虑右图所示的简单的考虑右图所示的简单的电电n n波传播场景：波传播场景：BSBS发发MSMS收。路收。路n n径损耗和大尺度衰落研究只径损耗和大尺度衰落研究只回回n n答了答了BSBS发出信号传播到距发出信号传播到距BSBSn
3、n为为d d处时的损耗状况，那么在处时的损耗状况，那么在n nMSMS匀速移动匀速移动(ydng)(ydng)远离远离BSBS的过程中的过程中n n又发生了什么呢？又发生了什么呢？第3页/共127页第三页，共127页。4 MS到到BS的多径传播的多径传播(chunb)第4页/共127页第四页，共127页。5小尺度小尺度(chd)衰落效应衰落效应n n在小尺度（几倍波长）上，移动无线信道主要在小尺度（几倍波长）上，移动无线信道主要对传播信号存在以下几种效应：对传播信号存在以下几种效应：n n由多径传播造成的信号强度在短距离（短时间）由多径传播造成的信号强度在短距离（短时间）上的急剧变化。上的急剧
4、变化。接收信号幅度变化接收信号幅度变化n n多普勒频移。多普勒频移。接收信号载频变化接收信号载频变化n n多径时延引起信号的时间色散。多径时延引起信号的时间色散。基带解调信基带解调信号波形失真号波形失真n n 我们将这些我们将这些(zhxi)(zhxi)效应统称为多径效应或小效应统称为多径效应或小尺度衰落效应。尺度衰落效应。第5页/共127页第五页，共127页。6多径传播多径传播(chunb)n n在高楼林立的市区，由于移动天线的高度比周围建筑物在高楼林立的市区，由于移动天线的高度比周围建筑物低很多，因此不存在从移动台的基站的单一视距传播，低很多，因此不存在从移动台的基站的单一视距传播，这样就
5、导致了衰落的产生。即使存在一条视距传播路径，这样就导致了衰落的产生。即使存在一条视距传播路径，由于地面与周围建筑物的反射，同一发射信号会沿两条由于地面与周围建筑物的反射，同一发射信号会沿两条或多条路径传播后，以微小的时间差到达接收机，实际或多条路径传播后，以微小的时间差到达接收机，实际的接收信号则由这些信号合成得到。这种无线电波的接收信号则由这些信号合成得到。这种无线电波(wxin dinb)(wxin dinb)沿着多条不同的路径的传播，称为多径沿着多条不同的路径的传播，称为多径传播。由于各条到达接收机的传播路径不同，信号所经传播。由于各条到达接收机的传播路径不同，信号所经历的路程也就不同，
6、这样到达接收机的不同多径信号之历的路程也就不同，这样到达接收机的不同多径信号之间存在着幅度、相位和入射角度上的差异。另一方面，间存在着幅度、相位和入射角度上的差异。另一方面，路程不同也决定了各多径信号在到达时间上的差异。路程不同也决定了各多径信号在到达时间上的差异。第6页/共127页第六页，共127页。7小尺度小尺度(chd)衰落衰落n n简单的接收机无法辨别多径传播的不同的多径分简单的接收机无法辨别多径传播的不同的多径分量，而仅仅是将它们加起来，以致于它们彼此之量，而仅仅是将它们加起来，以致于它们彼此之间相互干涉。这种干涉可能是相长的、也可能是间相互干涉。这种干涉可能是相长的、也可能是相消的
7、，这要依赖于各个多径分量的相位状态。相消的，这要依赖于各个多径分量的相位状态。而相位状态主要取决于相应多径分量的传播路径而相位状态主要取决于相应多径分量的传播路径长度长度(chngd)(chngd)，从而也就依赖于移动台及相互作，从而也就依赖于移动台及相互作用体的位置。因此，如果发射机、接收机或者相用体的位置。因此，如果发射机、接收机或者相互作用体处于运动之中，干涉信号以及相应的合互作用体处于运动之中，干涉信号以及相应的合成信号幅度都会随着时间而变化。这种效应成信号幅度都会随着时间而变化。这种效应即，由于不同多径分量的相互干涉而引起的合成即，由于不同多径分量的相互干涉而引起的合成信号幅度的变化
8、信号幅度的变化称为小尺度衰落（称为小尺度衰落（small-scale small-scale fadingfading）。）。第7页/共127页第七页，共127页。8 第8页/共127页第八页，共127页。9室内接收功率室内接收功率室内接收功率室内接收功率(gngl(gngl)实测曲线实测曲线实测曲线实测曲线测试条件：发射机固定，接收机移动，并逐渐远离发射机。测试条件：发射机固定，接收机移动，并逐渐远离发射机。载频载频(zi pn)2GHz（波长（波长0.15m）。）。实时实时(sh sh)接收功率接收功率接收功率接收功率的本地均的本地均值值第9页/共127页第九页，共127页。10第10页/
9、共127页第十页，共127页。11第11页/共127页第十一页，共127页。12n n小尺度衰落反映的是在短距离（几倍波长）上接小尺度衰落反映的是在短距离（几倍波长）上接收信号强度的变化情况。实测表明，移动无线信收信号强度的变化情况。实测表明，移动无线信道中，在与波长相当的距离上，信号强度的变动道中，在与波长相当的距离上，信号强度的变动范围可能达到范围可能达到303040dB40dB。这意味着在发生短距。这意味着在发生短距（短时）变化时，信号功率可能会有（短时）变化时，信号功率可能会有100010001000010000倍的变化发生。这样的变化情况不采取一定措施倍的变化发生。这样的变化情况不采
10、取一定措施是无法保证接受质量的。是无法保证接受质量的。n n应该指出，我们强调的应该指出，我们强调的“移动无线信道移动无线信道”的移动的移动性并不仅仅来自移动台，传播环境中也会存在各性并不仅仅来自移动台，传播环境中也会存在各式各样移动的相互作用体。所以式各样移动的相互作用体。所以(su(su y y)，即使移，即使移动台不移动，小尺度衰落现象同样存在。动台不移动，小尺度衰落现象同样存在。第12页/共127页第十二页，共127页。13多普勒（多普勒（Doppler）频移）频移n n什么是多普勒效应什么是多普勒效应n n如何计算多普勒频移如何计算多普勒频移n n多普勒效应引起多普勒效应引起(ynq
11、)对对信号的随机调频。信号的随机调频。第13页/共127页第十三页，共127页。14多普勒效应多普勒效应(xioyng)n n由于相对运动而引起的频率变化称作多普勒效应(xioyng)。最早由Doppler在研究声波传播时发现。电波传播过程中，也会存在由于移动台或（相互作用体）的运动而造成的接收频率与发射频率出现差异的现象，这种现象也被称为多普勒效应(xioyng)。多普勒效应(xioyng)所引起的频率偏移称作多普勒频移。第14页/共127页第十四页，共127页。15计算公式推导计算公式推导(tudo)（1）n nMSMS匀速远离基站移动，匀速远离基站移动，匀速远离基站移动，匀速远离基站移动
12、，速率为速率为速率为速率为v v。考虑行进。考虑行进。考虑行进。考虑行进(xngjn)(xngjn)路径上距离极路径上距离极路径上距离极路径上距离极短的两点：短的两点：短的两点：短的两点：A A点和点和点和点和B B点。点。点。点。设两点相距设两点相距设两点相距设两点相距dd，从，从，从，从A A到到到到B B移动耗时为移动耗时为移动耗时为移动耗时为tt。电波。电波。电波。电波频率为频率为频率为频率为f f，波长为，波长为，波长为，波长为。结论：接收频率结论：接收频率fre=fc+fd，其中，其中fc为为发射载频发射载频(zi pn)，fd为多普勒频移。此时，为多普勒频移。此时，fd=v/0第
13、15页/共127页第十五页，共127页。16计算公式推导计算公式推导(tudo)（2）n n首先，假定所传输的是纯正弦载波首先，假定所传输的是纯正弦载波首先，假定所传输的是纯正弦载波首先，假定所传输的是纯正弦载波(zib)(zib)，载频为载频为载频为载频为fc fc，波长为，波长为，波长为，波长为；并设；并设；并设；并设A A点处电波（均匀点处电波（均匀点处电波（均匀点处电波（均匀平面波）信号可以表示为：平面波）信号可以表示为：平面波）信号可以表示为：平面波）信号可以表示为：n n 。n n 则传播到则传播到则传播到则传播到B B点处时，信号可以表示为：点处时，信号可以表示为：点处时，信号可
14、以表示为：点处时，信号可以表示为：n n 。B点是波传播方向点是波传播方向(fngxing)上后出现上后出现的点！的点！第16页/共127页第十六页，共127页。17计算公式推导计算公式推导(tudo)（3）n n要计算频率的偏移量要计算频率的偏移量ff，应该先计算从，应该先计算从A A点到点到B B点相点相位位(xingwi)(xingwi)的变化量的变化量。因为有：。因为有：n n 。n n 考虑到电波（平面波）传播在波长考虑到电波（平面波）传播在波长 的传播距离上的传播距离上相位相位(xingwi)(xingwi)变化为变化为22，并且在，并且在d d0第19页/共127页第十九页，共1
15、27页。20推广推广(tugung)的结论的结论n n其中，其中，为入射波与为入射波与n nMSMS运动方向运动方向(fngxing)(fngxing)的夹角，的夹角，n n0 0。第20页/共127页第二十页，共127页。21例（课本例（课本(kbn)pp124例例5.1）n n发射载频发射载频fc=1850MHz，v60mph，1mile=1609m，求以下情形的多普勒频移：，求以下情形的多普勒频移：（1）接收机运动方向与入射波方向正好相）接收机运动方向与入射波方向正好相反反(xingfn)；（；（2）接收机运动方向与入）接收机运动方向与入射波方向正好相同；（射波方向正好相同；（3）接收机
16、运动方向）接收机运动方向与入射波方向垂直。与入射波方向垂直。第21页/共127页第二十一页，共127页。22多普勒效应引起多普勒效应引起(ynq)的随机的随机调频调频n n实际情况并没有刚才我们设定的实际情况并没有刚才我们设定的只有单一入射波只有单一入射波且且MSMS匀速移动匀速移动那么简单，而往往是在不同多径那么简单，而往往是在不同多径信号上存在着时变的多普勒频移，这就引起了对接信号上存在着时变的多普勒频移，这就引起了对接收信号的随机调频。这与移动台的运动速度、运动收信号的随机调频。这与移动台的运动速度、运动方向及接收机多径波的入射角度有关。方向及接收机多径波的入射角度有关。n n应该指出，
17、由于要考虑移动性（不仅仅是移动台的移应该指出，由于要考虑移动性（不仅仅是移动台的移动），当移动速率有所增加时，多普勒频移就会加动），当移动速率有所增加时，多普勒频移就会加大，同时也意味着信道随时间大，同时也意味着信道随时间(shjin)(shjin)变化得越快。变化得越快。第22页/共127页第二十二页，共127页。23多径传播多径传播(chunb)时延引起的时延引起的时间弥散时间弥散n n多径传播的每个多径波到达的接收机的路径不同，因此他们到达的时间也不同，每个多径波在接收机处并不是完全对齐的，这样一个基带信号的符号所占用的时间将会超过其本来符号周期。从而对其它的符号产生串扰，即码间串扰，这
18、样就会引起(ynq)信号模糊。601第23页/共127页第二十三页，共127页。24影响影响(yngxing)小尺度衰落的小尺度衰落的因素因素n n多径传播n n移动台的运动(yndng)速度n n环境物体的运动(yndng)速度n n信号的传输带宽第24页/共127页第二十四页，共127页。25两种运动两种运动(yndng)速度的影响速度的影响n n若环境物体的运动速度大于移动台的运动速度，那么这种运动将对小尺度衰落起决定性作用。反之，可以仅考虑以移动台运动速度的影响(yngxing)，而忽略环境物体的运动的影响(yngxing)。第25页/共127页第二十五页，共127页。26多径信道冲击
19、响应多径信道冲击响应(xingyng)模型的特征模型的特征n n由于(yuy)移动通信信道的输出信号是输入信号经多条路径到达接收机的总和，因此可以看做是线性滤波器。n n接收机位置不同，多径信号的情况不同，因此其冲击响应模型是位置的函数。而位置又是时间的函数，因此该模型是时变的。第26页/共127页第二十六页，共127页。27时延段量化技术时延段量化技术(jsh)n n在移动通信中，将信道冲击响应的多径时延在移动通信中，将信道冲击响应的多径时延 量化为多个相同的时延量化为多个相同的时延段，称为附加时延段。每段时延宽度均为段，称为附加时延段。每段时延宽度均为 ，其中，其中 ，表示接收机第一次接收
20、到的信号。则有表示接收机第一次接收到的信号。则有n n其中其中N N表示相等间隔的多径分量的的最大数目，包括第一次到达表示相等间隔的多径分量的的最大数目，包括第一次到达(dod)(dod)的分量。的分量。n n这种量化技术确定了信道冲击响应模型的精确性，表示该模型可以用这种量化技术确定了信道冲击响应模型的精确性，表示该模型可以用于分析带宽小于于分析带宽小于 的传输信息。的传输信息。第27页/共127页第二十七页，共127页。28冲击响应冲击响应(xingyng)的表示的表示n n多径信道的冲击响应模型可表示多径信道的冲击响应模型可表示(bi(bi osh)osh)为：为：n n假设信道在一小段
21、时间内具有时不变特性，则：假设信道在一小段时间内具有时不变特性，则：t时刻第i多径分量的实际(shj)幅度第i多径分量自由空间传播的相移第i多径分量在信道中的附加相移t时刻第i多径分量的附加时延第28页/共127页第二十八页，共127页。29时变信道的冲激响应实例时变信道的冲激响应实例(shl)第29页/共127页第二十九页，共127页。30信号带宽与接收信号带宽与接收(jishu)功率功率的关系的关系n n在实际(shj)的无线通信系统中，一般采用信道测量技术来获得多径信道的冲激响应。考虑两种极端情况下的信道测量技术：n n脉冲测量信号（宽带）n n连续波测量信号（窄带）第30页/共127页
22、第三十页，共127页。31脉冲脉冲(michng)测量信号情况测量信号情况（1）n n设输入为一个有规律的无线信号设输入为一个有规律的无线信号n n其中，其中，p(t)p(t)是宽度是宽度(kund)(Tbb)(kund)(Tbb)很窄的周期性脉冲序列，其重复周期为：很窄的周期性脉冲序列，其重复周期为：TREPmaxTREPmax（最大附加时延）；（最大附加时延）；fcfc是载波频率。是载波频率。n n令令n n且令且令p(t)p(t)对其他所有有意义的附加时延来说都为对其他所有有意义的附加时延来说都为0 0。第31页/共127页第三十一页，共127页。32脉冲测量脉冲测量(cling)信号情
23、况信号情况（2）n n多径信道的输出多径信道的输出r(t)r(t)为为p(t)p(t)与与hb(t,)hb(t,)的卷积：的卷积：n nt0t0时刻的接收时刻的接收(jishu)(jishu)功率为：功率为：第32页/共127页第三十二页，共127页。33脉冲测量信号脉冲测量信号(xnho)情况情况（3）n n经化简得：经化简得：n n假设多径分量接收功率构成了一个随机过程，其中假设多径分量接收功率构成了一个随机过程，其中(qzhng)(qzhng)各分量有随机分布的幅度和相各分量有随机分布的幅度和相位，可以证明，脉冲测量信号平均小尺度接收功率为：位，可以证明，脉冲测量信号平均小尺度接收功率为
24、：第33页/共127页第三十三页，共127页。34连续连续(linx)波测量信号情况波测量信号情况（1）n n令测量信号的复包络为：令测量信号的复包络为：c(t)=2c(t)=2n n则瞬时接收信号的复包络为：则瞬时接收信号的复包络为：n n瞬时接收功率为：瞬时接收功率为：n n平均接收功率为：平均接收功率为：n n其中，其中，为路径为路径(ljng)(ljng)幅度相关系数。幅度相关系数。第34页/共127页第三十四页，共127页。35连续连续(linx)波测量信号情况波测量信号情况（2）n n当当 时，有：时，有：n n此种情况出现的条件为：此种情况出现的条件为：n n多径分量的相位均匀分
25、布在多径分量的相位均匀分布在0,20,2之间；之间；n n不同路径分量的幅度不同路径分量的幅度(fd)(fd)不相关。不相关。n n这两个条件对大多数环境都成立。这两个条件对大多数环境都成立。第35页/共127页第三十五页，共127页。36结论结论(jiln)n n接收的宽带和窄带信号的总平均功率是相等的。n n当传输信号的带宽远大于信道(xn do)带宽时，接收机可分离多径分量。n n当传输信号的带宽小于信道(xn do)带宽时，多径分量不可分离，并会导致大幅度的衰落。第36页/共127页第三十六页，共127页。37实测实测(sh c)的冲激响应的冲激响应 室内，室内，4GHz载频载频(zi
26、 pn)，5倍波长的尺度上倍波长的尺度上第37页/共127页第三十七页，共127页。38移动多径信道移动多径信道(xn do)的描述参的描述参数数移动无线信道中同时存在两个移动无线信道中同时存在两个(lin)效应：效应：多径传播效应和多普勒多径传播效应和多普勒效应。效应。前者造成信号的时延扩展，后前者造成信号的时延扩展，后者造成信号者造成信号的频率扩展。那么，的频率扩展。那么，1.如何描述多径时延？如何描述多径时延？2.如何描述多普勒频率扩展？如何描述多普勒频率扩展？第38页/共127页第三十八页，共127页。39n n多径时延的统计描述多径时延的统计描述n n1）功率延迟分布）功率延迟分布n
27、 n2）平均附加）平均附加(fji)时延时延n n3）均方根时延扩展）均方根时延扩展 n n4）信道的相关带宽）信道的相关带宽Bcn n5）时间的延迟对应于频率）时间的延迟对应于频率的相关程度的相关程度第39页/共127页第三十九页，共127页。40n n功率延迟分布功率延迟分布P()：自变量：自变量是是相对于固定时延参考的附加时相对于固定时延参考的附加时延（所谓固定时延参考可以是延（所谓固定时延参考可以是最先到达接收机的那个多径分最先到达接收机的那个多径分量量(fn ling)的传播时延），的传播时延），函数函数P()表示瞬时接收功率的表示瞬时接收功率的平均值随附加时延的变化情况。平均值随附
28、加时延的变化情况。第40页/共127页第四十页，共127页。41功率延迟功率延迟(ynch)分布的测量分布的测量n n多数多径信道的参数都与功率延迟分布有关，一般主要多数多径信道的参数都与功率延迟分布有关，一般主要(zhyo)(zhyo)考虑考虑其统计特性。为了获得其统计特性，其统计特性。为了获得其统计特性，可通过信道测量获得瞬时功率延可通过信道测量获得瞬时功率延迟分布，再求其统计值，便可获得功率延迟分布的特性。在信道测量迟分布，再求其统计值，便可获得功率延迟分布的特性。在信道测量时，为了时，为了 避免大尺度衰落的影响，一般情况应满足以下条件：避免大尺度衰落的影响，一般情况应满足以下条件：n
29、n采样的空间距离小于采样的空间距离小于1/4;1/4;n n对室外情况，接收机的移动距离小于对室外情况，接收机的移动距离小于6m6mn n对室内情况，接收机的移动距离小于对室内情况，接收机的移动距离小于2m2m第41页/共127页第四十一页，共127页。42室外的功率室外的功率(gngl)延迟分布例延迟分布例第42页/共127页第四十二页，共127页。43室内室内(sh ni)功率延迟分布例功率延迟分布例第43页/共127页第四十三页，共127页。44就功率延迟分布就功率延迟分布(fnb)的说明的说明n n总的来说，接收功率随附加时延增长而衰减，总的来说，接收功率随附加时延增长而衰减，总的来说
30、，接收功率随附加时延增长而衰减，总的来说，接收功率随附加时延增长而衰减，直至不能从噪声中分辨出信号直至不能从噪声中分辨出信号直至不能从噪声中分辨出信号直至不能从噪声中分辨出信号(xnho)(xnho)功率为功率为功率为功率为止。止。止。止。n n理论上，人们曾经建立过这样的功率延迟分布理论上，人们曾经建立过这样的功率延迟分布理论上，人们曾经建立过这样的功率延迟分布理论上，人们曾经建立过这样的功率延迟分布模型：模型：模型：模型：n n 。n n即功率随附加时延的增长呈指数衰减规律，即功率随附加时延的增长呈指数衰减规律，即功率随附加时延的增长呈指数衰减规律，即功率随附加时延的增长呈指数衰减规律，其
31、中其中其中其中 为附加时延平均值。为附加时延平均值。为附加时延平均值。为附加时延平均值。第44页/共127页第四十四页，共127页。45接收功率接收功率(gngl)的分布的分布n n在以下条件满足时：在以下条件满足时：在以下条件满足时：在以下条件满足时：n n信道的影响在一个符号间隔期间基本不变信道的影响在一个符号间隔期间基本不变信道的影响在一个符号间隔期间基本不变信道的影响在一个符号间隔期间基本不变（非时变）；（非时变）；（非时变）；（非时变）；n n接收到的多径分量呈散射状分布（入射波到接收到的多径分量呈散射状分布（入射波到接收到的多径分量呈散射状分布（入射波到接收到的多径分量呈散射状分布
32、（入射波到达角呈均匀分布）。达角呈均匀分布）。达角呈均匀分布）。达角呈均匀分布）。n n接收功率的分布为指数分布。接收功率的分布为指数分布。接收功率的分布为指数分布。接收功率的分布为指数分布。n n这个结论告诉这个结论告诉这个结论告诉这个结论告诉(o s)(o s)我们：接收功率的可能我们：接收功率的可能我们：接收功率的可能我们：接收功率的可能取值以较大概率分布在一定范围以内，超出取值以较大概率分布在一定范围以内，超出取值以较大概率分布在一定范围以内，超出取值以较大概率分布在一定范围以内，超出这个范围取得更大数值的概率非常小。这个范围取得更大数值的概率非常小。这个范围取得更大数值的概率非常小。
33、这个范围取得更大数值的概率非常小。第45页/共127页第四十五页，共127页。46n n右图为假定右图为假定右图为假定右图为假定n n 时的概率密度函数时的概率密度函数时的概率密度函数时的概率密度函数（PDFPDF）和累积分布）和累积分布）和累积分布）和累积分布函数（函数（函数（函数（CDFCDF）曲线）曲线）曲线）曲线(qxin)(qxin)，由此可以，由此可以，由此可以，由此可以看出，接收功率低于看出，接收功率低于看出，接收功率低于看出，接收功率低于某数值的概率很大。某数值的概率很大。某数值的概率很大。某数值的概率很大。第46页/共127页第四十六页，共127页。47时间色散时间色散(ss
34、n)参数参数n n平均附加时延n n均方根(fnggn)（RMS）时延扩展n n最大附加时延（XdB）第47页/共127页第四十七页，共127页。48平均平均(pngjn)附加时延附加时延n n平均附加时延平均附加时延平均附加时延平均附加时延 是功率延迟分布的一阶矩。表示附加是功率延迟分布的一阶矩。表示附加是功率延迟分布的一阶矩。表示附加是功率延迟分布的一阶矩。表示附加时延相对于附加时延为时延相对于附加时延为时延相对于附加时延为时延相对于附加时延为0s0s的平均偏离的平均偏离的平均偏离的平均偏离(pinl)(pinl)状况。即，状况。即，状况。即，状况。即，n n n n其中，其中，其中，其中
35、，kk为第为第为第为第k k条路径的相对时延，条路径的相对时延，条路径的相对时延，条路径的相对时延，P(k)=ak2P(k)=ak2这这这这条路径的（相对）平均接收功率。条路径的（相对）平均接收功率。条路径的（相对）平均接收功率。条路径的（相对）平均接收功率。第48页/共127页第四十八页，共127页。49均方根均方根(fnggn)（RMS）时）时延扩展延扩展n n均方根（均方根（均方根（均方根（RMSRMS）时延扩展）时延扩展）时延扩展）时延扩展是功率延迟是功率延迟是功率延迟是功率延迟(ynch)(ynch)分布分布分布分布的二阶矩的平方根。表示附加时延在的二阶矩的平方根。表示附加时延在的二
36、阶矩的平方根。表示附加时延在的二阶矩的平方根。表示附加时延在 周围散布的情周围散布的情周围散布的情周围散布的情况。即，况。即，况。即，况。即，n n 。n n其中，其中，其中，其中，n n 。第49页/共127页第四十九页，共127页。50RMS延迟延迟(ynch)扩展的典型测扩展的典型测量值量值均方根时延扩展的典型值在室外均方根时延扩展的典型值在室外(sh wi)是微秒（是微秒（s）级的，室内为纳）级的，室内为纳秒（秒（ns）级的。）级的。第50页/共127页第五十页，共127页。51最大附加最大附加(fji)时延（时延（XdB）n n最大附加时延（XdB）表示(biosh)多径信号能量从初
37、值衰落到低于最大能量XdB的时间间隔，即 n n其中，表示(biosh)第一个多径分量到达的时间；表示(biosh)功率值大于（最大功率值XdB0dB10dB10dB）的多径分量的最晚的到达时间。第51页/共127页第五十一页，共127页。52噪声门限对时间色散噪声门限对时间色散(ssn)参数的影响参数的影响n n噪声门限用于区分(qfn)接收的多径分量与热噪声n n如果噪声门限设的太低，本来的噪声就会被当作多径信号处理，导致 的值人为地升高。n n如果噪声门限设的太高，则会丢失某些多径分量，导致 降低。第52页/共127页第五十二页，共127页。53室内信道室内信道(xn do)实例实例第5
38、3页/共127页第五十三页，共127页。54计算计算(j sun)提示提示n nP()往往是相对往往是相对(xingdu)信号信号功率；功率；n n如果给定的是多径分量相对如果给定的是多径分量相对(xingdu)功率的功率的dB值，在进值，在进行计算前应将其换算为相对行计算前应将其换算为相对(xingdu)功率的比值再代公功率的比值再代公式。式。第54页/共127页第五十四页，共127页。55习题习题(xt)（课本（课本pp138例例5.4）n n功率延迟分布如图所示。n n（a）计算功率延迟分布的RMS时延扩展；（0.5微秒）n n（b）如果使用BPSK调制(tiozh)，则不使用均衡器通过
39、此信道传输的最大比特速率是多少？注意：Ts10 第55页/共127页第五十五页，共127页。56接收信号间的幅度接收信号间的幅度接收信号间的幅度接收信号间的幅度(fd)(fd)（包络）相关系数（包络）相关系数（包络）相关系数（包络）相关系数n n当假定功率延迟分布呈指数规律衰减时，理论上可以得当假定功率延迟分布呈指数规律衰减时，理论上可以得当假定功率延迟分布呈指数规律衰减时，理论上可以得当假定功率延迟分布呈指数规律衰减时，理论上可以得到两个不同接收信号之间的幅度相关系数。两信号的不到两个不同接收信号之间的幅度相关系数。两信号的不到两个不同接收信号之间的幅度相关系数。两信号的不到两个不同接收信号
40、之间的幅度相关系数。两信号的不同之处在于二者之间的频率差为同之处在于二者之间的频率差为同之处在于二者之间的频率差为同之处在于二者之间的频率差为ff，时间差为，时间差为，时间差为，时间差为tt，假定，假定，假定，假定在同一位置（在同一位置（在同一位置（在同一位置（z=0)z=0)观察这两个信号的幅度状况。有如下观察这两个信号的幅度状况。有如下观察这两个信号的幅度状况。有如下观察这两个信号的幅度状况。有如下结论：结论：结论：结论：n n ，n n 其中，其中，其中，其中，J0()J0()代表零阶第一类贝塞尔函数，代表零阶第一类贝塞尔函数，代表零阶第一类贝塞尔函数，代表零阶第一类贝塞尔函数，fmfm
41、为最大多为最大多为最大多为最大多n n 普勒频移，普勒频移，普勒频移，普勒频移，为均方根为均方根为均方根为均方根(fnggn)(fnggn)时延扩展。时延扩展。时延扩展。时延扩展。01 010，信道，信道(xn do)为平坦衰落信道为平坦衰落信道(xn do)；反之，信道；反之，信道(xn do)为频率选择性信道为频率选择性信道(xn do)。603第60页/共127页第六十页，共127页。61例例(pp-139例例5.5)n n计算如图所示的功率延计算如图所示的功率延迟分布的附加时延、迟分布的附加时延、RMSRMS时延扩展及最大附时延扩展及最大附加时延（加时延（-10dB-10dB）。设信）
42、。设信道道(xn do)(xn do)取相关值为取相关值为50%50%的相干带宽，则该的相干带宽，则该系统在不使用均衡器的系统在不使用均衡器的条件下对条件下对AMPSAMPS或或GSMGSM业务是否合适？业务是否合适？第61页/共127页第六十一页，共127页。62解解n n首先将功率首先将功率(gngl)(gngl)有有dBdB值转换为为比值：值转换为为比值：n n0dB=10dB=1，-10dB=0.1-10dB=0.1，-20dB=0.01-20dB=0.01n n各分布的实验测量相对于第一个可测信号，所给信号的平均附加时延为：各分布的实验测量相对于第一个可测信号，所给信号的平均附加时延
43、为：n n给定功率给定功率(gngl)(gngl)延迟分布的二阶矩可算得为（课本上的翻译有误）：延迟分布的二阶矩可算得为（课本上的翻译有误）：第62页/共127页第六十二页，共127页。63n n所以所以RMSRMS时延扩展为：时延扩展为：n n由图得最大附加时延为（由图得最大附加时延为（10dB10dB）：）：5s 5s（）；）；4s 4s（）n n相干带宽为：相干带宽为：n n因为因为BcBc大于大于30kHz,30kHz,所以所以AMPSAMPS系统不需均衡器就能正常系统不需均衡器就能正常(zhngchng)(zhngchng)工作。因为工作。因为GSMGSM所需的带宽为所需的带宽为20
44、0kHz200kHz，超过，超过了所得的了所得的BcBc，所以，所以GSMGSM需要均衡器才能够正常需要均衡器才能够正常(zhngchng)(zhngchng)工作。工作。第63页/共127页第六十三页，共127页。64平坦平坦(pngtn)衰落信道特性衰落信道特性 第64页/共127页第六十四页，共127页。65平坦平坦(pngtn)衰落的特点衰落的特点n n如上所示，接收信号的频谱没有发生什么如上所示，接收信号的频谱没有发生什么如上所示，接收信号的频谱没有发生什么如上所示，接收信号的频谱没有发生什么(shn me)(shn me)变化，但在实际传播环境中，信号强度仍然会因为变化，但在实际传
45、播环境中，信号强度仍然会因为变化，但在实际传播环境中，信号强度仍然会因为变化，但在实际传播环境中，信号强度仍然会因为多径传播而呈现出变化多径传播而呈现出变化多径传播而呈现出变化多径传播而呈现出变化发生衰落。有时还会出发生衰落。有时还会出发生衰落。有时还会出发生衰落。有时还会出现深度衰落，即瞬时接收信号强度比接收机处的平现深度衰落，即瞬时接收信号强度比接收机处的平现深度衰落，即瞬时接收信号强度比接收机处的平现深度衰落，即瞬时接收信号强度比接收机处的平均接收水平还要低得多均接收水平还要低得多均接收水平还要低得多均接收水平还要低得多低低低低202040dB40dB。从历史上。从历史上。从历史上。从历
46、史上看，它是技术文献中最常论及的衰落类型。平坦衰看，它是技术文献中最常论及的衰落类型。平坦衰看，它是技术文献中最常论及的衰落类型。平坦衰看，它是技术文献中最常论及的衰落类型。平坦衰落的瞬时增益分布对设计无线链路非常重要，最常落的瞬时增益分布对设计无线链路非常重要，最常落的瞬时增益分布对设计无线链路非常重要，最常落的瞬时增益分布对设计无线链路非常重要，最常见的幅度分布是瑞利分布。见的幅度分布是瑞利分布。见的幅度分布是瑞利分布。见的幅度分布是瑞利分布。第65页/共127页第六十五页，共127页。66频率频率(pnl)选择性衰落信道特选择性衰落信道特性性第66页/共127页第六十六页，共127页。6
47、7频率频率(pnl)选择性衰落的特点选择性衰落的特点n n如上图所示，信道对信号的不同(b tn)频谱分量的增益和相位的作用不同(b tn)，导致信号失真。从时域来看，由于信道冲激响应的多径时延大于发送信号波形的符号周期，因此在一个符号周期接收到的信号会包括其他符号的多径信号，从而引起符号间干扰（ISI）。第67页/共127页第六十七页，共127页。68基于多径时延扩展的小尺度基于多径时延扩展的小尺度(chd)衰落比较衰落比较 衰落类型衰落类型比较项比较项 平坦衰落平坦衰落 频选性衰落频选性衰落 发生条件发生条件 BS BSBC 或或 TS BD或或 TS TC BS TC 特点特点静态信道，
48、可以假定静态信道，可以假定在一个符号持续期间在一个符号持续期间信道的时域增益恒定信道的时域增益恒定不变。不变。动态信道，在一个符动态信道，在一个符号持续期间信道是时号持续期间信道是时变的，不能假定信道变的，不能假定信道的时域增益恒定不变。的时域增益恒定不变。频域情况频域情况信号频谱不失真信号频谱不失真由于频域扩展严重，由于频域扩展严重，信号频谱失真信号频谱失真第77页/共127页第七十七页，共127页。78总结总结(zngji)（1）n n由于同时存在两种不同的信道由于同时存在两种不同的信道效应：多径时延效应和多普勒效应：多径时延效应和多普勒效应，所以小尺度衰落可以区效应，所以小尺度衰落可以区
49、分为不同的类型。类型的划分分为不同的类型。类型的划分要看在信道上传输的基带信号要看在信道上传输的基带信号(xnho)的基本参数和特定效的基本参数和特定效应下信道的基本参数之间的关应下信道的基本参数之间的关系。系。第78页/共127页第七十八页，共127页。79总结总结(zngji)（2）n n基带信号基带信号基带信号基带信号(xnho)(xnho)的基本参数为：的基本参数为：的基本参数为：的基本参数为：n n n n而信道基本参数有两组，见下表。而信道基本参数有两组，见下表。而信道基本参数有两组，见下表。而信道基本参数有两组，见下表。多径时延效应多径时延效应 多普勒效应多普勒效应第79页/共1
50、27页第七十九页，共127页。80a)按时间（时延）区分按时间（时延）区分(qfn)信信道类型道类型b)按带宽（频率按带宽（频率(pnl)扩展）区分信道类型扩展）区分信道类型第80页/共127页第八十页，共127页。81习题习题(xt)n n试在下面(xi mian)的坐标图中填写衰落类型：第81页/共127页第八十一页，共127页。82瑞利衰落瑞利衰落(shuilu)分布（分布（1）n n在陆地移动通信中，移动台往往受到各种障碍物和其它移动体的影响，以致在陆地移动通信中，移动台往往受到各种障碍物和其它移动体的影响，以致到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和，如图所示。假设到达移动台的信