无线通信原理与应用-5.4-小尺度衰落类型及瑞利和莱斯分布课件.pptx

电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA小尺度衰落类型小尺度衰落类型平坦衰落，平坦衰落，Flat fading 频率选择性衰落，频率选择性衰落，Frequency selective fading 快衰落，快衰落，Fast fading慢衰落，慢衰落，Slow fading 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA小尺度衰落的类型小尺度衰落的类型在无线通信信道中：多径时延扩展在无线通信信道中：多径时延扩展时间色散时间色散 多普勒频移多普勒频移频率色散频率色散 这这两两种种特特性性对对信信号号的的影影响响是是不不同同的的，而而信信号号又又有有窄窄带带和和宽宽带带之之分分。因因此此不不同同信信道道特特性性和和信信号号特特性性的的组组合合，会会产产生生四四种小尺度衰落类型。即：种小尺度衰落类型。即：多径时延扩展多径时延扩展平坦衰落平坦衰落或或频率选择性衰落频率选择性衰落多普勒频移多普勒频移快衰落快衰落或或慢衰落慢衰落 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA多径时延扩展产生的衰落效应平坦衰落多径时延扩展产生的衰落效应平坦衰落产生条件：产生条件：无线信道的相干带宽无线信道的相干带宽信号的带宽信号的带宽或：无线信道的均方根时延扩展或：无线信道的均方根时延扩展信号的符号周期信号的符号周期特点：特点：由于由于BsBc，因此信号不会产生失真。，因此信号不会产生失真。但但由由于于信信道道是是时时变变的的，其其增增益益会会随随时时间间的的变变化化而而变变化化，因因此此信信号号幅度会随时间的变化而变化。幅度会随时间的变化而变化。幅度：服从瑞利分布；相位：均匀分布。幅度：服从瑞利分布；相位：均匀分布。电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA多径时延扩展产生的衰落效应多径时延扩展产生的衰落效应平坦衰落图解平坦衰落图解 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA多径时延扩展产生的衰落效应多径时延扩展产生的衰落效应频率选择性衰落频率选择性衰落产生条件：产生条件：无线信道的相干带宽无线信道的相干带宽信号的符号周期信号的符号周期特点：特点：由由于于BsBc，信信道道对对信信号号S(t)不不同同的的频频谱谱分分量量的的增增益益和和 相相 位位 的的 作作 用用 不不 同同，导导 致致 信信 号号 失失 真真。通通 常常 情情 况况 下下，如如 果果 就就认认为为信信道道是是频频率率选选择择性性衰衰落落（这这一一范范围围与与调调制制类类型型有有关）关）电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINAFrequency selective fadingFrequency selective fading 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA多普勒频移扩展引起的衰落效应多普勒频移扩展引起的衰落效应快衰落快衰落 Fast fading产生条件：产生条件：信道的多普勒扩展信道的多普勒扩展信号的带宽信号的带宽或：信道的相干时间或：信道的相干时间信号的符合速率信号的符合速率(周期周期)含义：含义：信信道道的的冲冲击击响响应应在在信信号号的的符符合合周周期期内内快快速速变变化化，或或载载频频的的变变化化范范围大于信号的带宽（或两者可比拟）。围大于信号的带宽（或两者可比拟）。注注：当当信信道道被被认认为为是是快快/慢慢衰衰落落时时，一一般般不不再再称称其其为为平平坦坦衰衰落落或频率选择性衰落。或频率选择性衰落。电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA多普勒频移扩展引起的衰落效应多普勒频移扩展引起的衰落效应慢衰落，慢衰落，Slow fading产生条件：产生条件：信道的多普勒扩展信道的多普勒扩展信号的符合速率信号的符合速率(周期周期)含义：含义：信信道道的的冲冲击击响响应应变变化化率率比比发发送送的的基基带带信信号号变变化化率率低低得得多，或载频的变化范围远小于信号的带宽。多，或载频的变化范围远小于信号的带宽。电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINATwo independent fading issues 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINATwo independent fading issues 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA瑞利衰落分布（瑞利衰落分布（1）一、瑞利衰落分布：一、瑞利衰落分布：对对于于平平坦坦衰衰落落信信道道，接接收收信信号号由由N个个多多径径信信号号构构成成。这这N个信号的幅值和相位都时随机的，且统计独立。个信号的幅值和相位都时随机的，且统计独立。常用于描述平坦衰落信号的统计常用于描述平坦衰落信号的统计时变特性的一种分布类型时变特性的一种分布类型 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA瑞利衰落分布（瑞利衰落分布（2）可见，可见，x和和y也是也是N个独立的随机变量之和。个独立的随机变量之和。概概率率的的中中心心极极限限定定理理：大大量量的的独独立立随随机机变变量量之之和和的的分分布布趋趋于正态分布。于正态分布。故故x和和y的分布为正态分布且相互独立。的分布为正态分布且相互独立。电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA瑞利衰落分布（瑞利衰落分布（3）可见：可见：r服从瑞利分布；服从瑞利分布；服从均匀分布服从均匀分布 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA瑞利分布的特性（瑞利分布的特性（1）1.包络不超过包络不超过R的概率：的概率：2.r=时，时，p(r)取最大值：取最大值：3.电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA瑞利分布的特性（瑞利分布的特性（2）4.包络的均值：包络的均值：5.均方值与方差：均方值与方差：6.r 的概率：的概率：1exp(-1/2)=0.39直流分量直流分量(中值中值)电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA瑞利分布的特性（瑞利分布的特性（3 3）结论：结论：对于平坦衰落信道，如果所有多径信号的幅度和方对于平坦衰落信道，如果所有多径信号的幅度和方位角是统计独立且随机分布，则接收信号的包络服位角是统计独立且随机分布，则接收信号的包络服从瑞利分布从瑞利分布其衰落深度达其衰落深度达2040dB衰落速率衰落速率(每秒内信号包络经过中值次数的一半）约每秒内信号包络经过中值次数的一半）约为为3040次次/秒秒 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA莱斯衰落分布莱斯衰落分布多多径径信信号号中中，如如果果存存在在一一个个主主要要的的静静态态（非非衰衰落落）信信号号分分量量时时，可以证明，接收信号的包络服从莱斯分布。可以证明，接收信号的包络服从莱斯分布。含含义义：存存在在一一个个比比较较强强的的多多径径分分量量（主主信信号号）其其它它多多径径分分量量较较弱弱,且幅度和方位角随机变化。且幅度和方位角随机变化。电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA莱斯因子的定义莱斯因子的定义莱斯因子完全确莱斯因子完全确定了莱斯分布定了莱斯分布广义瑞利分布广义瑞利分布 电气工程学院无线通信原理与应用无线通信原理与应用UNIVERSITY OF SOUTH CHINA三种小尺度衰落测量值三种小尺度衰落测量值1.场场景景C：有有障障碍碍，杂杂波波较较少少：小小尺尺度度衰衰落落不不明明显显，近近似似为为对对数数正正态态分布。分布。2.场场景景D：无无障障碍碍，杂杂波波较较少少：主主信信号号的主导作用明显，服从莱斯分布。的主导作用明显，服从莱斯分布。3.场场景景E：无无障障碍碍，杂杂波波严严重重：主主信信号号的的主主导导作作用用不不明明显显，趋趋于于瑞瑞利利分分布。布。