第二章移动通信电波传播环境与传播预测模型.ppt

第二章第二章 移动通信电波传播移动通信电波传播与传播预测模型与传播预测模型2目录目录概述概述1自由空间的电波传输自由空间的电波传输2三种基本电波的传播机制三种基本电波的传播机制三种基本电波的传播机制三种基本电波的传播机制3阴影衰落的基本特性阴影衰落的基本特性阴影衰落的基本特性阴影衰落的基本特性4多径传播模型多径传播模型多径传播模型多径传播模型5电波传播损耗预测模型电波传播损耗预测模型电波传播损耗预测模型电波传播损耗预测模型6Mobile Communication Theory32.1.1 2.1.1 电波传播的基本特性电波传播的基本特性基站天线、移基站天线、移动用户天线和动用户天线和两付天线之间两付天线之间的传播路径的传播路径传播损耗和弥散传播损耗和弥散阴影衰落阴影衰落多径衰落多径衰落多普勒频移多普勒频移直射、反射、直射、反射、绕射和散射以绕射和散射以及它们的合成及它们的合成复杂的无线电复杂的无线电波传播环境波传播环境移动通信移动通信信道信道衰落的衰落的原因原因无线电无线电波传播波传播方式方式衰落的衰落的表现表现移动信道的移动信道的基本特性基本特性 衰落特性衰落特性Mobile Communication Theory4信道的分类信道的分类vv信道的信道的信道的信道的分类分类分类分类 大尺度衰落大尺度衰落大尺度衰落大尺度衰落 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 小尺度衰落小尺度衰落小尺度衰落小尺度衰落 长期慢衰落长期慢衰落长期慢衰落长期慢衰落 根据信号与信道变化快慢程度的比较分为根据信号与信道变化快慢程度的比较分为根据信号与信道变化快慢程度的比较分为根据信号与信道变化快慢程度的比较分为 短期快衰落短期快衰落短期快衰落短期快衰落 大尺度衰落大尺度衰落大尺度衰落大尺度衰落小尺度衰落小尺度衰落小尺度衰落小尺度衰落（主要特征是多径）（主要特征是多径）（主要特征是多径）（主要特征是多径）描述描述描述描述长距离上信号强度的缓慢变化长距离上信号强度的缓慢变化长距离上信号强度的缓慢变化长距离上信号强度的缓慢变化短距离上信号强度的快速波动短距离上信号强度的快速波动短距离上信号强度的快速波动短距离上信号强度的快速波动原因原因原因原因信道路径上固定障碍物的阴影信道路径上固定障碍物的阴影信道路径上固定障碍物的阴影信道路径上固定障碍物的阴影移动台运动和地点的变化移动台运动和地点的变化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影响影响业务覆盖区域业务覆盖区域业务覆盖区域业务覆盖区域信号传输质量信号传输质量信号传输质量信号传输质量v大尺度衰落与小尺度衰落大尺度衰落与小尺度衰落Mobile Communication Theory5衰落特性的算式描述衰落特性的算式描述v衰落特性衰落特性的算式描述的算式描述 式中，r(t)表示信道的衰落因子；m(t)表示大尺度衰落；r0(t)表示小尺度衰落。大尺度衰落大尺度衰落小尺度衰落小尺度衰落Mobile Communication Theory62.1.2 2.1.2 电波传播特性的研究方法电波传播特性的研究方法 电波传播电波传播特性的研究特性的研究基本方法基本方法理论分析方法理论分析方法（如射线跟踪法）现场测试方法现场测试方法（如冲激响应法）应用成果应用成果传播预测模型的建立为实现信道仿真提供基础考虑问题考虑问题衰落的物理机制功率的路径损耗接收信号的变化和分布特性Mobile Communication Theory72.2 2.2 自由空间的电波传播自由空间的电波传播在理想的、均在理想的、均在理想的、均在理想的、均匀的、各向同匀的、各向同匀的、各向同匀的、各向同性的介质中传性的介质中传性的介质中传性的介质中传播，只存在电播，只存在电播，只存在电播，只存在电磁波能量扩散磁波能量扩散磁波能量扩散磁波能量扩散而引起的传播而引起的传播而引起的传播而引起的传播损耗损耗损耗损耗传播传播损耗损耗接收接收功率功率传播传播损耗损耗接收接收换算换算自由空间自由空间电波传播电波传播分贝表示分贝表示Mobile Communication Theory82.3 2.3 三种基本电波传播机制三种基本电波传播机制w w阻挡体比传输波长阻挡体比传输波长阻挡体比传输波长阻挡体比传输波长大的多的物体大的多的物体大的多的物体大的多的物体w w产生多径衰落的主产生多径衰落的主产生多径衰落的主产生多径衰落的主要因素要因素要因素要因素 w w产生于粗糙表面、小物体或其产生于粗糙表面、小物体或其产生于粗糙表面、小物体或其产生于粗糙表面、小物体或其它不规则物体它不规则物体它不规则物体它不规则物体 w w阻挡体为尖利边缘阻挡体为尖利边缘阻挡体为尖利边缘阻挡体为尖利边缘反射反射散射散射绕射绕射Mobile Communication Theory92.3.1 反射理想介质表面反射理想介质表面反射理想介质表面反射理想介质表面反射极化特性极化特性极化特性极化特性多径信号多径信号多径信号多径信号Mobile Communication Theory10理想介质表面反射理想介质表面反射vv如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回来如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回来如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回来如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回来vv反射系数反射系数反射系数反射系数（RR）入射波与反射波的比值入射波与反射波的比值入射波与反射波的比值入射波与反射波的比值 （垂直极化）（垂直极化）（垂直极化）（垂直极化）（水平极化）（水平极化）（水平极化）（水平极化）Mobile Communication Theory11极化特性极化特性vv极化极化极化极化电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变化的状态化的状态化的状态化的状态vv电磁波的电磁波的电磁波的电磁波的极化形式极化形式极化形式极化形式 线极化、圆极化和椭圆极化线极化、圆极化和椭圆极化线极化、圆极化和椭圆极化线极化、圆极化和椭圆极化vv线极化线极化线极化线极化的两种特殊情况的两种特殊情况的两种特殊情况的两种特殊情况 水平极化（电场方向平行于地面）水平极化（电场方向平行于地面）水平极化（电场方向平行于地面）水平极化（电场方向平行于地面）垂直极化（电场方向垂直于地面）垂直极化（电场方向垂直于地面）垂直极化（电场方向垂直于地面）垂直极化（电场方向垂直于地面）Mobile Communication Theory122.3.1 2.3.1 多径信号多径信号vv两径传播模型两径传播模型两径传播模型两径传播模型接收信号功率接收信号功率接收信号功率接收信号功率 简化后简化后简化后简化后 相位差相位差相位差相位差 vv多径传播模型多径传播模型多径传播模型多径传播模型 其中，其中，其中，其中，NN为路径数。当为路径数。当为路径数。当为路径数。当NN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，必须用功率，必须用功率，必须用功率，必须用统计统计统计统计的方法计算接收信号的功率的方法计算接收信号的功率的方法计算接收信号的功率的方法计算接收信号的功率 直射波反射波地表面波可忽略可忽略地面二次效应可忽略可忽略可忽略可忽略Mobile Communication Theory132.3.2 2.3.2 绕射绕射惠更斯菲涅尔惠更斯菲涅尔原理原理菲涅尔区菲涅尔区基尔霍夫公式基尔霍夫公式Mobile Communication Theory14惠更斯菲涅尔原理惠更斯菲涅尔原理vv原理原理原理原理w w波前（面）上每点产生的次级波组合形成传播方向上新的波前（面）波前（面）上每点产生的次级波组合形成传播方向上新的波前（面）波前（面）上每点产生的次级波组合形成传播方向上新的波前（面）波前（面）上每点产生的次级波组合形成传播方向上新的波前（面）w w绕射由次级波的传播进入阴影区而形成绕射由次级波的传播进入阴影区而形成绕射由次级波的传播进入阴影区而形成绕射由次级波的传播进入阴影区而形成w w场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和vv说明说明说明说明w w任一任一任一任一PP点，只有夹角为点，只有夹角为点，只有夹角为点，只有夹角为 （即（即（即（即 ）的次级波前）的次级波前）的次级波前）的次级波前 能到达接收点能到达接收点能到达接收点能到达接收点R Rw w 在在在在0 0 到到到到180180180180 之间变化之间变化之间变化之间变化w w到达接收点辐射能量到达接收点辐射能量到达接收点辐射能量到达接收点辐射能量与与与与 成正比成正比成正比成正比Mobile Communication Theory15菲涅尔区和菲涅尔区和基尔霍夫公式基尔霍夫公式vv菲涅尔区菲涅尔区菲涅尔区菲涅尔区 从发射点到接收点次级波路径长度直接路径长度大的连续区域从发射点到接收点次级波路径长度直接路径长度大的连续区域从发射点到接收点次级波路径长度直接路径长度大的连续区域从发射点到接收点次级波路径长度直接路径长度大的连续区域 接收点信号的合成接收点信号的合成接收点信号的合成接收点信号的合成 n n为奇数时，两信号抵消为奇数时，两信号抵消为奇数时，两信号抵消为奇数时，两信号抵消 n n为偶数时，两信号叠加为偶数时，两信号叠加为偶数时，两信号叠加为偶数时，两信号叠加 菲涅尔区同心半径菲涅尔区同心半径菲涅尔区同心半径菲涅尔区同心半径 第一菲涅尔区半径（第一菲涅尔区半径（第一菲涅尔区半径（第一菲涅尔区半径（n=1n=1）特点）特点）特点）特点 在接收点处第一菲涅尔区的场强是全部场强的一半在接收点处第一菲涅尔区的场强是全部场强的一半在接收点处第一菲涅尔区的场强是全部场强的一半在接收点处第一菲涅尔区的场强是全部场强的一半 发射机和接收机的距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以达到发射机和接收机的距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以达到发射机和接收机的距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以达到发射机和接收机的距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以达到接收机。接收机。接收机。接收机。vv基尔霍夫公式基尔霍夫公式基尔霍夫公式基尔霍夫公式 从波前点到空间任何一点的场强从波前点到空间任何一点的场强从波前点到空间任何一点的场强从波前点到空间任何一点的场强 式中，式中，式中，式中，E E是波面场强，是波面场强，是波面场强，是波面场强，是与波面正交的场强导数。是与波面正交的场强导数。是与波面正交的场强导数。是与波面正交的场强导数。Mobile Communication Theory162.3.3 2.3.3 散射散射粗糙表面，反射能量于所有方向粗糙表面，反射能量于所有方向表面光滑度的判定表面光滑度的判定粗糙表面下的反射场强粗糙表面下的反射场强Mobile Communication Theory172.4 2.4 阴影衰落的基本特性阴影衰落的基本特性v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）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v特点特点特点特点 与传播地形和地物分布、高度有关与传播地形和地物分布、高度有关与传播地形和地物分布、高度有关与传播地形和地物分布、高度有关v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 移动用户和基站的距离移动用户和基站的距离移动用户和基站的距离移动用户和基站的距离 由阴影产生的对数损耗（由阴影产生的对数损耗（由阴影产生的对数损耗（由阴影产生的对数损耗（dBdB），服从零平均和标准偏），服从零平均和标准偏），服从零平均和标准偏），服从零平均和标准偏 差差差差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Mobile Communication Theory182.5 2.5 多径传播模型多径传播模型多径信道的多径信道的多径信道的多径信道的统计分析统计分析统计分析统计分析多径衰落信道的多径衰落信道的多径衰落信道的多径衰落信道的分类分类分类分类衰落特性的衰落特性的衰落特性的衰落特性的特征量特征量特征量特征量多径衰落的多径衰落的多径衰落的多径衰落的基本特性基本特性基本特性基本特性多普勒频移多普勒频移多普勒频移多普勒频移多径信道的多径信道的多径信道的多径信道的信道模型信道模型信道模型信道模型描述多径信道的描述多径信道的描述多径信道的描述多径信道的主要参数主要参数主要参数主要参数Mobile Communication Theory192.5.1 多径衰落的基本特性vv幅度衰落幅度衰落幅度衰落幅度衰落 幅度随移动台移动距离的变动而衰落幅度随移动台移动距离的变动而衰落幅度随移动台移动距离的变动而衰落幅度随移动台移动距离的变动而衰落 空间角度空间角度空间角度空间角度 模拟系统主要考虑模拟系统主要考虑模拟系统主要考虑模拟系统主要考虑 原因原因原因原因 本地反射物所引起的多径效应表现为快衰落本地反射物所引起的多径效应表现为快衰落本地反射物所引起的多径效应表现为快衰落本地反射物所引起的多径效应表现为快衰落 地形变化引起的衰落以及空间扩散损耗表现为慢衰落地形变化引起的衰落以及空间扩散损耗表现为慢衰落地形变化引起的衰落以及空间扩散损耗表现为慢衰落地形变化引起的衰落以及空间扩散损耗表现为慢衰落vv时延扩展时延扩展时延扩展时延扩展 脉冲宽度扩展脉冲宽度扩展脉冲宽度扩展脉冲宽度扩展 时间角度时间角度时间角度时间角度 数字系统主要考虑数字系统主要考虑数字系统主要考虑数字系统主要考虑 原因原因原因原因 信号传播路径不同，到达接收端的时间也就不同，导致信号传播路径不同，到达接收端的时间也就不同，导致信号传播路径不同，到达接收端的时间也就不同，导致信号传播路径不同，到达接收端的时间也就不同，导致接收信号包含发送脉冲及其各个延时信号接收信号包含发送脉冲及其各个延时信号接收信号包含发送脉冲及其各个延时信号接收信号包含发送脉冲及其各个延时信号Mobile Communication Theory202.5.2 2.5.2 多普勒频移多普勒频移vv原因原因原因原因 移动时会引起多普勒（移动时会引起多普勒（移动时会引起多普勒（移动时会引起多普勒（DopplerDoppler）频率漂移）频率漂移）频率漂移）频率漂移vv表达式表达式表达式表达式 多普勒频移多普勒频移多普勒频移多普勒频移 最大多普勒最大多普勒最大多普勒最大多普勒(Doppler)(Doppler)频移频移频移频移Mobile Communication Theory212.5.2 2.5.2 多普勒频移多普勒频移vv说明说明说明说明 多普勒频移与移动台运动的方向、速度以及无线电多普勒频移与移动台运动的方向、速度以及无线电多普勒频移与移动台运动的方向、速度以及无线电多普勒频移与移动台运动的方向、速度以及无线电波入射方向之间的夹角有关：波入射方向之间的夹角有关：波入射方向之间的夹角有关：波入射方向之间的夹角有关：若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正（接收信号（接收信号频率上升频率上升频率上升频率上升）若移动台背向入射波方向运动，则多普勒频移为负若移动台背向入射波方向运动，则多普勒频移为负（接收信号（接收信号频率下降频率下降频率下降频率下降）信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的号的号的号的多普勒扩散多普勒扩散多普勒扩散多普勒扩散，因而增加了信号带宽。，因而增加了信号带宽。，因而增加了信号带宽。，因而增加了信号带宽。Mobile Communication Theory222.5.3 2.5.3 多径信道的信道模型多径信道的信道模型v原理原理原理原理 多径信道对无线信号的影响表现为多径信道对无线信号的影响表现为多径信道对无线信号的影响表现为多径信道对无线信号的影响表现为多径衰落特性多径衰落特性多径衰落特性多径衰落特性。将信道看成作用于信号上的一个滤波器，可通过分析将信道看成作用于信号上的一个滤波器，可通过分析将信道看成作用于信号上的一个滤波器，可通过分析将信道看成作用于信号上的一个滤波器，可通过分析滤波器的滤波器的滤波器的滤波器的冲击响应冲击响应冲击响应冲击响应和和和和传递函数传递函数传递函数传递函数得到多径信道的特性得到多径信道的特性得到多径信道的特性得到多径信道的特性v推导冲击响应推导冲击响应推导冲击响应推导冲击响应 只考虑多径效应只考虑多径效应只考虑多径效应只考虑多径效应 再考虑多普勒效应再考虑多普勒效应再考虑多普勒效应再考虑多普勒效应 多径和多普勒效应对传输信号的影响多径和多普勒效应对传输信号的影响多径和多普勒效应对传输信号的影响多径和多普勒效应对传输信号的影响 多径信道的冲击响应多径信道的冲击响应多径信道的冲击响应多径信道的冲击响应Mobile Communication Theory23 只考虑多径效应传输信号假设第i径的路径长度为xi、衰落系数（或反射系数）为接收信号式中，c为光速；为波长。又因为 所以 式中 为时延。实质上是接收信号的复包络模型，是衰落、相移和时 延都不同的各个路径的总和。Mobile Communication Theory24 再考虑多普勒效应考虑移动台移动时，导致各径产生多普勒效应设路径的到达方向和移动台运动方向之间的夹角为路径的变化量输出复包络简化得 其中，为最大多普勒频移。在相位中不可忽略不可忽略数量级小可忽略可忽略Mobile Communication Theory25多径信道的冲击响应多径和多普勒效应对传输信号的影响 令 式中 代表第i条路径到达接收机的信号分量的增量延迟（实际迟延减去所有分量取平均的迟延），它随时间变化 在任何时刻t，随机相位 都可产生对 的影响，引起多径衰落。冲击响应 由上式得 冲击响应 式中，、表示第i个分量的实际幅度和增量延迟；相位 包含了在第i个增量延迟内一个多径分量所有的相移；为单位冲击函数。如果假设信道冲激响应至少在一小段时间间隔或距离具有不变性，信道冲击响应可以简化为此冲击响应完全描述了信道特性，相位 服从 的均匀分布多径延迟影响多普勒效应影响Mobile Communication Theory262.5.4 2.5.4 描述多径信道的主要参数描述多径信道的主要参数vv由于由于由于由于多径环境多径环境多径环境多径环境和和和和移动台运动移动台运动移动台运动移动台运动等影响因素，使得移动信道对传等影响因素，使得移动信道对传等影响因素，使得移动信道对传等影响因素，使得移动信道对传输信号在输信号在输信号在输信号在时间、频率和角度时间、频率和角度时间、频率和角度时间、频率和角度上造成了上造成了上造成了上造成了色散色散色散色散。vv通常用功率在时间、频率以及角度上的分布来描述这种色散通常用功率在时间、频率以及角度上的分布来描述这种色散通常用功率在时间、频率以及角度上的分布来描述这种色散通常用功率在时间、频率以及角度上的分布来描述这种色散功率延迟分布功率延迟分布PDP时间色散时间色散多普勒功率谱密度多普勒功率谱密度DPSD角度谱角度谱PAP频率色散频率色散角度色散角度色散Mobile Communication Theory27时间色散时间色散vv时间色散参数时间色散参数时间色散参数时间色散参数 平均附加延时平均附加延时平均附加延时平均附加延时 rmsrms时延扩展时延扩展时延扩展时延扩展 最大附加延时扩展最大附加延时扩展最大附加延时扩展最大附加延时扩展(X XdBdB)vv 相关带宽相关带宽相关带宽相关带宽 多径衰落下，频率间隔靠得很近的两个衰落信号存在多径衰落下，频率间隔靠得很近的两个衰落信号存在多径衰落下，频率间隔靠得很近的两个衰落信号存在多径衰落下，频率间隔靠得很近的两个衰落信号存在不同时延，可使两个信号变得相关。这一频率间隔称为不同时延，可使两个信号变得相关。这一频率间隔称为不同时延，可使两个信号变得相关。这一频率间隔称为不同时延，可使两个信号变得相关。这一频率间隔称为“相干相干相干相干”或或或或“相关相关相关相关”带宽带宽带宽带宽（BBc c）从时延扩展角度说明从时延扩展角度说明从时延扩展角度说明从时延扩展角度说明 从包络相关性角度说明从包络相关性角度说明从包络相关性角度说明从包络相关性角度说明 多径衰落的分类及判定多径衰落的分类及判定多径衰落的分类及判定多径衰落的分类及判定Mobile Communication Theory28时间色散参数时间色散参数vv功率延迟分布功率延迟分布功率延迟分布功率延迟分布（PDPPDP）基于固定时延参考的附加时延的函数，通过对本地瞬时功率延迟分布取基于固定时延参考的附加时延的函数，通过对本地瞬时功率延迟分布取基于固定时延参考的附加时延的函数，通过对本地瞬时功率延迟分布取基于固定时延参考的附加时延的函数，通过对本地瞬时功率延迟分布取平均得到平均得到平均得到平均得到市区环境中近似为指数分布市区环境中近似为指数分布市区环境中近似为指数分布市区环境中近似为指数分布式中，式中，式中，式中，T T是常数，为多径时延的平均值是常数，为多径时延的平均值是常数，为多径时延的平均值是常数，为多径时延的平均值vv时间色散特性参数时间色散特性参数时间色散特性参数时间色散特性参数 平均附加延时平均附加延时平均附加延时平均附加延时 rmsrms时延扩展时延扩展时延扩展时延扩展 其中其中其中其中 最大附加延时扩展最大附加延时扩展最大附加延时扩展最大附加延时扩展(X XdBdB)高于某特定门限的多径分量的时间范围，高于某特定门限的多径分量的时间范围，高于某特定门限的多径分量的时间范围，高于某特定门限的多径分量的时间范围，即多径能量从初值衰落到低于最大能量即多径能量从初值衰落到低于最大能量即多径能量从初值衰落到低于最大能量即多径能量从初值衰落到低于最大能量 (XXdBdB)处的时延图处的时延图处的时延图处的时延图2-82-8中，中，中，中，为归一化为归一化为归一化为归一化 的最大附加延时扩展的最大附加延时扩展的最大附加延时扩展的最大附加延时扩展(XXdBdB)；为归一化；为归一化；为归一化；为归一化 平均附加延时；平均附加延时；平均附加延时；平均附加延时；为归一化为归一化为归一化为归一化rmsrms时延扩展时延扩展时延扩展时延扩展 t0dB-XdB D Mobile Communication Theory29从时延扩展角度说明相关带宽从时延扩展角度说明相关带宽v两径情况两径情况两径情况两径情况 接收信号接收信号接收信号接收信号 等效网络传递函数等效网络传递函数等效网络传递函数等效网络传递函数 信道的幅频特性信道的幅频特性信道的幅频特性信道的幅频特性 当当当当 时，信号同相叠加，出现峰点时，信号同相叠加，出现峰点时，信号同相叠加，出现峰点时，信号同相叠加，出现峰点 当当当当 时，信号反相相减，出现谷点时，信号反相相减，出现谷点时，信号反相相减，出现谷点时，信号反相相减，出现谷点 相邻两个谷点的相邻两个谷点的相邻两个谷点的相邻两个谷点的 ,两相邻场强两相邻场强两相邻场强两相邻场强 为最小值的频率间隔与两径时延为最小值的频率间隔与两径时延为最小值的频率间隔与两径时延为最小值的频率间隔与两径时延 成反比成反比成反比成反比 v多径情况多径情况多径情况多径情况 应为应为应为应为rmsrms时延扩展时延扩展时延扩展时延扩展 是随时间变化的，可由大量实测数据经过统计处理计算出来是随时间变化的，可由大量实测数据经过统计处理计算出来是随时间变化的，可由大量实测数据经过统计处理计算出来是随时间变化的，可由大量实测数据经过统计处理计算出来 说明相关带宽是信道本身的特性参数，与信号无关说明相关带宽是信道本身的特性参数，与信号无关说明相关带宽是信道本身的特性参数，与信号无关说明相关带宽是信道本身的特性参数，与信号无关 r+1r-1w)(2tnDp)()12(tnD+p Mobile Communication Theory30从包络相关性角度推导相关带宽从包络相关性角度推导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 若信号衰落符合若信号衰落符合若信号衰落符合若信号衰落符合瑞利瑞利瑞利瑞利分布，则分布，则分布，则分布，则 式中，式中，式中，式中，为零阶为零阶为零阶为零阶BesselBessel函数，函数，函数，函数，为最大多普勒频移。为最大多普勒频移。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，可令不失一般性，可令不失一般性，可令 ，简化后，简化后，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带宽 ()Mobile Communication Theory31vv vv 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衰落的分类及判定衰落的分类及判定分类 不同频率分量的衰落 信号波形频率选择性衰落 不一致 失真失真非频率选择性衰落（平坦衰落）相关的 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Mobile Communication Theory32频率色散频率色散用用用用多普勒扩展多普勒扩展多普勒扩展多普勒扩展来描述，相关时间是与多普勒扩展相对应的参数来描述，相关时间是与多普勒扩展相对应的参数来描述，相关时间是与多普勒扩展相对应的参数来描述，相关时间是与多普勒扩展相对应的参数vv时变特性时变特性时变特性时变特性 原因原因原因原因 移动台运动或信道路径中的物体运动移动台运动或信道路径中的物体运动移动台运动或信道路径中的物体运动移动台运动或信道路径中的物体运动 用多普勒扩展和相关时间来描述用多普勒扩展和相关时间来描述用多普勒扩展和相关时间来描述用多普勒扩展和相关时间来描述vv多普勒扩展多普勒扩展多普勒扩展多普勒扩展 （功率谱）（功率谱）（功率谱）（功率谱）vv相关时间相关时间相关时间相关时间 信道冲激响应应维持不变的时间间隔的统计平均值信道冲激响应应维持不变的时间间隔的统计平均值信道冲激响应应维持不变的时间间隔的统计平均值信道冲激响应应维持不变的时间间隔的统计平均值 表征了时变信道对信号的衰落节拍表征了时变信道对信号的衰落节拍表征了时变信道对信号的衰落节拍表征了时变信道对信号的衰落节拍Mobile Communication Theory33多普勒扩展多普勒扩展vv典型典型典型典型(CLASS)(CLASS)多普勒扩展（适用于多普勒扩展（适用于多普勒扩展（适用于多普勒扩展（适用于室外室外室外室外传播信道）传播信道）传播信道）传播信道）假设接收信号由N个经过多普勒频移的平面波合成，b为平均功率 表示在角度 内的入射功率，表示接收天线增益，用 表示功率谱，则典型的多普勒功率谱 由图可见，由于多普勒效应，接收信号的功率谱展宽到 和 范围vv平坦平坦平坦平坦(FLAT)(FLAT)多普勒扩展（适用于多普勒扩展（适用于多普勒扩展（适用于多普勒扩展（适用于室内室内室内室内传播信道）传播信道）传播信道）传播信道）平坦的多普勒功率谱 fcfc+fmfc-fmS(f)Mobile Communication Theory34推导相关时间推导相关时间v从多普勒扩展角度从多普勒扩展角度 时间相关函数与多普勒功率谱之间是傅立叶变换关系时间相关函数与多普勒功率谱之间是傅立叶变换关系时间相关函数与多普勒功率谱之间是傅立叶变换关系时间相关函数与多普勒功率谱之间是傅立叶变换关系 所以多普勒扩展的倒数就是对信道相关时间的度量，即所以多普勒扩展的倒数就是对信道相关时间的度量，即所以多普勒扩展的倒数就是对信道相关时间的度量，即所以多普勒扩展的倒数就是对信道相关时间的度量，即 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 0 式中式中式中式中 为多普勒扩展（有时也用为多普勒扩展（有时也用为多普勒扩展（有时也用为多普勒扩展（有时也用 表示），即多普勒频移。表示），即多普勒频移。表示），即多普勒频移。表示），即多普勒频移。v从包络相关性角度从包络相关性角度 通常将信号包络相关度为通常将信号包络相关度为通常将信号包络相关度为通常将信号包络相关度为0.50.5时的时间间隔定义为相关时间时的时间间隔定义为相关时间时的时间间隔定义为相关时间时的时间间隔定义为相关时间 推出包络相关系数推出包络相关系数推出包络相关系数推出包络相关系数 令令令令 ，=0.5 推出推出推出推出Mobile Communication Theory35时间选择性衰落vv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，信道在时域具是由多普勒效应引起的，信道在时域具是由多普勒效应引起的，信道在时域具是由多普勒效应引起的，信道在时域具有选择性有选择性有选择性有选择性vv要要要要保证保证保证保证信号经过信道不会在时间轴上产生失真，就必须信号经过信道不会在时间轴上产生失真，就必须信号经过信道不会在时间轴上产生失真，就必须信号经过信道不会在时间轴上产生失真，就必须保证传输符号速率保证传输符号速率保证传输符号速率保证传输符号速率远大于远大于远大于远大于相关时间的倒数相关时间的倒数相关时间的倒数相关时间的倒数vv在现代数字通信中，常规定为上页两式的几何平均作为在现代数字通信中，常规定为上页两式的几何平均作为在现代数字通信中，常规定为上页两式的几何平均作为在现代数字通信中，常规定为上页两式的几何平均作为经验关系经验关系经验关系经验关系码元间隔大于信道相关时间码元间隔大于信道相关时间TsTc时选衰落时选衰落误码误码Mobile Communication Theory36角度色散角度色散v原因原因 移动台和基站周围的散射环境不同，使得多天线系统中不移动台和基站周围的散射环境不同，使得多天线系统中不移动台和基站周围的散射环境不同，使得多天线系统中不移动台和基站周围的散射环境不同，使得多天线系统中不同位置的天线经历的衰落不同同位置的天线经历的衰落不同同位置的天线经历的衰落不同同位置的天线经历的衰落不同v参数参数 角度扩展角度扩展角度扩展角度扩展 相关距离相关距离相关距离相关距离 v空间选择性衰落空间选择性衰落Mobile Communication Theory37角度扩展角度扩展v角度功率谱角度功率谱角度功率谱角度功率谱（PASPAS）信号功率谱密度在角度上的分布。信号功率谱密度在角度上的分布。信号功率谱密度在角度上的分布。信号功率谱密度在角度上的分布。一般一般一般一般为均匀分布、为均匀分布、为均匀分布、为均匀分布、截短高斯分布和截短拉普拉斯分布截短高斯分布和截短拉普拉斯分布截短高斯分布和截短拉普拉斯分布截短高斯分布和截短拉普拉斯分布v角度扩展角度扩展角度扩展角度扩展等于功率角度谱的二阶中心矩的平方根，即等于功率角度谱的二阶中心矩的平方根，即等于功率角度谱的二阶中心矩的平方根，即等于功率角度谱的二阶中心矩的平方根，即 式中式中式中式中v意义意义意义意义 描述了功率谱在空间上的色散程度，角度扩展在描述了功率谱在空间上的色散程度，角度扩展在描述了功率谱在空间上的色散程度，角度扩展在描述了功率谱在空间上的色散程度，角度扩展在 之间分布。之间分布。之间分布。之间分布。角度扩展越大，表明散射环境越强，信号在空间的色散度角度扩展越大，表明散射环境越强，信号在空间的色散度角度扩展越大，表明散射环境越强，信号在空间的色散度角度扩展越大，表明散射环境越强，信号在空间的色散度越高越高越高越高 Mobile Communication Theory38相关距离与空间选择性衰落相关距离与空间选择性衰落v相关距离相关距离相关距离相关距离DcDcv空间选择性衰落空间选择性衰落空间选择性衰落空间选择性衰落Mobile Communication Theory392.5.5 2.5.5 多径信道的统计分析多径信道的统计分析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Nakagami-mNakagami-m分布分布分布分布主要讨论多径信道的主要讨论多径信道的主要讨论多径信道的主要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不同的无线环境一般接收信号的包络根据不同的无线环境一般接收信号的包络根据不同的无线环境一般接收信号的包络根据不同的无线环境一般服从服从服从服从Mobile Communication Theory40瑞利分布瑞利分布vv环境条件环境条件环境条件环境条件 通常在通常在通常在通常在离基站较远、反射物较多离基站较远、反射物较多离基站较远、反射物较多离基站较远、反射物较多的地区符合的地区符合的地区符合的地区符合 （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vv场强分量场强分量场强分量场强分量T Tc c，T Ts svv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PlayPlayMobile Communication Theory41场强分量场强分量T Tc c，T Ts svv推导推导推导推导 设发射信号是垂直极化，并且只考虑垂直波时，场强为设发射信号是垂直极化，并且只考虑垂直波时，场强为设发射信号是垂直极化，并且只考虑垂直波时，场强为设发射信号是垂直极化，并且只考虑垂直波时，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 vvTcTc，TsTs的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