第二章移动通信信道（二）解析ppt课件.ppt

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1、2.7.3多径信道主要参数n移动信道是弥散信道。移动信道是弥散信道。 n电波通过移动信道后，信号在时域上、频域上和空间（角度）上电波通过移动信道后，信号在时域上、频域上和空间（角度）上都产生弥散，本来分开的波形在时间上或频谱上或空间上会产生都产生弥散，本来分开的波形在时间上或频谱上或空间上会产生交叠，使信号产生衰落失真。交叠，使信号产生衰落失真。 n多径效应在时域上引起信号的时延扩展，使得接收信号的时域波形展宽，相应地在频域上规定了相关（干）带宽性能。当信号带宽大于相关带宽时就会发生频率选择性衰落。n多普勒效应在频域上引起频谱扩展，使得接收信号的频谱产生多普勒扩展，相应地在时域上规定了相关（干

2、）时间性能。多普勒效应会导致发送信号在传输过程中，信道特性发生变化，产生所谓的时间选择性衰落。 n散射效应会引起角度扩展。移动台或基站周围的本地散射以及远端散射会使得天线的点波束产生角度扩散，在空间上规定了相关距离性能。空域上波束的角度扩散造成了同一时间、不同地点的信号衰落起伏不一样，即所谓的空间选择性。 n时间色散时间色散( (Time Dispersion Parameters)Time Dispersion Parameters) n定义：因多径传播造成信号时间扩散的现象。n成因：发射信号经过不同路径到达接收点的时间各不相同。n描述时间色散的重要参数描述时间色散的重要参数n平均附加时延n

3、rms时延扩展n最大附加时延(XdB)多径能量从初值衰落到低于最大能量处XdB的时延，即tx-t0kkkkkkkkkkPPaa)()(2222)()(E（其中（其中 ） kkkkkkkkkkPPaaE)()()(22222n起因：起因：由时间色散引起。n定义：定义：指某一特定频率范围内，在该范围内，任两个频率分量有很强的幅度相关性，即所有频率分量几乎具有相同的增益及线性相位。 n定量表达式定量表达式: :n如果相关带宽定义为频率相关系数大于0.9的某特定带宽，则相干带宽近似为：n如果将定义放宽至相关函数值大于0.5，则相干带宽近似为：61fBc2、相关带宽21fBc2、相干带宽信号带宽远远小于

4、相干带宽的情况如图8所示，通过图的动态变化我们可以看出：1）在信号带宽范围内，各频在信号带宽范围内，各频点的幅度有基本相同的增益，点的幅度有基本相同的增益，也就是说，发送信号的频谱也就是说，发送信号的频谱基本保持不变；基本保持不变；2）信道的增益是随着时间变信道的增益是随着时间变化的，也就是接收端信号的化的，也就是接收端信号的功率是不断变化的，这种信功率是不断变化的，这种信号忽大忽不小的变化就是衰号忽大忽不小的变化就是衰落。落。2、相干带宽所传输的信号带宽大于相干带宽,则所传输的信号将产生明显的畸变如图所示。通过图的动态变化，我们可以看出：1 1）在信号带宽范围内，对）在信号带宽范围内，对不同

5、的频率成份有了不同的不同的频率成份有了不同的响应，也就是说对信号的频响应，也就是说对信号的频率具有了选择性，信号发生率具有了选择性，信号发生了失真；了失真；2 2）信道的总增益随时间变）信道的总增益随时间变化很小，接收信号的功率基化很小，接收信号的功率基本不变。本不变。3. 多普勒扩展和相关时间1 1、多普勒扩展、多普勒扩展 n描述信道频率色散的参数。n起因：由移动台与基站间的相对运动或是信道中物体运动引起的。n多普勒扩展n定义：定义：为一个频率范围 BD，在此范围内接收的多普勒谱有非0值。n含义：含义：多普勒扩展BD 是谱展宽的测量值，这个谱展宽是移动无线信道的时间变化率的一种量度。n相干时

6、间相干时间n定义：信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值。n含义：在相干时间间隔内，两个到达信号有很强的幅度相关性。 n与多普勒扩展的关系：是多普勒扩展在时域的表示，具体为2、相关时间mcfT1其中，fm 是最大的多普勒频移(v/)。若时间相关函数定义为大于0.5时，相干时间近似为： mcfT169(a)(b)n相关时间相关时间n与多普勒扩展的关系 在现代数字通信中，一种普遍的定义方法是将相干时间定义为式(a)与式(b)的几何平均，即：mmcffT423. 016922、相关时间相干带宽与相干时间n时间色散：时间色散：时延扩展相干带宽n频率色散：频率色散：多普勒扩展相干时间n相干带宽：相干

7、带宽：信道的频谱特性，或者说是结构特性n相干时间：相干时间：信道的时变特性n时间选择性：时间选择性：符号的尾端与符号的前端的信道特性发生了变化n频谱选择性：频谱选择性：信号频谱内具有不同增益2.7.4 移动通信信道的分类n移动信道中的时间色散和频率色散可能产生4种衰落效应，这是由信号与信道及发送速率的特性引起的。n多径时延扩展引起时间色散和频率选择性衰落，多普勒扩展会引起频率色散和时间选择性衰落，这两种传播机制彼此独立，根据多径时延可以将信道分为平坦衰落信道和频率选择性衰落信道，根据多普勒扩展可以将信道分为快衰落信道和慢衰落信道。n平坦衰落：平坦衰落：n形成条件：如果移动无线信道带宽远大于发送

8、信号的带宽，且在带宽范围内有恒定增益及线性相位，则接收信号就会经历平坦衰落过程。 n判定条件：Bs 1、平坦衰落与频率选择性衰落n频率选择性衰落：频率选择性衰落：n形成条件：如果信道具有恒定增益和线性相位的带宽范围小于发送信号带宽，则该信道特性会导致接收信号产生选择性衰落。 n判定条件：1、平坦衰落与频率选择性衰落 Bs Bc or Ts 相干时间（Tc） 或 多普勒扩展（BD） 信号带宽（Bs）n慢衰落慢衰落n形成条件：信道的冲激响应变化率比发送的基带信号变化率低。即信道的相干时间比发送信号的符号周期长。n定量判据: 符号周期（Ts） 相干时间（Tc） 或 多普勒扩展（BD） 信号带宽（Bs

9、） 2、快衰落与慢衰落无线信道的分类 2.8 移动信道的统计模型主要讨论多径接收信号的包络统计特性接收信号的包络根据不同的无线环境服从不同的分配瑞利瑞利分布分布莱斯莱斯分布分布具有参数具有参数m的的Nakagami-m分布分布环境条件环境条件 分布特性及参数、函数分布特性及参数、函数信号分析信号分析 瑞利分布p假设条件 发射机和接收机之间没有直射波路径 存在大量反射波，到达接收天线的方向角随机，相位随机且02均匀分布 各反射波的幅度和相位都统计独立Play通常在离基站较远、反射物较多的地区符合 2.8 移动信道的统计模型22222r2202r2erdre21)r(p 可见，包络 r 服从瑞利分

10、布，在02内服从均匀分布图 瑞利分布的概率分布密度 2.8 移动信道的统计模型 莱斯分布p 环境条件Play 直射系统中，接收信号中有视距直达波信号，视距信号成为主接收信号分量，同时还有不同角度随机到达的多径分量 非直射系统中，源自某一个散射体路径的信号功率特别强 2.8 移动信道的统计模型 概率密度函数式中， A是主信号的峰值 ， I0()是0阶第一类修正贝塞尔函数.222KA主信号功率与多径分量方差之比 莱斯因子完全决定了莱斯分布当 莱斯分布变为瑞利分布0,0AK222()22022( )(0,0)rArAp reIAr12A2 注意： 莱斯分布适用于一条路径明显强于其他路径的情况，并不一定就是直射径p信号分析强直射波的存在使得接收信号包络从瑞利变为莱斯当主信号进一步增强 ，莱斯分布趋近高斯分布 2.8 移动信道的统计模型 Nakagami-m分布概率密度函数 伽马函数由Nakagami在20世纪60年代提出的，通过基于现场测试的实验方法，用曲线拟合得到近似分布的经验公式10()mxmxed x 参数m取不同值时对应不同分布，更具广泛性当m=1时，成为瑞利分布当m较大时，接近高斯分布形状因子m212222()1( )exp( )var()2mmmm rmrE rp rmmr研究表明:Nakagami-m分布对于无线信道的描述有很好的适应性 2.8 移动信道的统计模型