移動通信系統(tǒng)中的信道特性ppt課件

1、移動通信系統(tǒng)中的信道特性移動通信系統(tǒng)中的信道特性學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)l學(xué)習(xí)完成本課程您將會：l了解移動通信中的無線傳播和信道的特性l了解移動通信中的抗衰落技術(shù)無線傳播特性l無線傳播的特性無線傳播的特性l無線信道的特性無線信道的特性l大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗l小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng) l無線信道抗衰落技術(shù)無線信道抗衰落技術(shù)l移動通信系統(tǒng)中信號傳播的效應(yīng)移動通信系統(tǒng)中信號傳播的效應(yīng) 無線傳播特性l傳播的開放性傳播的開放性 l接收點地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性接收點地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性 l通信用戶的隨機(jī)移動性通信用戶的隨機(jī)移動性 無線傳播特性1、傳播的開放性、傳播的開放性 一切無線信

2、道都是基于電磁波在空間傳播來實現(xiàn)信息傳播的。一切無線信道都是基于電磁波在空間傳播來實現(xiàn)信息傳播的。無線傳播特性2、接收點地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性、接收點地理環(huán)境的復(fù)雜性與多樣性 一般可將地理環(huán)境劃分為下列四類典型區(qū)域：一般可將地理環(huán)境劃分為下列四類典型區(qū)域： 高樓林立的城市中心繁華區(qū)，也稱密集城區(qū)；高樓林立的城市中心繁華區(qū)，也稱密集城區(qū)；一般樓宇的城市區(qū)域，也稱一般城區(qū)；一般樓宇的城市區(qū)域，也稱一般城區(qū)； 以一般性建筑物為主的近郊小城鎮(zhèn)區(qū)，也稱郊區(qū)；以一般性建筑物為主的近郊小城鎮(zhèn)區(qū)，也稱郊區(qū)； 以山丘、湖泊、平原為主的農(nóng)村及遠(yuǎn)郊區(qū)。以山丘、湖泊、平原為主的農(nóng)村及遠(yuǎn)郊區(qū)。無線傳播特性3、通信用戶

3、的隨機(jī)移動性、通信用戶的隨機(jī)移動性 慢速步行時的通信；慢速步行時的通信； 高速車載時的不間斷通信。高速車載時的不間斷通信。無線信道的特性l無線傳播的特性無線傳播的特性l無線信道的特性無線信道的特性l大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗l小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng) l無線信道抗衰落技術(shù)無線信道抗衰落技術(shù)l移動通信系統(tǒng)中信號傳播的效應(yīng)移動通信系統(tǒng)中信號傳播的效應(yīng) 無線信道的特性l時延擴(kuò)展時延擴(kuò)展l頻域擴(kuò)展頻域擴(kuò)展無線信道的特性l時延擴(kuò)展時延擴(kuò)展信道的時間彌散性信道的時間彌散性Time dispersion） 無線信道中電波的傳播不是單一路徑，而是許多路徑來的眾多反射波的合成。由于電波通過各個

4、路徑的距離不同，因而各個路徑來的反射波到達(dá)時間不同，也就是各信號的時延不同。當(dāng)發(fā)送端發(fā)送一個極窄的脈沖信號時，移動臺接收的信號由許多不同時延的脈沖組成，我們稱為時延擴(kuò)展。無線信道的特性l頻域擴(kuò)展頻域擴(kuò)展信道的頻率彌散性信道的頻率彌散性Frequency dispersion） 大尺度路徑損耗l無線傳播的特性無線傳播的特性l無線信道的特性無線信道的特性l大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗l小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng) l無線信道抗衰落技術(shù)無線信道抗衰落技術(shù)l移動通信系統(tǒng)中信號傳播的效應(yīng)移動通信系統(tǒng)中信號傳播的效應(yīng) 大尺度路徑損耗五種基本傳播機(jī)制五種基本傳播機(jī)制直射波自由空間傳播）直射波自由

5、空間傳播）反射波反射波繞射波繞射波散射波散射波透射波透射波大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗DiffractionRefractionPenetrationSUBTSScattering大尺度路徑損耗l1、直射波：它指在視距覆蓋區(qū)內(nèi)無遮擋的傳播，直射波傳播的信、直射波：它指在視距覆蓋區(qū)內(nèi)無遮擋的傳播，直射波傳播的信號最強(qiáng)。號最強(qiáng)。 l2、多徑反射波：指從不同建筑物或其他物體反射后到達(dá)接收點的、多徑反射波：指從不同建筑物或其他物體反射后到達(dá)接收點的傳播信號，其信號強(qiáng)度次之。傳播信號，其信號強(qiáng)度次之。 l3、繞射波：從較大的山丘或建筑物繞射后到達(dá)接收點的傳播信號，、繞射波：從

6、較大的山丘或建筑物繞射后到達(dá)接收點的傳播信號，其強(qiáng)度與反射波相當(dāng)。其強(qiáng)度與反射波相當(dāng)。 l4、散射波：由空氣中離子受激后二次發(fā)射所引起的漫反射后到達(dá)、散射波：由空氣中離子受激后二次發(fā)射所引起的漫反射后到達(dá)接收點的傳播信號，其信號強(qiáng)度最弱。接收點的傳播信號，其信號強(qiáng)度最弱。l5、透射波：當(dāng)射線到達(dá)兩種不同介質(zhì)界面時，有一部分能量透射、透射波：當(dāng)射線到達(dá)兩種不同介質(zhì)界面時，有一部分能量透射到第二種介質(zhì)中。到第二種介質(zhì)中。 透射會使場強(qiáng)產(chǎn)生急劇衰減。透射會使場強(qiáng)產(chǎn)生急劇衰減。大尺度路徑損耗路徑傳播損耗路徑傳播損耗又稱衰耗，它是指電波在空間傳播所產(chǎn)生的損耗，它反映了傳播又稱衰耗，它是指電波在空間傳播所

7、產(chǎn)生的損耗，它反映了傳播在宏觀大范圍即公里量級的空間距離上的接收信號電平在宏觀大范圍即公里量級的空間距離上的接收信號電平平均值的變化趨勢。平均值的變化趨勢。 小尺度衰落和多徑效應(yīng)l無線傳播的特性無線傳播的特性l無線信道的特性無線信道的特性l大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗l小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng) l無線信道抗衰落技術(shù)無線信道抗衰落技術(shù)l移動通信系統(tǒng)中信號傳播的效應(yīng)移動通信系統(tǒng)中信號傳播的效應(yīng) 小尺度衰落和多徑效應(yīng) l小尺度衰落：簡稱衰落，是指無線信號在經(jīng)過短時間或短距傳小尺度衰落：簡稱衰落，是指無線信號在經(jīng)過短時間或短距傳播后其幅度快速衰落播后其幅度快速衰落 小尺度衰落和多徑效應(yīng)

8、什么是多徑什么是多徑在在CDMA系統(tǒng)中當(dāng)兩信號的多徑時延相差大于一個擴(kuò)頻碼片寬度時，系統(tǒng)中當(dāng)兩信號的多徑時延相差大于一個擴(kuò)頻碼片寬度時，這兩個信號是不相關(guān)的，或者說是可分離的。我們習(xí)慣上將某一這兩個信號是不相關(guān)的，或者說是可分離的。我們習(xí)慣上將某一可分離的信號叫做信號的徑?？煞蛛x的信號叫做信號的徑。 小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度多徑傳播表現(xiàn)為：小尺度多徑傳播表現(xiàn)為：經(jīng)過短距或短時傳播后信號強(qiáng)度的急速變化。經(jīng)過短距或短時傳播后信號強(qiáng)度的急速變化。在不同多徑信號上，存在著時變的多普勒頻移引起的隨機(jī)頻率調(diào)在不同多徑信號上，存在著時變的多普勒頻移引起的隨機(jī)頻率調(diào)制。制。多樣傳播時延引起的擴(kuò)展多樣傳播時延

9、引起的擴(kuò)展(回音回音)。 l在高樓林立的市區(qū)，由于移動天線的高度比周圍建筑物矮很多，因而不存在從移動臺到基站的視距傳播，這就導(dǎo)致了衰落的產(chǎn)生。即使有這樣一條視距傳播路徑存在，由于地面與周圍建筑物的反射，多徑傳授仍會發(fā)生。入射電波以不同的傳授方向到達(dá)，具有不同的傳播時延?？臻g任一點的移動臺所收到的信號都由許多平面波組成，它們具有隨機(jī)分布的幅度、相位和入射角度。這些多徑成分被接收機(jī)天線按向量合并，從而使接收信號產(chǎn)生衰落失真。即使移動接收機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，接收信號也會由于無線信道所處環(huán)境中的物體的運(yùn)動而產(chǎn)生衰落。l 如果無線信道中的物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，并且運(yùn)動只由移動臺產(chǎn)生，則衰落只與空間路徑有關(guān)。此時

10、，當(dāng)移動臺穿過多徑區(qū)域時，它將信號中的空間變化看作瞬時變化。在空間不同點的多徑波的影響下，高速運(yùn)動的接收機(jī)可以在很短時間內(nèi)經(jīng)過若干次衰落。更為嚴(yán)重的情況是，接收機(jī)可能停留在某個特定的衰落很大的位置上。在這種情況下，盡管可能由行人或車輛改變了場模型，從而打破接收信號長時間維持失效的情況，但要維持良好的通信狀態(tài)仍非常困難。天線空間分集可以防止極度衰落以至于無效的情況。l 由于移動臺與基站的相對運(yùn)動，每個多徑波都經(jīng)歷了明顯的頻移過程。移動引起的接收機(jī)信號頻移被稱為多普勒頻移。它與移動臺的運(yùn)動速度、運(yùn)動方向，以及接收機(jī)多徑波的入射角有關(guān)。小尺度衰落和多徑效應(yīng)影響小尺度衰落的因素：影響小尺度衰落的因素：

11、多徑傳播多徑傳播 移動臺的運(yùn)動速度移動臺的運(yùn)動速度 環(huán)境物體的運(yùn)動速度環(huán)境物體的運(yùn)動速度 信號的傳輸帶寬信號的傳輸帶寬 l無線信道中許多物理因素影響小尺度衰落，包括：l多徑傳播信道中反射及反射物的存在，構(gòu)成了一個不斷消耗信號能量的環(huán)境，導(dǎo)致信號幅度、相位及時間的變化。這些因素使發(fā)射波到達(dá)接收機(jī)時形成在時間、空間上相互區(qū)別的多個無線電波。不同多徑成分具有的隨機(jī)相位和幅度引起信號強(qiáng)度波動，導(dǎo)致小尺度衰落、信號失真等現(xiàn)象。多徑傳播常常延長信號基帶部分到達(dá)接收機(jī)所用的時間由于碼間干擾引起信號模糊。l移動臺的運(yùn)動速度基站與移動臺間的相對運(yùn)動會引起隨機(jī)頻率調(diào)制，這是由于多徑分量存在的多普勒頻移現(xiàn)象。決定多

12、普勒頻移是正頻移或負(fù)頻移取決于移動接收機(jī)是朝向還是背向基站運(yùn)動。l環(huán)境物體的運(yùn)動速度如果無線悟道中的物體處于運(yùn)動狀態(tài)，就會引起時變的多普勒頻移。若環(huán)境物體以大于移動臺的速度運(yùn)動，那么這種運(yùn)動將對小尺度衰落起決定作用。否則，可僅考慮移動臺運(yùn)動速度的影響，而忽略環(huán)境物體運(yùn)動速度的影響。l信號的傳輸帶寬如果信號的傳輸帶寬比多徑信道帶寬大得多，接收信號會失真，但本地接收機(jī)信號強(qiáng)度不會衰落很多(即小尺度衰落不占主導(dǎo)地位)。以后臺看到信道帶寬可用相干帶寬量化。這里，相關(guān)帶寬是一個最大頻率差的量度，與信道的特定多徑結(jié)構(gòu)有關(guān)。在此范圍內(nèi)，不同信號的幅度保持很強(qiáng)的相關(guān)性。若傳輸信號帶寬比信道帶寬窄，信號幅度就會

13、迅速改變，但信號不會出現(xiàn)時間失真。所以，小尺度信號的強(qiáng)度和短距傳輸后信號模糊的可能性與多徑信道的特定幅度、時延及傳輸信號的帶寬有關(guān)。小尺度衰落和多徑效應(yīng)l多普勒頻移多普勒頻移1cos2dvft而且，由于移動通信中移動臺的移動性，如前所說那樣，無線信道中還會有多普勒效應(yīng)。在移動通信中，當(dāng)移動臺移向基站時，頻率變高，遠(yuǎn)離基站時，頻率變低。我們在移動通信中要充分考慮“多普勒效應(yīng)”。雖然，由于日常生活中，我們移動速度的局限，不可能會帶來十分大的頻率偏移，但是這不可否認(rèn)地會給移動通信帶來影響，為了避免這種影響造成我們通信中的問題，我們不得不在技術(shù)上加以各種考慮。也加大了移動通信的復(fù)雜性。 多普勒頻移與移

14、動臺運(yùn)動速度及移動臺運(yùn)動方向，與無線電波入射方向之間的夾角有關(guān)。若移動臺朗向入射波方向運(yùn)動，則多普勒頻移為正(即接收頻率上升)；若移動臺背向入射波方向運(yùn)動，則多普勒頻移為負(fù)(即接收頻率下降)。信號經(jīng)不同方向傳播，其多徑分量造成接收機(jī)信號的多普勒擴(kuò)散，因而增加了信號帶寬 小尺度衰落和多徑效應(yīng)移動無線信道統(tǒng)計分析移動無線信道統(tǒng)計分析瑞利分布瑞利分布 萊斯分布萊斯分布對數(shù)正態(tài)分布對數(shù)正態(tài)分布小尺度衰落和多徑效應(yīng)瑞利分布瑞利分布 瑞利分布一般用來描述平衰落信號的接收包絡(luò)或者多個多徑分量瑞利分布一般用來描述平衰落信號的接收包絡(luò)或者多個多徑分量包絡(luò)的統(tǒng)計時變特性。包絡(luò)的統(tǒng)計時變特性。 小尺度衰落和多徑效應(yīng)

15、萊斯衰落萊斯衰落當(dāng)移動臺與基站間存在直射波信號時，即有一條主路徑，通過主路徑傳當(dāng)移動臺與基站間存在直射波信號時，即有一條主路徑，通過主路徑傳輸過來被接收的信號為一個穩(wěn)定幅度輸過來被接收的信號為一個穩(wěn)定幅度Ak和相位和相位k，或者在媒質(zhì)中，或者在媒質(zhì)中，除了隨機(jī)運(yùn)動散射分量外，還存在固定散射或信號反射分量，但其余除了隨機(jī)運(yùn)動散射分量外，還存在固定散射或信號反射分量，但其余多徑傳輸過來的信號仍如上面多徑傳輸過來的信號仍如上面“瑞利衰落概率模型所述。這種情況瑞利衰落概率模型所述。這種情況下，其包絡(luò)的值下，其包絡(luò)的值A(chǔ)的概率分布不再具有零均值，包絡(luò)具有萊斯分布的概率分布不再具有零均值，包絡(luò)具有萊斯分布

16、 。小尺度衰落和多徑效應(yīng)對數(shù)正態(tài)分布對數(shù)正態(tài)分布由于建筑物或自然界特征的阻塞效應(yīng)引起的衰落，在時域上表現(xiàn)為由于建筑物或自然界特征的阻塞效應(yīng)引起的衰落，在時域上表現(xiàn)為慢速擾動，即稱長期衰落慢速擾動，即稱長期衰落long-term fading）。近似服從對數(shù)）。近似服從對數(shù)正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)為正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)為 小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落產(chǎn)生的損耗小尺度衰落產(chǎn)生的損耗慢衰落陰影衰落損耗慢衰落陰影衰落損耗 快衰落多徑衰落損耗快衰落多徑衰落損耗 同時由于各個路徑來的反射波到達(dá)時間不同，相位也就不同。不同相位的多個信號在接收端迭加，有時迭加而加強(qiáng)方向相同），有時迭加而減弱方向相反）。

17、這樣，接收信號的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生了快衰落。這種衰落是由多種路徑引起的，所以稱為多徑衰落，也叫快衰落。 此外，接收信號除瞬時值出現(xiàn)快衰落之外，場強(qiáng)中值平均值也會出現(xiàn)緩慢變化。主要是由地區(qū)位置的改變以及氣象條件變化造成的，以致電波的折射傳播隨時間變化而變化，多徑傳播到達(dá)固定接收點的信號的時延隨之變化。這種由陰影效應(yīng)和氣象原因引起的信號變化，稱為慢衰落。小尺度衰落和多徑效應(yīng)慢衰落陰影衰落損耗慢衰落陰影衰落損耗 它是由于在電波傳輸路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰它是由于在電波傳輸路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)而產(chǎn)生的損耗。它反映了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長量級接收電影效應(yīng)而產(chǎn)生的

18、損耗。它反映了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長量級接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，其變化率較慢故又稱為慢衰落，由平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，其變化率較慢故又稱為慢衰落，由于慢衰落表示接收信號的長期變化，所以又稱長期衰落于慢衰落表示接收信號的長期變化，所以又稱長期衰落long-term-fading）。）。 慢衰落符合對數(shù)正態(tài)分布慢衰落符合對數(shù)正態(tài)分布 陰影衰落陰影衰落對數(shù)正態(tài)陰影衰落對數(shù)正態(tài)陰影衰落由于受到地形地物等陰由于受到地形地物等陰影的影響，在信號到達(dá)影的影響，在信號到達(dá)處，經(jīng)歷了多次反射或處，經(jīng)歷了多次反射或繞射的包含隨機(jī)量的多繞射的包含隨機(jī)量的多個信號的疊加信號，體個信號的疊加信號，體現(xiàn)的分布是正態(tài)

19、分布現(xiàn)的分布是正態(tài)分布典型的陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差典型的陰影衰落標(biāo)準(zhǔn)差是是8dB小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng)快衰落多徑衰落損耗快衰落多徑衰落損耗 它主要由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，由于移動體周圍有許多散射、它主要由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，由于移動體周圍有許多散射、反射和折射體，引起信號的多徑傳輸，使到達(dá)的信號之間相互疊反射和折射體，引起信號的多徑傳輸，使到達(dá)的信號之間相互疊加，其合成信號幅度和相位隨移動臺的運(yùn)動表現(xiàn)為快速的起伏變加，其合成信號幅度和相位隨移動臺的運(yùn)動表現(xiàn)為快速的起伏變化，它反映微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長量級接收電平的均值變化而產(chǎn)化，它反映微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長量級接收電平的均值變化而

20、產(chǎn)生的損耗，其變化率比慢衰落快，故稱它為快衰落，由于快衰落生的損耗，其變化率比慢衰落快，故稱它為快衰落，由于快衰落表示接收信號的短期變化，所以又稱短期衰落表示接收信號的短期變化，所以又稱短期衰落(short-term -fading）。）。多徑衰落多徑衰落多徑衰落多徑衰落當(dāng)接收機(jī)在可引起反射、繞射的復(fù)雜環(huán)境下移動當(dāng)接收機(jī)在可引起反射、繞射的復(fù)雜環(huán)境下移動時，時，在不到一個波長范圍內(nèi)會出現(xiàn)幾十分貝的電平變在不到一個波長范圍內(nèi)會出現(xiàn)幾十分貝的電平變化和激烈的相位擺動化和激烈的相位擺動 小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng)快衰落快衰落空間選擇性衰落空間選擇性衰落頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落時間選

21、擇性衰落時間選擇性衰落所謂選擇性是指在不同的空間，不同的頻率和不同的時間其衰落特性是不一樣的小尺度衰落和多徑效應(yīng)空間選擇性衰落空間選擇性衰落 不同的地點，不同的傳輸路徑衰落特性不一樣。多徑信號到達(dá)天線不同的地點，不同的傳輸路徑衰落特性不一樣。多徑信號到達(dá)天線陣列的到達(dá)角度的展寬稱為角度擴(kuò)展。角度擴(kuò)展給出信號的主要陣列的到達(dá)角度的展寬稱為角度擴(kuò)展。角度擴(kuò)展給出信號的主要能量的角度范圍，產(chǎn)生空間選擇性衰落。能量的角度范圍，產(chǎn)生空間選擇性衰落。 小尺度衰落和多徑效應(yīng)頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落 如果在時變多徑信道上發(fā)射端發(fā)射的是一個時間寬度極窄的脈沖信如果在時變多徑信道上發(fā)射端發(fā)射的是一個時間寬度極

22、窄的脈沖信號理想情況下為一個沖激），經(jīng)過多徑信道后，由于各信道時號理想情況下為一個沖激），經(jīng)過多徑信道后，由于各信道時延的不同，接收端接收到的信號表現(xiàn)為一串脈沖，即接收信號的延的不同，接收端接收到的信號表現(xiàn)為一串脈沖，即接收信號的波形比原脈沖展寬了。這種由于信道時延引起的信號波形的展寬波形比原脈沖展寬了。這種由于信道時延引起的信號波形的展寬稱為時延擴(kuò)展。時延擴(kuò)展產(chǎn)生頻率選擇性衰落。稱為時延擴(kuò)展。時延擴(kuò)展產(chǎn)生頻率選擇性衰落。小尺度衰落和多徑效應(yīng)時間選擇性衰落時間選擇性衰落 用戶的快速移動在頻域上產(chǎn)生多普勒效應(yīng)而引起頻率擴(kuò)散。頻率用戶的快速移動在頻域上產(chǎn)生多普勒效應(yīng)而引起頻率擴(kuò)散。頻率擴(kuò)散引起時間

23、選擇性衰落。擴(kuò)散引起時間選擇性衰落?！緸槭裁凑fTD系統(tǒng)中移動終端的速度不超過120km/s】：運(yùn)動引起多普勒現(xiàn)象。目標(biāo)的運(yùn)動在時域上表現(xiàn)為一定范圍內(nèi)的時延擴(kuò)展，在頻域上表現(xiàn)為一定的多普勒頻偏?？紤]頻率擴(kuò)展，多普勒頻移fd與移動用戶的運(yùn)動速的成正比，即fdv/波長，由于一個子幀的上行估計結(jié)果要用于下一個子幀的下行，為了避免時間選擇性衰落，需要滿足相干時間1/fd時，取相干時間為5ms，則120km/h因此可以計算出來。小尺度衰落和多徑效應(yīng)鏈路余量鏈路余量在使用無線傳播模型之前，需要考慮對所允許的最大路徑損耗進(jìn)行余在使用無線傳播模型之前，需要考慮對所允許的最大路徑損耗進(jìn)行余量預(yù)留，以補(bǔ)償無線傳播模

24、型抽象過程中未考慮的一些情況。量預(yù)留，以補(bǔ)償無線傳播模型抽象過程中未考慮的一些情況?？偨Y(jié)總結(jié) 小尺度衰落快衰落多徑衰落）小尺度衰落快衰落多徑衰落）小尺度上信號包絡(luò)的變化是描述多徑衰小尺度上信號包絡(luò)的變化是描述多徑衰落的，通常服從瑞利概率密度函數(shù)，因而也稱落的，通常服從瑞利概率密度函數(shù)，因而也稱為瑞利衰落。為瑞利衰落。 大尺度衰落大尺度衰落大尺度的傳播機(jī)制描大尺度的傳播機(jī)制描述的是區(qū)域均值，具有冪述的是區(qū)域均值，具有冪定律傳播特征，即中值信定律傳播特征，即中值信號功率與距離長度增加的號功率與距離長度增加的某次冪成反比變化某次冪成反比變化 小尺度衰落慢衰落陰影衰落）小尺度衰落慢衰落陰影衰落）小尺度

25、的傳播機(jī)制描述的是陰影衰小尺度的傳播機(jī)制描述的是陰影衰落，當(dāng)以分貝表示時，這種變化趨向于落，當(dāng)以分貝表示時，這種變化趨向于正態(tài)高斯分布，通常稱為對數(shù)正態(tài)正態(tài)高斯分布，通常稱為對數(shù)正態(tài)衰落衰落總結(jié)總結(jié)總結(jié)總結(jié)l綜上所述，無線信道包括了電波的多徑傳播，時延擴(kuò)展，衰落特性以及多普勒效應(yīng)，在移動通信中，我們要充分考慮這些特性以及解決的方案。無線信道抗衰落技術(shù)l無線傳播的特性無線傳播的特性l無線信道的特性無線信道的特性l大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗l小尺度衰落和多徑效應(yīng)小尺度衰落和多徑效應(yīng) l無線信道抗衰落技術(shù)無線信道抗衰落技術(shù)l移動通信系統(tǒng)中信號傳播的效應(yīng)移動通信系統(tǒng)中信號傳播的效應(yīng) 無線信道抗衰落技

26、術(shù)1、擴(kuò)頻、擴(kuò)頻2、Rake3、交錯、交錯4、平衡、平衡5、分集、分集6、信道編碼、信道編碼無線信道抗衰落技術(shù)1、擴(kuò)頻、擴(kuò)頻香農(nóng)公式：香農(nóng)公式：CB （1S/N），），C為信道容量，為信道容量，B為信號帶寬，為信號帶寬，S/N為信噪比。為信噪比。擴(kuò)頻序列利用了此公式的結(jié)論，當(dāng)信道容量擴(kuò)頻序列利用了此公式的結(jié)論，當(dāng)信道容量C不變不變時，提高信號帶寬時，提高信號帶寬B可以換取較低的可以換取較低的S/N.（抗干（抗干擾）。根據(jù)擾）。根據(jù)B與與S/N的關(guān)系可以確定最大的信道的關(guān)系可以確定最大的信道容量。容量。從另一個方面理解，擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)展了信道帶寬，從另一個方面理解，擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)展了信道帶寬，克服窄帶信

27、號的頻率選擇性衰落特性?？朔瓗盘柕念l率選擇性衰落特性。無線信道抗衰落技術(shù)擴(kuò)頻擴(kuò)頻無線信道抗衰落技術(shù)2、RakeCDMA擴(kuò)頻碼在選擇時就要求它有很好的擴(kuò)頻碼在選擇時就要求它有很好的自相關(guān)特性。這樣，在無線信道中出現(xiàn)的自相關(guān)特性。這樣，在無線信道中出現(xiàn)的時延擴(kuò)展，就可以被看作只是被傳信號的時延擴(kuò)展，就可以被看作只是被傳信號的再次傳送。如果這些多徑信號相互間的延再次傳送。如果這些多徑信號相互間的延時超過了一個碼片的長度時超過了一個碼片的長度WCDMA一個一個碼片持續(xù)時間碼片持續(xù)時間0.26us多徑分量之間的長多徑分量之間的長度 差 光 速度 差 光 速 碼 片 速 率 碼 片 速 率 3.010

28、8m/s3840000chip/s78m），），這在無線環(huán)境里面是很容易實現(xiàn)的市區(qū)這在無線環(huán)境里面是很容易實現(xiàn)的市區(qū)的典型值是的典型值是1到到2us），那么它們將被），那么它們將被CDMA接收機(jī)看作是互不相關(guān)的多徑分量。接收機(jī)看作是互不相關(guān)的多徑分量。Rake接收機(jī)的核心：多徑，延時，克服頻接收機(jī)的核心：多徑，延時，克服頻率選擇性衰落。率選擇性衰落。無線信道抗衰落技術(shù)無線信道抗衰落技術(shù)3、信道編碼、信道編碼目的：信道編碼是為了保證信息傳輸?shù)目煽啃?、提高傳輸質(zhì)目的：信道編碼是為了保證信息傳輸?shù)目煽啃?、提高傳輸質(zhì)量而設(shè)計的一種編碼。它是在信息碼中增加一定數(shù)量的多量而設(shè)計的一種編碼。它是在信息碼中增

29、加一定數(shù)量的多余碼元，使碼字具有一定的抗干擾能力。余碼元，使碼字具有一定的抗干擾能力。本質(zhì)：信道編碼實際上是以降低信息的傳輸效率為代價來增本質(zhì)：信道編碼實際上是以降低信息的傳輸效率為代價來增加碼字的抗干擾能力。加碼字的抗干擾能力。床前明月光春眠不覺曉白發(fā)三千丈紅豆生南國床床前前明明月月光光春春眠眠不不覺覺曉曉白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈紅紅豆豆生生南南國國床？前前明明月月光光春春眠眠？不覺覺曉曉白白發(fā)發(fā)三三？千丈？紅紅豆豆生生南？國國無線信道抗衰落技術(shù)l傳播路徑可分為直射傳播和非直射傳播。一般情況下，在基站和移動臺之間不存在直射信號，此時接收到的信號是發(fā)射信號經(jīng)過若干次反射、繞射或散射后的疊加。而在某

30、些空曠地區(qū)或基站天線較高時可能存在直線傳播路徑。l由于高大建筑物或遠(yuǎn)處高山等阻擋物的存在，常常會導(dǎo)致發(fā)射信號經(jīng)過不同的傳播路徑到達(dá)接收端。這即是所謂的多徑傳播效應(yīng)Multipath Propagation）。各徑信號經(jīng)過不同的路徑到達(dá)接收端時，具有不同的時延和入射角，這將導(dǎo)致接收信號的時延擴(kuò)展delay spread和角度擴(kuò)展angle spread）。l另外，移動用戶在傳播路徑方向上的運(yùn)動將使接收信號產(chǎn)生多普勒Doppler擴(kuò)展效應(yīng)，其結(jié)果是導(dǎo)致接收信號在頻域的擴(kuò)展，同時改變了信號電平的變化率。l歸納起來，在傳播上會產(chǎn)生三類不同的損耗l路徑傳播損耗：又稱為衰耗，它是指電磁波在宏觀大范圍即公里

31、級空間傳播所產(chǎn)生的損耗，它反映了傳播在空間距離的接收信號電平的變化趨勢。l大尺度衰落損耗：它是由于在電波傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)而產(chǎn)生的損耗。它反映了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長量級接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般遵從對數(shù)正態(tài)分布，其變化率較慢又稱為大尺度衰落。l小尺度衰落損耗：它主要是由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，它反映微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長量級接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗，一般遵從Rayleigh瑞利或Rician萊斯分布，其變化率比慢衰耗快，所以稱為小尺度衰落，它又可以劃分為：空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落、時間選擇性衰落。選擇性是指在不同的空間、頻率、時間，其衰落特性是

32、不一樣的。無線信道抗衰落技術(shù)4、交錯、交錯交織可以在不附加任務(wù)開銷的情況下，使系統(tǒng)獲得時間分集。交織可以在不附加任務(wù)開銷的情況下，使系統(tǒng)獲得時間分集。對抗時間選擇性衰落。重要特點是將突發(fā)性誤碼連續(xù)錯誤對抗時間選擇性衰落。重要特點是將突發(fā)性誤碼連續(xù)錯誤變成了隨機(jī)性的獨(dú)立差錯。它的缺點是有造成系統(tǒng)延時，變成了隨機(jī)性的獨(dú)立差錯。它的缺點是有造成系統(tǒng)延時，交織的區(qū)間越大，其抗誤碼性能越好，但帶來的延時也越交織的區(qū)間越大，其抗誤碼性能越好，但帶來的延時也越大，需要平衡兩者之間的關(guān)系。大，需要平衡兩者之間的關(guān)系。床春白紅？前眠發(fā)豆明不三生明不三生月覺千南月覺千南光曉丈國光曉丈國床前明月光春眠不覺曉白發(fā)三千

33、丈紅豆生南國床床前前明明月月光光春春眠眠不不覺覺曉曉白白發(fā)發(fā)三三千千丈丈紅紅豆豆生生南南國國床春白紅床春白紅前眠發(fā)豆前眠發(fā)豆明不三生明不三生月覺千南月覺千南光曉丈國光曉丈國床？前明明月月光光春？眠不不覺覺曉曉白？發(fā)三三千千丈丈紅？豆生生南南國國編碼交錯去交織解碼突發(fā)錯誤無線信道抗衰落技術(shù)無線信道抗衰落技術(shù)5、平衡、平衡補(bǔ)償時分信道中由于多徑效應(yīng)而產(chǎn)生的碼間干擾補(bǔ)償時分信道中由于多徑效應(yīng)而產(chǎn)生的碼間干擾ISI）。主）。主要指對信道中幅度和延遲進(jìn)行補(bǔ)償。均衡器的效果是補(bǔ)償要指對信道中幅度和延遲進(jìn)行補(bǔ)償。均衡器的效果是補(bǔ)償信道的頻率選擇性，使衰落趨于平坦、相位趨于線性。均信道的頻率選擇性，使衰落趨于平坦、相位趨于線性。均衡器不能抵銷平衰落。衡器不能抵銷平衰落。 無線信道抗衰落技術(shù)6、分集、分集分集接收技術(shù)基本思想就是，快衰落信道中接收的信號分集接收技術(shù)基本思想就是，快衰落信道中接收的信號是到達(dá)接收機(jī)的各徑分量的合成，如果在接收端同時是到達(dá)接收機(jī)的各徑分量的合成，如果在接收端同時獲得幾個不同路徑的信號，將