移动通信第3课

Saleh & Valenzuela 测试 1
1987 年，Saleh & Valenzuela 测量同 楼层室内环境多径信道：
对于固定接收机，室内信道随时间的变化甚 为缓慢； 时延分布的 RMS：均值为 25ns，max 50ns； 在没有 LOS 时，衰落变化范围达 60dB 且服 从对数距离衰减公式，衰减指数 3 > n > 4。
COX 用序列相关法于 1972、1975 和 1977 年，分别在美国纽约市区和新泽西州的郊区测 试。 测试频率 910MHz，PSK 调制。 9 级移位寄存器产生的 PN 码，10Mbps 码 率，接收端用 Rake 接收机。 测试结论：
一种良好的广义平稳非相干散射（WSSUS）信道模 型是复高斯过程； 合成路径损耗分布在半径 1km 内符合对数正态分 布； 延迟展宽与路径损耗相关性很好； 通信性能对延迟扩展非常敏感； 固定延时条件下合成信号的幅度分布符合瑞利分布。
若 Bs > Bc：“频率选择性衰落（FSF）”
若 Ts < Tm，发生符号间干扰（ISI）； 对于窄带系统（Bs ≈ 1/Tm），FSF ⇒ ISI； 在宽带系统中（Bs >> 1/Tm），不再发生 ISI。
信号传输速率受多径时延的限制。
多普勒扩展与相关时间 1
多普勒扩展与相关时间 2 多普勒扩展与相关时间的关系 如下图所示：
测量或计算信道的冲击响应（响应频率为 fc 窄脉冲）。 信道
t
τ
τ
信号表示
发送的信号：
fc 为载波频率，sl (t ) 是等效基带信号。
接收信号---经过多条传播路径
αn(t ) 是第 n 径接收信号的衰落因子， τn(t ) 是第 n 条路径的传播时延，fD 为多普 勒频移，φn 为第 n 径沿途反射产生的附加相
1972 年，TURIN 用单脉冲法在美国加 州旧金山测试。 测试频率为：488MHz、1280MHz、 2920MHz。 测试结论：
到达路径数目的分布符合泊松分布，且λ越 大越符合； 合成路径损耗分布（在半径 1km 内）符合对 数正态分布； 延迟扩展与路径损耗的相关性约 -0.4。
D.C.COX 测试
不同环境下的信道特征参数
环境 乡村平坦衰落 （宏小区） 市内（宏小区） 丘陵（宏小区） 商场（微小区） 室内 （微微小区） 时延扩展 角度扩展 多普勒扩展 （us） （Hz） （°） 0.5 1 190 5 20 0.3 0.1 20 30 120 360 120 190 10 5
内容
小尺度衰落
移动信道测量方法 几种测试结果
G.L.Turin 测试 D.C.COX 测试 Saleh & Valenzuela 测试
移动信道仿真实验方法
瑞利衰落仿真方法 多径信道仿真方法 仿真实验步骤 仿真结果举例 JAKES 模型
移动通信面临的问题
时延扩展（多径时延扩展）→ 频率选择性衰落
相关带宽的意义：
从频域来看，多径现象将导致频率选择性衰落，即信道对不 同频率成分有不同的响应； 在相关带宽内信号传输失真小，若信号带宽超过相关带宽将 产生较大失真和符号间串扰； 信号传输速率受多径时延的限制。
内容
小尺度衰落
多径效应 多普勒频移 信号带宽的影响
移动信道模型
多径信道模型 移动信道参数 统计信道模型 频率选择性信道模型 室内信道模型 GSM 信道模型 WCDMA 信道模型 空时信道模型
移动环境下的信道分析
移动通信面临的问题
时延扩展与相关带宽 频率扩展与相干时间 角度扩展与相关距离
移动信道的测量
移动通信---第三课
移动通信信道模型
内容
小尺度衰落
多径效应 多普勒频移 信号带宽的影响
移动信道模型
多径信道模型 移动信道参数 统计信道模型 频率选择性信道模型 室内信道模型 GSM 信道模型 WCDMA 信道模型 空时信道模型
移动环境下的信道分析
移动通信面临的问题
时延扩展与相关带宽 频率扩展与相干时间 角度扩展与相关距离
时延扩展统计分析
时延方差 (σ)
σ 的典型值： 室内：10-100 ns 室外：0.1-10 µs
时延均值 功率(dB)→ 噪声门限
时延→
多径信号的相位统计特性 相位变化：反射附加相移＋时 延附加相移＋多普勒频移
多普勒效应
多普勒频移
多普勒展宽
多径传播下，多径的多普勒频移形成 信号频率的扩展。 当多径电波与移动台的运动方向夹角 在 [0~2π] 内服从均匀分布时，多 普勒扩展的功率谱为：
0.187 DC = ∆ cos θ
式中：θ为到达角（AOA）。 注意：Dc 除了与角度扩展Δ有关之外，还与到 达角θ有关：
当θ一定时，Δ越大，不同天线接收到的信号之间的 相关性就越小，信号的空间选择性就越严重；Δ越 小，天线间的相关性就越大。 当Δ一定时，θ越大，天线间的相关性就越大；θ越 小，天线间的相关性就越小。
单脉冲法：发端每秒发射窄脉冲信号（脉宽 100ns），收端用高稳定度的铷原子钟，收发时钟差 <10ns，用示波器观测波形。 序列相关法：发射窄脉冲信号序列信号，收端用相关 接收来获得多径波形。 扫频法：发射信号为扫频信号，测试信道的频率选择 性衰落特性，再转换到时域得到时延扩展特性 。
G.L.Turin 测试
移动信道测量方法 几种测试结果
G.L.Turin 测试 D.C.COX 测试 Saleh & Valenzuela 测试
移动信道仿真实验方法
瑞利衰落仿真方法 多径信道仿真方法 仿真实验步骤 仿真结果举例 JAKES 模型
多径信道模型
基本思想：假设相对于信号传输速率信道 是慢时变系统，因而可以把信道在一段时 间内的一个“快照——Snapshot”看成是 一个线性时不变滤波器。 将多径干扰效应用一个滤波器来表示。
时延扩展与相关带宽 3 多径扩展和相关带宽的关系如 下图所示：
相关带宽的意义
从频域来看，多径现象将导致频率选择性衰 落，即信道对不同频率成分有不同的响应。即 在相关带宽内信号传输失真小；若信号带宽超 过相关带宽，将产生较大失真和符号间串扰。 若 Bs << Bc：“平坦衰落”
仅发生幅度和相位失真。
移。
时变冲击响应函数
等效低通信号：
等效低通信道的时变冲激响应为：
信道的时变冲激响应与幅度因子、相移和 时延有关。
移动信道参数
最大时延 路径数目的概率分布 多径延迟时间的分布 多径信号的强度分布 延迟扩展与路径损耗的相关性 路径损耗的累积分布 多普勒频移与扩展
统计衰落模型
是发生在特定位置（小尺度）的信号 衰落概率模型：
影响小尺度衰落的因素
多径传播：
从接收机“看”多径传播的每条路 径； 对环境十分敏感。
接收机运动→多普勒频移 信号传输带宽
与信道带宽相比
多径传播
多径效应 多径信号相位相反→合成信号 的幅度快速变化； 多径信号传播路径不同→时延 散布； 接收机或环境运动→多普勒频 移（多普勒调频）。
多径信号的幅度统计特性 多径延时信号的电平分布通常 用指数分布来描述：
内容
小尺度衰落
多径效应 多普勒频移 信号带 移动信道参数 统计信道模型 频率选择性信道模型 室内信道模型 GSM 信道模型 WCDMA 信道模型 空时信道模型
移动环境下的信道分析
移动通信面临的问题
时延扩展与相关带宽 频率扩展与相干时间 角度扩展与相关距离
移动信道的测量
移动信道的测量
移动信道测量方法 几种测试结果
G.L.Turin 测试 D.C.COX 测试 Saleh & Valenzuela 测试
移动信道仿真实验方法
瑞利衰落仿真方法 多径信道仿真方法 仿真实验步骤 仿真结果举例 JAKES 模型
小尺度传播模型
小尺度（衰落）模型描述信号在 λ 尺度内的变化：
多径效应（相位抵消）为主，路径 损耗（大尺度）可认为是常数； 与载波频率和信号带宽有关； 着眼于“衰落”建模：在短距离或数 个波长范围内信号快速变化。
G.L.Turin 测试 D.C.COX 测试 Saleh & Valenzuela 测试
移动信道仿真实验方法
瑞利衰落仿真方法 多径信道仿真方法 仿真实验步骤 仿真结果举例 JAKES 模型
移动信道模型的测量方法
数字移动通信的信道特性与传输信号带宽 相关。 平坦衰落信道，连续载波法测场强分布。 信道脉冲响应测试方法：
通常是冲击响应模型； 固定无线信道慢速时变； 移动信道快速时变。
最简单的模型是基于广义平稳非相干 散射（WSSUS）准则。
WSSUS
广义平稳（WSS）：
统计特性独立于时间和位置的小抖动，即固定节点的 统计参数固定。 实际上要求在信道的“相关时间”上满足平稳性。
非相干散射（US）：
相关时间的意义
一般情况下，Ts<<Tc，多普勒扩展可不 考虑：“慢衰落”。
采用慢速自适应技术。
当发送信号的持续时间 Ts>Tc，则会产 生时间选择性衰落：“快衰落”。
需采用快速自适应技术； 对典型系统而言，信号速率比信道变化要 快。
信道分类
根据相关带宽 Bc、相关时间 Tc、信号带宽 Bs、信号持续时间 Ts 的相对关系分类：
多径效应 多普勒频移 信号带宽的影响
移动信道模型
多径信道模型 移动信道参数 统计信道模型 频率选择性信道模型 室内信道模型 GSM 信道模型 WCDMA 信道模型 空时信道模型
移动环境下的信道分析
移动通信面临的问题
时延扩展与相关带宽 频率扩展与相干时间 角度扩展与相关距离
移动信道的测量
移动信道测量方法 几次测试结果
模型中假设多径分量具有相关性。