第03讲-无线信道(1)清华大学《无线通信》讲义

第03讲 无线信道(1)
无线通信工程
清华大学 微波与数字通信国家重点实验室
引 言
第03讲 无线信道(1)
无线通信工程
清华大学 微波与数字通信国家重点实验室
无线信道的分类
理想无线信道？非理想无线信道？ 理想无线信道？非理想无线信道？ 理想：无阻挡、无衰落、无时变、无干扰， 理想：无阻挡、无衰落、无时变、无干扰，自由空间 传播。 传播。 固定无线信道？移动无线信道？ 固定无线信道？移动无线信道？ 视距无线信道？非视距无线信道？ 视距无线信道？非视距无线信道？ 视距， 地面视距、卫星。 视距，如：地面视距、卫星。 非视距， 地面绕射、对流层散射、电离层折射。 非视距，如：地面绕射、对流层散射、电离层折射。 有干扰无线信道？无干扰无线信道？ 有干扰无线信道？无干扰无线信道？ 干扰， 系统内部的干扰、系统外部的非敌意干扰、 干扰，如：系统内部的干扰、系统外部的非敌意干扰、 敌意干扰。 敌意干扰。
发送信号为 发送信号为x(t)，接收信号为： ，接收信号为：
∞ ∞
n =1
N
r (t ) = ∫ h (τ, t )x (t τ)dτ = Z(t )x (t τ0 )
接收信号的频域： 接收信号的频域：
R (f ) = F[r (t )] = F[Z(t )] X(f )e j2 πfτ0
(f , t ) = Fτ [h (τ, t )] = ∫∞ h (τ, t )e j2 πfτdτ H
∞
这也是一个时变的传递函数，还可以对t再进行一次傅 这也是一个时变的传递函数，还可以对 再进行一次傅 里叶变换
H(f , ν ) = Ft [H(f , t )] = ∫ H(f , t )e j2 πνt dt
无线通信工程
信道影响的工程描述
误码门限公式
0 = N f × kT × f b × E b / N 0
由于信道的影响
E b / N 0 → αE b / ( N 0 + N I )
其中α 其中α表示多径衰落及内干扰引起的等 效信号能量的减少， 效信号能量的减少，N0＋NI表示热 噪声及外干扰引起的总的噪声能量。 噪声及外干扰引起的总的噪声能量。
时延扩展的典型值
多径时延扩展的典型值如下表所示
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全时域的相关函数（ 全时域的相关函数（续）
令：t = 0，Φh(τ,0) = Φh(τ)就是 ， τ τ 就是 信道的平均功率输出， 信道的平均功率输出，它是信 道时延扩展τ的函数， 道时延扩展τ的函数，称为多径 强度分布，或时延功率谱。 强度分布，或时延功率谱。
∫ τΦ (τ)dτ 平均时延扩展 τ = ∫ Φ (τ)dτ ∫ (τ τ0 )2 Φ h (τ)dτ 均方根时延扩展 σ = ∫ Φ h (τ)dτ
h 0 h
τ
1/ 2
≈ Tm
其中T 为多径时延扩展的标称值。 其中Tm为多径时延扩展的标称值。
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清华大学 微波与数字通信国家重点实验室
无线通信工程
姚彦教授 清华大学微波与数字通信国家重点实验室 2004年 2004年9－12月 12月
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第03讲：无线信道（1） 03讲 无线信道（
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引言 引言 信道传递特性 信道传递特性 信道统计特性 信道统计特性 自由空间传播 自由空间传播 地面视距传播 地面视距传播
接收信号的复包络
r (t ) = ∑ α n (t )e j2 πf c τn ( t ) x (t τ n (t ))
n =1
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N
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时变多径信道的传递特性（ 时变多径信道的传递特性（续）
信道的时域冲激响应
r (t ) = h (t ) x (t ) = ∫ h (τ, t )x (t τ)dτ
收 V
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多普勒频移的讨论（ 多普勒频移的讨论（续）
假定不同路径的传播时延都相等，为τ0，且不随时间变化，则信 假定不同路径的传播时延都相等， 且不随时间变化， 道的时变冲激效应为： 道的时变冲激效应为：
h (τ, t ) ≈ Z(t )δ(τ τ0 ), 其中：Z (t ) = ∑ α n (t )e jθn ( t )
∞ ∞
其中ν为多普勒频移的变量。 其中ν为多普勒频移的变量。
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时变多径信道的传递特性（ 时变多径信道的传递特性（续）
时变多径信道传递特性的数学描述实际上是一 个二维傅里叶变换的问题。 个二维傅里叶变换的问题。可以有四种表达方 式： 全时域：时变的时延扩展函数， τ －全时域：时变的时延扩展函数，h(τ,t) 频时域：时变的频率传递函数， －频时域：时变的频率传递函数，H(f,t) 时频域：时延扩展/多普勒扩展函数 多普勒扩展函数， τ －时频域：时延扩展 多普勒扩展函数，H(τ, ν) 全频域：频率传递/多普勒扩展函数 多普勒扩展函数， －全频域：频率传递 多普勒扩展函数，H(f, ν)
[
]
其中： h (τ, t ) = 其中： Φ
∞
∞
∫ Φ (τ, τ + τ, t )dτ
h
以上用了两点假定： 以上用了两点假定： 信道的冲激响应h(τ 是广义平稳的随机过程 是广义平稳的随机过程； －信道的冲激响应 τ,t)是广义平稳的随机过程； 是不相关的。 －对任意 t 及τ1 ≠ τ2， h(τ1,t)和h(τ2,t)是不相关的。 τ 和 τ 是不相关的
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无线信道的物理过程
散射体 散射 天线 绕射 直射 障碍物 反射 无线发 热噪声 无线收 干扰
天线
移动
地面
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四种传播机制
直射：自由空间传播 直射： 反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发 反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时， 生反射。反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表 生反射。反射发生在地球表面、 面。 绕射：当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐 绕射： 的边缘阻挡时，发生绕射。 的边缘阻挡时，发生绕射。 散射：当电磁波的传播路由上存在小于波长的物 散射： 体、并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨 大时，发生散射。散射发生在粗糙表面、 大时，发生散射。散射发生在粗糙表面、小物体 或其它不规则物体， 树叶、 或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯柱 等。
∞
∞
(τ, t ) = ∑ α n (t )e j2 πf τ (t )δ(τ τn (t )) h
0 n
N
n =1
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时变多径信道的传递特性（ 时变多径信道的传递特性（续）
信道的频域传递函数（时域响应对τ的傅里叶变换） 信道的频域传递函数（时域响应对τ的傅里叶变换）
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信道影响的物理描述（ 信道影响的物理描述（续）
干扰机理 干扰机理: 热噪声 内干扰 外干扰 有意干扰
说明：内干扰？ 说明：内干扰？ 外干扰？ 外干扰？
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使信号波形产生污染， 使信号波形产生污染， 降低有效的信噪比
讨论：多普勒扩展 讨论：
[
]
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信道统计特性
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无线信道统计模型的要点
实际信道特性及参数都是随机的，即：信道的冲激响 实际信道特性及参数都是随机的， 应及传递函数 h(τ,t)，H(f,t)，h(τ, ν)，H(f, ν)都是随机 τ ， ， τ ， 都是随机 过程。我们必须研究他们的统计特性，由于这些过程 过程。我们必须研究他们的统计特性，由于这些过程 的均值为0 只研究二阶统计特性， 相关函数。 的均值为0，只研究二阶统计特性，即：相关函数。 两点假定： 两点假定： 信道的冲激响应h(τ 是广义平稳的随机过程 是广义平稳的随机过程； －信道的冲激响应 τ,t)是广义平稳的随机过程； 是不相关的。 －对任意 t 及τ1 ≠ τ2， h(τ1,t)和h(τ2,t)是不相关的。 τ 和 τ 是不相关的 以上信道称为广义平稳非相关散射（ 以上信道称为广义平稳非相关散射（WSSUS）信道。 ）信道。
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时变多径信道的传递特性（ 时变多径信道的传递特性（续）
h(τ,t) τ
Fτ F
H(f,t)
1 f
1 ν
Ft
Fν1
H(τ, ν) τ
F
Ff1
H(f, ν)
Ft
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Fτ
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