第2章移动通信基本技术及原理

2.1.1无线电波传播特性
无线电波传播有天波、地波、视距传播等主要方 式，而在移动通信系统中，由于受到不同的环境 影响，如城区的高层建筑、郊区的山体、其他电 磁辐射影响等干扰，使得无线电波传播出现明显 的多径效应，引起多径衰落。
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图2-1 无线传播路径
发射机天线发出的无线电波，可由不同的路径到达接收机， 当频率f>30MHz时，典型的传播通路如图2-1所示。直射、 反射、绕射是主要形式，有时穿透直射波与散射波的影响 也需要适当考虑。
小尺度衰落也称为快衰落。由于小尺度衰落变化速度较快， 以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略不计。这种衰落是 由于同一传播信号沿两个或多个路径传播，以微小的时间 差到达接收机的信号相互干扰所引起的。
2.1.2 移动信道特征
1．传播特征
⑴ 传播的开放性。无线信道都是基于电磁波在空间的 传播来实现开放式信息传输的。它不同于固定的有线通 信，是基于全封闭式的传输线来实现信息传输的。
l d cos vt cos
在这里Δt是移动台从X运动到Y所需的时间， θ是X和Y与入射波的夹角。由于源端距离很远， 可以假设X、Y处的θ是相同的。所以，由路径 差造成的接收信号相位变化值为
图2-6 多普勒效应示意图
2l 2vt cos
由此可以得出频率变化值，即多普勒频移fd为
fd
Hale Waihona Puke Baidu
1
2
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第2章 移动通信基本技术 及原理
第2章移动通信基本技术及原理
2.1 电波传播特性与信道建模技术
移动信道是一个时变的随参信道，这是由于一方 面移动通信双方都有可能处于高速移动状态，另 一方面移动通信收发信机之间的传播环境处于动 态变化中，最终使无线传播路径复杂多变，整个 无线信道参数处于时变状态。移动通信中的各类 新技术，都是针对移动信道的动态时变特性，为 解决移动通信中的有效性、可靠性和安全性的基 本指标而设计的。因此，分析移动信道的特点是 解决移动通信关键技术的前提，也是产生移动通 信中各类新技术的源泉 。
v cos
2.1.3移动信道建模技术
移动通信信道模型作为推动整个移动通信发展的关键技术 之一，也是移动无线系统设计中关键点与难点。国内外都 对它做了大量的研究，并得到了一些成果，已建立的移动 信道模型从建模方法上分为几何模型、经验模型与概率模 型3类（参见8.3节），从研究角度分为空域模型、时域模 型和时空域模型3类。在移动通信发展初期，接收天线大 都只考虑接收信号的平均功率，对信道模型，对其研究时 主要是考虑电磁波在传播过程中的损耗，以便预测基站的 无线覆盖范围，用于频率规划设计。随移动通信业务的迅 猛发展，用户数量急剧增加，要求移动通信在有限的频率 资源上极大地提高系统容量，于是便引进了分析接收信号 幅度分布情况（即衰落分布情况）、多普勒频移情况，模 型要能更多地描述传播信道的空时特性，以便寻找更多的 应对措施（新技术）以提高移动通信质量，并扩大其通信 能力。
大尺度衰落与小尺度衰落
对无线电波传播模型的研究，传统上集中于距发射机一定 距离处平均接收信号场强的预测，以及特定位置附近信号 场强的变化。对于预测平均信号场强并用于估计无线覆盖 范围的传播模型，由于它们描述的是发射机与接收机之间 长距离（T-R）长距离（几百米或是几千米）上的信号场 强变化，所以称为大尺度传播模型；另一方面，描述无线 电信号在短距离或短时间传播后其幅度、相位或多径时延 快速变化的称为小尺度衰落传播模型。当移动台在极小范 围内移动时，可能引起瞬时接收场强的快速波动，即小尺 度衰落，其原因是接收信号由不同方向信号合成。
4种效应
⑴ 阴影效应：由于大型建筑物和其他物体遮挡，在电波 传播的接收区域产生传播半盲区。
⑵ 远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动用户与 基站之间的距离也在随机的变化，若各种移动用户发射信 号的功率一样，那么到达基站时信号的强弱将不同，离基 站近的信号强，反之则弱。
⑶ 多径效应：由于接收者所处地理环境复杂性，使得接 收到的信号不仅有直射波的主径信号，还有从不同建筑物 反射及绕射过来的多条不同路径信号，而且它们到达时的 信号强度、到达时间及到达时的载波相位都不一样。所接 收到的信号实际上是各路径信号的矢量和。多径效应是移 动信道中较主要干扰。
⑵ 慢衰落损耗：主要是指电波在传播路径上受到建筑物 等阻挡所产生阴影效应时的损耗。它反映出电波在中等范 围内的接收信号点评平均值起伏变化趋势。
⑶ 快衰落损耗：它是反映微观小范围接收电平平均值的 起伏变化趋势。其电平幅度分布一般遵从瑞利分布、莱斯 分布和纳卡伽米分布，变化速度比慢衰落快，因此称为快 衰落。快衰落还可分为：空间选择性衰落、频率选择性衰 落和时间选择性衰落。
⑵ 接收环境的复杂性。接收点地理环境的复杂多样， 一般可将接收点地理环境分为高楼林立的城市繁华区、 以一般性建筑为主的近郊区、以山区和湖泊等为主的农 村及远郊区。
⑶ 通信用户的随机移动性。用户通信一般有3种状态： 准静态的室内用户通信、慢速步行用户通信、高速车载
用户通信。。
3种损耗
⑴ 路径损耗：即电波在空间中传播产生的损耗。它反映 出电波在宏观范围内的空间距离上接收信号电平平均值的 变化趋势。
⑷ 多普勒效应：它是由于接收用户处于高速移动中，比 如车载通信时传播频率的扩散而引起的，其扩散程度与用 户运动速度成正比。这一现象只在高速车载通信时出现。
2．主要快衰落
图2-3 空间选择性衰落信道原理图
图2-4 频率选择性衰落信道原理图
图2-5 时间选择性衰落信道原理图
3．多普勒频移
无线电波从源S出发，在X点与Y点分别被移动台 接收时所走的路径差为
2.2 多址技术
2.2.1多址方式 多址技术与通信中的信号多路复用是一样的，实质上
都属于信号的正交划分与设计技术。不同点是多路复用的 目的是区别多个通路，通常是在基带和中频上实现的，而 多址技术是区分不同的用户地址，通常需要利用射频频段 辐射的电磁波来寻找动态用户地址，同时为了实现多址信 号之间不相互干扰，信号之间必须满足正交特性。