第2讲-大尺度衰落信道
衰落信道数字通信技术
利用人工智能和机器学习技术，实现无线资源的智能管理和优化配置， 提升无线通信系统的自适应性。
通感一体化
将通信与感知功能融合在一
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MIMO和波束成形技术
通过在发射端和接收端使用多个天线， 实现空间分集和复用，提高通信系统 的性能。
信道编码和调制技术
采用更高效的信道编码方案和调制技 术，如LDPC、 polar码和64QAM等， 提高数据传输的可靠性和效率。
协同通信和网络编码技术
通过多个节点间的协作，实现信息的 中继和转发，扩展通信系统的覆盖范 围和服务质量。
误码率增加
由于信号失真和干扰增加，接收端可能无法正确解调信号，导致误 码率增加。
通信可靠性降低
在衰落信道中，通信链路的可靠性降低，可能导致通信中断或数据 丢失。
02 数字通信技术基础
数字通信原理
数字通信是指使用数字信号进行信息 传输的技术，通过将信息转换为二进 制数字序列进行传输，并在接收端将 其还原为原始信号。
号质量下降。
噪声和干扰
无线环境中存在各种噪声和干扰源， 如其他无线通信系统、电磁干扰等，
影响信号的接收质量。
多径传播
无线信号在传播过程中会经过多个路 径，到达接收端时形成多径效应，造 成信号失真和干扰。
移动性管理
在移动通信中，用户设备的移动性给 通信系统带来额外的挑战，如切换和 漫游等。
技术发展趋势
数字通信具有抗干扰能力强、传输可 靠性高、传输质量稳定等优点，广泛 应用于现代通信领域。
数字信号的调制与解调
调制是将数字信号转换为适合传输的载波信号的过程，常见的调制方式包括振幅调 制、频率调制和相位调制。
2第二章移动通信信道
2第二章移动通信信道在我们日常生活中，移动通信已经成为不可或缺的一部分。
无论是与亲朋好友通话、浏览网页，还是使用各种移动应用，都离不开移动通信的支持。
而在这背后，移动通信信道起着至关重要的作用。
移动通信信道，简单来说，就是信息从发送端到接收端所经过的路径。
这个路径可不简单，它充满了各种复杂的情况和挑战。
想象一下，当您在繁华的街头打电话，周围有车辆的嘈杂声、人群的交谈声，还有各种建筑物对信号的反射和遮挡。
这就是移动通信信道所面临的现实环境。
首先，多径传播是移动通信信道的一个重要特点。
信号从发射端发出后，可能会通过多条不同的路径到达接收端。
这些路径的长度和传播条件各不相同，导致信号到达接收端的时间和强度也有所差异。
这就像是一群人同时从不同的路线跑步到终点，有的跑得快，有的跑得慢，有的路线顺畅，有的路线曲折。
这种多径传播会引起信号的衰落和失真，影响通信质量。
信号的衰落可以分为大尺度衰落和小尺度衰落。
大尺度衰落主要是由于距离、地形等因素引起的信号强度的缓慢变化。
比如，您离基站越远，信号通常就越弱。
而小尺度衰落则是在短距离或短时间内信号强度的快速变化，这可能是由于信号的多径传播导致的相位变化等原因引起的。
除了衰落，噪声也是移动通信信道中的一个“捣乱分子”。
噪声可以来自各种来源，比如电子设备内部的热噪声、外界的电磁干扰等。
噪声会使接收到的信号变得模糊不清，就像在一幅精美的画作上撒上了一些污点。
在移动通信信道中，多普勒效应也不容忽视。
当移动终端（比如您手中的手机）和基站之间存在相对运动时，接收信号的频率会发生变化。
这就好比一辆行驶中的汽车听到的警笛声的音调会发生变化一样。
多普勒效应会导致信号的扩展和失真，对通信造成影响。
为了应对移动通信信道中的这些挑战，通信工程师们想出了各种各样的办法。
比如，采用多种调制解调技术，让信号在复杂的信道环境中能够更稳定地传输；通过编码技术增加信号的冗余度，提高纠错能力；利用分集接收技术，从多个路径接收信号，降低衰落的影响。
无线通信技术-第二章 无线电的传播(二)
多普勒频移
由于移动台与基站的相对运动，每个多径波都经历了明显的频移过程。 移动引起的接收机信号频移被称为多普勒频移。
2013年4月25日
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2.2小尺度衰落和多径效应
影响小尺度衰落的因素
(1) 多径传播
信道中反射物的存在，构成了一个不断消耗信号能量的环境，导致接收信号幅度、相位以 及到达时间的变化。多径传播常常延长信号基带部分到达接收机所用的时间，由码间干扰引 起信号模糊。 (2) 移动台的运动速度 移动台相对于基站运动，会引起随机频率调制，这是由多径分量存在的多普勒频移引起 的。多普勒频移是正频移还是负频移取决于相对运动的方向。 (3)环境物体的运动速度 如果无线信道中的物体处于运动状态，就会引起时变多普勒频移。如果环境物体以大于 移动台的移动速度运动，那么这种运动将对小尺度衰落起决定作用。否则，可仅考虑移动台 运动速度的影响，而忽略环境物体运动速度的影响。 (4) 信号的传输带宽 如果无线信号的传输带宽大于多径信道带宽，接收信号将会失真，但是接收信号的强度 不会衰落很多。后面将会看到，信道带宽可用相关带宽量化。相关带宽是一个频率范围，在 此范围内，传输信号的幅度保持很强的相关性。若相对于信道带宽来说，传输信号为窄带信 号，则信号幅度就会迅速改变，但信号不会出现时间失真。
多径信道的冲激响应模型
时变信道 时变冲激响应特性的线性滤波器 信道的冲激响应可用于预测和比较不同移动通信系统的性能，以及传 输带宽 冲激响应记作： h(t , )
2013年4月25日
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2.2小尺度衰落和多径效应
移动多径信道的参数 （1）时间色散参数 （2）频率色散参数 时间色散参数
（a）平均附加时延 （b）RMS时延扩展 （c）相干带宽：是从RMS时延扩展得出的一个信道参量 含义：是一个频率范围，该范围内的频率分量有很强的幅度相关性 相关值取0.9 相关值取0.5：
衰落信道
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现代移动通信技术
2.1 衰落信道对通信的影响
在分析无线信道的传输特性时，通常认为信号衰减与距离的 关系与自由空间传播时一样。 在自由空间模型中，假定信号从发射端到接收端的传输过程 中射频能量不会被物体吸收或反射，也假定大气层对信号没有 影响，且认为信号的传输是远离地球的（或认为可以忽略各种 反射的影响）。 在理想空间信道中，射频能量的衰减和收、发端距离的平方 成正比，衰减Ls(d)称作路径损耗或自由空间损耗。当接收天线 是迷向（各向同性）时，Ls(d)可以表示为 (2.1) d是收、发端的距离，λ是传输信号的波长。
2007-08 10
东南大学移动通信国家重点实验室
现代移动通信技术
2.2 无线移动信道传播特性
利用复数概念，传输信号可以写成 （2.2） Re{· }表示{· }的实部，fc是载波频率。基带波形g(t)称为s(t)的 复包络，表达为 （2.3） R(t)=|g(t)|是包络幅值，Ф(t)是相位。 对纯频率或纯相位已调信号，R(t)是常量；对一般情况， R(t)相对于t=1/fc作缓慢变化。
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东南大学移动通信国家重点实验室
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现代移动通信技术
2.2 无线移动信道传播特性
大规模衰落可看成是信号的小规模波动的空间平均。 为了从大规模阴影效应中去除信号的小规模波动影响， 常将接收信号在10~30个波长上求平均来估计。 有3种影响信号传播的基本方式： 反射 当电磁波在传输时遇到尺寸远大于RF信号波长λ 的光滑表面时，会出现反射现象。 衍射 当收、发端之间的路径存在密度较大的物体，其 尺寸比λ大，就会在阻碍物之后产生次级波。衍射出现的 原因是收、发端之间没有视行路径，RF信号的能量不能 直接到达接收端。常称为遮蔽，因为即使存在不可穿透 障碍物，衍射场仍能到达接收机。 散射 当信号传输中遇到大的、粗糙的表面，或者尺寸 与λ相当的表面时，其能量会发生散射或向所有的方向反 射。传输路径上任何使信号发生散射或反射的物体都称 为散射物。
北邮《移动通信系统与原理》期末复习
第一章概述1、个人通信的主要特点是：每个用户有一个属于个人的唯一通信号码，取代了以设备为基础的传统通信的号码。
2、目前最具发展潜力的宽带无线移动技术是：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX。
3、移动通信的主要特点有：（1）利用无线电波进行信息传输；（2）在强干扰环境下工作；（3）通信容量有限；（4）通信系统复杂；（5）对移动台的要求高。
4、移动通信产生自身产生的干扰：互调干扰，邻道干扰，同频干扰，多址干扰。
第二章移动通信电波传播与传播预测模型1、移动信道的基本特性就是衰落特性。
2、移动信道的衰落一般表现为：（1）随信号传播距离变化而导致的传播损耗和弥散；（2）由于传播环境中的地形起伏，建筑物以及其他障碍物对电磁波的遮蔽所引起的衰落，一般称为阴影衰落；（3）无线电波在传播路径上受到周围环境中地形地物的作用而产生的反射、绕射和散射，使得其到达接收机时，是从多条路径传来的多个信号的叠加，这种多径传播所引起的信号在接收端幅度、相位和到达时间的随机变化将导致严重的衰落，即所谓多径衰落。
3、大尺度衰落主要是由阴影衰落引起的，小尺度衰落主要是由多径衰落引起的。
4、一般认为，在移动通信系统中一项传播的3种最基本的机制为反射、绕射和散射。
5、移动无线信道的主要特征是多径传播。
6、多径衰落的基本特性表现在信号的幅度衰落和时延扩展。
一般来说，模拟移动通信系统主要考虑多径效应引起的接收信号的幅度变化；数字移动通信系统主要考虑多径效应引起的脉冲信号的时延扩展。
7、描述多径信道的主要参数：（1）时间色散参数和相关带宽；（2）频率色散参数和相关时间；（3）角度色散参数和相关距离。
P288、相关带宽是信道本身的特性参数，与信号无关。
9、相关带宽：频率间隔靠得很近的两个衰落信号存在不同的时延，这可使两个信号变得相关，使得这一情况经常发生的频率间隔就是相关带宽。
10、相关时间：一段间隔，在此间隔内，两个到达信号具有很强的相关性，换句话说在相关时间内信道特性没有明显的变化。
无线衰落信道、多径与OFDM、均衡技术
无线衰落信道、多径与OFDM、均衡技术(2012-08-30 14:14:43)转载▼标签：杂谈参见张贤达通信信号处理。
OFDM移动通信技术原理与应用，移动通信原理吴伟陵目录无线信道的传播特征无线信道的大尺度衰落阴影衰落无线信道的多径衰落多径时延与与叠加后的衰落频率选择性衰落和非频率选择性衰落符号间干扰ISI的避免多径信号的时延扩展引起频率选择性衰落，相干带宽=最大时延扩展的倒数无线信道的时变性以及多普勒频移多普勒效应时变性、时间选择性衰落与多普勒频移相干时间与多径OFDM对于多径的解决方案多径信号在时域、频域的分析思考1，多径信号是空间上的多个不同信号。
各参数应分别从时域、频率进行考察。
2，符号间干扰ISI是时域的概念，时延、多径均影响了ISI3，信道间干扰ICI是频域的概念，时延、多径均影响了ICI4，时延、多普勒频移分别对应于：频率选择性衰落、时间选择性衰落，它们具有对偶性质多径对信号频谱的影响，OFDM如何抗多径GSM中的自适应均衡技术无线信道的传播特征与其他通信信道相比，移动信道是最为复杂的一种。
电波传播的主要方式是空间波，即直射波、折射波、散射波以及它们的合成波。
再加之移动台本身的运动，使得移动台与基站之间的无线信道多变并且难以控制。
信号通过无线信道时，会遭受各种衰落的影响，一般来说接收信号的功率可以表达为：其中d表示移动台与基站的距离向量，|d|表示移动台与基站的距离。
根据上式，无线信道对信号的影响可以分为三种：（1）电波中自由空间内的传播损耗|d|-n ，也被称作大尺度衰落，其中n一般为3～4；（2）阴影衰落S(d)表示由于传播环境的地形起伏，建筑物和其他障碍物对地波的阻塞或遮蔽而引起的衰落，被称作中等尺度衰落；（3）多径衰落R(d)表示由于无线电波中空间传播会存在反射、绕射、衍射等，因此造成信号可以经过多条路径到达接收端，而每个信号分量的时延、衰落和相位都不相同，因此在接收端对多个信号的分量叠加时会造成同相增加，异相减小的现象，这也被称作小尺度衰落。
移动通信原理 课后答案
无线传播与移动信道
2.1 移动通信信道具有哪些主要特点？ 答：移动通信信道的主要特点： （1）传播的开放性； （2）接收环境的复杂性； （3）通信用户的随机移动性。 2.2 在移动通信中，电波传播的主要传播方式有哪几种？ 答：电波传播的主要方式：直射、反射、绕射。 2.3 移动通信的信道中存在着大、中、小尺度（范围）的衰耗与衰落，它们各自具有什么性 质的特征？ 答：移动通信信道中，大、中、小尺度衰耗与衰落的特征： （1）大尺度：电波在空间传播所产生的损耗，反映的是传播在宏观大范围（千米量级）的 空间距离上的接收信号电平平均值的变化趋势； （2）中尺度：主要是指电磁波在传播路径上受到建筑物等的阻挡所产生阴影效应而产生的 损耗，反映了在中等范围内（数百波长量级）的接收信号电平平均值起伏变化的趋势；为无 线传播所特有，一般从统计规律上看遵从对数正态分布，其变化率比传送信息率慢； （3）小尺度：反映微观小范围（数十波长以下量级）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（Rayleigh）分布、莱斯（Rice）分布和纳卡伽米（Nakagami） 分布。 2.4 移动通信中存在 3 种类型的快衰落，它们各自表示什么类型的快衰落？在什么情况下会 出现？各自克服需要采取的主要措施是什么？ 答：移动通信中，快衰落分为以下三种类型：空间选择性快衰落、频率选择性快衰落和时间 选择性快衰落。 其产生的原因和克服需要采取的措施如下： （1）空间选择性快衰落：由于开放型的时变信道使天线的点波束产生了扩散而引起的，克 服措施为空间分集； （2）频率选择性快衰落：由于信道在时域的时延扩散而引起的，可采用自适应均衡喝 Rake 接收加以克服； （3）时间选择性快衰落：由于用户的高速移动在频域引起多普勒频移，在相应的时域其波 形产生时间选择性衰落，可采用信道交织技术加以克服。 2.5 移动通信中主要噪声干扰有哪几种？对于 CDMA，哪一类干扰是最主要的干扰？ 答：移动通信中主要噪声干扰有：加性正态白噪声、多径干扰、多址干扰。 对于 CDMA，最主要的干扰是多径干扰。 2.6 Okumura-Hata 传播模型的主要运用环境与条件是什么？ 答：Okumura-Hata 传播模型的主要运用环境与条件为：适用于小城镇与郊区的准平坦地区； 应用频率为 150 MHz ≤ f c ≤ 1500 MHz ；有效距离为 1km ≤ d ≤ 20km ；发射（基站）天线 有效高度为 30~200m；接收（移动台）天线有效高度为 1~10m。
无线信道的衰落特征
无线信道的衰落特征无线信道的衰落特征1、电波传播的主要方式是空间波，即直射波、折射波、散射波以及它们的合成波2、信号通过无线信道时，会遭受各种衰落的影响，接收信号的功率可以表达为：P(d) = |d|^(-n) * S(d) * R(d) ，式中|d|表示移动台到基站的距离2.1、电波在自由空间中内的传播损耗|d|^(-n)，也被称为大尺度衰落，其中n一般为3~4。
2.2、阴影衰落S(d)表示传播环境的地形起伏、建筑物和其他障碍物对地波的阻塞或屏蔽而引发的衰落，被称为中等尺度衰落。
2.3、多径衰落R(d)表示无线电波在空间传播会存在反射、绕射、衍射等，因此造成信号可以进过多条路径达到接收端，而每个信号分量的时延、衰落和相位都不同，因此在接收端对多个信号进行叠加时，会造成同相相加，异相相减的现象，这也被称作小尺度衰落。
3、无线信道的时间弥散性（time dispersion）：发射端发送一个窄带脉冲信号，在接收端可以收到多个窄带脉冲，而每个窄带脉冲的衰落和时延以及脉冲的个数都是不同的。
3.1、最大时延扩展τmax：接收端接收到的第一个脉冲到最后一个脉冲之间的最大时间。
在传输过程中，由于时延扩展，接收信号中的一个符号的波形会扩展到其他符号当中，造成符号间干扰（ISI）。
为避免ISI，应该使得符号宽度要远远大于无线信道的最大时延扩展，即符号速率要小于最大时延扩展的倒数。
3.2、相干带宽：在频域内，与时延扩展相关的重要概念是相干带宽。
实际应用中常用最大时延扩展的倒数来定义相干带宽，即：(ΔB)c = 1 / (τmax)。
3.3、频率选择性衰落：当信号的速率较高，信号带宽超过无线信道的相干带宽时，信号通过无线信道后各频率分量的变化是不一样的，造成ISI，此时就认为发生了频率选择性衰落。
4、无线信道的时变性以及多普勒频移当移动台在运动中进行通信时，接收信号的频率会发生变化，称为多普勒效应，这也是任何波动过程都具有的特性。
信道衰落是什么意思？
信道衰落是什么意思？一、什么是信道衰落信道衰落是指信号在传输过程中逐渐减弱的现象。
衰落通常由多种因素引起，包括传输介质的衰减、多径传播、大气影响以及障碍物的阻挡等。
当信号经过衰落后，接收端收到的信号强度变弱，可能导致误码率增加，影响通信质量和传输速率。
信道衰落可分为大尺度衰落和小尺度衰落。
大尺度衰落是指信号传输距离较长时，因传输介质的衰减导致的衰落现象，如自由空间传输中的路径损耗；而小尺度衰落是指信号在短距离范围内，由于多径效应引起的快速衰落现象，如城市中的多径传播。
信道衰落会对无线通信系统的性能产生重要影响，因此准确估计信道衰落对信号的影响，对于信号检测、传输速率控制和功率分配等方面都具有重要意义。
二、信道衰落的影响1. 误码率增加：衰落信道会导致接收端收到的信号强度减弱，增加误码率。
这是因为信号在传输过程中受到干扰较大，接收端可能无法正确解码信号，从而产生误码。
2. 传输速率减慢：信道衰落会限制传输速率。
当信号强度下降时，接收端必须采用更低的传输速率来保证可靠传输。
而较低的传输速率会导致传输时间延长，限制了通信系统的吞吐量。
3. 信号质量下降：由于衰落信道的存在，信号质量会受到很大影响。
信号强度的减弱会使信号质量下降，导致通话质量不佳，甚至无法建立有效的通信连接。
4. 功耗增加：在面对信道衰落时，为了维持一定的传输质量，系统可能需要增加发送功率。
这意味着设备需要耗费更多的电能，增加了系统的功耗。
三、信道衰落的解决方法1. 多天线技术：利用多天线技术可以有效抵抗信道衰落。
通过在发射端和接收端增加多个天线，系统可以通过空间分集和空间复用的方法来减小衰落的影响。
多天线技术能够提高系统的容量和覆盖范围，提高通信质量。
2. 码分多址技术：码分多址技术是一种通过在发送端对信号进行编码和调制的方法，使得多个用户可以同时在同一频段上传输数据。
这种技术利用不同的码来区分不同用户的数据，从而提高了系统的抗干扰能力，减小了信号衰落对信号质量的影响。
大尺度衰落系数计算公式
大尺度衰落系数计算公式哎呀，一看到“大尺度衰落系数计算公式”这个话题，可能很多人会觉得头大。
但别担心，让我来给您细细道来。
咱先说说大尺度衰落这回事儿。
您知道吗？就好比您在一个大山谷里打电话，信号一会儿强一会儿弱，这强弱变化就和大尺度衰落有关系。
那大尺度衰落系数呢，就是用来衡量这种变化程度的一个重要指标。
给您举个例子吧，我之前去一个偏远的山村支教。
那地方手机信号特别差，有时候和外界联系都成问题。
有一次，我正给孩子们讲着课呢，突然手机响了，是校长打来的，说有重要的事情。
可我这边听着声音断断续续的，我着急啊，孩子们也跟着着急。
后来才知道，这就是大尺度衰落在作祟。
要说这大尺度衰落系数的计算公式，那可不是简单的加减乘除。
它通常会涉及到传播距离、频率、环境等好多因素。
比如说，传播距离越远，衰落可能就越厉害；频率越高，衰落也可能越明显。
具体的计算公式呢，常见的有自由空间传播模型、Okumura-Hata 模型等等。
就拿自由空间传播模型来说，公式大概是这样：L = 32.45 + 20lg(f) + 20lg(d) 。
这里面，L 表示的就是大尺度衰落值，f 是频率，单位是 MHz ，d 是传播距离，单位是千米。
再比如 Okumura-Hata 模型，这个就更复杂一点啦，它还考虑了基站高度、移动台高度这些因素。
可别被这些复杂的公式吓到，其实它们就是为了更准确地描述现实中的信号传播情况。
在实际应用中，计算大尺度衰落系数可不是为了好玩，而是有大用处的。
比如说，在规划通信网络的时候，工程师们就得靠这些公式来确定基站的位置、发射功率等等，这样才能保证咱们打电话、上网都顺顺利利的。
回到开头我在山村支教的经历，要是能提前把大尺度衰落系数算清楚，把通信设施规划得更好，也许我和孩子们就不会因为信号不好而着急上火啦。
总之，大尺度衰落系数计算公式虽然有点复杂，但了解它对于改善我们的通信质量可是很重要的哟！希望您通过我的讲解，对这个概念能有更清楚的认识。
第3章 oy移动信道的传播特性-2-移动信道的特征(衰落)
数据传输速率高，则码元宽度小，带 频率选择性衰落（ 200kHz ） 宽宽，多径信号干扰码元程度高，信号 带宽大于信道相关带宽。
数字移动通信 3-24
3.2.4 时延扩展和相关带宽
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
根据发送信号与信道变化快慢程度（多普勒扩展）
快衰落（信号带宽Bs <多普勒扩展Bd，即码元间隔Ts >相干时间Tc）
慢衰落（信号带宽Bs >多普勒扩展Bd，即码元间隔Ts <相干时间Tc）
数字移动通信 3-32
一、平坦衰落与频率选择性衰落
平坦衰落
在信号带宽范围内，各频点的幅度有基本相同的增益， 即发送信号的频谱基本保持不变；
动，易受时间选择性衰落影响。
数字移动通信 3-31
3.2.3 多径衰落信道的分类
移动信道中的时间色散和频率色散产生衰落效应： 根据信号带宽和信道相关带宽的比较（多径衰落）
频率选择性衰落（码元间隔Ts <时延扩展Δ，即信号带宽Bs >相关
带宽Bc）
平坦衰落 （码元间隔Ts >时延扩展Δ，即信号带宽Bs <相关带宽Bc）
多径衰落
在不到一个波长范围内会出现几十分贝的电 平变化和剧烈的相位摆动
数字移动通信
3.2.2 移动环境的多径传播
1.多径衰落(幅度快衰落)
衰落的分布：没有直射播的N个路径传播时，每径信号的 幅度服从高斯分布，相位在0~2π 间服从均匀分布的各径 信号的合成信号的包络分布为瑞利分布。 幅度快衰落包络概率密度函数p(r)为
导频的OFDM信道估计
导频的OFDM信道估计基于导频的OFDM信道估计目录摘要 ..................................................................... .................................................................. - 2 - 第1章绪论 ..................................................................... ..................................................... - 3 -1.1 OFDM技术发展历史...................................................................... ............................. - 3 - 1.2 OFDM技术的优点 ..................................................................... ................................. - 3 - 1.3 OFDM技术的缺点 ..................................................................... ................................. - 4 - 第2章无线信道 ..................................................................... ............................................. - 5 - 2.1 无线信道的衰落特性 ..................................................................... ............................. - 5 - 2.2 多普勒效应...................................................................... ............................................ - 6 - 2.3 无线信道的模型 ..................................................................... ..................................... - 7 -2.3.1 高斯(Gaussian)信道模型 ..................................................................... .................. - 7 -2.3.2 瑞利(Rayleigh)信道模型 ..................................................................... .................. - 7 -2.3.3 莱斯(Rician)信道模型 ..................................................................... ...................... - 7 - 第3章 OFDM系统的基本原理 ..................................................................... ..................... - 8 - 3.1 OFDM系统的基本原理 ..................................................................... .......................... - 8 - 3.2 OFDM系统基本模型...................................................................... ............................. - 8 - 第4章基于导频的OFDM信道估计方法 ..................................................................... ... - 11 -4.1 OFDM 系统的信道估计模型 ..................................................................... ............... - 11 - 4.2 导频结构 ..................................................................... .............................................. - 13 - 4.3 基于块状导频的信道估计 ..................................................................... ................... - 14 -4.3.1 LS算法 ..................................................................... ........................................... - 14 -4.3.2 MMSE算法 ..................................................................... .................................... - 15 - 4.4仿真结果及分析 ..................................................................... .................................... - 16 - 参考文献 ..................................................................... ........................................................ - 17 - 附录 ..................................................................... ................................................................ - 18 - - 1 -基于导频的OFDM信道估计基于导频的OFDM信道估计摘要正交频分复用技术(OFDM)是一种无线环境下的高速多载波传输技术，具有很高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，是第四代移动通信系统的核心技术。
信道相位衰落
信道相位衰落
信道相位衰落（Channel Phase Fading）是无线通信中的一个重要概念，指的是信号在传播过程中由于多径效应、多普勒效应等原因导致信号的相位发生随机性的变化。
这种随机性的变化对通信系统的性能有着重要的影响。
以下是关于信道相位衰落的一些基本概念：
1.多路径效应：多路径效应是指无线信号在传播过程中因经过多条不同的传播路径，导致信号的多个版本（副本）在接收端相互叠加，引起信号强度和相位的波动。
2.多普勒效应：多普勒效应是由于信号源或接收端移动引起的频率变化。
在移动通信中，如果移动速度较大，信号的频率会发生变化，从而引起相位衰落。
3.相位衰落对通信的影响：
4.抑制码：相位衰落可能导致信号的相位变化，使得接收端难以准确解调信号。
为了克服这个问题，通常使用差分相移键控（DPSK）等抗相位衰落的调制方式。
5.误码率增加：相位衰落会增加误码率，因为在信号传播过程中相位的不确定性增加，导致接收端难以正确解调信号。
6.信号失真：在强烈的相位衰落情况下，信号可能会出现严重的失真，影响通信质量。
7.衰落模型：为了模拟和分析信道相位衰落，通常使用一些数学模型，如瑞利衰落、莱斯衰落等。
这些模型描述了不同环境下信道的统计特性。
8.对策和调整：为了应对信道相位衰落，通信系统可以采用一些技术手段，如自适应调制、差分编码、等化器等，以提高系统对信道衰落的抗性。
2.2移动信道的衰落特性
§2-2 移动信道的衰落特性⏹大尺度传播特性：描述的是发射机与接收机之间长距离上的场强变化⏹路径传播损耗：它反映了传播在宏观大范围(几百米或几千米)的空间距离上的接收信号电平平均值的变化趋势。
⏹由于阴影效应和气象条件变化造成的接收场强中值的缓慢变化，这种损耗是中等范围内（数十至数百个波长范围）接收电平的均值变化而产生的损耗。
一般认为慢衰落与工作频率无关，仅取决于移动台的移动速度，衰落深度取决于障碍物的状态；且衰落后信号的幅度服从于对数正态分布。
移动用户和基站之间的距离为r时，传播路径损耗和阴影衰落用dB可以表示为：10lgl(r,ξ)=10nlgr+ξ⏹小尺度传播特性：描述短距离(几个波长)或短时间(秒级)内的接收场强的快速波动情况。
⏹快衰落损耗：由于多径传播而产生的损耗。
它反映微小范围（几个至数十个波长范围）接收电平的均值变化而产生的损耗。
一、快衰落/多径衰落/瑞利衰落：多径传播是陆地移动通信系统的主要特征。
★多普勒频移⏹成因：路程差造成的接收信号相位变化值，进而产生多普勒频移。
⏹后果：信号经不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩展，进而增加信号带宽。
⏹此可得出频率变化值，即多普勒频移fdv 移动环境：⏹基站高、移动台低。
基站天线通常高30 m，可达90 m；移动台天线通常为2～3 m以下。
⏹ 移动台周围的区域称为近端区域，该区域内的物体造成的反射是造成多径效应的主要原因。
⏹ 离移动台较远的区域称为远端区域，在远端区域，只有高层建筑、较高的山峰等的反射才能对该移动台构成多径。
二、多经信号的统计特性1） 瑞利Rayleigh 衰落：在多径传播信道中，若N 条路经彼此相互独立且没有一个信道的信号占支配地位，或者没有直射波信号，仅有很多的反射波，则接收信号的包络将服从瑞利分布。
2） 莱斯Ricean 衰落：在多径传播信道中，若接收信号中有一个信道的信号占支配地位（常常是直射波），则其包络将服从莱斯分布。
通信衰落的概念
通信衰落的概念通信衰落是指无线传输中信号强度随着距离的增加而衰减的现象。
它是无线通信系统中一个重要的问题，对无线传输质量和系统性能有重要影响。
无线传输中的衰落主要分为大尺度衰落和小尺度衰落两种情况。
大尺度衰落是指由于信号传播环境的变化引起的信号强度变化，它通常发生在通信系统覆盖范围较大的区域内，比如城市、乡村、山区等。
大尺度衰落主要受到以下因素的影响：1. 阴影衰落（Shadowing）：阴影效应是指由于信号在传播过程中遇到固定和随机障碍物的遮挡而产生的衰落。
这些障碍物包括建筑物、树木、山地等自然和人造障碍物。
阴影衰落会使信号强度在不同位置之间有较大的波动，并且难以预测和修正。
2. 多径衰落（Multipath Fading）：多径衰落是指信号由于传播路径的不同长度和反射、散射等现象导致信号的干涉和叠加，从而引起信号强度的波动。
这种衰落主要受到地面、建筑物、人体等反射、散射等效应的影响。
多径衰落会使得信号在接收端出现快速的振荡，导致接收端很难正确解析信号。
大尺度衰落一般以统计特性来描述，常用的参数包括均值、方差、分布函数等。
在无线通信系统中，通过合理的信号处理和天线优化可以有效降低大尺度衰落对系统性能的影响。
小尺度衰落是指由于信号的传播介质、随机性等因素引起的短时间尺度内的信号强度的快速变化。
小尺度衰落主要受到以下因素的影响：1. 多径传播干扰：由于信号经过多个不同路径传播到达接收端，会产生不同时间延迟的干扰波，导致信号叠加时产生衰落。
尤其是在高速移动场景下，多径传播干扰更为明显。
2. 多普勒频移（Doppler Shift）：当通信系统中的移动终端或基站移动速度较快时，信号的频率会发生变化，导致信号的相位偏移，进而引起信号强度的快速变化。
多普勒频移对信号的幅度和相位都会产生影响。
小尺度衰落一般以快衰落和慢衰落来描述。
快衰落指的是信号强度在时间尺度上迅速变化，常用参数包括均衡时间、相关时间等。
慢衰落指的是信号强度在时间尺度上缓慢变化，常用参数包括衰落深度、衰落持续时间等。
频率偏移 信道衰落
频率偏移信道衰落
频率偏移和信道衰落是无线通信中经常遇到的问题，它们对通信系统的性能和可靠性都有着重要的影响。
首先，让我们来谈谈频率偏移。
频率偏移是指信号的实际频率与其理论频率之间的差异。
在无线通信中，由于各种原因（比如晶体振荡器的不稳定性、多普勒效应等），信号的实际频率可能会偏离其理论频率。
频率偏移会导致接收端无法正确解调信号，从而影响通信质量。
为了克服频率偏移带来的影响，通常会采用频率校正技术，比如频率同步算法和频率补偿技术等。
其次，让我们来讨论信道衰落。
信道衰落是指信号在传播过程中受到的衰减和失真。
无线信号在传播过程中会受到多径效应、阴影衰落、多普勒频移等影响，导致信号的幅度和相位发生变化，从而影响接收端对信号的正确解调。
为了克服信道衰落带来的影响，通常会采用多种技术，比如等化技术、分集技术和编码技术等。
综上所述，频率偏移和信道衰落都是无线通信中不可避免的问题，它们会对通信系统的性能和可靠性产生重要影响。
因此，在设计和部署无线通信系统时，需要充分考虑这些因素，并采取相应的
技术手段来克服其带来的影响，以保证通信系统的正常运行和良好的性能。
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概述（2） 移动通信信道中的3种电磁波传播：
反射：当电磁波遇到比其波长大得多得物体时发生 反射，反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面。 绕射：当接收机与发射机之间的无线路径被尖利的 边缘阻挡时发生绕射。 散射：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且 单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。 散射产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。
Okumura模型
Okumura模型
丘陵地的修正因子Kh 丘陵地的地形参数用地形起伏高度Δh表征。它的 定义是：自接收点向发射点延伸10 km的范围内， 地形起伏的90%与10%的高度差即为Δh。这一定 义只适用于地形起伏达数次以上的情况，对于单 纯斜坡地形将用后述的另一种方法处理。
Okumura模型
Okumura模型
Okumura模型 移动台天线修正因子Hm(hm,f)
当移动台天线高度不是 3m时，需用移动台天线高度增益因子 Hm(hm,f)加 以修正，见上页右图。当hm ＞3m时，Hm(hm, f)＞0 dB；反之，当hm＜ 3m时，Hm(hm, f)＜0 dB。 当移动台天线高度大于5 m以上时，其高度增益因子Hm(hm, f)不仅与天线 高度、频率有关，而且还与环境条件有关。例如，在中小城市， 因建筑 物的平均高度较低，故其屏蔽作用较小，当移动台天线高度大于4m时， 随天线高度增加，天线高度增益因子明显增大；若移动台天线高度在1～ 4m范围内，Hm(hm, f)受环境条件的影响较小，移动台天线高度增高一倍 时，Hm(hm,, f)变化约为3 dB。
Okumura模型
适用范围：适用于城市宏小区。 频率f：150～1500MHz 距离d：1～100km 基站天线高度 hb：30～100m
Okumura模型
PL：
Okumura模型
预测对象：路径损耗的中值(dB)。 预测条件： 频率范围：150MHz～1920MHz（高端可扩展 至3000MHz）； 距离范围：1～100km； 基站天线高度30～1000m，移动台天线高度1～ 10m。
Fast
Very slow
d=vt
第二部分 大尺度路径损耗
大尺度路径损耗
发射机与接收机之间长距离（几百米或几千米）上的 场强变化，几十个甚至上百个波长尺度上的，秒级时 间上的，长期统计平均的结果； 决定了系统的覆盖范围 只能通过增加发射功率来克服
大尺度路径损耗 传播模型
经验模型：根据大量的测量结果统计分析后导 出的公式，如HATA模型、COST 231模型 ； 确定性模型：对具体的现场环境直接应用电磁 理论计算的方法，如自由空间模型； 半确定性模型：基于确定性方法用于一般的市 区或室内环境中导出的等式，如WIM模型。
Okumura模型
市区传播损耗的中值Am(f, d)
在计算各种地形、 地物上的传播损耗时， 均以中等起伏 地上市区的损耗中值或场强中值作为基准， 因而把它称 作基准中值或基本中值。 由电波传播理论可知， 传播损耗取决于传播距离d、 工作 频率f、基站天线高度hb和移动台天线高度hm等。 在大量实验、统计分析的基础上，可作出传播损耗基本中 值的预测曲线。 下图 给出了典型中等起伏地上市区的基 本中值Am(f, d)与频率、 距离的关系曲线。
15
/20
路径损耗和路径增益 Path loss:
Path gain:
自由空间传播模型
预测接收机和发射机之间完全无阻挡的视距路径 时的接收信号场强 适用范围：卫星通信系统和微波视距无线链路 自由空间路径损耗为：
4 2 d 2 PL(dB) 10 log 2 GG t r
Okumura模型
Okumura模型
郊区修正因子Kmr 郊区的建筑物一般是分散、低矮的，故电波传播 条件优于市区。郊区场强中值与基准场强中值之 差称为郊区修正因子，记作Kmr，它与频率和距离 的关系如下页图所示。 由图可知，郊区场强中值大于市区场强中值。或 者说，郊区的传播损耗中值比市区传播损耗中值 要小。
Okumura模型
基准天线高度：发射天线的 有效高度为200m，接收天线 的有效高度为3m 。 曲线上读出的是基本损耗中 值大于自由空间传播损耗的 数值。 随着频率升高和距离增大， 市区传播 基本损耗和中值都 将增大。
Okumura模型
基站天线修正因子Hb(hb,d)
如果基站天线的高度不是200m,则损耗中值的差异用基站 天线高度增益因子Hb(hb, d)来修正。下页左图给出了不同 通信距离d时，Hb(hb, d)与hb的关系。显然，当hb＞200m 时，Hb (hb, d)＞0dB；反之，当hb＜200m时，Hb(hb, d)＜ 0dB。
Okumura模型
Okumura模型的使用方法 Okumura模型在自由空间路径损耗基础上，首 先在天线高度给定情况下，给出了中等起伏地 形、市区的路径损耗修正曲线，根据该曲线可 以对路径损耗值进行修正；然后再根据实际的 天线高度和地形、地物情况利用相应曲线进行 进一步的修正，最终可以获得特定传播环境下 的路径损耗中值。
HATA模型
郊区： L(dB)=L(市区)-2[log(f/28)]2-5.4 乡村（准开放）： L(dB)=L(市区)-[log(f/28)]2-2.39(logf)2 +9.17logf23.17 乡村（开放）： L(dB)=L(市区)－4.78(logf)2 +18.33logf-40.94
LOGO
第2章 无线信道
赵军辉
无线通信与移动计算实验室 知行大厦412，junhuizhao@ 资料邮箱：bjtuwireless@
1
主要内容
电波传播概述 大尺度路径损耗 阴影衰落 小尺度路径损耗 无线信道容量
第一部分
电波传播概述
概述（1） 移动通信信道的3个主要特点 传播的开放性 接收环境的复杂性（市区、郊区和农村地区） 通信用户的移动性（准静态、慢速和高速） 接收信号的3类损耗 路径传播损耗 阴影衰落引起的慢衰落损耗 多径衰落引起的快衰落损耗
Okumura模型
Okumura模型
开阔地、准开阔地修正因子Qo和Qr
下页图给出的是开阔地、准开阔地 ( 开阔地与郊区间的过 渡区 ) 的场强中值相对于基准场强中值的修正曲线。 Qo 表 示开阔地修正因子, Qr表示准开阔地修正因子。显然，开 阔地的传播条件优于市区、郊区及准开阔地，在相同条件 下，开阔地上场强中值比市区高近25dB。 为了求出郊区、开阔地及准开阔地的损耗中值，应先求出 相应的市区传播损耗中值，然后再减去由图查得的相应修 正因子即可。
Okumura模型
孤立山岳修正因子Kjs
当电波传播路径上有近似刃形的单独山岳时，若求山背后 的电场强度，一般从相应的自由空间场强中减去刃峰绕射 损耗即可。但对天线高度较低的陆上移动台来说，还必须 考虑障碍物的阴影效应和屏蔽吸收等附加损耗。由于附加 损耗不易计算，故仍采用统计方法给出的修正因子 Kjs 曲 线。 下页图给出的是适用于工作频段为450~900MHz、山岳高 度在 110~350m 范围，由实测所得的弧立山岳地形的修正 因子Kjs的曲线。
Okumura模型
Okumura模型
其中，d1是发射天线至山顶的水平距离，d2是山顶至移动 台的水平距离。图中，Kjs是针对山岳高度H=200m所得到 的场强中值与基准场强的差值。如果实际的山岳高度不为 200m，则上述求得的修正因子 Kjs 还需乘以系数 α，计算 α 的经验公式为 0.07 H 式中， H的单位为m。
适用范围：适用于宏小区和微小区，但不适用于 微微小区。 频率f：800～2000MHz 距离d：0.02～5km 基站天线高度 hb：4～50m 移动台天线高度hm：1～3m
COST231- Walfish-Ikegami模型
路径损耗公式：
视距路径： L(dB)=Lfs+10.19+6logd 其中，Lfs=自由空间损耗=32.45+20logd+20logf 非视距路径： L(dB)=Lfs+Lrts+Lmds Lrts = 从屋顶到街面的衍射和散射损耗 Lmds= 多遮蔽物衍射损耗
HATA模型
频率 基站高度 移动台高度 900MHz 50 m 1.5 m
COST 231模型
适用范围：HATA模型的扩展，适用于宏小区， 但不适用于微小区和微微小区。 频率f：1500～2000MHz 距离d：1～20km 基站天线高度 hb：30～200m 移动台天线高度hm：1～10m
概述（3） 4种主要效应 阴影效应 远近效应 多径效应 多普勒效应
概述（4）
shadowing
reflection
refraction
scatteri ng
diffraction
概述（5）
绕射使得无线电信号能够传播到阻挡物后面，绕射 损耗可用费涅尔区解释。 费涅尔区表示从发射机到接收机次级波路径长度比 总的视距长度大nλ/2的连续区域。 费涅尔区的半径为：
射线跟踪技术 在射线跟踪（Ray Tracing）技术中考虑有限个反 射体，其位置和介电性质都已知。把波前（ wavefront ） 近 似 为 粒 子 ， 用 几 何 方 程 取 代 Maxwell方程。 两径模型：适用于少量反射体的孤立区域，如道 路，一般不适用于室内环境。 十径模型：由Amitay提出的城市微小区模型，尤 其适用于街道和走廊。
rn
n d 1d 2 d1 d 2
概述（6）
概述（7）
由于不同物体间的反射、绕射和散射，产 生了： 大尺度路径损耗 —— 幂定律 小尺度路径损耗 —— 瑞利分布，莱斯分 布，Nakagami分布等 对数正态阴影衰落 —— 正态分布