无线信道基本知识

功率延迟分布 PDP
多普勒功率谱密度 DPSD
角度谱 PAP
时间色散 频率色散 角度色散
a
16
衰落的分类及判定
❖ 分类
不同频率分量的衰落 信号波形
频率选择性衰落
不一致
失真
非频率选择性衰落 （平坦衰落）
相关的 一致的
不失真
❖ 判定
由信道和信号两方面决定
Fra Baidu bibliotek
信号带宽小于信道相干带宽 Bs<Bc
平坦衰落
信号带宽远大于信道相干带宽 Bs>>Bc
❖ 两径传播模型
A d
接收信号功率 hb
P rP t 4d 2G rG t1 R e (1 R )A e ..2.. 简化后 直射波
相Pr位P 差t4d2GrGt21R l e2 ❖ 多径传播模型
l(A C C B )A B
C
B hm
其P r中，P tN 4 为 d 路 2 径G 数rG 。t1当NN i 1 很1R 大ie时x ，j 无p法i( )用2公式准确计算出
直射、反射、 绕射和散射以 及它们的合成
无线电 波传播
方式
衰落的 表现
传播损耗和色散 阴影衰落 多径衰落 多普勒频移
a
3
一种典型的信号传播环境
a
4
信道的分类
❖ 信道的分类
大尺度衰落 ▪ 根据不同距离内信号强度变化的快慢分为{
小尺度衰落 长期慢衰落 ▪ 根据信号与信道变化快慢程度的比较分为{ 短期快衰落
❖ 大尺度衰落与小尺度衰落
大尺度衰落（阴影衰落）
描述 长距离上信号强度的缓慢变化
原因 信道路径上固定障碍物的阴影
影响
业务覆盖区域
小尺度衰落（多径衰落） 短距离上信号强度的快速波动
移动台运动和地点的变化 信号传输质量
a
5
衰落特性的算式描述
❖ 衰落特性的算式描述 r( tm ) (rt0)(t )
式中，r(t)表示信道的衰落因子；m(t)表示大尺度衰落； r0(t)表示小尺度衰落。
接收 P r(dB m )10logP r(m W )
换算
P r(dBW )10logP r(W )
a
7
3种基本电波传播机制
直射：LOS
无直射：NLOS
反射
阻挡体比传输波 长大的多的物体
产生多径衰落的 主要因素
绕射 阻挡体为尖利边缘
a
散射 产生于粗糙表面、小物体或其
它不规则物体
8
多径信号
无线通信信道基本概念 与技术
目录
1
概述
2
自由空间的电波传输
3 3种基本电波的传播机制
4
阴影衰落的基本特性
5 移动无线信道及特性参数
6 电波传播损耗预测模型
a
2
电波传播的基本特性
基站天线、移 移动通信
动用户天线和 两付天线之间
信道
的传播路径
移动信道的 基本特性 衰落特性
衰落的 复杂的无线 原因 电波传播环 境
式中 r 移动用户和基站的距离
ζ 由阴影产生的对数损耗（dB），服从零平均和标准偏 差σdB的对数正态分布
m 路径损耗指数
实验数据表明m＝4，标准差σ＝8dB对于城区是比较合理的
a
11
移动无线信道及特性参数
多径衰落的基本特性 多普勒频移
多径信道的信道模型 描述多径信道的主要参数
a
多径信道的统计分析 多径衰落信道的分类 衰落特性的特征量
频选衰落
数字通信系统
码间干扰
a
17
角度扩展
❖ 角度功率谱（PAS）
信号功率谱密度在角度上的分布。一般为均匀分布、截 短高斯分布和截短拉普拉斯分布
❖ 角度扩展等于功率角度谱的二阶中心矩的平方根，即
( )2 p ( )d
p ( )d
0
式中
0
❖ 意义
p ( )d
p ( )d
0
是信道时延扩展均方根值；
Bc为相干带宽
❖通常若 Ts 10 ，可认为该信道是频率选择性的
a
21
快衰信道和慢衰信道
快衰落
慢衰落
原因
冲激响应变化快于 信道冲激响应变化比不
基带信号变化
上基带信号变化
条件
Ts>Tc Bs<Bd
Tc为信道相干时间 BD为多普勒扩展
Ts<<Tc Bs>>Bd
❖ 无线移动通信一般按慢衰落处理 ❖ 声波通信按快衰落处理
a
19
平坦衰落和频率选择性衰落
原因
频谱特性 条件
频率选择性衰落
平坦衰落
信道具有恒定增益和相位的带宽 信道具有恒定增益和
范围小于发送信号带宽
相位的带宽范围大于
时间色散
码间干扰 发送信号带宽
不同频率获得不同增益
在接收端保持不变
Bs> Bc
Ts<
Bs<< Bc Ts >>
❖Ts为信号周期（一般是信号带宽Bs的倒数）
描述了功率谱在空间上的色散程度，角0度扩展在 0, 360o
之间分布。
角度扩展越大，表明散射环境越强，信号在空间的色散度 越高
a
18
相关距离与空间选择性衰落
❖相关距离Dc
信道冲激响应保证一定相关度的空间距离
❖空间选择性衰落
▪空选衰落:天线空间距离大于相关距离>Dc ▪非空选衰落:天线空间距离远小于相关距离<<Dc
衰落信道的建模与仿真
12
多径衰落的基本特性
❖ 幅度衰落
幅度随移动台移动距离的变动而衰落 ▪ 空间角度 ▪ 模拟系统主要考虑 ▪ 原因
• 本地反射物所引起的多径效应表现为快衰落 • 地形变化引起的衰落以及空间扩散损耗表现为慢衰
落
a
13
多径衰落的基本特性
❖ 时延扩展 脉冲宽度扩展 ▪ 时间角度 ▪ 数字系统主要考虑 ▪ 原因 信号传播路径不同，到达接收端的时间也就不同，导 致接收信号包含发送脉冲及其各个延时信号
小尺度衰落
大尺度衰落
a
6
自由空间的电波传播
在理想的、均 匀的、各向同 性的介质中传 播，只存在电 磁波能量扩散 而引起的传播
损耗
传播 损耗
自由空间 电波传播
分贝表示
传播
L 3 .4 2 2 5 lo 0 f 2 g lo 0 d损g 耗
接收 功率
Pr
Ar
4d2
Pt Gt
有效接收天线面积
Ar
2Gr 4
a
14
多普勒频移
❖ 原因 移动时会引起多普勒（Doppler）频率漂移
❖ 表达式 多普勒频移
fd
v cos
最大多普勒(Doppler)频移
v
fm
a
15
描述多径信道的主要参数
❖ 由于多径环境和移动台运动等影响因素，使得移动信道对 传输信号在时间、频率和角度上造成了色散。
❖ 通常用功率在时间、频率以及角度上的分布来描述这种色 散
接收信号的功率，必须用统计的方法计算接收信号的功率
a
9
阴影衰落的基本特性
❖ 阴影衰落（慢衰落）
地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波传播路径的阻挡而形成
❖ 特点
与传播地形和地物分布、高度有关
❖ 表达式 传播路径损耗和阴影衰落 l(r,)rm1010 分贝式 1 0 lo g l(r ,) 1 0 m lo g r