无线信道的传输模型PPT
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通信原理ppt课件——第三章
输出信号
两条路径信道模型
34
频域表示 信道传输函数为
35
信道幅频特性为
若两条路径的相对时 延差 固定，则信 道的幅频特性为：
36
若两条路径的相对时延差相对时延
差
是随机参量 ，则信道的幅
频特性为：
多径传播信道的相关带宽 ——信道传输特性相邻两个零点之间的频率间隔
信道最大多径时延差
37
• 如果信号的频谱比相关带宽宽，则会产生严重的频率 选择性衰落，为了减少频率选择性衰落，就应使信号 的频谱小于相关带宽（通常选择信号带宽为相关带宽 的1/3~1/5）
（噪声）。
根据以上几条性质，调制 信道可以用一个二端口线 性时变网络来表示，该网 络称为调制信道模型：
调制信道模型
4
二端口的调制信道模型，其输出与输入的关系有
一般情况下，
可以表示为信道单位冲激响应c(t)与输入
பைடு நூலகம்
信号的卷积， c(t)的傅里叶变换C(w)是信道传输函数：
或
可看成是乘性干扰
根据信道传输函数 的时变特性的不同，将物理信道分为
21
➢自由空间传播 ——当移动台和基站天线在视距范围之内，这时
电波传播的主要方式是直射波，其传播可以按自由 空间传播来分析。
设发射机输入给天线功率为 (W)，则接收天线 上获得的功率为
22
自由空间传播损耗定义为 当发射天线增益和接收天线增益都等于1时
用 dB可表示为
自由空间传播损耗与距离d的平 方成正比，距离越远损耗越大
发送信号
单一频率正弦波
陆地移动多径传播
多径信道一共有n条路径，各条 路径具有时变衰耗和时变传输 时延且各条路径到达接收端的 信号相互独立，则接收端接收 到的合成波为
通信原理第四章 (樊昌信第七版)PPT课件
则接收信号为
2 1
fo(t) = K f(t - 1 ) + K f(t - 2 ) 相对时延差
F o () = K F () e j 1 + K F () e j ( 1 )
信道传输函数
H()F F o(( ))K Keejj 11((1 1 eejj ))
常数衰减因子 确定的传输时延因子 与信号频率有关的复因子
课件
精选课件
1
第4章 信道
通信原理（第7版）
樊昌信 曹丽娜 编著
精选课件
2
本章内容:
第4章 信道
信道分类
信道模型
恒参/随参信道特性对信号传输的影响
信道噪声
信道容量
定义·分类
模型·特性
影响·措施
信道噪声 信道容量
精选课件
3
概述
信道的定义与分类
n 狭义信道：
—传输媒质 有线信道 ——明线、电缆、光纤 无线信道 ——自由空间或大气层
1. 传输特性
H ()H ()ej ()
H() ~ 幅频特性
()~ 相频特性
2. 无失真传输
H()Kejtd
H() K
()td
精选课件
27
n 无失真传输（理想恒参信道）特性曲线：
恒参信道
|H()|
K
() td
td
0
H() K
幅频特性
0
0
()td
()d() d
td
相频特性
群迟延特性
精选课件
28
n 理想恒参信道的冲激响应:
恒参信道
H()Kejtd
h(t)K(ttd)
若输入信号为s(t)，则理想恒参信道的输出:
《MIMO及信道模型》课件
MIMO技术的应用场景
MIMO技术广泛应用于无线通信系统，如4G、5G移 动通信系统、无线局域网（WLAN）、无线个人域网
（WPAN）等。
输标02入题
在4G和5G移动通信系统中，MIMO技术被用于提高 小区的覆盖范围和边缘用户的传输速率，同时也可以 提高系统的整体吞吐量。
01
03
以上内容仅供参考，具体内容可以根据您的需求进行 调整优化。
MIMO技术利用了无线信道的散射和 反射特性，通过空间复用和分集增益 ，提高了无线通信系统的传输速率和 可靠性。
MIMO技术的原理
MIMO技术的基本原理是利用多天线之间的独立性，将数据流分解成多个并行子流，在多个子流上同时传输，从而提高了传 输速率。
在接收端，多个天线接收到的信号经过处理后，可以恢复出原始的数据流。MIMO技术通过信号处理算法实现信号的分离和 合并，从而提高了信号的抗干扰能力和传输可靠性。
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天线选择
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最大信噪比 (Max-SNR): 选择能提供最大信噪比的发射天 线。
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轮询 (Round Robin): 轮流使用每个天线进行传输，确保 均衡使用。
05
CHAPTER
MIMO系统实现难点及挑战
信号处理复杂度
MIMO信号检测算法复杂度
考虑了信号在传播过程中因反射、折射和散射产生的多径 效应，适用于室内和室外非视距（NLoS）环境。
MIMO信道模型的特点
高数据速率
通过在发射端和接收端使用多个天线，提高 了数据传输速率。
抗干扰能力强
通过分集技术，降低了信号被干扰的风险。
频谱效率高
通过空间复用技术，提高了频谱利用率。
通信原理 课件 ppt
信号与系统之间存在密切的关系。一个系统通常由输入、输出和系统本身组成，而信号 则是通过系统传输的物质。系统对信号具有处理、变换和传输等功能。在通信原理中， 信号需要通过系统进行传输，因此信号与系统的关系是密不可分的。信号的特性和系统
的特性相互影响，决定了通信系统的性能和传输质量。
03
模拟通信原理
模拟信号的调制与解调
无线电波传播方式
无线电波通过直射、反射、折射 、散射等方式传播，受到地形、 建筑物、气候等因素的影响。
无线电波传播损耗
无线电波在传播过程中会受到空 气阻力、地面吸收等因素的影响 ，导致能量逐渐衰减。
无线电波频段
无线电波根据频率可分为长波、 中波、短波等不同频段，不同频 段的无线电波具有不同的传播特 性和应用场景。
调频的特点
调频信号的带宽较大，抗干扰能力强，能够 传输更多的信息。
调相的特点
调相信号的相位信息可以携带信息，具有较 高的保密性。
模拟通信系统的性能分析
信噪比
误码率
信噪比是衡量通信系统性能的重要指标， 表示信号功率与噪声功率的比值。
误码率是衡量数据传输质量的重要指标， 表示传输过程中出现误码的概率。
带宽效率
抗干扰能力
带宽效率是指通信系统传输速率与带宽的 比值，反映了系统的传输效率。
抗干扰能力是指通信系统在存在噪声和干 扰的情况下，能够正常传输信号的能力。
04
数字通信原理
数字信号的调制与解调
数字信号调制
将数字信号转换为适合传输的信 号形式，如调频、调相和调幅等
。
数字信号解调
将已调制的信号还原为原始数字信 号的过程。
通信原理 课件
目录
• 通信系统概述 • 信号与系统基础 • 模拟通信原理 • 数字通信原理 • 无线通信原理 • 通信原理实验与案例分析
的特性相互影响，决定了通信系统的性能和传输质量。
03
模拟通信原理
模拟信号的调制与解调
无线电波传播方式
无线电波通过直射、反射、折射 、散射等方式传播，受到地形、 建筑物、气候等因素的影响。
无线电波传播损耗
无线电波在传播过程中会受到空 气阻力、地面吸收等因素的影响 ，导致能量逐渐衰减。
无线电波频段
无线电波根据频率可分为长波、 中波、短波等不同频段，不同频 段的无线电波具有不同的传播特 性和应用场景。
调频的特点
调频信号的带宽较大，抗干扰能力强，能够 传输更多的信息。
调相的特点
调相信号的相位信息可以携带信息，具有较 高的保密性。
模拟通信系统的性能分析
信噪比
误码率
信噪比是衡量通信系统性能的重要指标， 表示信号功率与噪声功率的比值。
误码率是衡量数据传输质量的重要指标， 表示传输过程中出现误码的概率。
带宽效率
抗干扰能力
带宽效率是指通信系统传输速率与带宽的 比值，反映了系统的传输效率。
抗干扰能力是指通信系统在存在噪声和干 扰的情况下，能够正常传输信号的能力。
04
数字通信原理
数字信号的调制与解调
数字信号调制
将数字信号转换为适合传输的信 号形式，如调频、调相和调幅等
。
数字信号解调
将已调制的信号还原为原始数字信 号的过程。
通信原理 课件
目录
• 通信系统概述 • 信号与系统基础 • 模拟通信原理 • 数字通信原理 • 无线通信原理 • 通信原理实验与案例分析
第3章 信 道
图3-12 非线性特性
频率偏移是指信道输入信号的频谱经 过信道传输后产生了平移。 相位抖动是由于振荡器的频率不稳定 产生的。
3.4.2 随参信道对信号传输的 影响
无线信道中有一些是随参信道，例如 依靠天波传播或地波传播的无线信道。 随参信道的特性是“时变”的，即随 时间改变的。
一般说来，各种随参信道具有的共同 特性是：第一，信号的传输衰减随时间而 变；第二，信号的传输时延随时间而变； 第三，信号经过几条路径到达接收端，而 且每条路径的长度（时延）和衰减都随时 间而变，即存在多径传播现象。 多径传播对信号的影响称为多径效应。
i 1
i 1
X c (t ) i (t ) cos i (t )
i 1
n
（3-7）
X s (t ) i (t )sin i (t )
i 1
n
（3-8）
则 X c (t )和X s (t ) 都是缓慢随机变化
的。 将式（3-7）和式（3-8）代入式（36），得出
R(t ) X c (t )cos 0t X s (t )sin 0t V (t )cos[0t (t )]
3．同轴电缆
同轴电缆由内外两根同心导体构成， 在这两根导体间用绝缘体隔离开。 如图3-6所示。
图3-6 同轴电缆结构图
4．光纤
光纤是由折射率不同的两种玻璃纤维 制成的。 光纤的中心称为纤芯，外面包有折射 率较低的一层玻璃，称为包层。 按照光波在光纤中传播的方式不同， 光纤又分为多模光纤和单模光纤两类。
经过接收滤波器后的噪声双边功率谱 密度为Pn( f )，如图3-16所示，则此噪声的 功率等于 ∞ （3-18） Pn Pn ( f )df
精品课件-通信原理(第二版)(黄葆华)-第4章
y(t) kx(t td )
(4-3-1)
式中，k和td均为常数，k是衰减（或放大）系数，td为固定的 时延。
第4章 信道
对上式进行傅氏变换，得到
Y ( f ) F y(t) F kx(t td ) k X ( f )e j2 ftd
因此，传输特性为
H ( f ) Y ( f ) k e j2 ftd H ( f ) e j( f ) X( f )
第4章 信道
调制信道的共性如下： (1) 有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端。 (2) 绝大多数的信道都是线性的，即满足线性叠加原理。 (3) 信号通过信道具有一定的延迟时间，而且它还会受到固 定的或时变的损耗。 (4) 即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的噪 声输出。 根据上述共性，我们可以用一个二对端(或多对端)的时变线 性网络来表示调制信道，该网络称为调制信道模型，如图4.2.2所 示。
P(0 / 0) 1 P(1/ 0)
P(1/1) 1 P(0 /1)
Pe P(0)P(1/ 0) P(1)P(0 /1)
第4章 信道
图4.2.3 二进制编码信道模型
第4章 信道
4.3 恒参信道特点及其对信号传输的影响
1.无失真传输 无失真传输是指信号通过信道后波形形状并未发生改变， 即输出信号的波形与输入信号波形相比只是成比例地缩小（或 放大）和时间上的延迟。因此，无失真传输时，输入输出信号
(4－3－2)
式(4－3－2)表明，要保证信号通过信道不产生失真，信道传 输特性必须具备下列两个条件：
（1）幅频特性为一条水平直线，即|H(f)|=k（常数）。
第4章 信道
（2）相频特性是一条通过原点且斜率为2πtd的直线， 或者其群时延特性是一条水平直线(常数)。即
无线通信基础_教学课件_3
傅里叶变换
2.2 线性时变信道模型
传输函数
【定义】LTV信道的时变传输函数是冲激响应 h , t 关于时延变量 的傅里叶变换。
有如下傅里叶变换对（时间变量t 可看成一个参数）：
H f , t F h , t h , t e j 2 f d -1 j 2 f h , t F f H f , t df H f , t e
2.2 线性时变信道模型
： 在 一 特 定 t值 下 信 道 的 多 径 时 延 ， 或 时 间 的 增 量 ；
x( t )
h ( , t )
r( t )
r t
h , t x t d
第11页 共110页
第二章 无线信道的特性 2.2.1 信道冲激响应
设窄带信号 x ( t ) 通过频率为 f c 的载波发射，则有：
x (t ) x (t )e
j 2 fct
调制信号
实部
基带信号
第4页 共110页
第二章 无线信道的特性 2.2.1 信道冲激响应 一、无线信道输出端的接收信号表达式（2）
2.2 线性时变信道模型
发射信号经第n条路径到达接收端的信号：
解：N
2
h , 0
1 0
70 dB m 100 pW , -73 dB m 50 pW .
0 0
100 pW ,
50 pW
0 0 0,
1 0 2 f c 1 1 8 0 0
5 6 6
0
)
1
2.2 线性时变信道模型
传输函数
【定义】LTV信道的时变传输函数是冲激响应 h , t 关于时延变量 的傅里叶变换。
有如下傅里叶变换对（时间变量t 可看成一个参数）：
H f , t F h , t h , t e j 2 f d -1 j 2 f h , t F f H f , t df H f , t e
2.2 线性时变信道模型
： 在 一 特 定 t值 下 信 道 的 多 径 时 延 ， 或 时 间 的 增 量 ；
x( t )
h ( , t )
r( t )
r t
h , t x t d
第11页 共110页
第二章 无线信道的特性 2.2.1 信道冲激响应
设窄带信号 x ( t ) 通过频率为 f c 的载波发射，则有：
x (t ) x (t )e
j 2 fct
调制信号
实部
基带信号
第4页 共110页
第二章 无线信道的特性 2.2.1 信道冲激响应 一、无线信道输出端的接收信号表达式（2）
2.2 线性时变信道模型
发射信号经第n条路径到达接收端的信号：
解：N
2
h , 0
1 0
70 dB m 100 pW , -73 dB m 50 pW .
0 0
100 pW ,
50 pW
0 0 0,
1 0 2 f c 1 1 8 0 0
5 6 6
0
)
1
信道的定义及分类ppt课件
其中，Si (t) 为输入的已调信号；So (t) 为信道总输 出波形；n(t) 为加性噪声/干扰，且与 Si (t) 相互 独立。
f si t 表示已调信号通过网络所发生的(时变)
线性变换。
若设 f si t k(t)si (t) ，则有 so t k(t)si (t) nt
7
调制信道对信号的影响
22
Communication Theory
典型音频电话信道的相对衰耗
23
Communication Theory
影响：不均匀衰耗使传输信号的幅度随频率发生畸 变，引起信号波形的失真；传输数字信号，还会引 起相邻码元波形在时间上的相互重叠，造成码间串 扰。 抑制措施：为了减小幅度—频率畸变，在设计总的 电话信道传输特性时，一般都要求把幅度—频率畸 变控制在一个允许的范围内；即通过一个线性补偿 网络，使衰耗特性曲线变得平坦，这一措施通常称 之为“均衡”；在载波电话信道上传输数字信号时， 通常要采取均衡措施。
29
Communication Theory
2.5 随参信道举例
1、短波电离层反射信道 短波的定义：波长为100～10m(相应的频率为3～ 30MHz)的无线电波； 短波信道：既可沿地表面传播，也可由电离层反射 传播； 地波传播：一般是近距离的，限于几十公里范围； 天波传播：借助于电离层的一次反射或多次反射可 传输几千公里，乃至上万公里的距离；
k
k
0
0
理想 的 相位-频率特性及群时延-频率特性 26
Communication Theory
实际的信道特性总是偏离理想的相位—频率特性及群 时延-频率特性，下图给出一个典型的电话信道的群迟 延－频率特性。
27
信道是通信系统的三要素之一.ppt
要保持信息传输速率c不变信号带b和信噪比sn是可以互换的这意味着不管信噪比多低甚至在信号被噪声淹没的情况下只要将信号带宽扩展得足够大仍能保证以相同的信息传输速率可靠地传输信息也就是可以用扩频方法以宽带传输信息来换取信噪比上的好处
第三章 信道
3.1 引言
信道是通信系统的三要素之一,是通信系统组成 的重要部分。
信道的一部分。
第3章 信 道
3.3.1 调制信道模型
ei(t)
f [ei(t)]
e0(t)
eo (t) f [ei (t)] n(t)
n(t)
式中
图3-13 调制信道数学模型
ei (t) － 信道输入端信号电压； eo (t) － 信道输出端的信号电压； n(t) － 噪声电压。
通常假设： f [ei (t)] k(t)ei (t)
本章所讨论的信道不是指各种具体的信道，而是 指抽象出来的模型，重要讲述以下几个问题：
1.信道的定义及分类; 2.恒参信道及其对信号传输的影响; 3.随参信道及其对信号传输的影响; 4.信道容量；
3.2 信道定义
1.定义： 信道：信号的传输媒质叫信道。 (明线,电缆,光纤,微波等) 1)狭义信道: 传输媒质。如， 有线信道：明线,电缆,光纤,波导管等。 无线信道：长波,中波,人造卫星中继等。
3.10 信道容量的概念
离散信道：输入与输出信号都是离散的时间函数（编码信道）
连续信道：输入和输出信号都是连续的（调制信道）
x1
P(y1/x1)
y1
一、 离散信道的信道容量
信道模型用转移概率来表示 如图3.10-1所示。
发送符号：x1，x2，x3，…，xn 接收符号：y1，y2，y3，…，ym
第3章
第三章 信道
3.1 引言
信道是通信系统的三要素之一,是通信系统组成 的重要部分。
信道的一部分。
第3章 信 道
3.3.1 调制信道模型
ei(t)
f [ei(t)]
e0(t)
eo (t) f [ei (t)] n(t)
n(t)
式中
图3-13 调制信道数学模型
ei (t) － 信道输入端信号电压； eo (t) － 信道输出端的信号电压； n(t) － 噪声电压。
通常假设： f [ei (t)] k(t)ei (t)
本章所讨论的信道不是指各种具体的信道，而是 指抽象出来的模型，重要讲述以下几个问题：
1.信道的定义及分类; 2.恒参信道及其对信号传输的影响; 3.随参信道及其对信号传输的影响; 4.信道容量；
3.2 信道定义
1.定义： 信道：信号的传输媒质叫信道。 (明线,电缆,光纤,微波等) 1)狭义信道: 传输媒质。如， 有线信道：明线,电缆,光纤,波导管等。 无线信道：长波,中波,人造卫星中继等。
3.10 信道容量的概念
离散信道：输入与输出信号都是离散的时间函数（编码信道）
连续信道：输入和输出信号都是连续的（调制信道）
x1
P(y1/x1)
y1
一、 离散信道的信道容量
信道模型用转移概率来表示 如图3.10-1所示。
发送符号：x1，x2，x3，…，xn 接收符号：y1，y2，y3，…，ym
第3章
Massive-MIMOPPT课件
-
5
关键技术
导频污染 信道估计 预编码技术 信号检测
-
6
导频污染
理想情况下，TDD系统中上下行各个导频符号之间都是相互正交的，这样对于接收 端接收到的相邻小区的干扰信号都可以利用正交性在解码时消除，然而在实际Massive MIMO系统中，相互正交的导频序列数目取决于信道延迟扩展及信道相干时间，并不能 完全满足天线及用户数量增加带来的导频序列数目需求。用户数量的增加使相邻小区间 不同用户采用非正交的（相同的）导频训练序列，从而导致基站端对信道估计的结果并 非本地用户和基站间的信道， 而是被其他小区用户发送的训练序列所污染的估计，进 而使得基站接收到的上行导频信息被严重污染。
在Massive MIMO系统中，系统所需的反馈信息量随着天线数目的增加成正比例增 长，由此引发的系统反馈幵销增加以及反馈信息的准确性及时性降低已经成为FDD双工 模式发展的瓶颈。因此，针对Massive M1MO系统FDD模式，最关键的问题，在于降 低数据传输中反馈占用的资源量。
-
9
TDD中CSI的获取
在现有的移动通信系统中，主要存在时分双工(TDD)和频分双工(FDD)两种双工模 式。
-
8
FDD中CSI的获取
当系统采用FDD模式时，上下行所需要的CSI是不同的。基站侧进行的上行信道估 计需要所有用户发送不同的导频序列，此时上行导频传输需要的资源与天线的数目无关。 然而，下行信道获取CSI时，需要采用两阶段的传输过程:第一阶段，基站先向所有用户 传输导频符号，第二阶段，用户向基站反馈估计到的全部或者部分的CSI，此时传输下 行导频符号所需要的资源与基站侧天线数目成正比。当采用Massive MIMO系统，基站 侧天线数目增加大大增加了 CSI获取时占用的资源量。
通信原理-第4章
4175 6k m
5k m 73 15
km
赤道上 18101km
60 358
赤道 12725km
重复地区
盲区
卫星通信的发展趋势
通信原理课件 孙 怡 大连理工大学 信息与通信工程学院
一、信道基本概念（无线信道）
• 散射传播
– 电离层散射
机理 － 由电离层不均匀性 频率 － 30 ~ 60 MHz 距离 － 1000 km以上
由于移动用户与基站的相对运动，每个多径波都 会有一个明显的频率移动。由运动引起的接收信 号频率的移动称为多普勒频移。
S ——远程信号源
X S
v
Y
v
； ——信号源发出的信号频率； f R ——接收机接收到的信号频率； ——移动台运动速度与来波方向夹角 则 f R f c v cos f c f D 其中 f D cos 即为多普勒频移 。
t
大连理工大学 信息与通信工程学院
17
三、恒参信道特性对信号传输的影响
• 频率失真：振幅～频率特性不良引起的
– 频率失真 波形畸变 码间串扰
– 解决办法：线性网络补偿
• 相位失真：相位～频率特性不良引起的
– 对语音影响不大，对数字信号影响大 – 解决办法：同上
• 非线性失真：
– 可能存在于恒参信道中
• 无线信道电磁波的频率 － 受天线尺寸限制 • 地球大气层的结构
对流层：地面上 0 ~ 10 km 平流层：约10 ～ 60 km 电离层：约60 ～ 400 km
电离层 平流层 60 km 对流层 10 km 0 km 地 面
• 电离层对于传播的影响
反射 散射
• 对流层对于传播的影响
MIMO技术ppt课件
MIMO多天线技术
精选课件ppt
1
课程内容
MIMO基本原理 MIMO的工作模式 MIMO系统的实现 自适应MIMO 多用户MIMO
精选课件ppt
2
MIMO基本原理
概述 数学模型 极限容量 多天线技术增益
精选课件ppt
3
MIMO基本原理
概述： MIMO技术的基本出发点是将用户数据分解
精选课件ppt
25
MIMO系统的实现
多码字
码字0 编码
调制
层
预
码字1 编码
调制
映 射
编 码
OFDM符号 天线口0
OFDM符号 OFDM符号
天线口1 天线口2
OFDM符号 天线口3
精选课件ppt
26
MIMO系统的实现
多码字
目前，由于LTE系统接收端最多支持2天线， 能够发送的相互独立的编码调制数据流的 数量最多为2，所以不管发送端天线数目为 1、2或4还是8，码字的最大值为2.
适用于单天线端口 提供发射分集对抗衰落 适用于高速移动环境 提高峰值速率 提高系统容量
提高小区覆盖，抑制干扰
精选课件ppt
20
MIMO的工作模式
MIMO模式在下行物理信道的应用
物理信道
Mode1
PDSCH
PBCH
PCFICH
PDCCH
PHICH
SCH
Mode 2
Mode3 – Mode 7
精选课件ppt
21
MIMO的工作模式
MIMO模式的应用
小区中心
小区边缘
市区
高速移动
中速移动
低速移动（室内）
精选小课区件边pp缘t
精选课件ppt
1
课程内容
MIMO基本原理 MIMO的工作模式 MIMO系统的实现 自适应MIMO 多用户MIMO
精选课件ppt
2
MIMO基本原理
概述 数学模型 极限容量 多天线技术增益
精选课件ppt
3
MIMO基本原理
概述： MIMO技术的基本出发点是将用户数据分解
精选课件ppt
25
MIMO系统的实现
多码字
码字0 编码
调制
层
预
码字1 编码
调制
映 射
编 码
OFDM符号 天线口0
OFDM符号 OFDM符号
天线口1 天线口2
OFDM符号 天线口3
精选课件ppt
26
MIMO系统的实现
多码字
目前，由于LTE系统接收端最多支持2天线， 能够发送的相互独立的编码调制数据流的 数量最多为2，所以不管发送端天线数目为 1、2或4还是8，码字的最大值为2.
适用于单天线端口 提供发射分集对抗衰落 适用于高速移动环境 提高峰值速率 提高系统容量
提高小区覆盖，抑制干扰
精选课件ppt
20
MIMO的工作模式
MIMO模式在下行物理信道的应用
物理信道
Mode1
PDSCH
PBCH
PCFICH
PDCCH
PHICH
SCH
Mode 2
Mode3 – Mode 7
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21
MIMO的工作模式
MIMO模式的应用
小区中心
小区边缘
市区
高速移动
中速移动
低速移动（室内）
精选小课区件边pp缘t
通信原理第3章信道
增大视线传播距离的其他途径 ➢ 中继通信： ➢ 卫星通信：静止卫星、 移动卫星
图3.1-5 无线电中继
➢ 平流层通信：利用位于平流层的高空平台电台代替卫星作为 基站的通信。
11
第3章 信 道
三、电离层和大气层对于传播的影响
电离层对于传播的影响
反射 散射
大气层对于传播的影响
散射 吸收
衰 减
根据应用情况不同，在光纤线路中可能设有中继器 （也可不设）。中继器有两种类型：直接中继器和间接中继器。 所谓直接中继器就是光放大器，它直接将光信号放大以补偿光 纤的传输损耗，以便延长传输距离；所谓间接中继器就是将光 信号先解调为电信号，经放大或再生处理后，再调制到光载波 上，利用光纤继续进行传输。在数字光纤信道中，为了减少失 真及防止噪声的积累，每隔一定距离需要加入再生中继器。
电离层
电离层：约60 ～ 400 km
平流层
60 km
对流层
10 km
地面
0 km
6
第3章 信 道
3.短波电离层的传播路径
短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电波在电 离层， 或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成 的信道。
离地面60~400 km的大气层称为电离层。
电离层由分子、原子、离子及自由电子组成，形成的 原因是由于太阳辐射的紫外线和X射线。 当频率范围为 3~30 MHz (波长为10-100m)的短波(或称为高频)无线电 波射入电离层时， 由于折射现象会使电波发生反射，返回 地面，从而形成短波电离层反射信道。
制 器
光
光
纤
探
线测
路
器
基
基
带
带
处 理
电 信 号
图3.1-5 无线电中继
➢ 平流层通信：利用位于平流层的高空平台电台代替卫星作为 基站的通信。
11
第3章 信 道
三、电离层和大气层对于传播的影响
电离层对于传播的影响
反射 散射
大气层对于传播的影响
散射 吸收
衰 减
根据应用情况不同，在光纤线路中可能设有中继器 （也可不设）。中继器有两种类型：直接中继器和间接中继器。 所谓直接中继器就是光放大器，它直接将光信号放大以补偿光 纤的传输损耗，以便延长传输距离；所谓间接中继器就是将光 信号先解调为电信号，经放大或再生处理后，再调制到光载波 上，利用光纤继续进行传输。在数字光纤信道中，为了减少失 真及防止噪声的积累，每隔一定距离需要加入再生中继器。
电离层
电离层：约60 ～ 400 km
平流层
60 km
对流层
10 km
地面
0 km
6
第3章 信 道
3.短波电离层的传播路径
短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电波在电 离层， 或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成 的信道。
离地面60~400 km的大气层称为电离层。
电离层由分子、原子、离子及自由电子组成，形成的 原因是由于太阳辐射的紫外线和X射线。 当频率范围为 3~30 MHz (波长为10-100m)的短波(或称为高频)无线电 波射入电离层时， 由于折射现象会使电波发生反射，返回 地面，从而形成短波电离层反射信道。
制 器
光
光
纤
探
线测
路
器
基
基
带
带
处 理
电 信 号
超宽带无线通信技术介绍ppt(48张)
超宽带的特点
5、定位精度高
➢ 由于脉冲超宽带具有较强的穿透能力，因此可以用于各种环境 下的测距和定位。系统的定位精度与信号的频谱宽度直接相关， 频谱越宽，时间分辨率越高。脉冲超宽带发射极短的基带窄脉 冲信号具有很高的定位精度，其带宽通常在数GHz，所以理论 上其定位精度可达厘米量级。研究表明，与GPS全球定位系统 相比，超宽带技术具有更高的定位精度。
➢ 可以应用在：穿墙雷达、安全监视、透地探测 雷达、工业机器人控制、监视和入侵检测、道 路及建筑检测、贮藏罐内容探测等。
(1)
(2)
探地雷达 穿墙成像
墙内成像 监视系统
医疗成像
室内UWB设备辐射掩蔽能好
➢ 超宽带技术可以与现有的其他通信系统共享频谱。超宽带通信 使用的频谱范围从3.1GHz到10.6GHz，频谱宽度高达 7.5GHz，通过发射功率的限制，避免了对其他通信系统的干 扰。从上图 中可以看到，超宽带信号的最高辐射功率为41.3dBm，这仅仅相当于一台个人计算机的辐射。这样在很 低的功率谱密度下共享频谱的方式，在频谱资源非常紧张的今 天具有极其重要的意义，这也是超宽带兴起和发展的主要原因 之一.
技术
GPS
Bluetooth IEEE802.11
UWB
定位精度 5-20m
3m
3m
15cm
超宽带的特点
6、保密和安全性能好
➢ 超宽带信号的功率谱密度非常小，淹没在环境 噪声和其他信号中，同时又具有极宽的带宽， 很难被基于频谱搜索的侦测设备检测到。
➢ 同时超宽带系统可以采用多种扩频多址方式， 包括：跳时扩频、跳频扩频、直接序列扩频等， 在接收端必须采用与发射端一致的扩频码才能 正确的解调数据，这使得使非合法用户很难获 取合法用户的传输信息，系统的安全性和保密 性非常高。
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多普勒效应：由于移动体的运动速度和方向引 起,多径条件下，引起多普勒频谱展宽
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是在随机变化，若各 移动用户发射信号功率一样，那么到达基站时 信号的强弱将不同，离基站近者信号强，离基 站远者信号弱。通信系统中的非线性将进一步 加重信号强弱的不平衡性，甚至出现了以强压
18.06.2020
28
❖ 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是在随机变化，
若各移动用户发射信号功率一样，那么到达
基站时信号的强弱将不同，离基站近者信号
强，离基站远者信号弱。通信系统中的非线
性将进一步加重信号强弱的不平衡性，甚至
出现了以强压弱的现象，并使弱者，即离基
站较远的用户产生掉话(通信中断)现象，通常
信道的传输模型
信道模型的分类
信道的传播模型可以分为： ❖ 大尺度传播模型和小尺度衰落。
18.06.2020
2
大尺度传播模型
定义：
❖ 描述了长距离内接收信号的强度的缓慢变化， 这些变化是由发射天线和接收天线之间传播 路径上的障碍物遮挡造成的。
主要的模型代表有：
Lee 模型、Okumura-Hata模型、 COST231-Hata模型、Walfisch-Ikegami模 型(WIM)、室内传播模型
◆多径效应引起的接收问题：额外的路径损耗、
突发性误码、严重的码间干扰
18.06.2020
39
多径效应（2）
❖ ❖
❖ ❖ ❖ ❖
18.06.2020
幅度：衰落 在小的传播距离或时间段信
号强度的迅速变化
时间：多径时延 多径延迟所引起的时间扩散
频率：多普勒扩展 由于在不同多径信号上不同
的多普勒频移所产生的随机频率调制
❖ ◆定义： 由于移动信道中直射、反射和折射现
象的同时存在，使得发射信号通过不同的传播 路径，形成幅度、相位及到达时间相互区别的 多个信号而到达接收台；并且不同多径成分的 相位、幅度等都是随机、独立变化的；接收到 的信号由大量具有随机幅度，相位和到达角度 的平面波组成。这些多径分量在接收天线进行 矢量组合，从而使接收信号失真或衰落。
44
多径效应(3)－移动通信信道分析
❖ 时延扩展 频率选择性衰落 ❖ 频率扩展 时间选择性衰落 ❖ 角度扩展 空间选择性衰落
18.06.2020
45
4.1.2 时延扩展---频率选择性衰落
所谓频率选择性衰落是指在不同频
段上衰落特性不一样。
信号强度
信号谱密度
t0 t1t2 t3...
18.06.2020
18.06.202弱0 的现象，即使离基站较远的用户产生掉话(通 27 信中断)现象，通常称这一现象为远近效应。
❖ 阴影效应：由大型建筑物和其它物体的阻挡， 在电波传播的接收区域中产生传播半盲区。 它类似于太阳光受阻挡后可产生的阴影，光 波的波长较短，因此阴影可见，电磁波波长 较长，阴影不可见，但是接收终端(如手机)与 专用仪表可以测试出来。
18.06.2020
11
18.06.2020
12
18.06.2020
13
传播路径
◆直射波---视距传播
◆反射波
发射天线
◆地表面波
直射波 反射波
地表面波
接收天线
18.06.2020
14
反射（Reflection）
❖ 当电磁波遇到比波长大得多的物体时， 发生反射。反射发生在地球表面、建筑 物和墙壁表面
18.0径6.202效0 应。这类多径干扰是非常复杂的，有时 30 根本收不到主径直射波，收到的是一些连续
❖ 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 一现象只产生在高速(≥70km/h)车载通信时， 而对于通常慢速移动的步行和准静态的室内 通信，则不予考虑。
❖ ◆其次，由于用户台的移动性，传播参数随 时变化，引起接收场强的快速波动。
❖
❖ ◆移动信道是一种是时变信道。
❖
18.06.2020
22
❖在上述移动信道的三个主要特点以及传 播的三种主要机制作用下，无线电波通过 移动信道时,接收点的信号将产生：
❖1、三类损耗 ❖2、四种效应
18.06.2020
23
18.0称6.202这0 一现象为远近效应。
29
❖ 多径效应：由于接收者所处地理环境的复杂 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过来以及绕射 过来的多条不同路径信号。而且它们到达时 的信号强度，到达时间以及到达时的载波相 位都是不一样的。所接收到的信号是上述各 路径信号的矢量和，也就是说各径之间可能 产生自干扰，称这类自干扰为多径干扰或多
18.06.2020
5
❖ 为什么要研究无线信道?
❖ 无线通信系统的性能主要受到移动无线信道的制约, 移动无线信道具有多样性,同一无线空中接口在不同 的移动无线信道中的性能大不相同.
❖ 如何描述移动无线信道?
❖ 采用理论分析,场强实测统计和计算机模拟三种方法 .
18.06.2020
6
内容提要
❖
◆无线电波传播特性分析
❖
■自由空间传播
❖
■陆地传播机制
❖
◆移动环境下的信道分析
❖
■移动无线传播环境概述
❖
■小尺度多径衰落模型
❖
■大尺度路径损耗模型
18.06.2020
7
❖ ◆有线信道：平稳，可预测；
❖ ◆无线信道：极为随机，难于分析，难于模拟；非 视距、多径、运动，造成衰落。
❖ ◆传播机制：反射、绕射和散射；
❖ 例，城市中多径，无直视路径。
❖ ◆传播模型的重点：预测在距离发射机的给定距离 上平均接收的信号强度以及信号强度的变化
18.06.2020
8
自由空间传播（1）
◆什么叫自由空间？无任何衰减、无
任何阻挡、无任何多径的传播空间。
◆无线电波在自由空间传播时，其单位
面积中的能量会因为扩散而减少。这 种减少，称为自由空间的传播损耗。
如图所示，发射功率为PT，发射天线 为各向均匀辐射，则以发射源为中心， d为半径的球面上单位面积的功率为：
时间
窄带信号
频率
宽带信号
46
❖ 1)信道输入
❖ 频域：白色等幅频谱
❖ 时域：在t0时刻输入一个脉冲 ❖ 2)信道输出
❖ 频域：衰落起伏的有色谱
❖ 时域：在t0 +t瞬间，脉冲在时域产生了 扩散，其扩散宽度为L/2。其中为t绝对 时延。
❖ 3)结论：由于信道在时域的时延扩散，
引起了在频域的频率选择性衰落。且其
40
多径信号——小尺度衰落及分布
❖
❖
◆ Rayleigh衰落
❖
◆ Rice衰落
❖
18.06.2020
41
瑞利(Rayleigh)衰落
❖ 设无直射波的N个路径信号的幅值和到达接收天线的方 位角是随机的且统计独立
❖ 发送信号为：
so(t)a0ej2fct
❖
接收信号为： N r(t)
e e j(2[(fcfD )i(t)fD t] i) j2fct
i
❖ 令：
i 1
i 2[fc ( fD )i( t) fD t]i
N
x i cosi
i1
N
y i sini
i1
❖ 则： r(t)(xjy )ej2fct
❖ x和y是独立随机变量之和，根据中心极限定律， x 和y
趋于正态分布。因此合信号复包络 r x2 y2 为瑞利
18.06.❖2020分布即，：相位为均匀分布。p(r)r2exp2r2 [2] (r0) 42
25
移动环境的场强特性
移动通信环境下场强变化剧烈
场强变化的平均值随距离增加而衰减 场强特性曲线的中值呈慢速变化---慢衰落 场强特性曲线的瞬时值呈快速变化---快衰
落
18.06.2020
26
❖ 2.接收信号中的四种效应
阴影效应：由地形结构起伏，不同障碍物对电 波的遮挡引起的随机性，表现为慢衰落
多径效应：由移动体周围的局部散射体引起的 多径传播，表现为快衰落
信号谱密度
信号强度
18.06.2020
频率
快衰落
时： ❖ 时域：单频等幅载波； ❖ 频域：在单一频率上单根谱线(脉冲)； ❖ 2)信道输出：
❖ 时域：包络起伏不平；
1. 三类不同层次的损耗
路径传播损耗：自由空间传播损耗（ Path loss）与弥散；
❖ 慢衰落损耗：主要由阴影效应引起；
❖ 快衰落：主要由多径效应和多普勒效 应引起。
❖
快衰落又可分为：空间选择性快
衰落、频率选择性快衰落与时间选择性
快衰落。
18.06.2020
24
接收信号的统计分析
18.06.2020
衰落周期，即与时域中的时延扩散程度
18.06.2020 成正比T2=1/L。
47
频率选择性衰落其现象、成因与机理 如图所示：
1 L
f
宽带 移动信道
f L
2
t
t0
18.06.2020
t t0 t
48
4.1.3 频率扩展---时间选择性衰落
所谓时间选择性衰落，是指在不同 的时间衰落特性是不一样的。
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17
实际空间传播
18.06.2020
18
移动通信环境---场强测试曲线
C e llu la r sta tio n
Cn n V
R aBduioildTinogw e r
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是在随机变化，若各 移动用户发射信号功率一样，那么到达基站时 信号的强弱将不同，离基站近者信号强，离基 站远者信号弱。通信系统中的非线性将进一步 加重信号强弱的不平衡性，甚至出现了以强压
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28
❖ 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是在随机变化，
若各移动用户发射信号功率一样，那么到达
基站时信号的强弱将不同，离基站近者信号
强，离基站远者信号弱。通信系统中的非线
性将进一步加重信号强弱的不平衡性，甚至
出现了以强压弱的现象，并使弱者，即离基
站较远的用户产生掉话(通信中断)现象，通常
信道的传输模型
信道模型的分类
信道的传播模型可以分为： ❖ 大尺度传播模型和小尺度衰落。
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2
大尺度传播模型
定义：
❖ 描述了长距离内接收信号的强度的缓慢变化， 这些变化是由发射天线和接收天线之间传播 路径上的障碍物遮挡造成的。
主要的模型代表有：
Lee 模型、Okumura-Hata模型、 COST231-Hata模型、Walfisch-Ikegami模 型(WIM)、室内传播模型
◆多径效应引起的接收问题：额外的路径损耗、
突发性误码、严重的码间干扰
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39
多径效应（2）
❖ ❖
❖ ❖ ❖ ❖
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幅度：衰落 在小的传播距离或时间段信
号强度的迅速变化
时间：多径时延 多径延迟所引起的时间扩散
频率：多普勒扩展 由于在不同多径信号上不同
的多普勒频移所产生的随机频率调制
❖ ◆定义： 由于移动信道中直射、反射和折射现
象的同时存在，使得发射信号通过不同的传播 路径，形成幅度、相位及到达时间相互区别的 多个信号而到达接收台；并且不同多径成分的 相位、幅度等都是随机、独立变化的；接收到 的信号由大量具有随机幅度，相位和到达角度 的平面波组成。这些多径分量在接收天线进行 矢量组合，从而使接收信号失真或衰落。
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多径效应(3)－移动通信信道分析
❖ 时延扩展 频率选择性衰落 ❖ 频率扩展 时间选择性衰落 ❖ 角度扩展 空间选择性衰落
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4.1.2 时延扩展---频率选择性衰落
所谓频率选择性衰落是指在不同频
段上衰落特性不一样。
信号强度
信号谱密度
t0 t1t2 t3...
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18.06.202弱0 的现象，即使离基站较远的用户产生掉话(通 27 信中断)现象，通常称这一现象为远近效应。
❖ 阴影效应：由大型建筑物和其它物体的阻挡， 在电波传播的接收区域中产生传播半盲区。 它类似于太阳光受阻挡后可产生的阴影，光 波的波长较短，因此阴影可见，电磁波波长 较长，阴影不可见，但是接收终端(如手机)与 专用仪表可以测试出来。
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传播路径
◆直射波---视距传播
◆反射波
发射天线
◆地表面波
直射波 反射波
地表面波
接收天线
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反射（Reflection）
❖ 当电磁波遇到比波长大得多的物体时， 发生反射。反射发生在地球表面、建筑 物和墙壁表面
18.0径6.202效0 应。这类多径干扰是非常复杂的，有时 30 根本收不到主径直射波，收到的是一些连续
❖ 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 一现象只产生在高速(≥70km/h)车载通信时， 而对于通常慢速移动的步行和准静态的室内 通信，则不予考虑。
❖ ◆其次，由于用户台的移动性，传播参数随 时变化，引起接收场强的快速波动。
❖
❖ ◆移动信道是一种是时变信道。
❖
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22
❖在上述移动信道的三个主要特点以及传 播的三种主要机制作用下，无线电波通过 移动信道时,接收点的信号将产生：
❖1、三类损耗 ❖2、四种效应
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23
18.0称6.202这0 一现象为远近效应。
29
❖ 多径效应：由于接收者所处地理环境的复杂 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过来以及绕射 过来的多条不同路径信号。而且它们到达时 的信号强度，到达时间以及到达时的载波相 位都是不一样的。所接收到的信号是上述各 路径信号的矢量和，也就是说各径之间可能 产生自干扰，称这类自干扰为多径干扰或多
18.06.2020
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❖ 为什么要研究无线信道?
❖ 无线通信系统的性能主要受到移动无线信道的制约, 移动无线信道具有多样性,同一无线空中接口在不同 的移动无线信道中的性能大不相同.
❖ 如何描述移动无线信道?
❖ 采用理论分析,场强实测统计和计算机模拟三种方法 .
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内容提要
❖
◆无线电波传播特性分析
❖
■自由空间传播
❖
■陆地传播机制
❖
◆移动环境下的信道分析
❖
■移动无线传播环境概述
❖
■小尺度多径衰落模型
❖
■大尺度路径损耗模型
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❖ ◆有线信道：平稳，可预测；
❖ ◆无线信道：极为随机，难于分析，难于模拟；非 视距、多径、运动，造成衰落。
❖ ◆传播机制：反射、绕射和散射；
❖ 例，城市中多径，无直视路径。
❖ ◆传播模型的重点：预测在距离发射机的给定距离 上平均接收的信号强度以及信号强度的变化
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自由空间传播（1）
◆什么叫自由空间？无任何衰减、无
任何阻挡、无任何多径的传播空间。
◆无线电波在自由空间传播时，其单位
面积中的能量会因为扩散而减少。这 种减少，称为自由空间的传播损耗。
如图所示，发射功率为PT，发射天线 为各向均匀辐射，则以发射源为中心， d为半径的球面上单位面积的功率为：
时间
窄带信号
频率
宽带信号
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❖ 1)信道输入
❖ 频域：白色等幅频谱
❖ 时域：在t0时刻输入一个脉冲 ❖ 2)信道输出
❖ 频域：衰落起伏的有色谱
❖ 时域：在t0 +t瞬间，脉冲在时域产生了 扩散，其扩散宽度为L/2。其中为t绝对 时延。
❖ 3)结论：由于信道在时域的时延扩散，
引起了在频域的频率选择性衰落。且其
40
多径信号——小尺度衰落及分布
❖
❖
◆ Rayleigh衰落
❖
◆ Rice衰落
❖
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瑞利(Rayleigh)衰落
❖ 设无直射波的N个路径信号的幅值和到达接收天线的方 位角是随机的且统计独立
❖ 发送信号为：
so(t)a0ej2fct
❖
接收信号为： N r(t)
e e j(2[(fcfD )i(t)fD t] i) j2fct
i
❖ 令：
i 1
i 2[fc ( fD )i( t) fD t]i
N
x i cosi
i1
N
y i sini
i1
❖ 则： r(t)(xjy )ej2fct
❖ x和y是独立随机变量之和，根据中心极限定律， x 和y
趋于正态分布。因此合信号复包络 r x2 y2 为瑞利
18.06.❖2020分布即，：相位为均匀分布。p(r)r2exp2r2 [2] (r0) 42
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移动环境的场强特性
移动通信环境下场强变化剧烈
场强变化的平均值随距离增加而衰减 场强特性曲线的中值呈慢速变化---慢衰落 场强特性曲线的瞬时值呈快速变化---快衰
落
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❖ 2.接收信号中的四种效应
阴影效应：由地形结构起伏，不同障碍物对电 波的遮挡引起的随机性，表现为慢衰落
多径效应：由移动体周围的局部散射体引起的 多径传播，表现为快衰落
信号谱密度
信号强度
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频率
快衰落
时： ❖ 时域：单频等幅载波； ❖ 频域：在单一频率上单根谱线(脉冲)； ❖ 2)信道输出：
❖ 时域：包络起伏不平；
1. 三类不同层次的损耗
路径传播损耗：自由空间传播损耗（ Path loss）与弥散；
❖ 慢衰落损耗：主要由阴影效应引起；
❖ 快衰落：主要由多径效应和多普勒效 应引起。
❖
快衰落又可分为：空间选择性快
衰落、频率选择性快衰落与时间选择性
快衰落。
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接收信号的统计分析
18.06.2020
衰落周期，即与时域中的时延扩散程度
18.06.2020 成正比T2=1/L。
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频率选择性衰落其现象、成因与机理 如图所示：
1 L
f
宽带 移动信道
f L
2
t
t0
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t t0 t
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4.1.3 频率扩展---时间选择性衰落
所谓时间选择性衰落，是指在不同 的时间衰落特性是不一样的。
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实际空间传播
18.06.2020
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移动通信环境---场强测试曲线
C e llu la r sta tio n
Cn n V
R aBduioildTinogw e r