移动通信第3讲信道
2022移动通信第三章移动信道的传播特性
2022移动通信第三章移动信道的传播特性在当今的信息时代，移动通信已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
无论是日常的沟通交流，还是工作中的信息传递，都离不开移动通信的支持。
而要实现稳定、高效的移动通信，就必须深入了解移动信道的传播特性。
这一章，我们就来探讨一下 2022 年移动通信中移动信道的传播特性。
移动信道是指移动终端（如手机）和基站之间的无线传播路径。
它的传播特性非常复杂，受到多种因素的影响。
首先，地形地貌是影响移动信道传播特性的重要因素之一。
在城市环境中，高楼大厦林立，会导致信号的反射、折射和散射。
信号可能会在建筑物之间来回反射，形成多径传播。
这就好比我们在一个有很多镜子的房间里说话，声音会经过多次反射才到达对方的耳朵，从而使得声音变得复杂和不稳定。
在山区，地形起伏较大，信号可能会被山峰阻挡，出现阴影效应，导致某些区域信号较弱甚至完全没有信号。
其次，气候条件也会对移动信道的传播特性产生影响。
例如，在雨天，雨水会吸收和散射无线电波，从而导致信号衰减。
大雾天气中，水汽会对信号产生类似的影响。
此外，雷电等恶劣天气还可能会产生电磁干扰，影响信号的质量。
移动信道的传播特性还与信号的频率有关。
一般来说，频率越高，信号的穿透力越弱，但能够提供更高的数据传输速率。
在移动通信中，不同的频段具有不同的传播特性。
低频段的信号传播距离较远，但带宽较窄，数据传输速率相对较低；高频段则相反，虽然传输速率快，但传播距离较短，覆盖范围较小。
多径传播是移动信道的一个重要特性。
当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环境各不相同，导致信号到达接收端的时间、相位和幅度都有所差异。
这种多径效应会引起信号的衰落，包括瑞利衰落和莱斯衰落。
瑞利衰落通常发生在没有直射路径的情况下，信号幅度服从瑞利分布；而当存在较强的直射路径时，则会出现莱斯衰落。
为了应对移动信道的复杂传播特性，移动通信系统采用了一系列的技术手段。
移动通信第三章移动信道的传播特性
移动通信第三章移动信道的传播特性在我们的日常生活中，移动通信已经成为了不可或缺的一部分。
无论是打电话、发短信，还是上网浏览、在线视频，都离不开移动通信的支持。
而要实现稳定、高效的移动通信，就必须深入了解移动信道的传播特性。
这一章，咱们就来好好聊聊这个话题。
移动信道的传播特性是相当复杂的。
想象一下，当您在移动中打电话时，信号会受到各种各样的影响。
比如建筑物的阻挡、地形的起伏、天气条件的变化，甚至是人群的干扰等等。
首先，我们来谈谈多径传播。
这就好比您在一个充满镜子的房间里说话，声音会从不同的方向反射回来，形成多个路径到达接收点。
在移动通信中，信号也会通过多条不同的路径从发射端到达接收端。
这些路径的长度和传播条件各不相同，导致信号到达的时间、强度和相位都有所差异。
这就会引起信号的衰落和失真。
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的增加和障碍物的遮挡导致信号强度的大幅下降。
比如说，您在远离基站的地方，或者身处高楼大厦密集的区域，信号可能就会变得很弱。
小尺度衰落则是由于多径传播引起的信号快速波动。
这种衰落可能在很短的时间内发生，甚至在几分之一秒内，让您的通话出现断断续续的情况。
接下来，说说多普勒效应。
当移动台相对于信号源运动时，接收到的信号频率会发生变化。
这就好比一辆鸣笛的汽车从您身边驶过，您会听到声音的音调发生变化。
在移动通信中，如果您在快速移动，比如在高铁上，多普勒效应就会比较明显，可能会影响信号的质量。
除了这些，移动信道还受到阴影衰落的影响。
这通常是由于大型障碍物，如山脉、高楼等阻挡了信号的传播，造成某些区域的信号强度明显低于其他区域，形成了所谓的“阴影区”。
再来说说传播损耗。
信号在传播过程中会不断损耗能量，这包括自由空间传播损耗、反射损耗、绕射损耗等等。
自由空间传播损耗是指信号在没有任何障碍物的理想空间中传播时，随着距离的增加而逐渐减弱。
反射损耗则是当信号遇到光滑的表面时，一部分能量被反射回去，导致接收端接收到的信号强度降低。
移动通信-第3讲-移动信道1
图3.1 小尺度和大尺度衰减
10 0 -10 -20 -30
20 Wavelengths
Received Signal level (RSL)
Transmitter receiver Antennae distance
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3.1.1 概 述
(2) 传播模型的研究
从图中看出：随着接收机的移动，信号衰落很快；但随距离 的变化很慢。
小尺度衰减模型：描述短距离（几个波长），或短时间（秒 级）内的接收场强快速波动的传播模型，称为小尺度衰减模 型。频段从1GHz～2GHz的蜂窝系统和PCS，相应的测量在 1m ～ 10m范围。
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2020/4/9
3.1.1 概 述
(2) 传播模型的研究
小尺度衰减模型产生机理：原因是接收信号由不同方向信号 合成，并且由于相位变化的随机性，其信号变化范围很大， 当接收机移动距离与波长相等时，接收场强可以产生4个数量 级（30dB或40dB）的变化。
大尺度和小尺度衰减例子：当移动台远离发射机时，当地平 均接收场强逐渐减弱，该平均场强由大尺度传播模型预测。 图3.1给出一个室内无线通信系统的小尺度衰减和大尺度变化 的情况。
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3.1.1 概 述
(2) 传播模型的研究
Flat Terrain Median Signal Slow Fading (lognormal Shadowing) Fast Fading
模型只是在一定频率和环境下建立，适用性如何有待检验。 传统上集中于给定范围内平均场强预测，和特定位置附近场
强的变化。 传播模型分类
大尺度传播模型 小尺度传播模型
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移动通信-第5讲-移动信道3
移动通信-第5讲-移动信道3移动通信第 5 讲移动信道 3在移动通信的广袤世界中，移动信道无疑是其中至关重要的一环。
今天，咱们就来深入探讨一下移动信道中的一些关键要点。
首先，咱们得明白移动信道的特点。
它可不是个“安分守己”的家伙，充满了变化和不确定性。
信号在其中传输时，会遭遇各种各样的干扰和衰减，就像在充满迷雾和陷阱的道路上前行。
其中一个关键因素就是多径传播。
想象一下，信号从发射端出发，就像一个勇敢的探险家，试图到达接收端。
但它可不是走的直线，而是会因为建筑物、山脉、树木等障碍物的阻挡，被迫“绕路”，形成多条不同的路径。
这些路径的长度不同，到达接收端的时间也就有先有后。
这就导致了信号的叠加和相互干扰，使接收端收到的信号变得复杂而不稳定。
再来说说多普勒效应。
当移动台在移动时，比如咱们拿着手机在快速行走或者乘坐汽车，接收信号的频率会发生变化。
这就好比一辆鸣笛的汽车向你驶来，声音会变尖锐；而当它远离你时，声音又会变得低沉。
在移动通信中，多普勒效应会影响信号的质量和传输速率。
信号在移动信道中的衰减也是个大问题。
自由空间传播损耗是不可避免的，随着距离的增加，信号强度会逐渐减弱。
此外，还有阴影衰落，这是由于大型障碍物阻挡造成的信号强度的缓慢变化。
还有小尺度衰落，它会在短距离内或短时间内使信号强度发生快速波动。
那面对这些挑战，咱们有什么应对之策呢？在技术方面，分集接收是个常用的办法。
它就像是多派几个“侦察兵”出去，从不同的路径接收信号，然后把它们整合起来。
这样，即使某一条路径上的信号受到了严重干扰，还有其他路径的信号可以作为补充，提高接收的可靠性。
均衡技术也能派上用场。
它通过对接收信号进行处理，消除多径传播带来的符号间干扰，让信号变得更加清晰可辨。
智能天线技术更是一大创新。
它可以根据信号的来向，调整天线的方向和波束形状，增强有用信号的接收，同时抑制干扰信号。
编码和调制技术也在不断发展。
通过更高效的编码方式和调制方法，提高信号的抗干扰能力和传输效率。
移动通信原理 第3版
移动通信原理第3版《移动通信原理第 3 版》在当今数字化的时代，移动通信已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从简单的语音通话到高速的数据传输，从短信交流到丰富多彩的多媒体应用，移动通信技术的发展日新月异，深刻地改变了我们的生活方式和社会运作模式。
而要深入理解这一神奇的技术，就不得不探讨《移动通信原理第 3 版》中所涵盖的核心内容。
移动通信的基础在于无线信号的传输。
想象一下，当我们对着手机说话时，声音被转换成电信号，然后通过一系列复杂的处理和调制，变成能够在空中传播的无线电磁波。
这些电磁波携带着我们的信息，以光速在空间中传播。
接收端的设备则捕捉到这些电磁波，并通过解调、解码等过程，将其还原成我们能够理解的声音、图像或数据。
在这个过程中，频率和频段的概念至关重要。
不同的移动通信系统会使用特定的频段来传输信号，以避免相互干扰。
就像不同的广播电台在不同的频率上播放节目一样，移动通信也需要为各种服务和应用分配合适的频段。
而且，随着用户数量的不断增加和对通信速度的更高要求，频段资源变得越来越紧张，如何更有效地利用频段成为了一个重要的研究课题。
调制和解调技术是移动通信中的关键环节。
调制就像是给信息穿上一件特殊的“外衣”，让它能够适合在无线信道中传输；解调则是把这件“外衣”脱掉，还原出原始的信息。
常见的调制方式有幅度调制、频率调制和相位调制等，每种方式都有其特点和适用场景。
例如，在一些对信号质量要求较高的场景中，可能会采用更复杂但更精确的调制方式，以提高通信的可靠性和效率。
多址接入技术则是解决多个用户如何同时共享通信资源的问题。
时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）和码分多址（CDMA）等是常见的多址接入方式。
以 TDMA 为例，它将时间分成一个个时隙，不同的用户在不同的时隙中传输信息，从而实现了多个用户的同时通信。
而 CDMA 则是通过为每个用户分配特定的码序列来区分不同的用户，具有更高的频谱利用率和抗干扰能力。
移动通信理论与实战第3章 移动通信的物理层处理技术
分集技术
概念
多路不相关的衰落路径传送相同的信号并合并
目标：
降低多径衰落的影响，改善传输的可靠性
技术的关键问题：
如何得到（产生）多路信号? 如何合并多路信号?
本质：
对同一信号在不同时间、频率、空间、极化方向的过采样
分集原理
各独立信号传播路径同时经历深度衰落的概率很低
所谓分集接收，是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独 立(携带同一信息)的信号进行特定的处理，以降低信号电平 起伏的办法。
OQPSK
I信道和Q信道的两个数据流，每次只有其中一个可能发生极性 转换。输出的OQPSK信号的相位只有±π跳变，而没有π的相位跳变， 则经滤波及硬限幅后的功率谱旁瓣较小。
QAM
MQAM正交振幅调制
一种幅度和相位联合键控的调制方式
sMQAM
Amcosct B m sinct
Am Bm
空空山山不不见见人人 但但闻闻人人语语声声 返返景景入入深深林林 复复照照青青苔苔上上
？？？？
传输
空但返复空但返复 山闻景照山闻景照 不人入青不人入青 见语深苔见语深苔 人声林上人声林上
突发错误
解码
空空山？？不见见人？ 但但闻？？人语语声？ 返返景？？入深深林？ 复复照？？青苔苔上？
去交织
空但返复空但返复 山闻景照？？？？ ？？？？不人入青 见语深苔见语深苔 人声林上？？？？
信道编码
作用：
增加符号间的相关性，以便在受到干扰的情况下恢复信号
差错控制方式
检错重发（ARQ）：只检不纠，错则重传 需要反馈信道，译码设备简单，对突发错误和信道干扰较严重时有 效，但实时性差，主要应用在计算机数据通信中。
前向纠错（FEC）：自动纠错，能力有限 单向传输，实时性好，传输效率高，但译码设备较复杂。这种纠错 方式广泛应用于移动通信设备中
移动通信电子课件教案-第3章_移动信道的传播特性
第3章 移动信道的传播特性
3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗
P
x T
d1 h1
x 为菲涅尔余隙
T d1
d2
R d2
h2
x
h1
P
R h2
(a)
(b)
图 3 - 3 障碍物与余隙
(a) 负余隙； (b) 正余隙
第3章 移动信道的传播特性
t ＝ t0 t＝ t0＋
t1 t1＋ 1 1 t1＋ 1 2 (a)
t2 t2＋ 2 2t2＋ 2 3 t2＋ 2 1 (b)
t＝ t0＋
t3
(c)
图 3 - 11 时变多径信道响应例如 (a) N=3; (b) N=4; (c) N=5
t3＋ 3 4
第3章 移动信道的传播特性
第3章 移动信道的传播特性
3.2.4 多径时散与相关带宽 ——续
时延扩展Δ：最大传输时延和最小传输时延的差值，即最后 一个可分辨的时延信号与第一个时延信号到达时间的差值， 实际上就是脉冲展宽的时间。
表示时延扩展的程度。
归一化时延信号的包络E(t)：将移动通信中接收机接收 到的多径的时延信号强度进行归一化。
第3章 移动信道的传播特性
第3章 移动信道的传播特性
3.1 无线电波传播特性 3.2 移动信道的特征 3.3 陆地移动信道的传输损耗 3.4 移动信道的传播模型 思考题与习题
第3章 移动信道的传播特性
引言
三种研究无线移动通信信道的根本方法： 理论分析：用电磁场理论和统计理论分析电波在移动
环境中的传播特性，并用数学模型来描述移动信道。 现场电波实测：在不同的传播环境中，做电波实测实
5g中的信道和信号 -回复
5g中的信道和信号-回复5G中的信道和信号作为下一代移动通信技术的代表，5G通信系统在无线通信领域带来了巨大的革新。
在5G中，信道和信号是关键要素之一，它们在实现高速、高质量的无线通信中发挥着重要作用。
本文将一步一步回答有关5G中的信道和信号的问题。
1. 什么是信道？信道是指无线通信中的信息传输介质，包括空气介质和传输设备。
在5G中，信道是无线通信系统中传输数据的媒介，负责将发送方发送的信号传输给接收方。
2. 5G中有哪些常见的信道类型？5G中常见的信道类型包括下行信道和上行信道。
下行信道是从基站发送到终端设备的信道，用于传输各种数据和媒体内容。
上行信道是从终端设备发送到基站的信道，用于上传用户数据和进行反馈。
3. 5G信道中的多天线技术有何作用？多天线技术是5G中的重要技术之一，它通过在发送和接收设备上使用多个天线来增强无线信号的传输效果。
多天线技术可以提高无线传输速率、信号覆盖范围和抗干扰能力，从而提升用户的通信体验。
4. 5G信号中的毫米波是什么？在5G中，毫米波是一种高频段的无线信号，其频率通常在30 GHz 到300 GHz之间。
相比传统的微波信号，毫米波信号具有更高的频率和更宽的频谱，可以支持更高的数据传输速率。
然而，毫米波信号的传输距离相对较短，容易受到障碍物的阻挡。
5. 5G中的波束赋形技术有何意义？波束赋形技术是5G中的一项关键技术，它通过对信号进行定向发射和接收，将无线能量集中在用户所在的方向上。
这种技术可以提高传输速率和信号质量，并减少与其他用户之间的干扰，从而为用户提供更稳定、更高效的网络连接。
6. 5G信号中的大规模天线阵列有何优势？大规模天线阵列是5G中的另一项重要技术，它通过在基站和终端设备上使用大量的天线来实现多天线通信。
大规模天线阵列可以实现更精确的波束赋形和更高的信号增益，提供更广阔的信号覆盖范围和更高的数据传输速率。
7. 5G中的小区间干扰如何解决？在5G中，小区间干扰是一个较为普遍的问题，指不同小区之间的频率相互干扰的现象。
第三章 无线移动通信信道
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快衰落瞬时幅度特性
• 电平通过率(Level Crossing Rate)：指在单 位时间内信号电平以正斜率通过某一给定电平 A的次数 • 衰落速率:指单位时间内信号以正斜率通过中 值电平的次数 • 衰落深度: 指信号的有效值(均方根值)与最小 值之间的差值
• 衰落持续时间及其分布：指信号电平低于某一 电平(门限电平)的持续时间
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移动通信中的多普勒效应
• 在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高， 远离基站时，频率变低，所以我们在移动通信中要 充分考虑“多普勒效应”。 • 当然，由于日常生活中，我们移动速度的局限，不 可能会带来十分大的频率偏移，但是这不可否认地 会给移动通信带来影响。 • 为了避免这种影响造成我们通信中的问题，我们不 得不在技术上加以各种考虑。也加大了移动通信的 复杂性。
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移动通信的场强特征
• • • • 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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移动通信环境的几个效应
• 空间传播损耗---Path loss • 阴影效应：由地形结构引起，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 • 多普勒效应：由于移动体的运动速度和方向 引起多径条件下多普勒频谱展宽
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时延扩展、相关带宽 小结
• 信号的时延扩展越小，相关带宽越大， 时延扩展造成符号间干扰就越小。频率 选择性衰落的可能就越小。 • 一般来说，窄带信号通过移动信道时将 引起平坦衰落，而宽带扩频信号将引起 频率选择性衰落。
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传播模型
• 传播模型，或称场强预测模型，用于预 测接收信号的中值场强，它的目的是根 据地形地貌、建筑物高度和密度和街道 分布等本地环境特征，以及与无线电波 传播有关的系统参数（如信号频率、基 站天线高度等），采用一定的数学公式、 图表和算法，计算出服务区内任意两点 间的传输损耗。
移动通信第三章(无线信道特性)
华南农业大学 胡洁
1
3.1
VHF、UHF电波传播特性
影响电磁波传播的三种基本传播机制：反射 、绕射、散射
基站天线
散射波 直射波
基站天线
绕射波
移动台天线
地面反射波 山峰
移动台天线
2
3.1
VHF、UHF电波传播特性
电磁波的传播方式 传播路径：
3.2
3.2.1 传播路径与信号衰落
移动信道的特征
d2 hb
d hm θ
θ
d1
10
图 3 – 6 移动信道的传播路径
3.2.1
传播路径与信号衰落
假设反射系数R=-1(镜面反射)， 则合成场强E为
E E0 (1 a1e
j
2
d1
a2e
j
2
d 2
)
式中，E0是直射波场强，λ是工作波长，α1和α2
图 3-15 时变多径信道响应示例
27
(a) N=3; (b) N=4; (c) N=5
3.2.4
N
多径时散与相关带宽
接收到的信号为N个不同路径传来的信号之和，即
S0 (t ) ai Si [t i (t )]
ai是第i条路径的衰减系数,τi(t)为第i条路径的相对延时差
i 1
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hb＞200m时，Hb(hb, d)＞0dB；反之，当hb ＜200m时，
Hb(hb, d)＜0 dB。 同理，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，参见图 3 - 24(b)。 当hm＞3m时，Hm(hm, f)＞0dB； 反之，当hm＜3m时， Hm(hm, f)＜0dB。
移动通信的组成
移动通信的组成移动通信是指通过无线电或者其他电磁波技术，实现移动设备之间传输声音、数据和图像的通信方式。
广义上讲，移动通信系统由信号源、信道和信号接收三大组成部分构成。
1. 信号源信号源是移动通信系统中的起点，负责产生和发送信号。
移动通信系统涉及到的信号源主要包括语音、数据和图像等信息。
a. 语音信号源语音信号是最常见的一种信号类型，它通过麦克风将声音转化为电信号，然后经过压缩编码等处理，最终以数字形式传输。
语音信号源可以是人类的语音，也可以是语音识别系统产生的语音。
b. 数据信号源数据信号是指通过计算机或者其他设备产生的数字信号。
它可以是文字、图片、视频等形式的数据。
在移动通信系统中，数据信号源经过压缩编码和调制等处理后进行传输。
c. 图像信号源图像信号是通过摄像头或者其他图像采集设备产生的信号。
移动通信系统中的图像信号经过处理和压缩后，可以在移动设备之间进行传输和显示。
2. 信道信道是移动通信系统中的传输介质，负责将信号从发送端传输到接收端。
根据传输介质的不同，信道可以分为有线信道和无线信道两种。
a. 有线信道有线信道是指通过电缆、光纤等物理介质进行信号传输的通道。
有线信道的传输速度较快且稳定，适用于长距离传输和大容量数据传输。
b. 无线信道无线信道是指通过电磁波进行信号传输的通道。
无线信道不受距离限制，适用于移动通信和无线网络等场景。
在无线通信中，采用频分复用和时分复用等技术来提高信道利用率。
3. 信号接收信号接收是移动通信系统中的终点，负责接收和解码信号，还原出原始的语音、数据和图像等信息。
a. 信号解调信号解调是指将经过调制的信号还原为原始信号的过程。
在移动通信中，常用的调制方式包括频移键控（FSK）、正交幅度调制（QAM）等。
b. 解码和还原解码和还原是将数字信号转化为可读的语音、文字、图像等形式的过程。
在移动通信中，采用的解码算法包括压缩和纠错等技术，以保证数据的可靠传输和正确解码。
移动通信原理第3次课第3章多址技术3.1多址技术的基本概念3.2移动通信中的典型多址接入技术
(4)空分多址（SDMA） 当li=Si时，称为频分多址(SDMA)。
• 空分多址上下行链路分时使用同一频段，采用 智能天线产生无线电窄波束。系统为用户提供 专用的窄波束作为传输信道。 • 3G技术TD-SCDMA就综合应用了 CDMA/FDMA/TDMA/SDMA 多址接入技术。
(5) 正交频分多址OFDMA
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• 下行(前向)信道配置如下图所示。
下行CDMA信道 1.25MHz,基站发送
导频 同步 寻呼 信道 信道 信道 W0 W32 W1
寻呼 业务 信道 信道 W7 W8
业务 业务 信道 信道 W62 W63
其中，Wi代表第 i 路Walsh函数。64个信道中有一个导频信道 W0 ，一个同步信道W32，七个寻呼信道W1 ～W7 ，其余五十 五个为业务信道。
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• TDMA的主要技术特点： • 每载波8个时隙信道。每个信 道可传输一路数字话音，每个 载波最多可传输8路话音。 0 1 2 超高频 • 突发脉冲序列传输。移动台发 射时间是不连续的，只在分配 超频I 0 1 2 1 的时隙内才发送脉冲序列。 超频II 0 • 传输开销大，GSM的TDMA帧 层次结构如图3.9所示，共分 复帧I 0 1 2 为五个层次：时隙、TDMA帧、 TDMA帧 0 复帧、超帧、超高帧，每个层 次都需占用一些非信息位的开 四类时隙 1 (突发) 销，这样总的开销就比较大， 2 3 以致影响整体传输效率。 4 •需要严格的定时与帧同步, 技 术比较复杂。
2
• PDH数字复用系列由PCM的各次群组成：
6.1.3 数字复用的优点： 1）易于构成通信网，便于分支和插入，并且有较高的 传输效率。复用倍数适中，多在3～5倍之间。 2）可视电话、电视信号以及频分制群信号能与某个高 次群相适应。 3）与传输媒介，如对称电缆、同轴电缆、微波、波导 和光纤等传输容量相匹配。
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
移动通信原理与系统——第三章 移动通信中的信源 编码和调制技术
根据ak ,h ,Tb可以重写一个码元内 2FSK信号表达式:
sFSK
(t)
cos(ct
akd t
k
)
cos ct
ak
h
Tb
t
k
cosct k (t)
式中
k (t) ak
h
Tb
k
kTb t (k 1)Tb
称作附加相位。
Mobile Communication Theory
3.3.1 相位连续的FSK
Mobile Communication Theory
3.2.2 移动通信中的信源编码
移动通信中的信源编码与有线通信不同，它不进需 要对信息传输有效性进行保障，还应该与其他一些系统 指标密切相关，例如容量、覆盖和质量。以GSM为例 说明。
以GSM系统中普通的全速率和半速率话音编码来说， 其速率分别为13kbps和6.5kbps，前者的话音质量好 于后者，但占用的系统资源是后者的两倍左右。当系统 的覆盖不是限制因素时，使用半速率编码可以牺牲质量 换取倍增的容量，即提高系统的有效性。而当系统的容 量相对固定时，可以通过使用半速率编码牺牲质量换取 覆盖的增加，因为半速率编码对于接收信号质量的要求 降低了。
f2
f1
f1
f2
f2
(a) 相位不连续的FSK波形
(b) 相位连 续的FSK波形
图 3.4 2FSK信号的波形
Mobile Communication Theory
3.3.1 相位连续的FSK
由图3.4可以看出，相位不连续的2FSK信号在码元交 替时刻，波形是不连续的，而CPFSK信号是连续的， 这使得它们的功率谱特性很不同。图3.5分别是它们的 功率谱特性例子。
移动通信信道-3
移动通信信道-3在我们如今这个高度信息化的时代，移动通信已经成为了生活中不可或缺的一部分。
从简单的语音通话到高清视频传输，从即时通讯软件到在线游戏，我们的生活因为移动通信而变得更加便捷和丰富多彩。
而在这一切的背后，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，就是信息在移动设备（比如手机）和基站之间传输的路径。
它可不是一条笔直、稳定的通道，而是充满了各种复杂和变化的因素。
想象一下，你正在用手机和朋友视频通话。
你的声音和图像信息要经过一系列的处理和转换，然后通过无线电波发送出去。
这些无线电波在空气中传播，可能会遇到建筑物、山脉、树木等各种障碍物，导致信号被反射、折射、散射甚至吸收。
这就像是你在一个充满镜子和迷宫的房间里扔出一个小球，小球的路径会因为镜子和墙壁的影响而变得难以预测。
移动通信信道的特点之一就是多径传播。
这意味着信号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可能不同，导致信号到达的时间和强度也不同。
这种多径传播会引起信号的衰落，也就是信号强度的快速变化。
有时候你可能会发现手机信号突然变弱或者出现断断续续的情况，这很可能就是多径衰落造成的。
除了多径传播，移动通信信道还受到多普勒效应的影响。
当移动设备（比如你正在行驶的汽车上的手机）相对于基站有速度变化时，接收信号的频率会发生改变。
这就好比一辆鸣笛的汽车向你驶来时，声音的音调会变高，而当它远离你时，音调会变低。
多普勒效应会导致信号的失真和误码率的增加，对通信质量产生不利影响。
另外，噪声也是移动通信信道中不可忽视的一个问题。
噪声可以来自各种来源，比如自然界的电磁干扰、其他电子设备的干扰等等。
这些噪声会叠加在有用信号上，使得接收端难以准确地还原出原始信息。
为了应对移动通信信道的这些挑战，工程师们想出了很多办法。
其中一种常见的技术就是分集接收。
通过在接收端使用多个天线，接收来自不同路径的信号，然后对这些信号进行合并和处理，可以有效地抵抗衰落和提高信号的可靠性。
现代移动通信 第5版教学课件第03章 组网技术基础-3
三、多信道共用的容量和信道利用率
2、多信道共用的容量计算
步骤1：由呼损率B和信道数 l ，确定系统可支持的 总呼叫话务量A
步骤2：确定每个用户的忙时话务量Aa
步骤3：计算系统所能容纳的用户数M
二、话务量与呼损
2、呼损率
数学表达式
✓ 令 A为呼叫成功的话务量
A C0t0
✓ 则呼损率为：
B A A' C C0
A
C
二、话务量与呼损
3、服务等级（GoS） 呼损率也称为服务等级（Grade of Service） 服务等级与用户满意度 ✓ 呼损率越小，成功呼叫概率越大，用户越满意。 主要可考用虑来两衡个量问最题忙：情况下用户进入系统的能力 ✓确定用户在忙时接入系统被阻塞的概率。 ✓确定符合GoS所需要的通信容量。
3 0.455 0. 602 0.725 0.899 1.057 1.271 1.980
4 0.869 1. 902 1.219 1.525 1.748 2.045 2.945
5 1.361 1. 657 1.875 2.218 2.054 2.881 4.010
6 1.909 2. 276 2.543 2.960 3.305 3.758 5.109
五、位置更新
不同MSC/VLR不同位置区的位置更新
小区1
小区3
(1)
(4) MSC
BSC
VLR
位置区1
小区2
位置区2
BSC
小区4
(2) (3)
MSC
HLR
(5)
VLR
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内容
无线电波传播特性分析
电波传播方式 直射波 大气中的电波传播 障碍物的影响与绕射损耗 反射波
移动信道的特征
传播路径与信号衰落 多径效应与瑞利衰落 满衰落特性和衰落储备 多径时散与相关带宽
陆地移动信道的传输损 耗
(a)负余隙； (b)正余隙
横坐标为x/x1,其中x1
是第一菲涅尔区在P点
横截面的半径：
x1
d1d2
d1 d2
图 3 – 4 绕射损耗与余隙关系
例 3 – 1 设图 3 - 3(a)所示的传播路径中， 菲涅尔余 隙x=-82m, d1=5km, d2=10km, 工作频率为150MHz。试求出 电波传播损耗。
反射波 地表面波
移动信道 多径衰落
室内电波传播示意图
3.1.2 直射波
自由空间电波传播：指理想的、均匀的、各向同性的介 质中传播，电波不发生反射、折射、绕射、散射和吸收 现象，只存在电磁能量扩散而引起的传播损耗。 假设为远场(Fraunhofer region)
d>> D且d>> λ，其中 D为天线最大直线长度 λ为载波波长
自由空间中的电波传输损耗
在距离d处，接收信号功率为：
接收功率PR=功率通量密度S×接收天线有效面积AR
2 AR 4 GR
式中:λ为载波波长，λ2/4π为各向同性天线的有效面 积。 GR接收天线增益������
接收功率:
PR
PT
GT
GR
4d
2
自由空间中的电波传输损耗
d：距辐射源的距离，单位米
自由空间中的电波传输损耗
若用天线增益为GT的方向性天线取代各向同性天线，则 上述公式应改写为:
电场强度：
E0
30 PTGT (V / m) d
磁场强度：
H0
30PTGT ( A / m)
120d
自由空间功率通量密度：
S
PT GT
4d 2
(W
/
m2 )
在此覆盖区域范围内，接收机天线“捕获”此通量的 一小部分。
自由空间： α=2 双路模型： α=4 路径损耗Lp：Lp=L0+10 αlgd
L0: 在发送器参考距离（1m）处的路径损耗。
例
假如基站使用双线信道，在平坦地区的覆盖范围为1km， 如果使用卫星，则它的覆盖范围是多少？
d=1km 双线模型的损耗： Lp=40lgd=40lg1000=120dB 卫星是在自由空间中通信，自由空间模型 Lp=20lgd=120dB d=106m=103km
不考虑传导电流和介质磁化情
况下,介质折射率n与相对介电 系数εr的关系为:
n r
电波传播速度v与大气折射率n成反比
c
n
式中，c为光速。
大气折射对电波传播的影响，在工程上通常用“地球 等效半径”来表征，即认为电波依然按直线方向行进，
只是地球的实际半径R0(6.37×106 m)变成了等效半径Re, Re与R0之间的关系为
绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘 阻挡时发生绕射。由阻挡表面产生的二次波散布于空间， 甚至于阻挡体的背面。
绕射损耗 ：各种障碍物对电波传输所引起的损耗 。 菲涅尔余隙 ：从障碍物顶点到视线传播路径的高差称
为菲涅尔余隙，规定无阻挡时的余隙为正,阻挡时的余 隙为负余隙。
3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗
二、研究无线移动信道的基本方法
理论分析
电磁场理论与统计理论分析电波在移动环境中的
传播特性,用数学模型来描述移动信道. 现场电波实测
在不同的传播环境中，做电波实测实验，验证和
校正理论分析结果。 计算机模拟
灵活快速地模拟各种移动环境。
3.1.1 无线电波传播方式
传播路径
直射波---视距传播
多径+多普勒
多径效应与瑞利衰落
瑞利(Rayleigh)分布（快衰落包络的统计特性）
指在无直射波的N个路径，传播时若每条路径的信号
幅度为高斯分布、相位在0--2π为均匀分布，则合 成信号包络分布为瑞利分布：
多径效应与瑞利衰落
为什么是瑞利分布？
设N个路径信号的幅值和到达接收天线的方位角是随
无干扰，无阻挡。
相对介电常数ε和相对导磁率μ都等于1
自由空间中的电波传输损耗
电场强度有效值E0为
E0
30PT (V / m) d
磁场强度有效值H0为
H0
30 PT
120d
(A/ m)
单位面积上的电波功率密度S为
S
PT
4d 2
(W
/
m2 )
PT：各向同性天线的辐射功率，单位Watts
多径效应 多普勒频移
对系统性能的影响：
场强信号随机快速起伏 时延扩展 随机调频
移动信道的系统特性表征：
瑞利Rayleigh 分布 莱斯Ricean分布
多径效应与瑞利衰落
快衰落三种典型情况
只有多径效应(移动台固定)
基站天线
y Si(t)
θi
x
只有多普勒效应
图 3-8 移动台接收N条路径信号
传播损耗预测模型
多径信道的冲激相应模型
空时信道的传播模型
3.2 移动信道的特征
传播损耗 传播效应
路径传播损耗 慢衰落损耗 快衰落损耗
阴影效应
多普勒效应
3.2.1 传播路径与信号衰落
图 3 – 7 典型信号衰落特性
移动通信的场强特征
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
接收机输入电压、功率与 场强的关系
地形、地物分类
中等起伏地形上传播损耗 的中值
不规则地形上传播损耗的 中值
任意地形地区的传播损耗 的中值
移动信道的传播模型
传播损耗预测模型
多径信道的冲激相应模型
空时信道的传播模型
一、为什么研究无线信道？
掌握电波传播是对任何无线网络提供合理设计\ 部署和管理策略的基础。
当f>150MHz时，θ<1o
Rv= Rh=-1 反射波与入射波相差180
两径地面反射传播模型
两径地面反射传播模型:从发射天线到接收天线的电 波由反射波和直射波组成的情况。
路径差Δd
d a b c (d1 d2 )2 (ht hr )2 (d1 d2 )2 (ht hr )2
由于无线信道的特性使得无线网络比有线网络 复杂得多。
电波传播与特定的场所密切相关,并且会根 据地形\工作频率\移动终端的速度\干扰源和其 他动态因素发生明显的变化。
通过主要参数和数学模型描述的无线信道的准 确特性，对于预测信号的覆盖范围\可达到的数 据速率\可选信号的特定性能属性和接收方案\ 分析不同系统的干扰和决定基站天线安装的最 佳位置都是十分重要的。
移动信道的特征
传播路径与信号衰落 多径效应与瑞利衰落 满衰落特性和衰落储备 多径时散与相关带宽
陆地移动信道的传输损 耗
接收机输入电压、功率与 场强的关系
地形、地物分类
中等起伏地形上传播损耗 的中值
不规则地形上传播损耗的 中值
任意地形地区的传播损耗 的中值
移动信道的传播模型
3.2.3 慢衰落特性和衰落储备
慢衰落
产生原因 阴影效应，特点：衰落速率与频率无关。 大气折射，大气介电常数的变化，时变。
量的一部分：
“Grazing角”，100% 反射
直角入射，100%透射
反射造成180°相移
两径地面反射传播模型
反射系数
水平极化波
垂直极化波
sin Rh sin
c cos2 c cos2
Rv c sin c sin
c cos2 c cos2
两径地面反射传播模型
接收功率: Pr=PtGtGr(ht2hr2/d4) Pr=P0/d4
P0:第一米（d=1m）的接收信号强度
距离功率的关系
描述接收信号功率和距离之间关系的最简单方法是规定 接收信号功率Pr与发送器和接收器之间距离d的某个特 定α次幂成比例，称为距离功率斜率。 Pr=P0d- α 10lg(Pr)=10lg(P0)-10 αlg(d) P0: 在发送器参考距离（1m）处的接收功率。
k
Re R0
1
1 R0
dn dh
式中，k称作地球等效半径系数。 在标准大气折射情况下，即当dn/dh≈-4×10-8(l/m)，
等效地球半径系数k=4/3，等效地球半径Re=8500km
2. 视线传播极限距离
自发射天线顶点A到切点C 的距离d1为 d1 2Reht
同理，由切点C到接收天线 顶点B的距离d2为
由图 3 - 4 查得附加损耗(x/x1≈-1)为17dB, 所以电波传播的损耗L为
[L] [Lfs ] 17 116 .5dB
3.1.5 反射波
当电波传播中遇到两种 不同介质的光滑界面时， 如果界面尺寸比电波波 长大得多，就会产生镜 面反射。
良导体反射无衰减。 绝缘体只反射入射波能
3.1.6 散射
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，能使射线在 各个方向散射，形成球面波 。
散射波产生于粗糙表面，小物体或其他不规则物体。 在实际的通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等会 引发散射。