高级通信原理第8章 衰落信道的通信
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第8章 章
衰落信道的通信
多径时变信道
多径信道指信号传输的路径不止一条， 多径信道指信号传输的路径不止一条，接收端同时收到来自 多条传输路径的信号。由于多径时延差不同， 多条传输路径的信号。由于多径时延差不同，每径信号的衰 减不同，因此数字信号经过多径信道后有码间干扰。 减不同，因此数字信号经过多径信道后有码间干扰。多径时 数字信号经过多径信道后有码间干扰 延扩展将引起信道的平坦性衰落或频率选择性衰落。 延扩展将引起信道的平坦性衰落或频率选择性衰落。 信道时变是指信道参数随时间变化， 信道时变是指信道参数随时间变化，它对信号传输的影响是 使输入信号的频率弥散。如果输入信号为单频信号， 使输入信号的频率弥散。如果输入信号为单频信号，经过时 变信道后的输出不再是单频信号，而是一个窄带的信号， 变信道后的输出不再是单频信号，而是一个窄带的信号，带 宽大小视时变因素的快慢而定， 宽大小视时变因素的快慢而定，时变的快慢由多普勒频移等 参数来描述。信道时变将造成接收信号的强度随时间变化， 参数来描述。信道时变将造成接收信号的强度随时间变化， 称为衰落。 称为衰落。
作业 6－ 9 － 统中， 一 个蜂窝 移动通 信系 统中 ， 车辆相 对于基 站的移 动速度 为 100km/h，信号的载频为 1GHz 的窄带信号。 ， 的窄带信号。 （ 1）计算多普勒频移； ）计算多普勒频移； （ 2） 设计一个环路来跟踪多普勒频移，则该跟踪环的带宽 ） 设计一个环路来跟踪多普勒频移， 为多少？ 为多少？ （ 3）设发送信号带宽为 2MHz，中心频率为 1GHz，该信号 ） ， ， 在高低频之间的多普勒频率扩散。 在时间 、 在移动通信中，移动台与基站之间的相对运动， 在移动通信中 ，移动台与基站之间的相对运动，使接收信号的载频 会产生多普勒频移。 的正弦波， 会产生多普勒频移 。设发射信号是一个频率为 f c 的正弦波，对于到 达移动台的某一径的入射波与运动方向的夹角为 α ， 则多普勒频率
如果信号的码元间隔远远大于多径间的最大时延差， 如果信号的码元间隔远远大于多径间的最大时延差，此时 不会产生严重的码间干扰（平坦性衰落 瑞利衰落）；相反 瑞利衰落）； 不会产生严重的码间干扰（平坦性衰落/瑞利衰落）；相反 ，如果信号码元间隔与多径间的时延差可比时，将产生码 如果信号码元间隔与多径间的时延差可比时， 间干扰（频率选择性衰落），此时接收端需要采用均衡和 间干扰（频率选择性衰落），此时接收端需要采用均衡和 ）， 其它消除码间干扰的方法才能正确接收。 其它消除码间干扰的方法才能正确接收。 衰落的快慢取决于信道随时间变化的快慢。通常， 衰落的快慢取决于信道随时间变化的快慢。通常，当信息 速率远大于信道的衰落速率时，信号经历慢衰落； 速率远大于信道的衰落速率时，信号经历慢衰落；当信息 速率和信道的衰落速率可比时，信号经历快衰落。 速率和信道的衰落速率可比时，信号经历快衰落。 实际信道经常是多径且时变的，如移动通信信道、 实际信道经常是多径且时变的，如移动通信信道、短波信 道等，信号通过该类信道的输出是时变的有码间干扰的信 道等， 号，解决方法是采用自适应均衡器。 解决方法是采用自适应均衡器。
1、多径随参信道的相干带宽 、
两径传播的频率选择性衰落 设信道多径扩展为 τ max ， 则信道的相干带宽为 BC =
1
τ max
设信道多径扩展为 τ max ，则定义多径传播信道的相干带宽 为 BC = 1 / τ max 。 如果数字调制信号的带宽大于信道的相干带宽， 如果数字调制信号的带宽大于信道的相干带宽，将产生明 显的频率选择性衰落。 不同的频率分量产生不相同的幅度变化， 显的频率选择性衰落。 不同的频率分量产生不相同的幅度变化， 造成接收信号波形的严重失真， 引起码间干扰， 进而产生误码。 造成接收信号波形的严重失真， 引起码间干扰， 进而产生误码。 在工程设计中， 在工程设计中， 为了保证接收信号质量， 通常选择信号带宽为 为了保证接收信号质量， 相关带宽的 1/5~1/3。因此受到多径信道的影响，为避免码间干 。因此受到多径信道的影响， 扰，数字调制信号的最大符号速率受到很大限制。 数字调制信号的最大符号速率受到很大限制。
fd =
v
λ
这样，在移动信道条件下， cos α = f D cos α 。这样，在移动信道条件下，接收信号的频
谱展宽， 谱展宽， 频谱范围为 ( f c − f D ) ~ ( f c + f D ) ， 该频率弥散现象称为多 普勒扩展。例如 ， 普勒扩展 。例如，载频 f c = 900MHz ， 移动台车速 v = 50km / h ， 则接收信号的载波频谱展宽 2 f D 约 80 Hz 。
衰落信道的通信
多径时变信道
多径信道指信号传输的路径不止一条， 多径信道指信号传输的路径不止一条，接收端同时收到来自 多条传输路径的信号。由于多径时延差不同， 多条传输路径的信号。由于多径时延差不同，每径信号的衰 减不同，因此数字信号经过多径信道后有码间干扰。 减不同，因此数字信号经过多径信道后有码间干扰。多径时 数字信号经过多径信道后有码间干扰 延扩展将引起信道的平坦性衰落或频率选择性衰落。 延扩展将引起信道的平坦性衰落或频率选择性衰落。 信道时变是指信道参数随时间变化， 信道时变是指信道参数随时间变化，它对信号传输的影响是 使输入信号的频率弥散。如果输入信号为单频信号， 使输入信号的频率弥散。如果输入信号为单频信号，经过时 变信道后的输出不再是单频信号，而是一个窄带的信号， 变信道后的输出不再是单频信号，而是一个窄带的信号，带 宽大小视时变因素的快慢而定， 宽大小视时变因素的快慢而定，时变的快慢由多普勒频移等 参数来描述。信道时变将造成接收信号的强度随时间变化， 参数来描述。信道时变将造成接收信号的强度随时间变化， 称为衰落。 称为衰落。
作业 6－ 9 － 统中， 一 个蜂窝 移动通 信系 统中 ， 车辆相 对于基 站的移 动速度 为 100km/h，信号的载频为 1GHz 的窄带信号。 ， 的窄带信号。 （ 1）计算多普勒频移； ）计算多普勒频移； （ 2） 设计一个环路来跟踪多普勒频移，则该跟踪环的带宽 ） 设计一个环路来跟踪多普勒频移， 为多少？ 为多少？ （ 3）设发送信号带宽为 2MHz，中心频率为 1GHz，该信号 ） ， ， 在高低频之间的多普勒频率扩散。 在时间 、 在移动通信中，移动台与基站之间的相对运动， 在移动通信中 ，移动台与基站之间的相对运动，使接收信号的载频 会产生多普勒频移。 的正弦波， 会产生多普勒频移 。设发射信号是一个频率为 f c 的正弦波，对于到 达移动台的某一径的入射波与运动方向的夹角为 α ， 则多普勒频率
如果信号的码元间隔远远大于多径间的最大时延差， 如果信号的码元间隔远远大于多径间的最大时延差，此时 不会产生严重的码间干扰（平坦性衰落 瑞利衰落）；相反 瑞利衰落）； 不会产生严重的码间干扰（平坦性衰落/瑞利衰落）；相反 ，如果信号码元间隔与多径间的时延差可比时，将产生码 如果信号码元间隔与多径间的时延差可比时， 间干扰（频率选择性衰落），此时接收端需要采用均衡和 间干扰（频率选择性衰落），此时接收端需要采用均衡和 ）， 其它消除码间干扰的方法才能正确接收。 其它消除码间干扰的方法才能正确接收。 衰落的快慢取决于信道随时间变化的快慢。通常， 衰落的快慢取决于信道随时间变化的快慢。通常，当信息 速率远大于信道的衰落速率时，信号经历慢衰落； 速率远大于信道的衰落速率时，信号经历慢衰落；当信息 速率和信道的衰落速率可比时，信号经历快衰落。 速率和信道的衰落速率可比时，信号经历快衰落。 实际信道经常是多径且时变的，如移动通信信道、 实际信道经常是多径且时变的，如移动通信信道、短波信 道等，信号通过该类信道的输出是时变的有码间干扰的信 道等， 号，解决方法是采用自适应均衡器。 解决方法是采用自适应均衡器。
1、多径随参信道的相干带宽 、
两径传播的频率选择性衰落 设信道多径扩展为 τ max ， 则信道的相干带宽为 BC =
1
τ max
设信道多径扩展为 τ max ，则定义多径传播信道的相干带宽 为 BC = 1 / τ max 。 如果数字调制信号的带宽大于信道的相干带宽， 如果数字调制信号的带宽大于信道的相干带宽，将产生明 显的频率选择性衰落。 不同的频率分量产生不相同的幅度变化， 显的频率选择性衰落。 不同的频率分量产生不相同的幅度变化， 造成接收信号波形的严重失真， 引起码间干扰， 进而产生误码。 造成接收信号波形的严重失真， 引起码间干扰， 进而产生误码。 在工程设计中， 在工程设计中， 为了保证接收信号质量， 通常选择信号带宽为 为了保证接收信号质量， 相关带宽的 1/5~1/3。因此受到多径信道的影响，为避免码间干 。因此受到多径信道的影响， 扰，数字调制信号的最大符号速率受到很大限制。 数字调制信号的最大符号速率受到很大限制。
fd =
v
λ
这样，在移动信道条件下， cos α = f D cos α 。这样，在移动信道条件下，接收信号的频
谱展宽， 谱展宽， 频谱范围为 ( f c − f D ) ~ ( f c + f D ) ， 该频率弥散现象称为多 普勒扩展。例如 ， 普勒扩展 。例如，载频 f c = 900MHz ， 移动台车速 v = 50km / h ， 则接收信号的载波频谱展宽 2 f D 约 80 Hz 。