瑞利衰落信道简介

2.瑞利衰落信道模型
2.1 Clarke模型 Clarke模型是一个非常实用的平坦衰落（1）模型。 Clarke建立了一种用于描述平坦小尺度衰落的统计模型，即瑞利衰 落信道。其移动台接受信号的场强的统计特性基于散射，这正好与市 区环境中无直视通路的特点相吻合，因此广泛用于市区环境的仿真中。 这种模型假设有一台具有垂直极化天线（2）的接受台，移动台天线 接收到的是由N个具有随机相位和随机入射角平面波所组成的场，且 每个平面波的振幅均匀分布。要指出的是这种假设是建立在没有直射 路径的前提下，各到达波的散射成分经历的是小尺度距离的衰减。 基站和移动台之间传播环境主要特征是多径传播，即并不仅仅来自 一条直射路径，而更包括由于建筑物、树木及起伏的地形引起反射、 散射及绕射后的信号，由于电波通过各个路径的距离不同，因而各路 经来的反射波到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在 接收端叠加，有时同相叠加而加强，有时反相叠加会减弱。这样，接 受信号的幅度将急剧变化，即产生了衰落。对于典型的市区环境，具 有以下特点：发射天线放置在建筑物顶端，在接收天线的远场区空间 上只存在很少的可分离的远端散射体，且每个主反射体一般只有一个
主要路径；在发送端和接收端的附近存在大量的散射体（称为本地散 射体），由于它们产生的多径信号相对时延很小，所以可以认为任何 平面波都没有附加时延，又由于不存在直射路径，只存在散射路径， 使得到达波都经历了相似的衰落，具有几乎相等的幅度，只是具有不 同的频移和入射角。
Jakes模型 Jakes仿真方法相对于其他方法而言，能产生一种较好的瑞利仿真 信号。 clarke模型是多径衰落的数学模型；而Jakes模型其实严格应该称 为Jakes simulator，它是一个仿真模型，（也就是说是clarke模型 的一个具体实现形式）它产生的信号是广义平稳的，并且能够较好的 吻合Clarke模型中的统计特性。 （1）平坦衰落：若移动无线信道在比发射信号的带宽大得多的信道 带宽内具有不变的增益和线性相位响应，则接收信号将发生平坦衰落。 这种情况，时域上信道的波形比信号的波形窄，频域上信道波形比信 号波形宽。所以，接收信号幅度增益发生改变（引起深度衰落），而 频谱依然保持。 （2）垂直极化：是指卫星向地面发射信号时，其无线电波的震动方 向是垂直方向。在地面蜂窝无线系统中，电波在三维空间中传播，基 站发送的信号通常采用垂直极化，为了便于通信，移动台天线通常也 采用垂直极化。
（4）大尺度衰落通常是指由于各种遮挡所引起的信号衰减，描述发 射机与接收机之间长距离上的场强变化，其分布可认为是对数正态， 它是缓变的。大尺度传播特性主要讨论的是路径损耗的问题，路径损 耗具有幂定理的传播特性，主要反映自由空间传播损耗与传播中的弥 散损耗。 （5）瑞利分布：当一个二维向量的两个分量呈独立的、有着相同方 差的正态分布时，这个向量呈瑞利分布。瑞利分布是一个均值为0， 方差为σ 2的平稳窄带高斯过程，其包络的一维分布是瑞利分布。 表达式： z2 z f ( z ) 2 exp 2 z 0 2
变化，称为衰落。由于这种衰落是由多径引起的，因此称之为多径衰 落。多径衰落就是瑞利衰落。多径传播效应是由于大型建筑物或山脉 反射信号所引起的。 （2）快衰落：快衰落（又称瑞利衰落）定义：移动台附近的散射体 （地形，地物和移动体等）引起的多径传播信号在接收点相叠加，造 成接收信号快速起伏的现象叫快衰落。 快衰落反映的是瞬时值。它反 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。 它一般服从瑞利、莱斯、纳卡伽米分布，其变化速率比慢衰落快，故 称快衰落。 （3） 小尺度衰落一般就是指无线多径信道引起的瑞利衰落。 由于多 径效应和多普勒效应的存在，接收信号会产生衰落失真，即信号经过 短时间或短距离 传播后其幅度快速变化，以致大尺度路径损耗的影 响可以忽略不计。因为，这种信号的衰落发生在几秒或很短的距离中， 所以我们称之为小尺度衰落。其表现如下： ①即使移动接收机处于静止状态，接收信号也会由于无线信道所处环 境中的物体的运动而产生衰落。 ②基站与移动台之间的相对运动会使每个多径分量产生不同的多普勒 频移，从而引起接收信号的随机频率调制 ③多径传播时延引起的扩展。
1.瑞利衰落信道
1.1 瑞利衰落 瑞利衰落：在无线通信信道中，由于信号进行多径传播(1)到达接收点处 的场强来自不同传播的路径，各条路径延时时间是不同的，而各个方 向分量波的叠加，又产生了驻波场强，从而产生信号快衰落（2）称为 瑞利衰落。瑞利衰落属于小尺度（3）的衰落效应，它总是叠加于如阴 影、衰减等大尺度（4）衰落效应上。 在无线通信信道环境中，电磁波经过反射折射散射等多条路径传播 到达接收机后，总信号的强度服从瑞利分布（5）。同时由于接收机的 移动及其他原因，信号强度和相位等特性又在起伏变化，故称为瑞利 衰落。 （1）多径传播：从发射机天线发射的无线信号，沿两个或多个路径到达 接收机天线的传播现象。无线电波在传播过程中会遇到不同的物体， 因而会产生不同的反射、折射和散射，所以在任何一个接受点上均可 能收到来自不同路径的同源电磁波，这就是多径传播。 接收端收到的信号是直达波和多个反射波的合成。由于大气折射是随 时间变化的，传播路径差也会随时间和地形地物变化。那么多径信号 如果相同，则相加；如果相反，则抵消。由此造成接收端信号的幅度
瑞利分布均值： （X）= 1.253 2
瑞利分布方差：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
var( X )
4 2 0.429 2 2
1.2 无线信道 信道：是传送信息的物理性通道，无线信号的信道就是电波传播所通过 的空间。信道是发射端和接收端之间传播媒介的总称，它是任何一个 通信系统不可或缺的组成部分； 无线信道：无线信道即无线的频段，是以无线信号作为传输媒体的数据 信号传送通道。 包络衰落：经过多径传播到达基站和移动台的电波，对通信是有益的还 是无益的，在较大程度上取决于基站的位置。如果移动台不断运动， 或散射环境发生变化，复合信号在幅度和相位上也随时间而发生明显 变化，这种现象被称为包络衰落。包络衰落的时间变化率由移动台的 运动速率决定。