第06讲_小尺度衰落与多径效应(2)分析
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的相位（如采用相关检测器可弥补这一不足） ；
扩频滑动相关器信道测量
第三节 小尺度多径测量
原理：
2
发送信号功率谱：S
(
f
)
sin
(
(f
f
fc
fc )Tc )Tc
基带信号
带宽：BW 2Rc
持续时间
处理增益：PG 2Tbb 2Rc
Tc
Rbb
可检测的多径分量时间间隔
2TC＝2Tc 2 / Rc
actg y ， ——附加相位
x
则：p(r,
)
r
2
2
exp(
r2
2 2
)
2
p(r)
0
p( )
0
p(r, )d
r
2
p(r, )dr 1 2
exp(
r2
2 2
)
可见： r服从瑞利分布；
θ服从均匀分布
(0 r )
(0 2 )
瑞利分布的特性（1）
1. 包络不超过R的概率：
R
R2
变化，因此信号幅度会随时间的变化而变化。 幅度：服从瑞利分布；相位：均匀分布。
多径时延扩展产生的衰落效应 平坦衰落图解
多径时延扩展产生的衰落效应 频率选择性衰落
B 产生条件： c
Bs或
Ts
无线信道的相干带宽<信号的带宽
或：无线信道的均方根时延扩展>信号的符号周期
特点：
由于Bs>Bc，信道对信号S(t)不同的频谱分量的 增益和相位的作用不同，导致信号失真。通常情 况下，如果 Ts 10 就认为信道是频率选择性 衰落（这一范围与调制类型有关）
多径时延扩展→平坦衰落或频率选择性衰落 多普勒频移→快衰落或慢衰落
多径时延扩展产生的衰落效应 平坦衰落
产生条件：
Bc Bs或 Ts
无线信道的相干带宽>>信号的带宽 或：无线信道的均方根时延扩展<<信号的符号周期
特点：
由于Bs<<Bc，因此信号不会产生失真。 但由于信道是时变的，其增益会随时间的变化而
概率的中心极限定理：大量的独立随机变量 之和的分布趋于正态分布。
故x和y的分布为正态分布且相互独立。
p(x) p(y)
1
e
x2
2
2 x
2 x
1
y2
e 2
2 y
2 y
瑞利衰落分布（3）
通常， x＝ y＝
p(x,
y)
p(x) p(y)
1
2
2
exp(
x2
2
y2
2
)
令r2 x2 y2，r ——包络
P(R) 0 p(r)dr 1 exp( 2 2 )
p(r)
1
e1/ 2
Baidu Nhomakorabea
2. r=σ时，p(r)取最大值： ：
o
1 1.177
r/
P( ) R p(r)dr 1 exp( 1)
0
2
3.
r
2ln 2
1.177
1.177时,
rp(r)dr
1
0
2
即：r 1.177 和r 1.177的概率各占50％
快扫描——对设备的响应要求高； 减少频率台阶数——降低了时间分辨率，
增大附近时延范围。
Measured power delay profiles
Measured power delay profiles
Indoor Power Delay Profile
Typical RMS delay spreads
注：当信道被认为是快/慢衰落时，一般不 再称其为平坦衰落或频率选择性衰落。
多普勒频移扩展引起的衰落效应 慢衰落，Slow fading
产生条件：
Ts
Tc
and
Bs BD
信道的多普勒扩展<<信号的带宽 或：信道的相干时间>>信号的符合速率(周期) 含义：
信道的冲击响应变化率比发送的基带信 号变化率低得多，或载频的变化范围远小 于信号的带宽。
小尺度衰落类型
平坦衰落，Flat fading 频率选择性衰落，Frequency selective fading 快衰落，Fast fading 慢衰落，Slow fading
小尺度衰落的类型
在无线通信信道中：多径时延扩展→时间色散 多普勒频移→频率色散
这两种特性对信号的影响是不同的，而信 号又有窄带和宽带之分。因此不同信道特性和 信号特性的组合，会产生四种小尺度衰落类型。 即：
Frequency selective fading
多普勒频移扩展引起的衰落效应 快衰落 Fast fading
产生条件： Ts Tc and Bs BD
信道的多普勒扩展>信号的带宽 或：信道的相干时间<信号的符合速率(周期)
含义：
信道的冲击响应在信号的符合周期内快速变化， 或载频的变化范围大于信号的带宽（或两者可比 拟）。
小尺度衰落与多径效应
桂林电子科技大学 仇洪冰
2010年3月22日
直接射频脉冲测量信道
直接射频脉冲测量信道
特点：
可直接得到信道冲击响应与探测脉冲卷积结果 的平方值，提供本地功率延迟分布；
系统组成简单。
主要问题：
受干扰与噪声的影响严重； 依赖于第一个到达的分量触发示波器的能力； 采用包络检波器，系统接收不到多径分量各自
设发射信号为：S0 (t) a exp[ j0t 0 ]
则接收信号为：S(t) ai exp( ji ) exp[ j0t 0 ]
(x jy) exp[ j0t 0 ]
其中：x ai cos ji y ai sin ji
瑞利衰落分布（2）
可见，x和y也是N个独立的随机变量之和。
优点：
有良好的抗干扰能力； 灵敏度可调（通过调整滑动因子和窄带滤波器实
现）； 需要较小的发射功率。
缺点：
不是实时的； 无法测量多径分量的相位。
频域信道探测
频域信道探测
问题：
要求收发之间要精确同步，因此仅适合近距离测 量（如：室内信道模型的测量）；
非实时性（扫描完整个频段需要一定的时间） 对于时变信道，为了提高扫描速度：
Two independent fading issues
Two independent fading issues
瑞利衰落分布（1）
一、瑞利衰落分布：
常用于描述平坦衰落信号的统计 时变特性的一种分布类型
对于平坦衰落信道，接收信号由N个多径
信号构成。这N个信号的幅值和相位都时随机
的，且统计独立。
第三节 小尺度多径测量
①最大相关时间：T
Tc l
l
Rc
码元间隔 序列长度
滑动因子
②实际传播时间与示波器观测时间的关系：
实际传播时间＝示波器观测时间/
③PN序列长度与最大传播时延的关系：
PN序列的时间长度： PNseq＝Tc l 最大传播时延： max PNseq
扩频滑动相关器信道测量
扩频滑动相关器信道测量
第三节 小尺度多径测量
原理：
2
发送信号功率谱：S
(
f
)
sin
(
(f
f
fc
fc )Tc )Tc
基带信号
带宽：BW 2Rc
持续时间
处理增益：PG 2Tbb 2Rc
Tc
Rbb
可检测的多径分量时间间隔
2TC＝2Tc 2 / Rc
actg y ， ——附加相位
x
则：p(r,
)
r
2
2
exp(
r2
2 2
)
2
p(r)
0
p( )
0
p(r, )d
r
2
p(r, )dr 1 2
exp(
r2
2 2
)
可见： r服从瑞利分布；
θ服从均匀分布
(0 r )
(0 2 )
瑞利分布的特性（1）
1. 包络不超过R的概率：
R
R2
变化，因此信号幅度会随时间的变化而变化。 幅度：服从瑞利分布；相位：均匀分布。
多径时延扩展产生的衰落效应 平坦衰落图解
多径时延扩展产生的衰落效应 频率选择性衰落
B 产生条件： c
Bs或
Ts
无线信道的相干带宽<信号的带宽
或：无线信道的均方根时延扩展>信号的符号周期
特点：
由于Bs>Bc，信道对信号S(t)不同的频谱分量的 增益和相位的作用不同，导致信号失真。通常情 况下，如果 Ts 10 就认为信道是频率选择性 衰落（这一范围与调制类型有关）
多径时延扩展→平坦衰落或频率选择性衰落 多普勒频移→快衰落或慢衰落
多径时延扩展产生的衰落效应 平坦衰落
产生条件：
Bc Bs或 Ts
无线信道的相干带宽>>信号的带宽 或：无线信道的均方根时延扩展<<信号的符号周期
特点：
由于Bs<<Bc，因此信号不会产生失真。 但由于信道是时变的，其增益会随时间的变化而
概率的中心极限定理：大量的独立随机变量 之和的分布趋于正态分布。
故x和y的分布为正态分布且相互独立。
p(x) p(y)
1
e
x2
2
2 x
2 x
1
y2
e 2
2 y
2 y
瑞利衰落分布（3）
通常， x＝ y＝
p(x,
y)
p(x) p(y)
1
2
2
exp(
x2
2
y2
2
)
令r2 x2 y2，r ——包络
P(R) 0 p(r)dr 1 exp( 2 2 )
p(r)
1
e1/ 2
Baidu Nhomakorabea
2. r=σ时，p(r)取最大值： ：
o
1 1.177
r/
P( ) R p(r)dr 1 exp( 1)
0
2
3.
r
2ln 2
1.177
1.177时,
rp(r)dr
1
0
2
即：r 1.177 和r 1.177的概率各占50％
快扫描——对设备的响应要求高； 减少频率台阶数——降低了时间分辨率，
增大附近时延范围。
Measured power delay profiles
Measured power delay profiles
Indoor Power Delay Profile
Typical RMS delay spreads
注：当信道被认为是快/慢衰落时，一般不 再称其为平坦衰落或频率选择性衰落。
多普勒频移扩展引起的衰落效应 慢衰落，Slow fading
产生条件：
Ts
Tc
and
Bs BD
信道的多普勒扩展<<信号的带宽 或：信道的相干时间>>信号的符合速率(周期) 含义：
信道的冲击响应变化率比发送的基带信 号变化率低得多，或载频的变化范围远小 于信号的带宽。
小尺度衰落类型
平坦衰落，Flat fading 频率选择性衰落，Frequency selective fading 快衰落，Fast fading 慢衰落，Slow fading
小尺度衰落的类型
在无线通信信道中：多径时延扩展→时间色散 多普勒频移→频率色散
这两种特性对信号的影响是不同的，而信 号又有窄带和宽带之分。因此不同信道特性和 信号特性的组合，会产生四种小尺度衰落类型。 即：
Frequency selective fading
多普勒频移扩展引起的衰落效应 快衰落 Fast fading
产生条件： Ts Tc and Bs BD
信道的多普勒扩展>信号的带宽 或：信道的相干时间<信号的符合速率(周期)
含义：
信道的冲击响应在信号的符合周期内快速变化， 或载频的变化范围大于信号的带宽（或两者可比 拟）。
小尺度衰落与多径效应
桂林电子科技大学 仇洪冰
2010年3月22日
直接射频脉冲测量信道
直接射频脉冲测量信道
特点：
可直接得到信道冲击响应与探测脉冲卷积结果 的平方值，提供本地功率延迟分布；
系统组成简单。
主要问题：
受干扰与噪声的影响严重； 依赖于第一个到达的分量触发示波器的能力； 采用包络检波器，系统接收不到多径分量各自
设发射信号为：S0 (t) a exp[ j0t 0 ]
则接收信号为：S(t) ai exp( ji ) exp[ j0t 0 ]
(x jy) exp[ j0t 0 ]
其中：x ai cos ji y ai sin ji
瑞利衰落分布（2）
可见，x和y也是N个独立的随机变量之和。
优点：
有良好的抗干扰能力； 灵敏度可调（通过调整滑动因子和窄带滤波器实
现）； 需要较小的发射功率。
缺点：
不是实时的； 无法测量多径分量的相位。
频域信道探测
频域信道探测
问题：
要求收发之间要精确同步，因此仅适合近距离测 量（如：室内信道模型的测量）；
非实时性（扫描完整个频段需要一定的时间） 对于时变信道，为了提高扫描速度：
Two independent fading issues
Two independent fading issues
瑞利衰落分布（1）
一、瑞利衰落分布：
常用于描述平坦衰落信号的统计 时变特性的一种分布类型
对于平坦衰落信道，接收信号由N个多径
信号构成。这N个信号的幅值和相位都时随机
的，且统计独立。
第三节 小尺度多径测量
①最大相关时间：T
Tc l
l
Rc
码元间隔 序列长度
滑动因子
②实际传播时间与示波器观测时间的关系：
实际传播时间＝示波器观测时间/
③PN序列长度与最大传播时延的关系：
PN序列的时间长度： PNseq＝Tc l 最大传播时延： max PNseq
扩频滑动相关器信道测量