移动通信系统中的信道特性

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小尺度衰落和多径效应
频率选择性衰落 如果在时变多径信道上发射端发射的是一个时间宽度 极窄的脉冲信号（理想情况下为一个冲激）， ），经过多径 极窄的脉冲信号（理想情况下为一个冲激），经过多径 信道后，由于各信道时延的不同， 信道后，由于各信道时延的不同，接收端接收到的信号 表现为一串脉冲，即接收信号的波形比原脉冲展宽了。 表现为一串脉冲，即接收信号的波形比原脉冲展宽了。 这种由于信道时延引起的信号波形的展宽称为时延扩展。 这种由于信道时延引起的信号波形的展宽称为时延扩展。 时延扩展产生频率选择性衰落。 。
小尺度衰落和多径效应
移动无线信道统计分析 瑞利分布 莱斯分布 对数正态分布
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小尺度衰落和多径效应
瑞利分布 瑞利分布一般用来描述平衰落信号的接收包络或者多个多 径分量包络的统计时变特性。 径分量包络的统计时变特性。
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小尺度衰落和多径效应
时间选择性衰落 用户的快速移动在频域上产生多普勒效应而引起频率扩散。 用户的快速移动在频域上产生多普勒效应而引起频率扩散。 频率扩散引起时间选择性衰落。 。
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无线传播特性
2、接收点地理环境的复杂性与多样性
一般可将地理环境划分为下列四类典型区域： 一般可将地理环境划分为下列四类典型区域： 高楼林立的城市中心繁华区，也称密集城区； 高楼林立的城市中心繁华区，也称密集城区； 密集城区 一般楼宇的城市区域，也称一般城区； 一般楼宇的城市区域，也称一般城区； 一般城区 以一般性建筑物为主的近郊小城镇区，也称郊区； 以一般性建筑物为主的近郊小城镇区，也称郊区； 郊区 以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区。 以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区。 农村及远郊区
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小尺度衰落和多径效应
快衰落 空间选择性衰落 频率选择性衰落 时间选择性衰落
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小尺度衰落和多径效应
空间选择性衰落 不同的地点，不同的传输路径衰落特性不一样。 不同的地点，不同的传输路径衰落特性不一样。多径 信号到达天线阵列的到达角度的展宽称为角度扩展。 信号到达天线阵列的到达角度的展宽称为角度扩展。角 度扩展给出信号的主要能量的角度范围，产生空间选择 给出信号的主要能量的角度范围， 给出信号的主要能量的角度范围 性衰落。 。
无线信道的特性
频域扩展——信道的频率弥散性（Frequency dispersion）
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大尺度路径损耗
无线传播的特性 无线信道的特性 大尺度路径损耗 小尺度衰落和多径效应 无线信道抗衰落技术 移动通信系统中信号传播的效应
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小尺度衰落和多径效应
小尺度衰落产生的损耗 慢衰落（阴影衰落）损耗 快衰落（多径衰落）损耗
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小尺度衰落和多径效应
慢衰落（阴影衰落）损耗 它是由于在电波传输路径上受到建筑物及山丘等的阻 挡所产生的阴影效应而产生的损耗。 挡所产生的阴影效应而产生的损耗。它反映了中等范围 内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗， 内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，其 变化率较慢故又称为慢衰落， 变化率较慢故又称为慢衰落，由于慢衰落表示接收信号 的长期变化，所以又称长期衰落（ 的长期变化，所以又称长期衰落（long-term-fading）。 ）。 慢衰落符合对数正态分布
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小尺度衰落和多径效应
对数正态分布 由于建筑物或自然界特征的阻塞效应引起的衰落，在 时域上表现为慢速扰动，即称长期衰落（long-term fading）。近似服从对数正态分布，其概率密度函数 为
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无线传播特性
传播的开放性 接收点地理环境的复杂性与多样性 通信用户的随机移动性
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无线传播特性
1、传播的开放性 一切无线信道都是基于电磁波在空间传播来实现信息传播 的。
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小尺度衰落和多径效应
多径衰落
多径衰落
当接收机在可引起反射、绕射的复杂环境下移动时， 当接收机在可引起反射、绕射的复杂环境下移动时， 在不到一个波长范围内会出现几十分贝的电平变化和激烈的相位摆动
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小尺度衰落和多径效应
链路余量 在使用无线传播模型之前， 在使用无线传播模型之前，需要考虑对所允许的最大路 径损耗进行余量预留， 径损耗进行余量预留，以补偿无线传播模型抽象过程中 未考虑的一些情况。 未考虑的一些情况。
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大尺度路径损耗
五种基本传播机制 直射波（自由空间传播） 反射波 绕射波 散射波 透射波
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五种传播机制
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五种传播机制
1、直射波：它指在视距覆盖区内无遮挡的传播，直射 ：它指在视距覆盖区内无遮挡的传播， 波传播的信号最强。 波传播的信号最强。 2、多径反射波：指从不同建筑物或其他物体反射后到 ： 达接收点的传播信号，其信号强度次之。 达接收点的传播信号，其信号强度次之。 3、绕射波：从较大的山丘或建筑物绕射后到达接收点 ： 的传播信号，其强度与反射波相当。 的传播信号，其强度与反射波相当。 4、散射波：由空气中离子受激后二次发射所引起的漫 ： 反射后到达接收点的传播信号，其信号强度最弱。 反射后到达接收点的传播信号，其信号强度最弱。 5、透射波：当射线到达两种不同介质界面时，有一部 当射线到达两种不同介质界面时， 当射线到达两种不同介质界面时 分能量透射到第二种介质中。 分能量透射到第二种介质中。 透射会使场强产生急剧衰 减。
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无线信道的特性
时延扩展 频域扩展
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无线信道的特性
时延扩展——信道的时间弥散性（Time dispersion）
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小尺度衰落和多径效应
什么是多径 在CDMA系统中当两信号的多径时延相差大于一个扩 系统中当两信号的多径时延相差大于一个扩 频码片宽度时，这两个信号是不相关的， 频码片宽度时，这两个信号是不相关的，或者说是可分 离的。我们习惯上将某一可分离的信号叫做信号的径。 离的。我们习惯上将某一可分离的信号叫做信号的径。
小尺度衰落和多径效应
无线传播的特性 无线信道的特性 大尺度路径损耗 小尺度衰落和多径效应 无线信道抗衰落技术 移动通信系统中信号传播的效应
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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小尺度衰落和多径效应
小尺度衰落：简称衰落，是指无线信号在经过短时间或短 距传播后其幅度快速变化。
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小尺度衰落和多径效应
快衰落（多径衰落）损耗 它主要由于多径传播而产生的衰落， 它主要由于多径传播而产生的衰落，由于移动体周围 有许多散射、反射和折射体，引起信号的多径传输， 有许多散射、反射和折射体，引起信号的多径传输，使 到达的信号之间相互叠加， 到达的信号之间相互叠加，其合成信号幅度和相位随移 动台的运动表现为快速的起伏变化， 动台的运动表现为快速的起伏变化，它反映微观小范围 内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗， 内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗，其 变化率比慢衰落快，故称它为快衰落， 变化率比慢衰落快，故称它为快衰落，由于快衰落表示 接收信号的短期变化，所以又称短期衰落(short-term 接收信号的短期变化，所以又称短期衰落 fading）。 ）。
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小尺度衰落和多径效应
阴影衰落
对数正态阴影衰落
由于受到地形地物等阴影的影响 在信号到达处， ，在信号到达处，经历了多次反 射或绕射的包含随机量的多个信 号的叠加信号， 号的叠加信号，体现的分布是正 态分布 典型的阴影衰落标准差是8dB 典型的阴影衰落标准差是
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无线传播特性
3、通信用户的随机移动性
慢速步行时的通信； 慢速步行时的通信； 高速车载时的不间断通信。 高速车载时的不间断通信。
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无线信道的特性
无线传播的特性 无线信道的特性 大尺度路径损耗 小尺度衰落和多径效应 无线信道抗衰落技术 移动通信系统中信号传播的效应
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小尺度衰落和多径效应
小尺度多径传播表现为： 经过短距或短时传播后信号强度的急速变化。 在不同多径信号上，存在着时变的多普勒频移引起的随机 频率调制。 多样传播时延引起的扩展(回音)。
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大尺度路径损耗
路径传播损耗 又称衰耗，它是指电波在空间传播所产生的损耗，它反映 了传播在宏观大范围（即公里量级）的空间距离上的接收 信号电平平均值的变化趋势。
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小尺度衰落和多径效应
影响小尺度衰落的因素： 多径传播 移动台的运动速度 环境物体的运动速度 信号的传输带宽
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小尺度衰落和多径效应
多普勒频移
1 ∆ϕ v fd = = cos θ 2π ∆t λ
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小尺度衰落和多径效应
莱斯衰落
当移动台与基站间存在直射波信号时， 当移动台与基站间存在直射波信号时，即有一条主路 径，通过主路径传输过来被接收的信号为一个稳定幅度 Ak和相位 ，或者在媒质中，除了随机运动散射分量外， 和相位φk，或者在媒质中，除了随机运动散射分量外， 还存在固定散射或信号反射分量， 还存在固定散射或信号反射分量，但其余多径传输过来 的信号仍如上面“瑞利衰落概率模型”所述。 的信号仍如上面“瑞利衰落概率模型”所述。这种情况 其包络的值A的概率分布不再具有零均值 的概率分布不再具有零均值， 下，其包络的值 的概率分布不再具有零均值，包络具有 莱斯分布 。
移动通信系统中的信道特性
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学习目标
学习完成本课程您将会： 学习完成本课程您将会：
了解移动通信中的无线传播和信道的特性 了解移动通信中的抗衰落技术
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无线传播特性
无线传播的特性 无线信道的特性 大尺度路径损耗 小尺度衰落和多径效应 无线信道抗衰落技术 移动通信系统中信号传播的效应