无线信道基本知识

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多径衰落的基本特性
❖ 时延扩展 脉冲宽度扩展 ▪ 时间角度 ▪ 数字系统主要考虑 ▪ 原因 信号传播路径不同，到达接收端的时间也就不同，导 致接收信号包含发送脉冲及其各个延时信号
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多普勒频移
❖ 原因
移动时会引起多普勒（Doppler）频率漂移
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衰落特性的算式描述
❖ 衰落特性的算式描述 r(t) m(t)r0 (t)
式中，r(t)表示信道的衰落因子；m(t)表示大尺度衰落； r0(t)表示小尺度衰落。
小尺度衰落
大尺度衰落
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自由空间的电波传播
在理想的、均 匀的、各向同 性的介质中传 播，只存在电 磁波能量扩散 而引起的传播
❖空间选择性衰落
▪空选衰落:天线空间距离大于相关距离>Dc ▪非空选衰落:天线空间距离远小于相关距离<<Dc
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平坦衰落和频率选择性衰落
原因
频谱特性 条件
频率选择性衰落
平坦衰落
信道具有恒定增益和相位的带宽 信道具有恒定增益和
损耗
传播 损耗
自由空间 电波传播
分贝表示
传播
L 32.45 20 log f 20 log d 损耗
接收 功率
Pr
Ar
4d 2
Pt Gt
有效接收天线面积
Ar
2Gr 4
接收 Pr (dBm) 10log Pr (mW )
换算
Pr (dBW ) 10log Pr (W )
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多径信道的统计分析 多径衰落信道的分类 衰落特性的特征量
衰落信道的建模与仿真
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多径衰落的基本特性
❖ 幅度衰落 幅度随移动台移动距离的变动而衰落 ▪ 空间角度 ▪ 模拟系统主要考虑 ▪ 原因
• 本地反射物所引起的多径效应表现为快衰落 • 地形变化引起的衰落以及空间扩散损耗表现为慢衰落
多普勒功率谱密度 DPSD
角度谱 PAP
时间色散 频率色散 角度色散
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衰落的分类及判定
分类
❖ 频率选择性衰落
非频率选择性衰落 （平坦衰落）
不同频率分量的衰落
不一致 相关的 一致的
信号波形 失真
不失真
信号带宽小于信道相干带宽 Bs<Bc
平坦衰落
信号带宽远大于信道相干带宽
p( )d
0
式中
0
❖ 意义
p( )d
0
p( )d
描述了功率谱在空间上的色散程度，角0度扩展在 0,360o
之间分布。
角度扩展越大，表明散射环境越强，信号在空间的色散度 越高
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相关距离与空间选择性衰落 ❖相关距离Dc
信道冲激响应保证一定相关度的空间距离
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直射、反射、 绕射和散射以 及它们的合成
无线电 波传播
方式
衰落的 复杂的无线
原因
电波传播环 境
衰落的 表现
传播损耗和色散 阴影衰落 多径衰落 多普勒频移
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一种典型的信号传播环境
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信道的分类
❖ 信道的分类
大尺度衰落 ▪ 根据不同距离内信号强度变化的快慢分为{
无线通信信道基本概念 与技术
目录
1
概述
2
自由空间的电波传输
3 3种基本电波的传播机制
4
阴影衰落的基本特性
5 移动无线信道及特性参数
6 电波传播损耗预测模型
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电波传播的基本特性
基站天线、移 动用户天线和 两付天线之间
移动通信 信道
的传播路径
移动信道的 基本特性 衰落特性
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3种基本电波传播机制
直射：LOS 无直射：NLOS
反射
阻挡体比传输波 长大的多的物体
产生多径衰落的
主要因素
绕射 阻挡体为尖利边缘
散射 产生于粗糙表面、小物体或其
它不规则物体
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多径信号
❖ 两径传播模型
A d
接收信号功率 hb
简化后 Pr
Pt
4d
2
Gr
Gt
1
Re ( 1
R )Ae
2
....
直射波
相Pr位 P差t 4d 2GrGt
1 Re
2l
2
❖ 多径传播模型
l (AC CB) AB
C
B hm
其Pr中，PtN 4为d路 2径G数rG。t 1当 NNi1很1 R大i ex时p(，j无法i )用2 公式准确计算出
接收信号的功率，必须用统计的方法计算接收信号的功率
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阴影衰落的基本特性
❖ 阴影衰落（慢衰落）
地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波传播路径的阻挡而形成
❖ 特点
与传播地形和地物分布、高度有关
❖ 表达式
l(r, ) rm 1010
传播路径损1耗0lo和g l阴(r,影 )衰1落0mlog r
❖ 判Bs>定>Bc
频选衰落
一机医院 . 由检验信科道和信号两方面决定Mobile
数字通信系统
码间干扰
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角度扩展
❖ 角度功率谱（PAS）
信号功率谱密度在角度上的分布。一般为均匀分布、截 短高斯分布和截短拉普拉斯分布
❖ 角度扩展等于功率角度谱的二阶中心矩的平方根，即
( )2 p( )d
❖ 表达式
多普勒频移
fd
v
cos
最大多普v勒(Doppler)频移
fm
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描述多径信道的主要参数
❖ 由于多径环境和移动台运动等影响因素，使得移动信道对 传输信号在时间、频率和角度上造成了色散。
❖ 通常用功率在时间、频率以及角度上的分布来描述这种色 散
功率延迟分布 PDP
小尺度衰落 长期慢衰落 ▪ 根据信号与信道变化快慢程度的比较分为{ 短期快衰落
❖ 大尺度衰落与小尺度衰落
大尺度衰落（阴影衰落）
描述 长距离上信号强度的缓慢变化
原因 信道路径上固定障碍物的阴影
影响
业务覆盖区域
小尺度衰落（多径衰落） 短距离上信号强度的快速波动
移动台运动和地点的变化 信号传输质量
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分贝式
式中 r 移动用户和基站的距离
ζ 由阴影产生的对数损耗（dB），服从零平均和标准偏 差σdB的对数正态分布
m 路径损耗指数
实验数据表明m＝4，标准差σ＝8dB对于城区是比较合理的
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移动无线信道及特性参数
多径衰落的基本特性 多普勒频移
多径信道的信道模型 描述多径信道的主要参数