第三章无线信道的统计描述
无线信道的统计描述课件
由于大型障碍物（如建筑物、山体等）对无线信号的遮挡而产生的信号衰落，通常采用对数正态分布进行描述。
阴影衰落
由于无线信号在传播过程中遇到不同障碍物而产生的多径传播现象，导致接收信号幅度和相位的随机变化，通常采用多径时延扩展和多普勒频移进行描述。
多径效应
评估无线信道在给定信噪比和带宽条件下的最大传输速率，反映信道的传输能力。
性质
用于信道估计、信号检测等。
应用
定义
性质
与相关性函数关系
应用
01
02
03
04
描述信道中信号功率在不同频率上的分布情况的函数，常用$P(f)$表示，其中$f$为频率。
非负性、规范性、实值性等。
功率谱密度是相关性函数的傅里叶变换。
用于信道容量分析、信号调制方式选择等。
04
CHAPTER
无线信道建模与仿真
信道容量评估
评估无线通信系统在给定信噪比和调制方式条件下的误码率性能，反映系统的可靠性。
误码率性能评估
评估无线通信系统在实际业务场景下的吞吐量性能，反映系统的实际传输效率。
吞吐量性能评估
06
CHAPTER
无线信道优化与应用案例
通过调整发射功率，降低干扰和能耗，提高无线信道的质量和可靠性。
功率控制
多径传播
多径传播导致信号到达接收端的时间不同，造成信号在时间上的扩展。
时延扩展
瑞利衰落
在存在大量散射体的情况下，接收信号的包络服从瑞利分布，这种衰落称为瑞利衰落。
莱斯衰落
当存在一条直射路径（视距路径）和多条散射路径时，接收信号的包络服从莱斯分布，这种衰落称为莱斯衰落。
03
CHAPTER
无线信道统计描述方法
无线信道基本知识
信号经过散射后形成，表现为信号幅度的波动。
多径效应与信道编码
多径效应
无线电信号在传播过程中遇到建筑物、地形、大气等不同介质时，会产生反射、 折射、散射等效应，使得同一信号的多个副本从不同路径到达接收器，产生干扰 。
信道编码
为了抵抗多径效应和错误传播，采用信道编码技术对传输的数据进行编码，增加 冗余信息，以便在接收端进行错误检测和纠正。
无线信道概述 无线通信的定义与特点
无线通信的应用
无线局域网：通过无线方式连接局域网，可以实现快 速数据传输。
手机通信：手机是目前最为普及的无线通信设备，可 以实现语音和数据通信。
物联网：物联网技术可以将各种设备通过无线方式连 接起来，实现智能化的管理和控制。
02
无线信道传播方式
自由空间传播
描述了无线电波在真空中传播 的方式，其路径损耗与距离的 平方成正比。
信道性能分析
在分析WiFi信道性能时，需要考虑信号强度、信号干扰 、多径效应等因素。信号强度受到发射功率、接收灵敏 度和距离的影响；信号干扰来自其他WiFi网络、蓝牙设 备、微波炉等；多径效应是由于无线电波在传播过程中 遇到不同障碍物而产生反射、折射和散射，导致接收到 的信号出现时延和衰减。
LTE信道模型与性能分析
VS
延迟抖动
由于无线信道环境变化引起的延迟波动， 可能导致数据传输不稳定和丢包等问题。 延迟抖动越小，表示无线信道性能越稳定 。
05
无线信道优化策略
功率控制与动态速率选择
总结词
通过动态调整发射功率和选择合适的传输 速率，可以优化无线信道的质量和传输效 率。
详细描述
无线信道的环境是动态变化的，根据信道 质量实时调整发射功率和选择合适的传输 速率，可以更好地适应信道变化，降低误 码率，提高传输效率。
MIMO信道的统计模型
MIMO信道的统计模型MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）信道是一种在无线通信中使用多个天线进行传输和接收的技术。
MIMO系统可以显著提高通信系统的性能，提供更高的数据传输速率和更好的抗干扰能力。
MIMO信道的统计模型描述了信号在多天线之间传输时的统计特性，以便于系统设计和性能评估。
在MIMO信道的统计模型中，主要包含两个方面的信息：空间相关性和信号传输特性。
1.空间相关性：MIMO信道中的多个天线之间通常存在空间相关性。
这是因为无线信号在传播过程中受到多径效应的影响，信号会经过不同的传播路径到达接收天线，导致信号之间存在相关性。
空间相关性可以用相关矩阵或协方差矩阵来表示，其中的元素表示不同天线之间的相关程度。
2.信号传输特性：MIMO信道的信号传输特性包括信道增益、信道衰落和信噪比等。
信道增益表示信号在信道中的增益或损耗；信道衰落表示信号在传输过程中受到的衰落或干扰；信噪比表示信号与噪声之间的比例，影响了信号的可靠性和性能。
常见的MIMO信道统计模型包括：1.瑞利衰落信道：适用于室内和城市环境下的MIMO信道，其中信号经历了多径传播，信道衰落符合瑞利分布。
2.雷电衰落信道：适用于开阔的地区或农村环境下的MIMO信道，其中信号经历了长程传播，信道衰落符合雷电分布。
3.洛伦兹衰落信道：适用于高速移动通信环境，其中信号受到多径效应和多普勒频移影响，信道衰落符合洛伦兹分布。
4.空间相关MIMO信道：考虑了天线之间的空间相关性，通过相关矩阵或协方差矩阵来描述信道特性。
这些统计模型在无线通信系统的设计、性能分析和信号处理中具有重要作用，可以帮助优化MIMO系统的性能，并提高通信质量和可靠性。
无线信道
第六章無線通道模型概論6.1 概論：各類訊號從發射端送出之後，在到達接收端之前所經過的所有路徑，我們統稱為通道。
通道對傳送訊號所產生的影響，是各類通訊系統接收機設計的一個關鍵考量。
其中，如果傳送的是無線電訊號，電磁波傳播所經過的路徑，我們特別稱為無線通道。
無線通道可能是很簡單的直線(目視)傳播(Line of Sight, LOS)，也可能會被許多不同的因素所干擾，例如訊號經過建築物、山丘、或者樹葉反射所產生的多重路徑效應(Multipath Effect)，多重路徑效應會造成訊號放大或衰減，最大和最小可以相差30到40 dB；此外，傳送端和接收端的相對運動，會使訊號產生都普勒效應(Doppler Effect)，都普勒效應會使通道的特性隨著時間而改變，增加了訊號品質的不確定性。
對無線通訊系統而言，因為傳播路徑的多樣性與時變性，無線通道的特性便在接收機的設計中，扮演著關鍵的角色。
在無線通訊系統中，無線通道通常是利用通道的統計特性來分析與模擬，各類文獻已經提出相當多的通道模型，一般而言，整個無線通道對訊號所產生的影響，共可分為以下三大部分，它們在一個無線通道中是同時存在的：1.傳播路徑損耗模型(Propagation Path Loss Model)：一般而言，接收訊號的功率或是傳播路徑的損耗，可以視為一個隨機變數，而傳播路徑損耗模型是用來描述接收訊號的平均功率或是傳播路徑的平均損耗，平均功率會隨著傳播距離的增加而減少，而傳播路徑的損耗會隨著距離的增加而增加，因此，這個隨機變數是一個距離的函數，而隨著距離的不同，會有不同的平均值或中間值；2.大尺度傳播模型(Large Scale Propagation Model)：這個模型是用巨觀的角度，來描述訊號在經過較長的距離(或時間)所產生的變化，而此變化是用統計的方式來描述；此模型之中，通常是給定一特定的傳收(Transmitter-Receiver，T-R)距離，然後把接收訊號的強度，當成是一個隨機變數，這個模型通常可以用來估測無線電波的覆蓋區域；3.小尺度傳播模型(Small Scale Propagation Model)：這個模型是用微觀的角度，來描述在很短的距離(或時間)之內，接收訊號功率所呈現快速的變動。
移动通信电子课件教案-第3章_移动信道的传播特性
第3章 移动信道的传播特性
3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗
P
x T
d1 h1
x 为菲涅尔余隙
T d1
d2
R d2
h2
x
h1
P
R h2
(a)
(b)
图 3 - 3 障碍物与余隙
(a) 负余隙； (b) 正余隙
第3章 移动信道的传播特性
t ＝ t0 t＝ t0＋
t1 t1＋ 1 1 t1＋ 1 2 (a)
t2 t2＋ 2 2t2＋ 2 3 t2＋ 2 1 (b)
t＝ t0＋
t3
(c)
图 3 - 11 时变多径信道响应例如 (a) N=3; (b) N=4; (c) N=5
t3＋ 3 4
第3章 移动信道的传播特性
第3章 移动信道的传播特性
3.2.4 多径时散与相关带宽 ——续
时延扩展Δ：最大传输时延和最小传输时延的差值，即最后 一个可分辨的时延信号与第一个时延信号到达时间的差值， 实际上就是脉冲展宽的时间。
表示时延扩展的程度。
归一化时延信号的包络E(t)：将移动通信中接收机接收 到的多径的时延信号强度进行归一化。
第3章 移动信道的传播特性
第3章 移动信道的传播特性
3.1 无线电波传播特性 3.2 移动信道的特征 3.3 陆地移动信道的传输损耗 3.4 移动信道的传播模型 思考题与习题
第3章 移动信道的传播特性
引言
三种研究无线移动通信信道的根本方法： 理论分析：用电磁场理论和统计理论分析电波在移动
环境中的传播特性，并用数学模型来描述移动信道。 现场电波实测：在不同的传播环境中，做电波实测实
无线信道的信道容量
时变
时变、时不变
频率选择性衰落信道容量
引入
香农将信道容量定义为这个互信息量在不同的信道输入分 布下的最大值。 互信息量即信道输出和信道输出间的互信息量，若信道输 入为x，随机输出为y，则互信息量：
式中的log 通常以2为底，则互信息量的单位比特/秒。即 遍历所有可能的输入后的最大值
目前对信道容量常用定义即在传输误码率趋于无穷小时的 最高传输速率。
3、收发两端都已知CSI
即收发端已知g[i] 在时刻i的值，且发送与接收端都已知 g[i]的分布。收发端已知 ，等同于已知 。 发送端可根据 CSI 实时调整发送策略，这种情况不存在带 中断的容量。
3、收发两端都已知CSI
（1）香农容量
允许瞬时的发送功率
随 变化，并受限于平均功率
平均功率受限下的衰落信道容量
据约束求解得最佳功率分配
为中断门限，仅当
高于
才使用信道传输。
3、收发两端都已知CSI
上式的最优功率分配方法是时域的注水法功控。 得到的信道容量：
满足：
（2）零中断容量与信道反转 次佳的传输方法。依靠发送端已知的 CSI使接收端保持恒 定的接收功率，这种功率分配叫信道反转。此时衰落信道 的容量AWGN信道的容量
即指定中断率下信道能传送的最大恒定传输速率 由于发送端不知信噪比的值，所以只能以一个不依赖瞬时 信噪比的固定速率传输 允许以一定概率译错所传输比特，发送端确定一个最小接 收信噪比 ，由此确定速率 。若接收的瞬 时信噪比大于或等于 ，则正确译码，否则将出现中断。 出现中断的概率 ，正确传输的概率 ， 平均正确接收的数据速率 。
第三章 信道和信道容量
I（X；Y）：接收到Y前、后关于的平均不确定性 的消除 ；或发送X前、后关于Y的平
均不确定性的消除。
可见：熵只是平均不确定性的描述，而不确定性 的消除（两熵之差）才等于接收端所获得的信息 量。获得的信息量不能和不确定性混为一谈。
第三章 信道和信道容量
关于信道容量： 研究：信道中平均每个符号所能传送的信息量，
有损失，是无噪有损信 道，也称确定信道，即： 损失熵：H(X/Y) ≠ 0； 噪声熵：H(Y/X) ＝ 0， I(X;Y)＝H(Y)＝H(X)－H(X/Y) ＜H(X)
第三章 信道和信道容量
信道容量仍是最大熵问题（最大H(Y)）：
C＝max H(Y)＝log s bit/符号
P(X)
（设Y有s个符号）
不相交的子集mk，由mk组成的矩阵[P]k是对称矩阵 （具有可排列的性质），则称此信道为准对称信道， 其信道容量：
r为输入符号集个数 即信道矩阵行数 准对称信道中的 行元素 第k个子矩阵 中行元素之和
第k个子矩阵 中列元素之和
第三章 信道和信道容量
例3－1：二元对称删除 信道如图，计算信道容量。
例3－2：准对称信道的信道矩阵为： P(y/x)＝ 0.5 0.3 0.2 0.3 0.5 0.2 当输入概率分布为p(x1)＝ɑ，p(x2)＝1－ɑ
且：p＝0时，信道无干扰； P＝1/2时，信道干扰最为严重。
第三章 信道和信道容量
二、二元删除信道
难以区分原发送信号时，不硬性
判断0或1，而作删除处理。 删除信道中，p＝q时，则为 对称删除信道。 三、Z信道 信道特性：0错成1的概率为0， 1错成0有一定可能。
1
0 1 0
p
1－p
1
第三章 信道和信道容量
无线信道基本知识
❖ 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{
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
❖ 分类 ▪ LEE宏蜂窝模型 ▪ LEE微蜂窝模型
Mobile Communication Theory
27
LEE宏蜂窝模型
❖ 决定移动台接收信号大小的因素
▪ 人为建筑物 ▪ 地形地貌
❖ 基本思路
先把城市当成平坦的，只考虑人为建筑物的影响，在此 基础上再把地形地貌的影响加进来
❖ 地形地貌影响的三种情况
Mobile Communication Theory
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
12
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
的路径损耗
❖ 两种情况
▪ 视距传播情况，路径损耗
L 4.6 2 2l6 o d g 2l0 o f g
▪ 非视距传播情况，路径损耗
LL0L1L2
式中 L0 —由空间损耗
L1 —由沿屋顶下沿最近的衍射引起的衰落损耗
L 1 1 . 9 1 l 6 w o 0 1 lf g o 0 2 l h g R o 0 h m L g 11
无线信道
无线通信中发送端和接收端之间通路
01 信道容量
03 时延扩展 05 多普勒效应
目录
02 信道带宽 04 信号衰落
无线信道是对无线通信中发送端和接收端之间通路的一种形象比喻，对于无线电波而言，它从发送端传送到 接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能不只一条，我们为了形象地描述发送端与接收端之 间的工作，可以想象两者之间有一个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为信道，无线信道也就是常说的无线 的“频段（Channel）”。
接收信号除瞬时值出现快衰落之外，场强中值（平均值）也会出现缓慢变化，主要是由地区位置的改变以及 气象条件变化造成的，以致电波的折射传播随时间变化而变化，多径传播到达固定接收点的信号的时延随之变化。 这种由阴影效应和气象原因引起的信号变化，称为慢衰落。
多普勒效应
由于移动通信中移动台的移动性，无线信道中存在多普勒效应。在移动通信中，当移动台移向基站时，频率 变高，波长变短。我们在移动通信中要充分考虑“多普勒效应”。虽然，由于日常生活中，我们移动速度的局限， 不可能会带来十分大的频率偏移，但是这不可否认地会给移动通信带来影响，为了避免这种影响造成我们通信中 的问题，我们不得不在技术上加以各种考虑。也加大了移动通信的复杂性。
时延扩展
无线信道中电波的传播不是单一路径，而是许多路径来的众多反射波的合成。
由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径来的反射波到达时间不同，也就是各信号的时延不同。当 发送端发送一个极窄的脉冲信号时，移动台接收的信号由许多不同时延的脉冲组成，我们称为时延扩展。
Hale Waihona Puke 信号衰落由于各个路径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迭加，有时迭加而加 强（方向相同），有时迭加而减弱（方向相反），导致接收信号的幅度急剧变化，即产生了快衰落。这种衰落是 由多种路径引起的，所以称为多径衰落。
第三章信道与噪声
第三章信道与噪声通信原理电子教案第3章信道与噪声学习目标：信道的数学描述方法；恒参信道/随参信道及其传输特性；加性高斯白噪声；信道容量的概念。
重点难点：调制信道模型；编码信道模型；恒参信道对信号传输的影响；加性高斯白噪声；Shannon信道容量公式。
随参信道对信号传输的影响；起伏噪声；噪声等效带宽；连续信道的信道容量“三要素”。
随参信道特性的改善。
课外作业： 3-5，3-11，3-16，3-19，3-20本章共分4讲《通信原理》第九讲知识要点：信道等义、广义信道、狭义信道，调制信道和编码信道。
§3.1 信道定义与数学模型1、信道定义信道是指以传输媒质为基础的信号通道。
信道即允许信号通过，又使信号受到限制和损害。
研究信道的目的：建立传播预测模型；为实现信道仿真器提供基础。
狭义信道仅指信号的传输媒质，这种信道称为狭义信道；广义信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装置，这种信道称为广义信道。
狭义信道按照传输媒质的特性可分为有线信道和无线信道两类。
有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。
广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。
图3-1 调制信道和编码信道2、信道的数学模型信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性，它对通信系统的分析和设计是十分方便的。
下面我们简要描述调制信道和编码信道这两种广义信道的数学模型。
1. 调制信道模型图3-2 调制信道模型二端口的调制信道模型其输出与输入的关系有一般情况下，可表示为信道单位冲击响应与输入信号的卷积，即或其中，依赖于信道特性。
对于信号来说，可看成是乘性干扰，而为加性干扰。
在实际使用的物理信道中，根据信道传输函数的时变特性的不同可以分为两大类：一类是基本不随时间变化，即信道对信号的影响是固定的或变化极为缓慢的，这类信道称为恒定参量信道，简称恒参信道；另一类信道是传输函数随时间随机快变化，这类信道称为随机参量信道，简称随参信道。
WIFI信道详解
WIFI信道详解信道，⼜被称为通道或频道，是信号在通信系统中传输的通道，由信号从发射端传输到接收端所经过的传输媒质所构成。
⽽⽆线信道就是以辐射⽆线电波为传输⽅式的⽆线电信道，简单来说就是⽆线数据传输的通道。
1）IEEE 802.11b/g标准⼯作在2.4G频段，频率范围为2.400—2.4835GHz，共83.5M带宽2）划分为14个⼦信道3）每个⼦信道宽度为22MHz4）相邻信道的中⼼频点间隔5MHz5）相邻的多个信道存在频率重叠(如1信道与2、3、4、5信道有频率重叠)6）整个频段内只有3个（1、6、11）互不⼲扰信道虽然物理世界中⽆线电信道很多，但能够被Wi-Fi协议所⽤的信道却是寥寥⽆⼏，并主要集中在2.4GHz和5GHz频段。
此外，由于各国对于⽆线电信道的⽤途不同，因此即使是在2.4GHz和5GHz这两个公共频段，信道的开放程度也是不同的，这其中既有出于国家安全的考虑，也有被其他应⽤占⽤的情况。
下⾯就为⼤家盘点⼀下各国或地区的信道开放程度。
各国2.4GHz频道信道规划可以看到，在2.4GHz频段，我国所提供的可⽤信道还是⾮常丰富的，在2.412-2.472GHz，共有13个信道可供选择。
各国（地区）5GHz频道信道规划再来看看5GHz频段，包含5150MHz-5825MHz的⽆线电频段，⼀共拥有201个信道，但能⽤的确实不多，特别是在我国，仅有5个信道（149,153,157,161,165）可⽤。
考虑到信道就是⽆线数据的传输通道，也就是说，在⼈员密集的情况下，5个信道的体验效果肯定会受影响；不过⽬前来看，⽀持5GHz频段的设备并不多，因此⽬前还看不到影响（未来或许也会开放更多信道）。
新益技术的OTA测试系统已全⾯⽀持802.11 a/b/g/n/ac的测试，WIFI信道⽀持1-13信道，完全满⾜国内测试需求。
信道估计总结
寒假信道估计技术相关内容总结目录第一章无线信道 (3)概述 (3)信号传播方式 (3)~移动无线信道的衰落特性 (3)多径衰落信道的物理特性 (4)无线信道的数学模型 (6)本章小结 (7)第二章MIMO-OFDM系统 (8)MIMO无线通信技术 (8)MIMO系统模型 (9)MIMO系统优缺点 (10)*OFDM技术 (11)OFDM系统模型 (12)OFDM系统的优缺点 (14)MIMO-OFDM技术 (15)MIMO、OFDM系统组合的必要性 (15)MIMO-OFDM系统模型 (15)本章小结 (16)第三章MIMO信道估计技术 (17){MIMO信道技术概述 (17)MIMO系统的信号模型 (18)信道估计原理 (19)最小二乘（LS）信道估计算法 (19)最大似然（ML）估计算法 (21)最小均方误差（MMSE）信道估计算法 (22)最大后验概率（MAP）信道估计算法 (23)导频辅助信道估计算法 (24)"信道估计算法的性能比较 (24)基于训练序列的信道估计 (25)基于导频的信道估计 (26)导频信号的选择 (27)信道估计算法 (29)插值算法 (29)线性插值 (29)高斯插值 (29)(样条插值 (30)DFT算法 (30)IFFT/FFT低通滤波 (31)盲的和半盲的信道估计 (31)第四章信道估计论文方法小计 (34)《MIMO-OFDM系统的信道估计研究》西南交大2007 (34)基本LS信道估计 (34)基于STC的LS信道估计 (34)>简化LS信道估计 (35)传统基于导频的二维信道估计 (36)基于导频的低秩二维信道估计 (37)几种方法性能比较和结论 (37)《MIMO多载波移动通信系统中信道估计方法及硬件实现》东南大学2006 (37)《MIMO-OFDM系统采用扩频码的信道估计方法》北邮2007 (38)MIMO-OFDM梳状导频信道估计原理 (39)MIMO-OFDM扩频码导频信道估计 (39)【《MIMO系统的检测算法和信道估计技术仿真研究》西南交大2006 (41)频率非选择性MIMO信道估计 (41)频率选择性MIMO信道估计 (41)《MIMO-OFDM系统中信道估计技术的研究》西电2003 (42)基于训练序列的信道估计 (42)基于导频符号的信道估计 (43)梳状导频信道估计 (43)二维散布导频信道估计 (44)】《Channel Estimation in Correlated flat MIMO systems》IEEE西电2008 (45)第五章MIMO同步技术 (46)MIMO-OFDM同步技术概述 (46)OFDM同步需要解决的问题 (46)同步算法的分类 (47)同步算法的过程 (48)常用的OFDM时间频率同步技术 (49)时间同步和频率同步的概念 (49),同步性能考察指标 (50)利用循环前缀的同步方法 (51)利用PN序列的同步 (51)利用重复符号的时域相关同步法 (53)第一章 无线信道概述无线信道系统主要借助无线电波在空中或水中的媒介传播来实现无线通信，其性能主要受到移动无线信道的制约和影响。
无线电波传输中的信道建模与预测
无线电波传输中的信道建模与预测第一章介绍无线电波传输是无线通信中最基础的环节，对传输质量有着至关重要的影响。
在信道中，信号会受到多种干扰影响，为了更好地了解无线电波传输中的信道，本文将从信道建模、信道预测等方面进行探讨，帮助读者更好地理解信道。
第二章信道建模信道建模是指通过多种参数和模型来描述无线电波在空气中传播时，信号受到的各种干扰影响的变化情况。
信道建模的目的是为了更好地了解信道，进行信号设计和系统优化。
（一）统计信道建模统计信道建模是对无线电波传输中干扰影响的概率分布进行建模，主要通过统计分析来得到信道模型的参数。
这种建模方法相对简单，且具有通用性，常用的统计信道建模有瑞利衰落信道模型和阴影衰落信道模型。
（二）物理几何信道建模物理几何信道建模是通过建立模拟环境来模拟无线电波在具体空间中传播的物理特性。
这种建模方法可以更好地反映系统的实际工作状态，但是对建模者的环境仿真能力要求较高。
第三章信道预测信道预测是指在一定时间范围内，对信道发生变化的趋势进行估计和预测。
信道预测主要是基于信道估计技术和预测模型，常用的信道预测方法有基于统计的方法、基于卡尔曼滤波的方法和基于神经网络的方法。
（一）基于统计的方法基于统计的方法是采用一系列的统计学原理和算法，来对信道的未来变化趋势进行预测。
这种方法主要适用于低速移动信道和静止信道。
常用的统计预测模型有自回归（AR）模型、移动平均（MA）模型和自回归移动平均（ARMA）模型等。
（二）基于卡尔曼滤波的方法基于卡尔曼滤波的方法是通过数学模型对信道参数的变化进行估计和预测，其核心是卡尔曼滤波器。
该方法可以对大多数移动信道进行预测，但是需要对卡尔曼滤波器参数进行调整，计算量较大。
（三）基于神经网络的方法基于神经网络的方法通过训练神经网络，对信道变化趋势进行预测。
该方法具有适应性强、无需先验参数等特点，但是需要大量的样本数据对网络进行训练。
第四章应用案例无线电波在无线通信领域应用广泛，在移动通信、航空航天、军事通信等领域中具有重要地位。
第三章信道及信道容量
2但为有限值,即
p11
P
p2
1
p12 p22
,
p1m
p2m
pn1
pn2
pn
m
②二进制对称信道（BSC）：输入和输出信号的符号数都 是2，即X∈A={0,1}和Y∈B={0，1}的对称信道。
1-p
0 p
0
1p p
p
P
p
1p
1
1
1-p
16
《信息论与编码》
3）有干扰有记忆信道：每个信道输出不但与当前输入信号 之间有转移概率关系，而且与其它时刻的输入输出信号也 有关。
27
《信息论与编码》
2）信道容量的定义 对于某特定信道，可找到某种信源的概率分布p(ai)，使
得 I（X；Y）达到最大。
C m ax { I(X ;Y )} (b it/符 号 ) p(x)
注：对于特定的信道，信道容量是个定值，但是在传输信 息时信道能否提供其最大传输能力，则取决于输入端的概 率分布。一般相应的输入概率分布称为最佳输入分布。
28
若平均传输一个符号需要t秒钟，则信道单位时间内 平均传输的最大信息量为：
C T1 tm p(axx ){I(X;Y)}(bit/秒 )
即信道传输速率。
信道容量C已与输入信源的概率分布无关，它只是 信道传输概率的函数，只与信道的统计特性有关。 所以，信道容量是完全描述信道特性的参量，是信 道能够传输的最大信息量。
这样，波形信道化为多维连续信道，信道转移概率密度 函数为
其中：
19
《信息论与编码》
如果多维连续信道的转移概率密度函数满足
这样的信道称为连续无记忆信道即在任一时刻输出变 量只与对应时刻的输入变量有关，与以前时刻的输入输出 都无关。
无线通信基础复习要点
《无线通讯基础》复习重点题型：填空题 :知识简答题 :基本看法、基根源理名词解说：常用的英文简写计算题 :基本计算四选一：Chapter1 无线通讯概论（1,2）1、无线通讯的链路构成及功能（方框图）2、各种无线通讯系统工作频段及特色，英文缩写的中文表示3、无线通讯系统面对的挑战（简答题）Chapter2 无线信道流传体系（3,4）1、大气空间结构（建议不作重点要求）2、电磁波的传输方式3、掌握功率的dB 胸怀，天线增益及单位，全向有效辐射功率(EIRP)4、自由空间消耗计算方法（Friis 定律）及合用范围（重点）5、路径消耗d-n计算方法（重点）6、采纳菲尼尔半径及余隙估量绕射损失的方法（建议不作重点要求）7、噪声源，噪声温度，噪声系数，高斯白噪声的特征，系统的信噪比（重点）8、衰败余量、中断概率的看法（重点）9、系统的链路估量（重点，交融大尺度路径消耗、小尺度衰败余量、噪声系数、调制方式、分集接收）（综合题）Chapter3 无线信道的统计描述（5）1、信号幅度的小尺度衰败的成因（重点）2、小尺度衰败信号幅度的瑞利、莱斯分布发生条件3、瑞利、莱斯分布统计特征、小尺度衰败的相位的分布4、小尺度衰败的衰败余量及中断概率计算5、信号幅度的大尺度衰败的成因6、大尺度衰败的信号幅度的对数正态统计特征7、大尺度衰败的衰败余量及中断概率计算8、形成多普勒频移，多普勒谱的原由、经典或称Jakes 谱（建议只重点要求多普勒频移计算）9、衰败的时间依赖性（电平经过率(LCR) ，均匀衰败连续时间(ADF) ）的参数的意义。
（建议不作重点要求）10、综述抗衰败技术（信道编码配合交错、分集、扩频、OFDM 、 MIMO ）Chapter4 宽带和方向性信道的特征（6）1、信道时延色散的成因2、对窄带信号和宽带信号的影响3、功率时延谱，均匀时延rms 值，最大时延计算（重点）4、时延扩展，频率相关函数，信道的相关带宽，平展衰败与频率选择性衰败，之间的关系（联合详尽信道模型）（重点）5、多普勒扩展，时间相关函数，信道的相关时间，慢衰败与快选择性衰败，之间的关系Chapter5 信道模型（ 7）1、信道建模方法（建议不作重点要求）2、窄带 Okumura 及 Okumura-Hata 的计算（建议不作重点要求）3、宽带 COST 207 模型的建模方法（将信道模型放到Chapter4 中，联合）Chapter6 数字调制解调（10，11，12）这章的重点是各种调制的带宽、在 AWGN 和 Rayleigh 信道中的误比特征能、不一样相关检测与非相关检测的优弊端解析，最好与信道、分集、信道编码等章节联合出题。
无线信道的统计描述
无线通信基础无线通信基础学科组内容2015/3/1922015/3/193无线信道的统计描述☐多径传播☐时不变两径模型☐时变两径模型☐不含主导分量的小尺度衰落☐含主导分量的小尺度衰落☐多普勒谱☐衰落的时间依赖性☐阴影衰落2015/3/194多径传播在移动通信中，到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和，称为多径传播。
接收功率(dBm)20快衰落-20-40慢衰落-602015/3/195距离(m)102030多径传播的影响☐短距离或短时间内信号强度的快速变换-多径衰落；码间干扰☐多径传播造成时延扩展-码间干扰；-☐各多径信号具有不同的多普勒频移随机调频。
2015/3/196无线信道的统计描述☐多径传播☐时不变两径模型☐时变两径模型☐不含主导分量的小尺度衰落☐含主导分量的小尺度衰落☐多普勒谱☐衰落的时间依赖性☐阴影衰落2015/3/197两径模型两径模型2015/3/198时不变两径模型☐时不变模型：各径的时延(路径长度)差异不随时间变化⏹空间衰落2015/3/199无线信道的统计描述☐时不变两径模型☐时变两径模型☐不含主导分量的小尺度衰落☐含主导分量的小尺度衰落☐多普勒谱☐衰落的时间依赖性☐阴影衰落2015/3/1910时变两径模型☐时变模型: 各径的时延(路径长度)差异随时间变化（散射体/发射机/接收机移动）☐时间衰落☐多普勒频移2015/3/1911多普勒频移2015/3/1913☐衰落率的两种考虑方法时变两径模型⏹单位时间内接收机经过的波峰或波谷数；⏹用差频决定衰落率；2015/3/1914无线信道的统计描述☐时不变两径模型☐时变两径模型☐不含主导分量的小尺度衰落☐含主导分量的小尺度衰落☐多普勒谱☐衰落的时间依赖性☐阴影衰落2015/3/1915不含主导分量的小尺度衰落☐假设:⏹在发信机与收信机之间没有直射波通路；⏹有大量反射波存在，反射波到达接收天线的方向角是随机的，相位也是随机的，且在0～2 内均匀分布；⏹各个反射波的幅度和相位都是统计独立的。
信道统计量
信道统计量信道统计量是在通信系统中用于描述信道特性的一种指标。
它可以通过对信道进行采样和测量得到，用来评估信道的质量和可靠性。
在通信系统中，信道统计量的准确性和稳定性对于保证通信质量至关重要。
信道统计量可以用来表示信道的衰落特性。
在无线通信系统中，信号在传播过程中会受到多径衰落的影响，导致信号强度的变化。
通过对信道进行衰落统计，可以得到信道衰落的概率分布，进而评估信道的稳定性和可靠性。
这对于设计合适的调制和编码方案以及优化系统性能非常重要。
信道统计量可以用来描述信道的容量。
信道容量是指在给定的信道条件下，能够传输的最高数据率。
通过对信道容量进行统计分析，可以了解信道的带宽利用率和信息传输效率。
在设计无线通信系统时，需要根据信道容量来选择合适的调制方式和编码方案，以提高系统的数据传输速率和性能。
信道统计量还可以用于评估信道的抗干扰能力。
在实际通信中，信号往往会受到各种干扰的影响，如多径干扰、噪声干扰和其他用户的干扰等。
通过对信道的统计分析，可以了解信道受干扰的概率分布和干扰的强度，从而评估系统的抗干扰能力。
这对于设计抗干扰性能较强的通信系统非常重要。
信道统计量还可以用于评估信道的多样性和分集增益。
在无线通信系统中，多径传播会导致信号在接收端出现多条不同路径的信号，这就是所谓的多样性。
通过对信道多样性进行统计分析，可以了解系统的多样性性能，进而设计合适的接收算法和天线配置，以提高系统的分集增益。
信道统计量是评估通信系统中信道特性的重要指标。
通过对信道统计量进行分析和测量，可以了解信道的衰落特性、容量、抗干扰能力以及多样性和分集增益等方面的信息。
这对于设计优化通信系统、提高系统性能和可靠性具有重要意义。
因此，在通信系统设计和优化过程中，需要充分考虑信道统计量的影响，以确保系统的正常运行和性能提升。
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例题
设计一个符号以下规格的移动通信系统：在小区边缘 （离基站最大距离），瞬时接收幅度r在90%的时间内
不能比规定值rmin。信号经历小尺度瑞利衰落和
σF=6dB的大尺度对数正态衰落。求系统工作所需要 的衰落余量。
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解题过程
解：信号经历了小尺度号经历小尺度瑞利衰落大尺度对数正态 衰落，衰落余量：
小尺度瑞利衰落
cdf (r ) 1 exp(
r2 pdfr (r ) 2 exp[ 2 ],0 r 2 2 r
r ),0 r 2 2
Pout cdf (rmin )
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大尺度对数正态衰落：
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8. 形成多普勒频移，多普勒谱的原因、经典或称Jakes谱
信号幅度的小尺度衰落的成因
在距离很短的范围内，功率围绕一个平均值上下波动， 这些波动发生在大约一个波长的范围内，称为小尺度 衰落。小尺度衰落的原因是不同的多径分量之间的干
涉。
瑞利分布
不含主导分量的小尺度衰落： 信号从几个相互作用体射向在小范围内移动的接收 机，作用体近似均匀的分布在接收区域周围，假设他 们的距离足够远，则所有的接受波都是均匀平面波，
这时的平均功率衰落为不含主导分量的小尺度衰落。
瑞利分布
不含主导分量的多径模型：
实部和虚部服从均值为0的正态分布 实部和虚部相互独立 幅度|E|服从瑞利分布 相位服从均匀分布
瑞利分布
瑞利分布性质： 概率密度函数： 累积分布： 均值： 均方值： 方差： 中值： 最大值：
瑞利分布
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衰落的时间依赖性
平均衰落持续时间（ADF） 每次包络低于门限电平r的平均持续时间 最终推导公式：
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大尺度衰落
大尺度衰落的成因：由于建筑物，高山等的阻挡造成的，因此 也叫阴影衰落； 大尺度衰落为大尺度对数正态衰落； 大尺度衰落现象 十个波长范围内平均 波动发生在大约几百个波长范围内
莱斯分布
莱斯分布性质：
莱斯因子Kr：视距分量功率与漫射分量功率的比率
均方值： 累积分布：
莱斯分布
衰落余量： 平均功率与最小功率的差为衰落余量
中断概率： r值小于rmin的概率 Pout=cdf（rmin）=
多普勒谱
多普勒频移：接收机以速度V同电波传播方向 （频率为fc）呈γ角移动 接收信号的频率： 其中多普勒频移：
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大尺度衰落
其中一种类型的计算公式：r为接收电平的瞬时接收幅度， LmeandB是小区边界处平均路径损耗，LdB是阴影导致对数正态 随机损耗，LmaxdB是与rmin相对应的最大损耗值，
Pout为中断概率；
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大尺度衰落
随机变量
是标准正态随机变量
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衰落余量： 平均功率与最小功率的差为衰落余量
中断概率： r值小于rmin的概率
莱斯分布
含主导分量的小尺度模型：
存在一个主导的多径分量，比如一个视距分量或一 个主导的镜面反射分量的小尺度衰落。部服从均值为A的正态分布，需部服从均值为0的正态分布 实部和虚部相互独立 幅度|E|服从莱斯分布 相位服从非零均值的正态分布
第三章 无线信道的统计描述
主要考点
1. 信号幅度的小尺度衰落的成因
2. 小尺度衰落信号幅度的瑞利、莱斯分布发生条件 3. 瑞利、莱斯分布统计特性、小尺度衰落的相位的分布 4. 小尺度衰落的衰落余量及中断概率计算 5. 信号幅度的大尺度衰落的成因 6. 大尺度衰落的信号幅度的对数正态统计特性 7. 大尺度衰落的衰落余量及中断概率计算
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最大多普勒频移：
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多普勒谱
成因：由于多普勒效应，移动台的移动使得多径分量以不同的 方向到达移动台引起了不同的频率偏移，这就导致了接受频谱
的扩展，形成了多普勒谱。
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衰落的时间依赖性
电平通过率LCR 1秒内包络(以正斜率)通过门限电平r的平均次数
推导得：