(完整版)多普勒效应与多径衰落对移动通信的影响
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由于电波通过各个路径的距离不同，因而各路径来的反射波 到达时间不同，相位也不同。不同相位的多个电波在接受 端叠加，有时同向叠加而加强，有时反相叠加而减弱。这 样，接受信号的幅度将急剧变化，即产生了衰落。
产生原因：
电磁波在传输过程中，因为建筑物、树木、起伏的地形等因 素引起的发射、散射、绕射等，这样在这种充满发射波的 传播环境中，到达移动台天线的信号是许多路径来的众多 反射波的合成。
分集复用技术
合并技术
分类：
最大比值合并；等增益合并；选择式合并；切换合并 1.最大比值合并（MRC: Maximal Ratio Combining） 最大比值合并方案在收端只需对接收信号做线性处理，然后
利用最大似然检测即可还原出发端的原始信息。其译码过 程简单、易实现。合并增益与分集支路数 N 成正比。 2.等增益合并(EGC: Equal Gain Combining) 当分集重数N较大时，等增益合并与最大比值合并后相差不 多，约仅差1dB 左右。等增益合并实现比较简单，其设备 也简单。
上述四种合并技术中，比较的主要是最大比合并，等 增益合并，选择式合并。在这三种合并方式中，最大比值 合并的性能最好，选择式合并的性能最差。当N较大时， 等增益合并的合并增益接近于最大比值合并的合并增益。
4/13/2020
分集复用技术
分集改善效果
定义：
分集改善效果指采用分集技术与不采用分集技术两者相比， 对减轻深衰落影响所得到的效果(好处)。为了定量的衡量 分集的改善程度，常用分集增益和分集改善度这两个指标 来描述。
多普勒效应
生活中火车的汽笛声、警车的警报声、赛车的发动机声都 是多普勒效应的一种表现：波源远离接收者时声调（频率） 变高，移向接收者时声调（频率）变低。
多普勒频移在无线通信中的影响：
1.定义： 在无线通信中，由相对运动引起的接收信号频率的偏移称 为多普勒频移，与移动用户运动速度成正比。 2.公式：
假设原有波源的波长为 ，波速为 c ，观察者移动速度
为 v 当观察者走近波源时观察到的波源频率为 (c v) / ， 如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为 (c v) / 。
多普勒效应
当移动台以恒定速度 v在长度为 d ，端点为X和Y的路径上运 动时收到来自远端源S发出的信号，如下图所示：
分集复用技术
3.选择式合并(SC: Selection Combining) N 个接收机的输出信号先送入选择逻辑，选择具有最高基带
信噪比的基带信号作为输出。 4.切换合并（Switching Combining） 也称为扫描合并，由于切换合并并非连续选择最好的瞬间信
号，因此它比选择合并可能要差一些，但这种方法要简单 得多。
空间分集接收的优点是分集增益高，缺点是还需另外单独的 接收天线。
4/13/2020
分集复用技术
2.频率分集 与空间分集相比较，其优点是在接收端可以减少接受天线 及相应设备的数量，缺点是要占用更多的频带资源，并且在 发送端可能需要采用多个发射机。 3.时间分集 与空间分集相比较，优点是减少了接收天线及相应设备的 数目，缺点是占用时隙资源增大了开销，降低了传输效率。 4.极化分集 优点是它只需一根天线，缺点是它的分集接收效果低于空 间分集接收天线，并且由于发射功率要分配到两副天线上， 将会造成3dB的信号功率损失。
分集复用技术
分集
分集的基本原理：
通过多个信道（时间、频率或者空间）接收到承载相同信息 的多个副本，接收机使用多个副本包含的信息能比较正确 的恢复出原发送信号。
分集的分类:
分集技术包括2方面：分散传输和分散接受。并且获得分集效 果最重要的条件是各个信号之间应该是“不相关”的。
根据所涉及资源的不同,可分为如下几个大类： 1.空间分集
由于源端距离很近，可假设X、Y处的 是相同的。由此得出
频率 v cos f v cos
d 2 t
c
多普勒效应
现假设信号载频 ，移动通信传播环境中，移动台三种典 型的移动速度与多普勒频移分别为：
1.行人步行速度3km / h
频移为f：m
fc v 2.5Hz c
分类：
多径传播时延扩展、信号强度的快速衰减和多普勒频移的变 化引起的随机频率调制。
解决办法
解决多普勒频移的一般方法：
低频段的GSM系统： 可以增加保护带宽，克服多普勒频移引起的的误码率问题。
优点是实现简单，而且不增加传输时间；但是频谱的利用 率低，而且在频分多路数较大时多个滤波器的实现使系统 复杂化。 高频段的3G系统： 一般解决方法是在接收端估计出频偏值，再用均衡或同步的 方法进行补偿。但是在多普勒扩展（同时存在多个频偏） 的情况下不能达到很好的效果。 所以目前的通用解决办法是分集复用技术。
v 3km / h 影响
时多普勒效应对接收信号包络的影响
v 25km / h
时多普勒效应对接收信号包络的
多普勒效应
v 100km / h 时多普勒效应对接收信号包络的影响
由上图可以清晰的看出，随着移动台速度的增加，接收信号 包络的变化也越来越快，即信号瑞利衰落的速度越来越快。
多径衰落
主要内容：
多普勒效应
主要内容：
物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化
原理：
波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者 时接收频率变低，波的频率不变的。
产生的原因：
波源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单 位时间内完成的全振动的次数。因而频率等于单位时间内波 源发出的完全波的个数。接收者接收的频率表示单位时间内 接收的完全波个数。所以当波源与接收者之间有相对运动时， 接收频率会发生变化。
时，则行人步行情况下最大多普勒
2.自行车的速2度5km / h
频移为fm：
fc v 20.8Hz c
时，则自行车运动中最大多普勒
3.汽车的速度是100km / h 时，则汽车运动中最大多普勒频
移为f：m
fc c
v 83.3Hz
多普勒效应
下面我们以瑞利信道为例，给出在上述三种情况下的仿真 结果：
产生原因：
电磁波在传输过程中，因为建筑物、树木、起伏的地形等因 素引起的发射、散射、绕射等，这样在这种充满发射波的 传播环境中，到达移动台天线的信号是许多路径来的众多 反射波的合成。
分集复用技术
合并技术
分类：
最大比值合并；等增益合并；选择式合并；切换合并 1.最大比值合并（MRC: Maximal Ratio Combining） 最大比值合并方案在收端只需对接收信号做线性处理，然后
利用最大似然检测即可还原出发端的原始信息。其译码过 程简单、易实现。合并增益与分集支路数 N 成正比。 2.等增益合并(EGC: Equal Gain Combining) 当分集重数N较大时，等增益合并与最大比值合并后相差不 多，约仅差1dB 左右。等增益合并实现比较简单，其设备 也简单。
上述四种合并技术中，比较的主要是最大比合并，等 增益合并，选择式合并。在这三种合并方式中，最大比值 合并的性能最好，选择式合并的性能最差。当N较大时， 等增益合并的合并增益接近于最大比值合并的合并增益。
4/13/2020
分集复用技术
分集改善效果
定义：
分集改善效果指采用分集技术与不采用分集技术两者相比， 对减轻深衰落影响所得到的效果(好处)。为了定量的衡量 分集的改善程度，常用分集增益和分集改善度这两个指标 来描述。
多普勒效应
生活中火车的汽笛声、警车的警报声、赛车的发动机声都 是多普勒效应的一种表现：波源远离接收者时声调（频率） 变高，移向接收者时声调（频率）变低。
多普勒频移在无线通信中的影响：
1.定义： 在无线通信中，由相对运动引起的接收信号频率的偏移称 为多普勒频移，与移动用户运动速度成正比。 2.公式：
假设原有波源的波长为 ，波速为 c ，观察者移动速度
为 v 当观察者走近波源时观察到的波源频率为 (c v) / ， 如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为 (c v) / 。
多普勒效应
当移动台以恒定速度 v在长度为 d ，端点为X和Y的路径上运 动时收到来自远端源S发出的信号，如下图所示：
分集复用技术
3.选择式合并(SC: Selection Combining) N 个接收机的输出信号先送入选择逻辑，选择具有最高基带
信噪比的基带信号作为输出。 4.切换合并（Switching Combining） 也称为扫描合并，由于切换合并并非连续选择最好的瞬间信
号，因此它比选择合并可能要差一些，但这种方法要简单 得多。
空间分集接收的优点是分集增益高，缺点是还需另外单独的 接收天线。
4/13/2020
分集复用技术
2.频率分集 与空间分集相比较，其优点是在接收端可以减少接受天线 及相应设备的数量，缺点是要占用更多的频带资源，并且在 发送端可能需要采用多个发射机。 3.时间分集 与空间分集相比较，优点是减少了接收天线及相应设备的 数目，缺点是占用时隙资源增大了开销，降低了传输效率。 4.极化分集 优点是它只需一根天线，缺点是它的分集接收效果低于空 间分集接收天线，并且由于发射功率要分配到两副天线上， 将会造成3dB的信号功率损失。
分集复用技术
分集
分集的基本原理：
通过多个信道（时间、频率或者空间）接收到承载相同信息 的多个副本，接收机使用多个副本包含的信息能比较正确 的恢复出原发送信号。
分集的分类:
分集技术包括2方面：分散传输和分散接受。并且获得分集效 果最重要的条件是各个信号之间应该是“不相关”的。
根据所涉及资源的不同,可分为如下几个大类： 1.空间分集
由于源端距离很近，可假设X、Y处的 是相同的。由此得出
频率 v cos f v cos
d 2 t
c
多普勒效应
现假设信号载频 ，移动通信传播环境中，移动台三种典 型的移动速度与多普勒频移分别为：
1.行人步行速度3km / h
频移为f：m
fc v 2.5Hz c
分类：
多径传播时延扩展、信号强度的快速衰减和多普勒频移的变 化引起的随机频率调制。
解决办法
解决多普勒频移的一般方法：
低频段的GSM系统： 可以增加保护带宽，克服多普勒频移引起的的误码率问题。
优点是实现简单，而且不增加传输时间；但是频谱的利用 率低，而且在频分多路数较大时多个滤波器的实现使系统 复杂化。 高频段的3G系统： 一般解决方法是在接收端估计出频偏值，再用均衡或同步的 方法进行补偿。但是在多普勒扩展（同时存在多个频偏） 的情况下不能达到很好的效果。 所以目前的通用解决办法是分集复用技术。
v 3km / h 影响
时多普勒效应对接收信号包络的影响
v 25km / h
时多普勒效应对接收信号包络的
多普勒效应
v 100km / h 时多普勒效应对接收信号包络的影响
由上图可以清晰的看出，随着移动台速度的增加，接收信号 包络的变化也越来越快，即信号瑞利衰落的速度越来越快。
多径衰落
主要内容：
多普勒效应
主要内容：
物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化
原理：
波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者 时接收频率变低，波的频率不变的。
产生的原因：
波源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单 位时间内完成的全振动的次数。因而频率等于单位时间内波 源发出的完全波的个数。接收者接收的频率表示单位时间内 接收的完全波个数。所以当波源与接收者之间有相对运动时， 接收频率会发生变化。
时，则行人步行情况下最大多普勒
2.自行车的速2度5km / h
频移为fm：
fc v 20.8Hz c
时，则自行车运动中最大多普勒
3.汽车的速度是100km / h 时，则汽车运动中最大多普勒频
移为f：m
fc c
v 83.3Hz
多普勒效应
下面我们以瑞利信道为例，给出在上述三种情况下的仿真 结果：