无线通信技术no.pptx

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1、小尺度衰落：无线电信号在短时间或短距离传播后其幅度、相位或多径时延快速变化，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略不计原因：同一传输信号沿两个或多个路径传播，以微小的时间差到达接收机，相互之间互相干扰。接收机天线将之合成为一个幅度和相位都急剧变化的信号变化程度取决于多径的强度、相对时延和信号带宽通信与信息工程学院小尺度衰落和多径效应第1页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应小尺度衰落各方向到达接收端的信号 I、Q方向分量第2页/共43页小尺度多径传播小尺度衰落的三个主要表现:(1)信号强度急剧快速变化;(2)存在着时变多普勒频移所引起的随机频 率调制;(3)时间弥散;小尺度衰落和多径

2、效应通信与信息工程学院第3页/共43页小尺度衰落和多径效应影响小尺度衰落的因素:(1)多径传播 码间干扰 (2)移动台的运动速度 多普勒频移 (3)环境物体的运动速度 时变多普勒频移 (4)信号的传输带宽通信与信息工程学院第4页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应多普勒频移 定义：移动台在运动中通信时，接收信号频率会发生变化，称多普勒效应。由多普勒效应所引起的附加频移称为多普勒频移。第5页/共43页小尺度衰落和多径效应由图，路程差为那么由路程差造成的接收信号相位变化为 多普勒频移为 通信与信息工程学院多普勒频移第6页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应通信与信息工程

3、学院说明：取值可正可负多普勒频移第7页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应多普勒频移与移动台的速度；移动台的运动方向和无线电波入射方向之间的夹角有关；若移动台朝向信号源方向运动，则多普勒频移为正（即接收频率上升）；若移动台背向信号源方向运动，则多普勒频移为负（即接收频率下降）；称为最大多普勒频移通信与信息工程学院多普勒频移第8页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应例题1：若一发射机发射载频为1850MHz，一列火车（载有接收机）以350Km/h的速度运动，计算在以下情况下接收到的信号的载频：（1）火车沿直线朝向发射机运动；（2）火车沿直线背向发射机运动；(3）汽车运

4、动方向与入射波方向成直角。通信与信息工程学院多普勒频移第9页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应第10页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应低通等效分析：第11页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应第12页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应移动多径信道的参数 （1）时间色散 平均附加时延（）rms时延扩展（）第13页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应（2）相干带宽 是从rms时延扩展得出的一个信道参量 含义：频率范围，该范围内的频率分量 有很强的幅度相关性 频率相关系数频率相关系数0.90.9：频率相关系数频率相关系数0

5、.50.5：实际应用中也常用最大附加时延定义实际应用中也常用最大附加时延定义 -Tm表示多径能量从初值衰减到低于最大能量 （30dB）处的时延第14页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应说明：1.上述两式仅仅是粗略估计；2.一般情况下，要确定时变多径信道对某 一特定发送信号的精确影响，需要用到 频谱分析技术和仿真；3.在无线应用中，设计特定的调制解调方 式必须采用精确的信道模型。第15页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应例题2：一个多径信道的冲击响应模型如下图所示，计算该信道模型的平均附加时延和时延扩展。t=1t=30dB-3dBtimepower第16页/共43

6、页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应物理意义：表征移动信道中能通过多少带宽信号能力的统计量度。频率选择性衰落衰落 平坦衰落(非频率选择性衰落）对移动信道，B信号B相关 频率选择性衰落第17页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应如果调制带宽超过了无线信道的相干带宽，将会产生符号间干扰(ISI)，并且调制脉冲将会产生时域扩展，从而进入相邻符号；均衡技术可以补偿时分信道中由于多径效应产生的符号间干扰(ISI)。第18页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应例题3：计算图所给出的多径分布的平均附加时延、rms时延扩展。设信道相干带宽取50，则该系统在不使用均衡器的条件下

7、对AMPS或GSM业务是否合适？Pr0125-30dB-20dB-10dB0dB（s）第19页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应多径传播的频率色散多普勒扩展由于移动台的运动，接收信号会在收端产生多普勒频移。如果接收信号为N条路径来的电波，其入射角不尽相同。当N 较大时，多普勒频移就成为占有一定宽度的多普勒扩展。第20页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应多普勒扩展：频率范围，在此范围内，多普勒频谱非零，当发射信号是频率为fc的纯正弦波时，接收到的信号频谱会在fc+fd到fc-fd范围内都存在。相干时间是多普勒扩展在时域的表示，用于描述信道频率色散的时变特性。第21

8、页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应相干时间是信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值，也就是说，相干时间是个时间间隔，在此间隔内，两个到达信号具有很强的幅度相关性。如果基带信号带宽的倒数大于信道的相干时间，那么传输中基带信号很可能就会发生失真。现代数字通信中，较普遍的相干带宽的取值第22页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应物理意义：表征时变信道对信号的衰落节拍，即信道在时域上具有选择性。TTc，两数字信号的冲击响应不变，不会产生时间选择性衰落。TTc，产生时间选择性衰落。（其中T为两数字信号到达接收端的时间差）第23页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落

9、和多径效应小尺度衰落类型 衰落类型取决于信号的特性和信道的特性，信号参数和信道参数的关系决定了信号将经历的衰落类型。移动无线信道的时间色散和频率色散可能引起四种衰落第24页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应衰 落 多径时延扩展 多普勒频展平坦衰落频率选择性 衰落 快衰落 慢衰落第25页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应如果无线信道带宽大于发射信号带宽，并且信道频率响应的幅度近似为常数，相位为线性，那么信号的频谱会保持不变，但是信道增益会随时间而变化（多径造成的）。这种衰落是最为常见的一种。条件:平坦衰落第26页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应第

10、27页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应平坦衰落信道有可能引起幅度的深度衰落。这样，为克服这种衰落，通常需要增加20-30dB的发射功率。平坦衰落信道的瞬时增益分布对设计无线链路是非常重要的，最常见的瑞利分布。瑞利平坦衰落信道引起的幅度随时间的变化服从瑞利分布。第28页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应几种常见衰落的分布情况正态分布瑞利分布莱斯分布 k=0.5,1,2,4对数正态分布0 2 4 6 8 10第29页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应频率选择性衰落 信号中各分量的衰落情况与频率有关，即传输信道对信号中不同频率成分有不同的随机的响应。

11、产生条件:对接收信号的影响：冲激响应具有多径时延扩展，同时，接收信号包括了衰减和时延的多径波，信号接收波形失真。第30页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应第31页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应总结：通常 平坦衰落信道 频率选择性衰落信道第32页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应快衰落根据发送的基带信号与信道变化的快慢的比较，衰落信道可分为快衰落信道和慢衰落信道。在快衰落信道中，信道的冲激响应在一个符号周期内就会发生变化，即信道的相干时间小于符号周期快衰落的条件：。第33页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应慢衰落接收天线处的场强

12、中值随移动台运动是周围地形、建筑物等的变化而出现的波动，其变化速率较为缓慢。产生条件第34页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应慢衰落速率主要决定于传播环境，即移动台周围地形，包括 山丘起伏 建筑物的分布与高度 街道走向 基站天线的位置与高度 移动台行进速度 而与频率无关。第35页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应慢衰落的统计特性慢衰落近似服从对数正态分布 信号中值的分贝值；m 信号中值的均值的分贝值；信号中值的标准方差的分贝值；第36页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应衰落储备量 为防止衰落引起通信中断，必须提高PT或GTGR，使接收信号电平PR

13、留有足够余量，称为衰落储备量。第37页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应第38页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应第39页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应第40页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应作业题1:确定从一个静态GSM发射机接收到的最大和最小的频谱频率，该发射机的中心频率为1950.000 000MHz。假设接收机的移动速率为（a）1km/h （b）5km/h （c）100km/h （d）1000km/h第41页/共43页小尺度衰落和多径效应小尺度衰落和多径效应作业题2:室内无线信道的最大附加时延Tm约为50ns，室外微蜂窝无线信道的约为30计算在这两种信道环境下不产生ISI符号间干扰的最大信号传输速率Rs的值,其中提示：无ISI即为平坦衰落信道。第42页/共43页感谢您的观看！第43页/共43页