多普勒效应与多径衰落对移动通信的影响

多普勒效应及多径衰落对移动通信的影响夏阳（PT1300315）唐锴（PT1300312）杨江海（PT1300295）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。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，观察者移动速度为当观察者走近波源时观察到的波源频率为，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为。cv()/cv()/cv多普勒效应当移动台以恒定速度在长度为，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：由于源端距离很近，可假设X、Y处的是相同的。由此得出频率变化值，即多普勒频移为：vddfcoscos21cvfvtfd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.行人步行速度时，则行人步行情况下最大多普勒频移为：2.自行车的速度时，则自行车运动中最大多普勒频移为：3.汽车的速度是时，则汽车运动中最大多普勒频移为：3/kmh2.5cmffvHzc25/kmh20.8cmffvHzc100/kmh83.3cmffvHzc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：时多普勒效应对接收信号包络的影响时多普勒效应对接收信号包络的影响3/vkmh25/vkmh多普勒效应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。100/vkmh多径衰落主要内容：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。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。1/3/2020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:MaximalRatioCombining）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:EqualGainCombining)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。分集复用技术3.选择式合并(SC:SelectionCombining)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（SwitchingCombining）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。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。1/3/2020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。