2-第二章-移动通信信道(二)解析

2.7.3多径信道主要参数移动信道是弥散信道。电波通过移动信道后，信号在时域上、频域上和空间（角度）上都产生弥散，本来分开的波形在时间上或频谱上或空间上会产生交叠，使信号产生衰落失真。多径效应在时域上引起信号的时延扩展，使得接收信号的时域波形展宽，相应地在频域上规定了相关（干）带宽性能。当信号带宽大于相关带宽时就会发生频率选择性衰落。多普勒效应在频域上引起频谱扩展，使得接收信号的频谱产生多普勒扩展，相应地在时域上规定了相关（干）时间性能。多普勒效应会导致发送信号在传输过程中，信道特性发生变化，产生所谓的时间选择性衰落。散射效应会引起角度扩展。移动台或基站周围的本地散射以及远端散射会使得天线的点波束产生角度扩散，在空间上规定了相关距离性能。空域上波束的角度扩散造成了同一时间、不同地点的信号衰落起伏不一样，即所谓的空间选择性。时间色散(TimeDispersionParameters)定义：因多径传播造成信号时间扩散的现象。成因：发射信号经过不同路径到达接收点的时间各不相同。描述时间色散的重要参数平均附加时延rms时延扩展最大附加时延(XdB)多径能量从初值衰落到低于最大能量处XdB的时延，即tx-t0kkkkkkkkkkPPaa)()(2222)()(E（其中）kkkkkkkkkkPPaaE)()()(22222起因：由时间色散引起。定义：指某一特定频率范围内，在该范围内，任两个频率分量有很强的幅度相关性，即所有频率分量几乎具有相同的增益及线性相位。定量表达式:如果相关带宽定义为频率相关系数大于0.9的某特定带宽，则相干带宽近似为：如果将定义放宽至相关函数值大于0.5，则相干带宽近似为：61fBc2、相关带宽21fBc3.多普勒扩展和相关时间1、多普勒扩展描述信道频率色散的参数。起因：由移动台与基站间的相对运动或是信道中物体运动引起的。多普勒扩展定义：为一个频率范围BD，在此范围内接收的多普勒谱有非0值。含义：多普勒扩展BD是谱展宽的测量值，这个谱展宽是移动无线信道的时间变化率的一种量度。相干时间定义：信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值。含义：在相干时间间隔内，两个到达信号有很强的幅度相关性。与多普勒扩展的关系：是多普勒扩展在时域的表示，具体为2、相关时间mcfT1其中，fm是最大的多普勒频移(v/λ)。若时间相关函数定义为大于0.5时，相干时间近似为：mcfT169(a)(b)相关时间与多普勒扩展的关系在现代数字通信中，一种普遍的定义方法是将相干时间定义为式(a)与式(b)的几何平均，即：mmcffT423.016922、相关时间2.7.4移动通信信道的分类移动信道中的时间色散和频率色散可能产生4种衰落效应，这是由信号与信道及发送速率的特性引起的。多径时延扩展引起时间色散和频率选择性衰落，多普勒扩展会引起频率色散和时间选择性衰落，这两种传播机制彼此独立，根据多径时延可以将信道分为平坦衰落信道和频率选择性衰落信道，根据多普勒扩展可以将信道分为快衰落信道和慢衰落信道。平坦衰落：形成条件：如果移动无线信道带宽远大于发送信号的带宽，且在带宽范围内有恒定增益及线性相位，则接收信号就会经历平坦衰落过程。判定条件：BsBcorTsστ1、平坦衰落与频率选择性衰落频率选择性衰落：形成条件：如果信道具有恒定增益和线性相位的带宽范围小于发送信号带宽，则该信道特性会导致接收信号产生选择性衰落。判定条件：1、平坦衰落与频率选择性衰落BsBcorTsστ克服方法：均衡等解所给信号的平均附加时延为例计算图所给出的多径分布的平均附加时延、rms时延扩展。设信道相关带宽取50%，则该系统在不使用均衡器的条件下对AMPS或GSM业务是否合适？rms均方根时延扩展22E22kkkkkEPP5050kkkkkPP相关带宽12116cBKHzAMPS系统信号带宽是30KHZ不需均衡GSM系统带宽200KHZ需均衡0.0100.110.12154.380.010.10.11s221.07(4.38)1.37s21.07s快衰落形成条件：信道的冲激响应在符号周期内变化很快，即信道的相干时间比发送信号的符号周期短。定量判据:符号周期（Ts）相干时间（Tc）或多普勒扩展（BD）信号带宽（Bs）慢衰落形成条件：信道的冲激响应变化率比发送的基带信号变化率低。即信道的相干时间比发送信号的符号周期长。定量判据:符号周期（Ts）相干时间（Tc）或多普勒扩展（BD）信号带宽（Bs）2、快衰落与慢衰落无线信道的分类2.8移动信道的统计模型主要讨论多径接收信号的包络统计特性接收信号的包络根据不同的无线环境服从不同的分配瑞利分布莱斯分布具有参数m的Nakagami-m分布环境条件•分布特性及参数、函数信号分析瑞利分布假设条件•发射机和接收机之间没有直射波路径•存在大量反射波，到达接收天线的方向角随机，相位随机且0~2π均匀分布•各反射波的幅度和相位都统计独立Play通常在离基站较远、反射物较多的地区符合2.8移动信道的统计模型22222r2202r2erdre21)r(p可见，包络r服从瑞利分布，θ在0～2π内服从均匀分布图瑞利分布的概率分布密度2.8移动信道的统计模型莱斯分布环境条件Play•直射系统中，接收信号中有视距直达波信号，视距信号成为主接收信号分量，同时还有不同角度随机到达的多径分量•非直射系统中，源自某一个散射体路径的信号功率特别强2.8移动信道的统计模型•概率密度函数式中，A是主信号的峰值，I0(·)是0阶第一类修正贝塞尔函数.222KA主信号功率与多径分量方差之比•莱斯因子□完全决定了莱斯分布□当莱斯分布变为瑞利分布0,0AK222()22022()(0,0)rArApreIAr12A2注意：莱斯分布适用于一条路径明显强于其他路径的情况，并不一定就是直射径信号分析□强直射波的存在使得接收信号包络从瑞利变为莱斯□当主信号进一步增强，莱斯分布趋近高斯分布2.8移动信道的统计模型Nakagami-m分布•概率密度函数•伽马函数由Nakagami在20世纪60年代提出的，通过基于现场测试的实验方法，用曲线拟合得到近似分布的经验公式10()mxmxedx参数m取不同值时对应不同分布，更具广泛性□当m=1时，成为瑞利分布□当m较大时，接近高斯分布•形状因子m212222()1()exp()var()2mmmmrmrErprmmr研究表明:Nakagami-m分布对于无线信道的描述有很好的适应性2.8移动信道的统计模型