(精品)衰落信道.ppt
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1、现代移动通信技术现代移动通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室叶芝慧叶芝慧2007-081现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室第第2讲衰落信道讲衰落信道qq衰落信道对通信的影响衰落信道对通信的影响衰落信道对通信的影响衰落信道对通信的影响qq无线移动信道传播特性无线移动信道传播特性无线移动信道传播特性无线移动信道传播特性qq信号时间扩展信号时间扩展信号时间扩展信
2、号时间扩展qq移动引起的信道时变性移动引起的信道时变性移动引起的信道时变性移动引起的信道时变性qq降低衰落影响的方法降低衰落影响的方法降低衰落影响的方法降低衰落影响的方法qq衰落信道的主要参数衰落信道的主要参数衰落信道的主要参数衰落信道的主要参数2007-082现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室qq当二十世纪五、六十年代首次对通信信道中产生衰当二十世纪五、六十年代首次对通信信道中产生衰当二十世纪五、六十年代首次对通信信道中产生衰当二十世纪五、六十
3、年代首次对通信信道中产生衰减的机制进行建模的时候,此模型主要是用于分析在减的机制进行建模的时候,此模型主要是用于分析在减的机制进行建模的时候,此模型主要是用于分析在减的机制进行建模的时候,此模型主要是用于分析在一个很宽的频带上沿着地表进行的通信。电离层传输一个很宽的频带上沿着地表进行的通信。电离层传输一个很宽的频带上沿着地表进行的通信。电离层传输一个很宽的频带上沿着地表进行的通信。电离层传输的的的的330 MHZ330 MHZ高频(高频(高频(高频(HFHF)频带、对流层散射的频带、对流层散射的频带、对流层散射的频带、对流层散射的300 300 MHZ3 GHZMHZ3 GHZ甚高频(甚高频(
4、甚高频(甚高频(UHFUHF)和)和)和)和330 GHZ330 GHZ超高频超高频超高频超高频(SHFSHF)信道,这些都是受衰落影响的信道。本讲将信道,这些都是受衰落影响的信道。本讲将信道,这些都是受衰落影响的信道。本讲将信道,这些都是受衰落影响的信道。本讲将重点分析重点分析重点分析重点分析UHFUHF频段中的瑞利(频段中的瑞利(频段中的瑞利(频段中的瑞利(RayleighRayleigh)衰落,该衰衰落,该衰衰落,该衰衰落,该衰落对移动通信系统产生影响,如蜂窝通信系统落对移动通信系统产生影响,如蜂窝通信系统落对移动通信系统产生影响,如蜂窝通信系统落对移动通信系统产生影响,如蜂窝通信系统。
5、重点重点重点重点介绍基本的衰落原理、衰落的类型以及减少衰落的方介绍基本的衰落原理、衰落的类型以及减少衰落的方介绍基本的衰落原理、衰落的类型以及减少衰落的方介绍基本的衰落原理、衰落的类型以及减少衰落的方法。法。法。法。2007-083现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室2.1 2.1 2.1 2.1 衰落信道对通信的影响衰落信道对通信的影响衰落信道对通信的影响衰落信道对通信的影响 qq分析系统性能时以理想加性高斯白噪声信道为分析基础。分析系统性能时以
6、理想加性高斯白噪声信道为分析基础。分析系统性能时以理想加性高斯白噪声信道为分析基础。分析系统性能时以理想加性高斯白噪声信道为分析基础。qq噪声来源噪声来源噪声来源噪声来源接收机中产生的热噪声。接收机中产生的热噪声。接收机中产生的热噪声。接收机中产生的热噪声。进进进进入入入入天天天天线线线线的的的的自自自自然然然然噪噪噪噪声声声声和和和和人人人人为为为为的的的的噪噪噪噪声声声声。影影影影响响响响可可可可用用用用天天天天线线线线温温温温度度度度描述。描述。描述。描述。qq热热热热噪噪噪噪声声声声在在在在有有有有用用用用信信信信号号号号频频频频带带带带范范范范围围围围内内内内的的的的功功功功率率率率
7、谱谱谱谱密密密密度度度度是是是是平平平平坦坦坦坦的的的的,概率密度函数是零均值的高斯密度函数(概率密度函数是零均值的高斯密度函数(概率密度函数是零均值的高斯密度函数(概率密度函数是零均值的高斯密度函数(pdfpdf)。)。)。)。qq移动通信外部噪声和干扰比接收机内部热噪声的影响大。移动通信外部噪声和干扰比接收机内部热噪声的影响大。移动通信外部噪声和干扰比接收机内部热噪声的影响大。移动通信外部噪声和干扰比接收机内部热噪声的影响大。qq在在在在建建建建模模模模实实实实际际际际系系系系统统统统时时时时,下下下下一一一一步步步步是是是是分分分分析析析析带带带带限限限限滤滤滤滤波波波波器器器器,在在在
8、在发发发发射射射射机机机机中中中中它它它它用用用用于于于于将将将将传传传传输输输输信信信信号号号号限限限限定定定定在在在在给给给给定定定定频频频频谱谱谱谱范范范范围围围围内内内内;在在在在接接接接收收收收机机机机中带限滤波器通常采用匹配滤波器。中带限滤波器通常采用匹配滤波器。中带限滤波器通常采用匹配滤波器。中带限滤波器通常采用匹配滤波器。qq由由由由于于于于滤滤滤滤波波波波器器器器的的的的频频频频带带带带限限限限制制制制以以以以及及及及相相相相位位位位失失失失真真真真,必必必必须须须须采采采采用用用用特特特特殊殊殊殊的的的的信号设计和均衡技术以减少滤波器引起的码间串扰信号设计和均衡技术以减少滤
9、波器引起的码间串扰信号设计和均衡技术以减少滤波器引起的码间串扰信号设计和均衡技术以减少滤波器引起的码间串扰。2007-084现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室pp在分析无线信道的传输特性时,通常认为信号衰减与距离的在分析无线信道的传输特性时,通常认为信号衰减与距离的在分析无线信道的传输特性时,通常认为信号衰减与距离的在分析无线信道的传输特性时,通常认为信号衰减与距离的关系与自由空间传播时一样。关系与自由空间传播时一样。关系与自由空间传播时一样。关
10、系与自由空间传播时一样。pp在自由空间模型中,假定信号从发射端到接收端的传输过程在自由空间模型中,假定信号从发射端到接收端的传输过程在自由空间模型中,假定信号从发射端到接收端的传输过程在自由空间模型中,假定信号从发射端到接收端的传输过程中射频能量不会被物体吸收或反射,也假定大气层对信号没有中射频能量不会被物体吸收或反射,也假定大气层对信号没有中射频能量不会被物体吸收或反射,也假定大气层对信号没有中射频能量不会被物体吸收或反射,也假定大气层对信号没有影响,且认为信号的传输是远离地球的(或认为可以忽略各种影响,且认为信号的传输是远离地球的(或认为可以忽略各种影响,且认为信号的传输是远离地球的(或认
11、为可以忽略各种影响,且认为信号的传输是远离地球的(或认为可以忽略各种反射的影响)。反射的影响)。反射的影响)。反射的影响)。pp在理想空间信道中,射频能量的衰减和收、发端距离的平方在理想空间信道中,射频能量的衰减和收、发端距离的平方在理想空间信道中,射频能量的衰减和收、发端距离的平方在理想空间信道中,射频能量的衰减和收、发端距离的平方成正比,衰减成正比,衰减成正比,衰减成正比,衰减L Ls s(d d)称作路径损耗或自由空间损耗。当接收天线称作路径损耗或自由空间损耗。当接收天线称作路径损耗或自由空间损耗。当接收天线称作路径损耗或自由空间损耗。当接收天线是迷向(各向同性)时,是迷向(各向同性)时
12、,是迷向(各向同性)时,是迷向(各向同性)时,L Ls s(d d)可以表示为可以表示为可以表示为可以表示为(2.1(2.1)d d是收、发端的距离,是收、发端的距离,是收、发端的距离,是收、发端的距离,是传输信号的波长。是传输信号的波长。是传输信号的波长。是传输信号的波长。2.1 2.1 2.1 2.1 衰落信道对通信的影响衰落信道对通信的影响衰落信道对通信的影响衰落信道对通信的影响 2007-085现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室pp在这种
13、理想传输中,接收信号的能量可以被精确在这种理想传输中,接收信号的能量可以被精确在这种理想传输中,接收信号的能量可以被精确在这种理想传输中,接收信号的能量可以被精确预测。但在大多数实际信道中,信号的传输是在靠预测。但在大多数实际信道中,信号的传输是在靠预测。但在大多数实际信道中,信号的传输是在靠预测。但在大多数实际信道中,信号的传输是在靠近地球的空气中进行的,所以理想空间模型对描述近地球的空气中进行的,所以理想空间模型对描述近地球的空气中进行的,所以理想空间模型对描述近地球的空气中进行的,所以理想空间模型对描述信道特性和预测系统的性能是不够的。在无线移动信道特性和预测系统的性能是不够的。在无线移
14、动信道特性和预测系统的性能是不够的。在无线移动信道特性和预测系统的性能是不够的。在无线移动通信系统中,信号从发射端可以通过多条反射路径通信系统中,信号从发射端可以通过多条反射路径通信系统中,信号从发射端可以通过多条反射路径通信系统中,信号从发射端可以通过多条反射路径到达接收端,这种现象称为到达接收端,这种现象称为到达接收端,这种现象称为到达接收端,这种现象称为多径传输多径传输多径传输多径传输。它会使接收。它会使接收。它会使接收。它会使接收信号的振幅、相位以及角度产生波动,这种现象称信号的振幅、相位以及角度产生波动,这种现象称信号的振幅、相位以及角度产生波动,这种现象称信号的振幅、相位以及角度产
15、生波动,这种现象称为为为为多径衰落多径衰落多径衰落多径衰落。端到端的系统建模和设计采用多种技。端到端的系统建模和设计采用多种技。端到端的系统建模和设计采用多种技。端到端的系统建模和设计采用多种技术的综合以减少衰落的影响,它比仅因术的综合以减少衰落的影响,它比仅因术的综合以减少衰落的影响,它比仅因术的综合以减少衰落的影响,它比仅因AWGNAWGN而而而而引起降级的信道设计要复杂得多。引起降级的信道设计要复杂得多。引起降级的信道设计要复杂得多。引起降级的信道设计要复杂得多。2.1 2.1 2.1 2.1 衰落信道对通信的影响衰落信道对通信的影响衰落信道对通信的影响衰落信道对通信的影响 2007-0
16、86现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室2.2 2.2 2.2 2.2 无线移动信道传播特性无线移动信道传播特性无线移动信道传播特性无线移动信道传播特性 图图图图2.1 2.1 衰落信道的分类衰落信道的分类衰落信道的分类衰落信道的分类 2007-087现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室2.2 2.2
17、2.2 2.2 无线移动信道传播特性无线移动信道传播特性无线移动信道传播特性无线移动信道传播特性 pp两类衰落:大规模衰落和小规模衰落。两类衰落:大规模衰落和小规模衰落。两类衰落:大规模衰落和小规模衰落。两类衰落:大规模衰落和小规模衰落。大规模衰落表示由于在大范围内移动而引起的平均信号能量的减大规模衰落表示由于在大范围内移动而引起的平均信号能量的减大规模衰落表示由于在大范围内移动而引起的平均信号能量的减大规模衰落表示由于在大范围内移动而引起的平均信号能量的减少或路径损耗。原因是收、发端间地表轮廓的影响。大规模衰落常少或路径损耗。原因是收、发端间地表轮廓的影响。大规模衰落常少或路径损耗。原因是收
18、、发端间地表轮廓的影响。大规模衰落常少或路径损耗。原因是收、发端间地表轮廓的影响。大规模衰落常用平均路径损耗(服从用平均路径损耗(服从用平均路径损耗(服从用平均路径损耗(服从n n次方律)和围绕均值的对数正态分布变量来次方律)和围绕均值的对数正态分布变量来次方律)和围绕均值的对数正态分布变量来次方律)和围绕均值的对数正态分布变量来描述。描述。描述。描述。小规模衰落是指信号的幅值、相位的动态变化,反映在收、发端小规模衰落是指信号的幅值、相位的动态变化,反映在收、发端小规模衰落是指信号的幅值、相位的动态变化,反映在收、发端小规模衰落是指信号的幅值、相位的动态变化,反映在收、发端间空间位置的微小变化
19、(小至半个波长)上。小规模衰落表现为:间空间位置的微小变化(小至半个波长)上。小规模衰落表现为:间空间位置的微小变化(小至半个波长)上。小规模衰落表现为:间空间位置的微小变化(小至半个波长)上。小规模衰落表现为:信号的时延扩展(信号弥散)和信道的时变特性。信号的时延扩展(信号弥散)和信道的时变特性。信号的时延扩展(信号弥散)和信道的时变特性。信号的时延扩展(信号弥散)和信道的时变特性。pp信道的时变特性是由于发和接相对移动而造成传输路径的变化。信道的时变特性是由于发和接相对移动而造成传输路径的变化。信道的时变特性是由于发和接相对移动而造成传输路径的变化。信道的时变特性是由于发和接相对移动而造成
20、传输路径的变化。传输路径的变化速率影响衰落速率。传输路径的变化速率影响衰落速率。传输路径的变化速率影响衰落速率。传输路径的变化速率影响衰落速率。如果存在大量反射路径而不存在视行信号分量,此时的小规模衰如果存在大量反射路径而不存在视行信号分量,此时的小规模衰如果存在大量反射路径而不存在视行信号分量,此时的小规模衰如果存在大量反射路径而不存在视行信号分量,此时的小规模衰落称作瑞利衰落,接收信号的包络由瑞利落称作瑞利衰落,接收信号的包络由瑞利落称作瑞利衰落,接收信号的包络由瑞利落称作瑞利衰落,接收信号的包络由瑞利pdfpdf统计描述。统计描述。统计描述。统计描述。若存在一个没有衰落的主要信号分量,则
21、接收信号的小规模衰落若存在一个没有衰落的主要信号分量,则接收信号的小规模衰落若存在一个没有衰落的主要信号分量,则接收信号的小规模衰落若存在一个没有衰落的主要信号分量,则接收信号的小规模衰落的包络服从的包络服从的包络服从的包络服从RicianRician分布。分布。分布。分布。pp当信号的视行路径被阻挡时小规模衰落服从瑞利分布,否则服从当信号的视行路径被阻挡时小规模衰落服从瑞利分布,否则服从当信号的视行路径被阻挡时小规模衰落服从瑞利分布,否则服从当信号的视行路径被阻挡时小规模衰落服从瑞利分布,否则服从RicianRician分布。无线移动通信跨越比较大的区域,其信号必然同时受分布。无线移动通信跨
22、越比较大的区域,其信号必然同时受分布。无线移动通信跨越比较大的区域,其信号必然同时受分布。无线移动通信跨越比较大的区域,其信号必然同时受大规模衰落和小规模衰落的影响。大规模衰落和小规模衰落的影响。大规模衰落和小规模衰落的影响。大规模衰落和小规模衰落的影响。2007-088现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术现代移动通信技术东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室东南大学移动通信国家重点实验室2.2 2.2 2.2 2.2 无线移动信道传播特性无线移动信道传播特性无线移动信道传播特性无线移动信道传播特性 大规模衰落可看成是信号的小规模
23、波动的空间平均。大规模衰落可看成是信号的小规模波动的空间平均。大规模衰落可看成是信号的小规模波动的空间平均。大规模衰落可看成是信号的小规模波动的空间平均。为了从大规模阴影效应中去除信号的小规模波动影响,常为了从大规模阴影效应中去除信号的小规模波动影响,常为了从大规模阴影效应中去除信号的小规模波动影响,常为了从大规模阴影效应中去除信号的小规模波动影响,常将接收信号在将接收信号在将接收信号在将接收信号在10301030个波长上求平均来估计。个波长上求平均来估计。个波长上求平均来估计。个波长上求平均来估计。有有有有3 3种影响信号传播的基本方式:种影响信号传播的基本方式:种影响信号传播的基本方式:种
24、影响信号传播的基本方式:反射反射反射反射 当电磁波在传输时遇到尺寸远大于当电磁波在传输时遇到尺寸远大于当电磁波在传输时遇到尺寸远大于当电磁波在传输时遇到尺寸远大于RFRF信号波长信号波长信号波长信号波长 的的的的光滑表面时,会出现反射现象。光滑表面时,会出现反射现象。光滑表面时,会出现反射现象。光滑表面时,会出现反射现象。衍射衍射衍射衍射 当收、发端之间的路径存在密度较大的物体,其当收、发端之间的路径存在密度较大的物体,其当收、发端之间的路径存在密度较大的物体,其当收、发端之间的路径存在密度较大的物体,其尺寸比尺寸比尺寸比尺寸比 大,就会在阻碍物之后产生次级波。衍射出现的大,就会在阻碍物之后产
25、生次级波。衍射出现的大,就会在阻碍物之后产生次级波。衍射出现的大,就会在阻碍物之后产生次级波。衍射出现的原因是收、发端之间没有视行路径,原因是收、发端之间没有视行路径,原因是收、发端之间没有视行路径,原因是收、发端之间没有视行路径,RFRF信号的能量不能信号的能量不能信号的能量不能信号的能量不能直接到达接收端。常称为遮蔽,因为即使存在不可穿透障直接到达接收端。常称为遮蔽,因为即使存在不可穿透障直接到达接收端。常称为遮蔽,因为即使存在不可穿透障直接到达接收端。常称为遮蔽,因为即使存在不可穿透障碍物,衍射场仍能到达接收机。碍物,衍射场仍能到达接收机。碍物,衍射场仍能到达接收机。碍物,衍射场仍能到达
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