1. 概述
1.1 无线信道特征
- 无线通信链路：发射机到接收机的整个通信路径链路（下行链路）（上行链路）
- 移动无线信道是最为复杂的一种无线信道
移动无线信道的特点
地波/地表面波传播
- 电波沿地球表面传播
- 频率越低，地层电导率越大
- 波长越长，越适合地波传播
- 不受气候影响，稳定可靠
- 传播中能量被地层吸收，距离不远，适合小范围业务
- 天波传播
- 电波向天空辐射，电离层反射
- 频率越低，越容易反射，反射的高度越低，电离层吸收越大损耗越大
- 频率太高会穿透电离层不能返回地面
- 主要适用于短波，可长距离通信
- 空间波传播
- 空间直线传播
- 视距传播范围50km，中继传播
- 300M~3G高频信号
- 散射波传播
- 无法接力地区，30M~10G（微波/超短波）
- 利用对流层（比电离层低）
- 一般信号较弱，需要大功率发射机，高灵敏度接收机和方向性天线
移动通信主要频段
不同距离内信号强弱变化的快慢
- 大尺度衰落
- 长距离上信号强度的缓慢变化
- 信道路径上固定障碍物的阴影导致
- 影响业务覆盖范围
- 小尺度衰落（多径）
- 短距离上信号强度的快速波动
- 移动台运动和地点的变化导致
- 影响信号传输质量
- 大尺度衰落
- 信号与信道变化快慢程度的比较分为
，距离R远处任一点功率密度，均匀照射
，在雷达处的回波信号功率密度
3. 三种基本电波传播机制
- 反射
- 阻挡体比传输波长大的多的物体
- 产生多径衰落的主要因素
- 绕射
- 阻挡体为尖利边缘
散射
线极化
- 水平极化
- 垂直极化
- 圆极化
- 椭圆极化
接收天线的极化方式与被接收的电磁波极化形式一致才可有效接收信号
3.1.3 多径信号
双径传播
- 多径传播
3.2 绕射
的连续区域
- 基尔霍夫公式描述从波前点到空间任何一点的场强
3.2.3 绕射损耗
- 对次级波的阻挡产生了绕射损耗
- 障碍物不阻挡第一菲涅耳区，绕射损耗最小
-
3.3 散射
3.3.1 散射
-
4. 阴影衰落基本特性
信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波传播路径的阻挡而形成的电磁场阴影效应
-
5. 移动无线信道及特性参数
5.1 多径衰落基本特性
幅度衰落
- 接收信号的幅度将随着移动台移动距离变动而衰落（空间角度）
- 模拟通信系统主要考虑
- 存在原因
- 本地反射物所引起的多径效应表现为快衰落
- 地形变化引起的衰落以及空间扩散损耗表现为慢衰落
时延扩展
信号经过不同方向传播，每个多径分量与入射波的夹角不同，多普勒频移不同，造成接收信号的多普勒扩展，因而增加了信号带宽
- 例题：
5.3 多径信道的信道模型
- 仅考虑多径影响
- 设基带发射信号复包络为s(t)，则射频发射信号为：
- 再考虑多普勒效应
- 时间色散
- 功率延迟分布PDP
- 频率色散
- 多普勒功率谱密度DPSD
角度色散
时间色散和频率选择性都是由于不同时延的多径信号叠加产生
- 时间色散体现在时域，频率选择性为频域
- 功率延迟分布
表示瞬时接收功率的平均值随附加时延的变化情况 - 接收功率随附加时延增长而衰减，为指数分布
接收功率的可能取值以较大概率分布在一定范围以内，超出这个范围取得更大数值的概率非常小
时间色散参数
- 时域角度分析衰落，用时延扩展来描述
- 最大附加时延扩展
：最后个可分辨的时延信号与最早的时延信号到达时间的差值
- 平均附加时延
：功率延迟分布的一阶矩
- 最大附加时延扩展
- 均方根时延扩展
：功率延迟分布的标准差
- 相关带宽
- 多径衰落下，频率间隔靠得很近的两个信号存在不同时延，可使两个信号变得相关。
- 两相邻场强为最小值的频率间隔与两径时延成反比
- 相关带宽是信道本身的特性参数，与信号无关
- 衰落的分类及判定
- 分类
- 频率选择性衰落：不同频率分量的衰落不一致，信号波形失真
- 平坦衰落：不同频率分量的衰落相关、一致，信号波形不失真
- 判定
：平坦衰落
：频率选择性衰落
- 例题
5.4.2 频率色散
- 频率色散参数是用多普勒扩展来描述的，而相关时间是与多普勒扩展相对应的参数
反映信道的时变特性，移动台运动或信道路径中物体运动造成
多普勒扩展（功率谱）
- 典型多普勒扩展
- 接收频率
- 典型多普勒扩展
- 多普勒功率谱
- 平坦多普勒扩展
- 多普勒功率谱
- 相关时间
- 相关时间是信道
冲激响应维持不变的时间间隔的统计平均值，在此间隔内信道特性没有明显变化 - 表征了时变信道对信号的衰落节拍
- 时间相关函数与多普勒功率谱之间是傅立叶变换关系
- 所以多普勒扩展的倒数就是对信道相关时间的度量
- 相关时间是信道
- 以速度
行进
所需要的时间
：
，说明运动距离每发生的改变，就会发生时间上的衰落。反映了信道衰落的时间节拍- 衰落的分类及判定
- 分类
- 时间非选择性衰落：慢衰落或准静态
- 时间选择性衰落：快衰落
- 判定
：时间非选择性衰落
：时间选择性衰落- 例题
5.4.3 角度色散
- 原因
- 移动台和基站周围的散射环境不同，使得多天线系统中不同位置的天线经历的衰落不同（空间选择性衰落）
参数
- 角度扩展
- 相关距离
角度功率谱（PAS）
- 角度扩展与角度功率谱PAS 有关
- 角度扩展等于角度功率谱的二阶中心矩的平方根
- 描述了功率谱在空间上的色散程度，角度扩展越大，表明散射环境越强，信号在空间的色散度越高
- 相关距离
- 信道冲激响应保证一定相关度的空间距离
- 衰落的分类及判定
- 分类
- 空间选择性衰落
- 非空间选择性衰落
判定
为信号周期（
）
信道的时延扩展- 相关带宽
| | 快衰落 | 慢衰落 |
| :—-: | :—-: | :—-: |
| 原因 | 冲激响应变化快于基带信号变化 | 信道冲激响应变化比不上基带信号变化 |
| 条件 | T_s>T_c
B_sB_s>>B_d | - 为信号周期（）
- 为信道相关时间
-
5.4 衰落特性的特征量
给定包络电平限R，包络随时间负斜率或正斜率通过电平R都称为发生了
电平通过- 电平掉到R以下为发生了衰落，即负斜率通过R发生了一次衰落，以正斜率通过意味着刚刚发生了一次衰落
-
5.4.1 衰落速率
包络单位时间内以正斜率通过中值电平的次数
- 与发射频率，移动台行进速度和方向以及多径传播的路径数有关
-
5.4.2 衰落深度
-
5.4.3 电平通过率
包络单位时间内以正斜率通过某一规定电平值R的平均次数
- 描述衰落次数的统计规律（深度衰落较少，浅度衰落频繁）
-
5.4.4 衰落持续时间
平均衰落持续时间
- 信号包络低于某个给定电平值的概率（时间概率代替统计概率）与该电平所对应的电平通过率之比
- 描述衰落次数的统计规律
：空间选择性衰落
：非空间选择性衰落
为多普勒扩展
5.5 多径信道的统计分析
- 分析经过多径信道的接收信号的包络统计特性
- 高斯随机变量
相互独立，
- 如果
都是零均值的，则r 服从瑞利分布 -
5.5.1 瑞利衰落分布的数学描述
假设
- 没有直射波信号
- 存在丰富的反射波信号
- 各反射波的幅度和相位相互统计独立
- 本质
- 发射信号经历经历无直射路径的N条独立的衰落路径到达接收端，接收的合成信号包络服从瑞利分布
结论
假设
- 接收信号中有视距信号成为主导分量
- 还有不同角度随机到达的多径分量叠加
- 如果是非直射系统，源自某一个散射体路径的信号功率特别强
- 本质
- 多径信道中，存在一路较强信号且它占有支配地位，此时，接收信号包络的衰落变化服从莱斯分布
注意
本质
- 基于场测试的实验方法，曲线拟合近似分布
- 对无线信道描述有很好的适应性
注意
平坦衰落
- 说明了基于散射时移动台接收信号的场强统计特性
- 包络服从瑞利分布，相位（
） 的均匀分布 环境假设
模拟均匀介质散射环境中平坦衰落信道的复低通包络
- 用有限个低频振荡器近似构建一种可分析模型
定义为主信号功率与多径分量功率之比，称为莱斯因子
莱斯分布变为瑞利分布
莱斯分布向高斯分布趋近，衰落越轻
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