23描述多徑衰落信道的主要參數(shù)

1、§2-3 描述多徑衰落信道的主要參數(shù)移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道是彌散信道。及信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)空間將在時(shí)間域和頻率域產(chǎn)生彌散，即本來(lái)在時(shí)間和頻譜上分開(kāi)的波形會(huì)產(chǎn)生交疊，使信號(hào)出現(xiàn)衰落失真。這便是選擇性衰落。所謂選擇性是指在不同的空間，不同的頻率和不同的時(shí)間其衰落特性是不一樣的。一般快衰落將影響無(wú)線(xiàn)信道的選擇性。按選擇性的不同可分為以下三類(lèi)：空間選擇性衰落、頻率選擇性衰落、時(shí)間選擇性衰落。一、各種影響彌散信道的因素n 多徑效應(yīng)在時(shí)域上引起信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展，使得接收信號(hào)的時(shí)域波形展寬，相應(yīng)地在頻域上規(guī)定了相關(guān)（干）帶寬性能。當(dāng)信號(hào)帶寬大于相關(guān)帶寬時(shí)就會(huì)發(fā)生頻率選擇性衰落。功率時(shí)延分布（PDP，Power De

2、lay Profile）n 多普勒效應(yīng)在頻域上引起頻譜擴(kuò)展，使得接收信號(hào)的頻譜產(chǎn)生多普勒擴(kuò)展，相應(yīng)地在時(shí)域上規(guī)定了相關(guān)（干）時(shí)間性能。多普勒效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致發(fā)送信號(hào)在傳輸過(guò)程中，信道特性發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂的時(shí)間選擇性衰落。多普勒功率譜密度（DPSD，Doppler Power Spread Density）n 散射效應(yīng)會(huì)引起角度擴(kuò)展。移動(dòng)臺(tái)或基站周?chē)谋镜厣⑸湟约斑h(yuǎn)端散射會(huì)使得天線(xiàn)的點(diǎn)波束產(chǎn)生角度擴(kuò)散，在空間上規(guī)定了相關(guān)距離性能?？沼蛏喜ㄊ慕嵌葦U(kuò)散造成了同一時(shí)間、不同地點(diǎn)的信號(hào)衰落起伏不一樣，即所謂的空間選擇性。功率角度譜（PAS，Power Azimuth Spectrum）二、頻率選擇性衰落:

3、 信號(hào)頻譜內(nèi)具有不同增益時(shí)間色散(Time Dispersion Parameters)原因：因多徑傳播造成信號(hào)時(shí)間擴(kuò)散的現(xiàn)象。典型情況：由遠(yuǎn)處的山丘與高大建筑物反射而形成的干擾信號(hào)，使得信號(hào)在時(shí)域和空間角度上產(chǎn)生了擴(kuò)散。定義：發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)不同路徑到達(dá)接收點(diǎn)的時(shí)間各不相同。圖時(shí)變多徑信道響應(yīng)示例 (a)N=3 (b)N=4 (c)N=5假設(shè)發(fā)射端發(fā)射的是一個(gè)時(shí)間寬度極窄的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)多徑信道后，由于各信道時(shí)延的不同，接收端接收到的信號(hào)為一串脈沖，即接收信號(hào)的波形比原脈沖展寬了。這種由于信道時(shí)延引起的信號(hào)波形的展寬稱(chēng)為時(shí)延擴(kuò)展，或叫時(shí)間彌散，它會(huì)引起碼間干擾。描述時(shí)間色散的重要參數(shù):1) 平均

4、附加時(shí)延-（2.18）2) rms時(shí)延擴(kuò)展-（2.19），其中3）最大附加時(shí)延(XdB)：多徑能量從初值衰落到低于最大能量處XdB的時(shí)延，即tx-t0通常時(shí)延功率譜曲線(xiàn)滿(mǎn)足負(fù)指數(shù)分布，即=，由于指數(shù)分布的均值和均方根值相同，即=。時(shí)延擴(kuò)展典型實(shí)測(cè)值如P29。時(shí)延擴(kuò)展的取值范圍1，市區(qū)的時(shí)延要比郊區(qū)大，市區(qū)一般大于3，郊區(qū)和開(kāi)闊地帶較小，分別小于0.5和0.2。即從多徑時(shí)間色散考慮，市區(qū)傳播條件更為惡劣。為了避免碼間干擾，如無(wú)抗多徑措施，則要求信號(hào)的傳輸速率必須比1/低得多。 相關(guān)帶寬時(shí)延擴(kuò)展產(chǎn)生頻率選擇性衰落。在信號(hào)頻率間隔很小的單音的衰落在時(shí)間上近乎一致，所以它們?cè)谒袝r(shí)刻具有相同的衰落；然

5、而當(dāng)兩個(gè)單音頻率間隔增大時(shí)，他們的衰落將趨向獨(dú)立，這意味著在某個(gè)特定時(shí)間，兩單音信號(hào)的衰落不同。若信號(hào)中同時(shí)包含著兩種頻率的分量，經(jīng)過(guò)多徑信道，兩分量的衰減不同，這種現(xiàn)象叫頻率選擇性衰落。頻率選擇性衰落用相干帶寬描述。相關(guān)帶寬：其定義為信道在兩個(gè)頻移處的頻率響應(yīng)保持強(qiáng)相關(guān)時(shí)的最大頻率差。相干帶寬越小，時(shí)延擴(kuò)展越大；反之，相干帶寬約大，時(shí)延擴(kuò)展越小。由時(shí)域和頻域的相關(guān)函數(shù)是一對(duì)傅立葉變換對(duì)，易知相關(guān)帶寬B=（推導(dǎo)可見(jiàn) p30）。如果相干帶寬定義為頻率相關(guān)系數(shù)大于0.9的某特定帶寬，則相干帶寬近似為：如果將定義放寬至相關(guān)函數(shù)值大于0.5，則相干帶寬近似為：而工程上，一般計(jì)算相關(guān)帶寬。-（2.20）

6、例如，=3，則=53kHz。此時(shí)的傳輸信號(hào)帶寬應(yīng)小于53 kHz?？苟鄰酱胧壕饧夹g(shù)、采用Rake接收方式，但頻率相關(guān)區(qū)間一定要大于200kHz，才有多徑分級(jí)效果。其中RAKE接收機(jī)（RAKE receiver）一種能分離多徑信號(hào)并有效合并多徑信號(hào)能量的最終接收機(jī)。多徑信號(hào)分離的基礎(chǔ)是采用直接序列擴(kuò)展頻譜信號(hào)。RAKE接收機(jī)利用直擴(kuò)序列的相關(guān)特性，采用多個(gè)相關(guān)器來(lái)分離直擴(kuò)多徑信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行延時(shí)和相位校正，使之在某一時(shí)刻對(duì)齊，然后按一定規(guī)則將分離后的多徑信號(hào)合并起來(lái)以獲得最大的有用信號(hào)能量。這樣將有效地利用多徑分量，提高多徑分集的效果。當(dāng)直擴(kuò)序列碼片寬度為T(mén)C時(shí)，系統(tǒng)所能分離的最小路徑時(shí)延差為

7、TC。據(jù)CDMA系統(tǒng)中可分離的徑的概念，當(dāng)兩信號(hào)的多徑時(shí)延相差大于一個(gè)擴(kuò)頻碼片寬度時(shí)，可以認(rèn)為這兩個(gè)信號(hào)是不相關(guān)的，或者說(shuō)是路徑可分離的。反應(yīng)在頻域上，即信號(hào)的傳輸帶寬大于信號(hào)的相干帶寬時(shí)，認(rèn)為這兩個(gè)信號(hào)是不相關(guān)的，或者說(shuō)是路徑可分離的。由于CDMA系統(tǒng)是寬帶傳輸?shù)?，所有信道共享頻率資源，所以CDMA系統(tǒng)可以使用RAKE接收技術(shù)，而其他兩種多址技術(shù)TDMA、FDMA則無(wú)法使用。三、時(shí)間選擇性衰落: 符號(hào)的尾端與符號(hào)的前端的信道特性發(fā)生了變化1/Tff1f21/Tff1f2FF發(fā)：收：原因：由于快速移動(dòng)用戶(hù)附近物體的反射而形成的干擾信號(hào)，在信號(hào)頻域上產(chǎn)生Doppler擴(kuò)散而引起的。由移動(dòng)臺(tái)與基站

8、間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或是信道中物體運(yùn)動(dòng)引起的。接收機(jī)的移動(dòng)對(duì)所有的頻率均產(chǎn)生頻率偏移，這便是多普勒頻移。若接收到多條不同入射角的多徑信號(hào)，多普勒頻移成為多普勒頻譜擴(kuò)展()，將使發(fā)送某一單音信號(hào)會(huì)接收到一個(gè)具有非零帶寬頻譜的信號(hào)。在時(shí)域體現(xiàn)為：在不同的時(shí)間，信號(hào)有不同的衰落（即時(shí)間選擇性衰落）。時(shí)間選擇性衰落用相干時(shí)間描述。定義：相干時(shí)間為兩個(gè)瞬時(shí)時(shí)間的信道沖激響應(yīng)保持強(qiáng)相關(guān)時(shí)的最大時(shí)間間隔。相干時(shí)間越小，多普勒頻移越大；反之，相干時(shí)間越大，多普勒頻移越小。令多普勒頻移寬度為，其相干時(shí)間T=。若時(shí)間相關(guān)函數(shù)定義為大于0.5時(shí)，相干時(shí)間近似為：-（2.21）在現(xiàn)代數(shù)字通信中，一種普遍的定義方法是將相干時(shí)間

9、定義為上面兩式的幾何平均，即：-（2.22）措施：克服手段：接收機(jī)采用鎖相技術(shù)。即接收機(jī)的本振信號(hào)頻率跟隨接收信號(hào)頻率的變化而變化，使得信號(hào)不丟失。采用信道交織技術(shù)，但交織區(qū)間一定要大于83。例：在fc=1900MHz及v=50m/s情況下，移動(dòng)10m需要多少樣值？假設(shè)測(cè)量能夠在運(yùn)動(dòng)的車(chē)輛上實(shí)時(shí)進(jìn)行，則進(jìn)行這些測(cè)量需要多少時(shí)間？信道的多普勒擴(kuò)展B為多少？ 解：=565，采樣頻率為實(shí)際信號(hào)的兩倍頻，即=282.5。對(duì)應(yīng)的空間取樣間隔=V×=50m/s×282.5=1.41 cm，需要樣點(diǎn)數(shù)：=10m/1.41 cm=708需要時(shí)間：T=10m/50m/s=0.2s多普勒擴(kuò)展：

10、B=316.66Hz四、空間選擇性衰落原因：由基站附近的建筑物和其他物體的反射而形成的干擾信號(hào)，其特點(diǎn)是嚴(yán)重影響到達(dá)天線(xiàn)的信號(hào)的入射角的分布。定義：角度擴(kuò)展：多徑信號(hào)到達(dá)天線(xiàn)陣列的到達(dá)角度的展寬。其數(shù)值上為歸一化角度功率譜的均方根值。-（2.23）角度擴(kuò)展越大，表明散射越強(qiáng)，信號(hào)在空間的色散度越高；反之，角度擴(kuò)展越小，表明散射越弱，信號(hào)在空間的色散度越低。 角度擴(kuò)展給出信號(hào)的主要能量的角度范圍，產(chǎn)生空間選擇性衰落?？臻g選擇性衰落用相干距離描述。相干距離定義為兩根天線(xiàn)上的信道響應(yīng)保持強(qiáng)相關(guān)時(shí)的最大空間距離。相干距離越短，角度擴(kuò)展越大；反之，相干距離越長(zhǎng)，角度擴(kuò)展越小。若為天線(xiàn)擴(kuò)散角，則 

11、; 。 與角度擴(kuò)展的關(guān)系：是角度擴(kuò)展在空域的表示，具體為-（2.24）相關(guān)距離除了與角度擴(kuò)展有關(guān)外，還與來(lái)波到達(dá)角有關(guān)。為了保證相鄰兩根天線(xiàn)經(jīng)歷的衰落不相關(guān)，在弱散射下的天線(xiàn)間隔要比在強(qiáng)散射下的天線(xiàn)間隔要大一些。 措施：采用空間分集手段，但分級(jí)接收機(jī)間的距離要大于3。n 根據(jù)信號(hào)帶寬和信道帶寬的比較：n 平坦衰落：如果移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道帶寬遠(yuǎn)大于發(fā)送信號(hào)的帶寬，且在帶寬范圍內(nèi)有恒定增益及線(xiàn)性相位，則接收信號(hào)就會(huì)經(jīng)歷平坦衰落過(guò)程。判決條件Bs << Bc or Ts >>。這類(lèi)信號(hào)的特點(diǎn)：在信號(hào)帶寬范圍內(nèi)，各頻點(diǎn)的幅度有基本相同的增益，也就是說(shuō)，發(fā)送信號(hào)的頻譜基本保持不變；但是信道的增益是隨著時(shí)間變化的，也就是接收端信號(hào)的功率是不斷變化的，接收信號(hào)忽大忽不小的變化就是衰落?？朔椒ǎ篈GCn 頻率選擇性衰落：如果信道具有恒定增益和線(xiàn)性相位的帶寬范圍小于發(fā)送信號(hào)帶寬，則該信道特性會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)產(chǎn)生選擇性衰落。判決條件Bs > Bc or Ts < ，克服方法：均衡等n 根據(jù)發(fā)送信號(hào)與信道變化快慢程度n 快衰落：信道的沖激響應(yīng)在符號(hào)周期內(nèi)變化很