移动通信信道分析
移动通信信道特征
移动通信信道特征
01
无线信道的衰落特性
快衰落 在一个典型的无线移动通信环境中，由于接收机与发射机之间的直达路径很可能被
建筑物或其他物体阻挡，在无线基站与移动台之间的通信部都是通过直达路径而是还通 过许多其他路径完成的。在微波频段，从发射机到接收机的电磁波的主要传播模式是散 射，即从建筑物平面或从人工自然物体的反射。
移动通信信道特征
02
多径效应与相关带宽
多径传播引起多径效应 多径效应在时域上的体现
多径信号传播的路径不同 到达时间不同→接收信号宽度扩展→时延扩展 到达相位不同→合成信号的幅度快速变化
移动通信信道特征
02
多径效应与相关带宽
多径效应在时域上将造成数字信号波形的展宽
发射端：基站发射一个极短的脉冲信号 接收端：经过多径信道后，移动台接收信号呈现为一串脉冲，使脉冲宽度 被展宽了。
移动通信信道特征
02
多径效应与相关带宽
接收两径信号的幅频特性曲线
移动通信信道特征
02
多径效应与相关带宽
移动通信信道特征
02
多径效应与相关带宽
√ 在相关带宽范围内，两个频率分量有很强的幅度相关性 √ 在此范围内的所有频率分量几号具有相同的增益及线性相位。
在相关带宽内信号传输失真小，若信号带宽超过相关带宽将产生较大的失真和 符号间干扰。
移动通信信道特征
移动通信信道特征
2
01
无线信道的衰落特性
在蜂窝系统中，发射机发射的无线信号经过空间传输后被接收机接收，接 收信号会经受空间损耗。城市内大多数基站设置在建筑物密集的城区，基站 和移动台之间没有直接视距路径，电磁波在穿过建筑物时会产生吸收损耗和 绕射损耗。这些都是“大尺度衰落”。
移动通信信道-2
移动通信信道-2移动通信信道-2移动通信信道是指在移动通信系统中，用于传输用户信息的路径。
在移动通信系统中，移动通信信道可以分为下行信道和上行信道。
下行信道下行信道是指从基站向用户终端传输信息的信道。
在下行信道中，信息是由基站发送给用户终端的。
下行信道可以进一步分为广播信道和共享信道。
广播信道广播信道是一种单向传输信道，即只有基站向用户终端发送信息，用户终端不能向基站发送信息。
广播信道通常用来向用户广播系统公告、短信、通知等信息。
共享信道共享信道是一种双向传输信道，即既可以由基站向用户终端发送信息，也可以由用户终端向基站发送信息。
共享信道通常用于传输用户通话、数据等信息。
上行信道上行信道是指从用户终端向基站传输信息的信道。
在上行信道中，信息是由用户终端发送给基站的。
上行信道可以进一步分为随机接入信道和分时复用信道。
随机接入信道随机接入信道是一种无线传输方式，多个用户终端可以通过该信道向基站发送信息。
随机接入信道通常用于传输短报文、测量报告等低延迟、小数据量的信息。
分时复用信道分时复用信道是一种时分多址的传输方式，用户终端按照时间片轮流使用信道。
分时复用信道通常用于传输大数据量、高带宽的信息，例如用户通话、文件传输等。
移动通信系统中的信道不仅可以根据传输方向进行分类，还可以根据传输技术进行分类。
常见的移动通信信道技术包括CDMA、TDMA、GSM等。
，移动通信信道在移动通信系统中扮演着重要的角色，用于传输用户信息。
根据传输方向和传输技术的不同，移动通信信道可以进一步分为下行信道和上行信道，以及广播信道、共享信道、随机接入信道和分时复用信道等。
移动通信的信道是指基站天线
1.移动通信的信道是指基站天线，移动用户天线和两副天线之间的传播路径。
2 3G技术标准主要有3G WCDMA CDMA2000 TC-SCDMA.2.移动信道的基本特性是衰落特性。
3.移动信道是一种时变信道。
四种衰落特性：随信号传播距离变化而导致的传播损耗和弥散，由于传播坏境中的地形起伏，建筑物及其他障碍物对电磁波的遮蔽所引起的衰落，称为阴影衰落无线电波在传播路径上受到周围环境中地形地物的做用产生反射绕射和散射，使得其到达接收机时是从多条路径传来的多个信号的叠加，这种多径传播所引起的信号在接收端幅度，相位和到达时间的随机变化导致严重的衰落，是多径衰落大尺度衰落是由移动通信信道路径上的固定障碍物的阴影引起的，衰落特性一般服从d-n 律。
小尺度衰落由移动台运动和地点的变化而产生的，主要特征是多径。
4.一般认为，在移动通信系统中影响传播的3中基本机制为反射绕射和散射6.根据衰落与频率的关系，将衰落分为两种：频率选择性衰落和非频率选择性衰落。
频率选择性衰落是指传输信道对信号不同的频率成分有不同的随机响应，信号中不同频率的分量衰落不一致，引起信号波形失真。
非频率选择性衰落，指信号经过传输信道后，各频率分量的衰落是相关的具有一致性，衰落波形不失真。
7.微观分集的类型时间分集频率分集空间分集8.分集的合并方式选择合并，在所接受的多路信号中，合并器选择信噪比最高的一路输出，这相当于在M个系数ak(t)，只有一个等于1.其余的为0最大比值合并，在选择合并中，只选择其中一个信号，其余信号被抛弃。
等增益合并，等增益合并器的各个加权系数均为19.为什么扩频信号能够有效抑制窄带干扰？扩频信号对窄带干扰的抑制作用在于接收机对信号的解扩的同时，对干扰信号的扩频，这降低了干扰信号的功率谱密度。
扩频后的干扰和载波相乘，积分（相当于低通滤波）大大地削弱了他对信号的干扰，因此在采样器的输出信号受干扰的影响就大为减少，输出的采样值比较稳定10跳频系统的抗干扰性能和在GSM系统的应用：跳频系统对抗单频或窄带干扰是很有特色的。
移动通信信道-2简版
移动通信信道-2移动通信信道-2移动通信信道是指在移动通信系统中，用于传输各种信息、数据和信号的物理通道。
它是移动通信系统中重要的组成部分，起着承载通信内容的重要作用。
本文将对移动通信信道进行详细介绍，并分析其在移动通信系统中的作用。
1. 信道分类在移动通信系统中，信道可以按照不同的维度进行分类。
一种常见的分类方式是根据信号传输的方向，将信道分为上行信道和下行信道。
1.1 上行信道上行信道是指从移动终端向基站传输信号的信道。
在上行信道中，移动终端将用户发出的语音、数据或其他信息发送给基站。
上行信道通常使用较低的频率，以提供较长的传输距离和较好的穿透能力。
1.2 下行信道下行信道是指从基站向移动终端传输信号的信道。
在下行信道中，基站向移动终端发送语音、数据或其他相关信息。
下行信道通常使用较高的频率，以提供更大的传输带宽和传输速度。
除了根据信号传输的方向进行分类，信道还有其他的特性。
2.1 多径传播由于移动环境的复杂性，信号在传输过程中经常会由于多径传播而产生多个不同路径上的干涉。
这导致接收端收到多个不同强度和相位的信号，从而产生多径信道。
多径传播会造成信号的衰减、频谱扩展和相位失真等问题，需要采取一些技术手段来抵消其中的影响。
2.2 多址和复用移动通信系统中，有多个用户同时使用同一个信道进行通信。
为了实现多用户之间的区分和复用，需要采用多址和复用技术。
常见的多址技术包括时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和频分多址（FDMA）等，而复用技术则包括时分复用（TDM）和码分复用（CDM）等。
2.3 信道容量信道容量是指信道能够承载的最大信息传输速率。
对于给定的信道带宽和信噪比，信道容量可以用香农公式来计算。
提高信道容量的方法包括增加信道带宽、提高信噪比和采用更高效的编码和调制技术等。
为了对移动通信系统进行性能分析和优化设计，需要对信道进行建模。
信道建模是将实际的移动通信信道抽象成数学模型，从而方便对其性能进行分析。
移动通信系统中的信道和噪声的分析与研究
Ａ ｂｓ ｒ ｔ ｔ ａｃ ：Ｗ ｉｈ ｔ ｖｅ ｏ ｔ ｈｅ ｄｅ ｌ ｐｍ ｅ ｏｄｅ ｎ ｓ ｉ ｎｃ ＆ ｔ ｃ ｎｔ ｏｆ ｍ ｒ ｃｅ ｅ ｅ ｈｎｏｌ ｇｙ． ｏ ｌ ｏ Ｍ ｂｉ ｅ Ｃｏｍ ｍ ｕｎｉ ａ ｉ ｃ ｃ ｔ ｏｎ ｂｅ ｏｍ ｅ ｏｎｅ ｏｆ ｔ ｏｓ ｃｔｖｅ ｈｅ ｍ ｔａ ｉ
般 地 ， 单 指 传输 媒 体 而 言 称 为 狭 义信 道 。在 具体 的 如
通 信 系 统 构 成 中 ， 往 把 信 源 发 出 的 模 拟 信 号 和 数 字 编 码 往 基 带 信 号 视 为信 息 部 分 ，从 调 制 器 到 接 收 端 解 调 器 这 一 中
通 信 的 目的 是 传 递 信 息 ． 实 现 通 信 的 方 式 也 有 很 多 而 种 ，目前 使 用 最 广 泛 的 方 式 就 是 电 通 信 。近 些 年 来 移 动 通
根 据 各 种 信 道 不 同 的 特 征 和 参 量 及 其 变 化 情 况 ，又 将 它们 分 为 恒 参 信 道 和 随 参 信 道 。前者 如 有 线 信 道 、 波与 卫 微
星信 道 等 ， 者 如 无 线 系 统 的 短 波 和 超 短 波 散 射信 道 。 后
一
中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ Ｎ９ ９５ 文 章 编 号 ： １ ７ — １ １ ０ ８０ — １ — ４ ６ ３ １３（ ０ ）６ ０４ ０ ２
移动通信信道-2
N 4
a0
t
五、时延扩展和相关带宽
2、时延扩展的描述
时延功率谱：由不同时延信号分量的平均功率构成
P(τ) 归一化时延谱 P( )
0dB
时延扩展， P(τ )的均方根
P()
30dB
0
m 平均时延
Tm
相对时延值
最大多径时延， P(τ )下 降到-30dB时的时延差
2、多径传播对接收信号产生的影响 典型实例 800MHz室内环境中典型传播时延扩展为
1μs，符号速率200kbps，符号宽度？重叠率？
符号宽度5μs，重叠覆盖率20%
2.2 移动通信信道的多径传播特性
2.2.1 移动通信信道中的电波传播损耗特性 2.2.2 移动环境下的多径传播 2.2.3 多普勒频移 2.2.4 多径接收信号的统计特性（自学） 2.2.5 衰落信号幅度的特征量
2.2.5 衰落信号幅度的特征量
2.2.4 多径接收信号的统计特性（提示）
移动通信信道统计分析：对接收信号的功率或 电压包络进行定量描述。 以瑞利分布为例，接收信号的包络和相位(σ为方差)：
– 包络概率密度函数（瑞利分布）：
r 2 2 p(r ) 2 e
1 2
r2
r0
– 相位概率密度函数（均匀分布）： p( )
深度衰落发生的次数较少，浅度衰落发生得相当频繁。 衰减20dB概率为1%，衰减30dB和40dB的概率分别为 0.1%和0.01%。
正斜率 负斜率
t1
t2
t3
t4
A
1
2
3
4
NA 4 /T
移动通信实验实验报告
一、实验目的1. 理解移动通信系统的基本组成和功能；2. 掌握移动通信系统中基带话音的基本特点；3. 学习并掌握移动通信系统中常见的调制解调技术；4. 了解移动通信信道的特性及其对信号传输的影响；5. 熟悉移动通信实验设备和软件的使用。
二、实验设备与软件1. 实验设备：移动通信实验箱、示波器、频谱分析仪、计算机等；2. 实验软件：MATLAB、C++等编程语言及相关移动通信仿真软件。
三、实验内容1. 移动通信系统组成及功能（1）实验目的：了解移动通信系统的组成，掌握移动通信系统的基本功能。
（2）实验内容：1）观察移动通信实验箱的组成，了解各个模块的功能；2）根据实验指导书，搭建移动通信实验系统；3）观察实验系统工作状态，分析各个模块的作用；4）总结移动通信系统的基本组成和功能。
2. 基带话音的基本特点（1）实验目的：了解基带话音的基本特点，掌握话音信号的传输特性。
（2）实验内容：1）观察实验箱中的话音信号发生器，了解话音信号的生成过程；2）使用示波器观察话音信号的波形，分析其时域和频域特性；3）总结基带话音的基本特点。
3. 调制解调技术（1）实验目的：学习并掌握移动通信系统中常见的调制解调技术。
（2）实验内容：1）观察实验箱中的调制解调模块，了解其工作原理；2）搭建调制解调实验系统，进行模拟信号的调制和解调；3）使用频谱分析仪观察调制信号的频谱特性，分析调制效果；4）总结常见的调制解调技术及其特点。
4. 移动通信信道特性（1）实验目的：了解移动通信信道的特性及其对信号传输的影响。
（2）实验内容：1）观察实验箱中的信道模拟模块，了解信道特性；2）搭建信道模拟实验系统，进行信道特性分析；3）使用示波器观察信道模拟结果，分析信道对信号传输的影响；4）总结移动通信信道的特性。
5. 实验软件使用（1）实验目的：熟悉MATLAB、C++等编程语言及相关移动通信仿真软件的使用。
（2）实验内容：1）学习MATLAB、C++等编程语言的基本语法和编程技巧；2）使用相关移动通信仿真软件进行信号处理和系统仿真；3）总结实验软件的使用方法和技巧。
移动通信信道模型
Hata 模型
Okumura-Hata 模型（150MHz -1.5GHz） Cost231-Hata 模型（1.5GHz -2GHz）
Okumura-Hata 模型 适用频率范围150MHz -1.5GHz传播距离在 1~20km的城市场强预测。 根据Okumura曲线图所作的经验公式，以市区传 播损耗为标准，并对其它地区进行修正。 市区路径损耗的标准公式。在1km以上的情况下 ，预测结果和Okumura模型非常接近。 缺点：适用于大区制移动系统，不适用于小区半 径为1km的个人通信系统。
大尺度模型——室外模型
Okumura模型（奥村模型） Hata模型 Walfisch-Ikegami模型
Okumura模型
预测城区信号时使用最广泛的模型，在日本已经 成为系统规划的标准。 适用频率范围150MHz-3GHz，距离1－100km， 天线高度30－1000m。 由奥村等人，在日本东京，使用不同的频率，不 同的天线高度，选择不同的距离进行一系列测试 ，最后绘成经验曲线构成的模型。
计算任意地形地物情况下的信号中值：
LA LT KT
Okumura模型 例：某一移动电话系统，工作频率为450MHz，基站 天线高度为70m，移动台天线高度为1.5m，在郊区 工作，传播路径为正斜坡，且角度为15mrad，通信 距离为20km，求传播路径的损耗中值。
Lbs 32.45 20lg f 20lg d
作业
假定f=800MHz,hm=1.5m,hb=30m,hroof=30m,平顶 =90， =15m。试比较Walfish模型和Hata 建筑， 模型的预测结果（要求：用matlab仿真软件计算并 画图，设收发距离为1km~5km，步长为200m)。
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散射：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内
阻挡体的个数非常巨大时，会发生散射。
3
概述（3）
研究传播特性的基本方法 理论分析
即用电磁场理论或统计理论分析电波在移动环境中的 传播特性，并用各种模型来描述移动信道。
现场电波传播实测
即在不同的传播环境中，做电波传播试验。测试参数 包括接收信号幅度、时延以及其它反映信道特征的参数。
时，如果尺寸比电波波大大得多时会产生镜面反射。
T(发射机 )
l
Ei
ELOS
ht
Er=Eg
θi
θ0
ETOT=ELOS+Eg R(接收机 )
l
hr
d
11
大尺度传播模型 –非自由空间
接收功率近似公式：
p r
Pt G t G r
ht 2 hr d4
2
=
K
Pt d4
l 接收功率随T-R之间距离的4次方而衰减。 l 接收信号的强度可以通过增加天线高度而增加。
城区、郊区 城区、郊区
BS和MS之间水平距离>2km时，采用宏蜂窝模型
BS和MS之间水平距离<2km时，采用微蜂窝模型WIM
13
2.2 移动信道的多径传播特性（小尺度衰落）
2.2.1 概述
1、移动信道的时变特性 无线电信号通过移动信道时 会遭受来自不同途径的衰减 损耗。 自由空间传播损耗与弥散 阴影衰落 系统设计 多径衰落 抗衰落技术
CCIR
宏蜂窝 宏蜂窝 宏蜂窝
WIM
.02～
5km
2、应用方法
频率 /MHz
150.~150 0
1500~20 00
1500~20 00
800~200 0
基站天线 高度/m
30~200
30~200
30~200
4~50
MS天线 高度/m
1~10
1~10
1~10
1~3
适用范围
城区、郊区、乡村 城区、郊区、乡村
在50 100波长距离内平均得到
落
由地形或人造障碍引起
多径衰落
来自不同方向不同长度路径信号引起的干扰
信号包络在几个波长间距内的变化幅度可达30dB
5
移动信道中无线传播分类
大尺度路径损耗
描述收发信机之间长距离上的场强变化，其传 播模型用于预测无线覆盖范围。 不同环境使用不同的传播模型。
第2章 移动信道
现代移动通信
BSS
MS
Um
OMC-R 操作维护中心
BTS
MS
基站 BTS基BT站收S 发信机 基收站发信机
收发信机
BSC 基站 控制器
A接口
MSC 移动交换中心
MS
Abis
1
概述（1）
为何要研究传播特性 发射机与接收机之间的传播路径非常复杂
接收天线将接收从多条路径传来的信号 移动台的运动 周围环境的变化
距发射机d处天线的接收功率
d为T-R之间距离；λ波长
Pr (d )
PtGtGr 2 (4 )2 d 2
- 路径 10log(Pt / Pr )
(4)2 d2
10log[
]
G t G r 2
与d2成反比→距离越远，衰减越大 与f2成反比→频率越高，衰减越大
大尺度传播模型
传播模型类型
自由空间传播模型（视距传播—直射波，介 电系数为1的均匀无吸收媒质）
非自由空间传播模型（有阻挡—反射波、绕 射波、散射波）
8
大尺度传播模型 –自由空间
模型适用范围
接收机和发射机之间是完全无阻隔的视距路径LOS 。
Pt发射功率；GrGt收发天线 增益；
15
2.2、移动环境下的多径传播
通常在移动通信系统中，基站用固定的高 天线，移动台用接近地面的低天线。
基站天线通常高30 m，可达90 m；移动 台天线通常为2～3 m以下。
移动台周围的区域称为近端区域，该区域 内的物体造成的反射是造成多径效应的主 要原因。
PL(dB) 20logd 10logP0
9
大尺度传播模型 –非自由空间
非自由空间下，收发信机之间有障碍物，到 达接收机的信号将受到反射、绕射、散射等多 种因素影响，则信号的传播模型随不同环境而 不一样。
绕射——需附加绕射损耗(p.17-18) 反射、散射
10
大尺度传播模型 –非自由空间
反射波：当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面
计算机模拟
即利用计算机强大的计算能力，快速灵活地模拟各种 移动环境。该方法可弥补前两种方法的不足。
4
概述（4）
大
无线信道对传输信号作用的三级模型
路径损耗
长程范围(公里)内平均信号电平 取决于发射机与接收机之间的距离
阴影效应
短程范围内平均信号电平
尺 度 衰 小落 尺 度 衰
小尺度衰落
描述收发信机之间短距离或短时间 内接收信号快速波动的传播模型
6
大尺度传播模型
何为传播模型？ 电波传播损耗预测模型
作用——预测接收信号的中值场强(信号覆盖范 围)
影响因素 地形环境特征（地形地貌、建筑物高度和密 度、街道分布） 信号传播参数（信号频率、天线高度等）
7
14
2.2、移动环境下的多径传播
多径传播是陆地移动通信系统的主要特征。 小尺度衰落的定义：是指无线信号在经过短时间或短距传播后
其幅度快速变化，以致大尺度路径损耗的影响可以忽略不计， 小尺度衰落又简称衰落。 小尺度衰落的成因：由同一传输信号沿两个或多个路径传播， 以微小的时间差到达接收机的信号相互干涉所引起的。 小尺度衰落效应 短距或短时传播后信号强度的急速变化。 不同多径信号上，存在时变的多普勒频移。 多径传播时延引起的扩展（回音）。
路径损耗为： PL(dB) = 40logd – (10logGt+10logGr+20loghr+20loght)
PL(dB) = 40logd – K 12
传播模型的应用
在自由空间模型基础上，加上修正因子构成
1、应用范围
传播模型
蜂窝类型
Hat a
OkumuraHata
COST-231 Hata
传播特性直接关系到以下因素
天线高度的确定 预测信号的覆盖范围 为实现优质可靠的通信需采用何种抗衰落技术 ……
2
概述（2）
无线电波的传播机制
自由空间（无阻挡物）：视距传播LOS (line-of-sight) 存在阻挡物（多条路径）:
反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，会发生反射 绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时，