无线信道的传输模型PPT
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通信原理ppt课件——第三章
输出信号
两条路径信道模型
34
频域表示 信道传输函数为
35
信道幅频特性为
若两条路径的相对时 延差 固定，则信 道的幅频特性为：
36
若两条路径的相对时延差相对时延
差
是随机参量 ，则信道的幅
频特性为：
多径传播信道的相关带宽 ——信道传输特性相邻两个零点之间的频率间隔
信道最大多径时延差
37
• 如果信号的频谱比相关带宽宽，则会产生严重的频率 选择性衰落，为了减少频率选择性衰落，就应使信号 的频谱小于相关带宽（通常选择信号带宽为相关带宽 的1/3~1/5）
（噪声）。
根据以上几条性质，调制 信道可以用一个二端口线 性时变网络来表示，该网 络称为调制信道模型：
调制信道模型
4
二端口的调制信道模型，其输出与输入的关系有
一般情况下，
可以表示为信道单位冲激响应c(t)与输入
பைடு நூலகம்
信号的卷积， c(t)的傅里叶变换C(w)是信道传输函数：
或
可看成是乘性干扰
根据信道传输函数 的时变特性的不同，将物理信道分为
21
➢自由空间传播 ——当移动台和基站天线在视距范围之内，这时
电波传播的主要方式是直射波，其传播可以按自由 空间传播来分析。
设发射机输入给天线功率为 (W)，则接收天线 上获得的功率为
22
自由空间传播损耗定义为 当发射天线增益和接收天线增益都等于1时
用 dB可表示为
自由空间传播损耗与距离d的平 方成正比，距离越远损耗越大
发送信号
单一频率正弦波
陆地移动多径传播
多径信道一共有n条路径，各条 路径具有时变衰耗和时变传输 时延且各条路径到达接收端的 信号相互独立，则接收端接收 到的合成波为
通信原理第四章 (樊昌信第七版)PPT课件
则接收信号为
2 1
fo(t) = K f(t - 1 ) + K f(t - 2 ) 相对时延差
F o () = K F () e j 1 + K F () e j ( 1 )
信道传输函数
H()F F o(( ))K Keejj 11((1 1 eejj ))
常数衰减因子 确定的传输时延因子 与信号频率有关的复因子
课件
精选课件
1
第4章 信道
通信原理（第7版）
樊昌信 曹丽娜 编著
精选课件
2
本章内容:
第4章 信道
信道分类
信道模型
恒参/随参信道特性对信号传输的影响
信道噪声
信道容量
定义·分类
模型·特性
影响·措施
信道噪声 信道容量
精选课件
3
概述
信道的定义与分类
n 狭义信道：
—传输媒质 有线信道 ——明线、电缆、光纤 无线信道 ——自由空间或大气层
1. 传输特性
H ()H ()ej ()
H() ~ 幅频特性
()~ 相频特性
2. 无失真传输
H()Kejtd
H() K
()td
精选课件
27
n 无失真传输（理想恒参信道）特性曲线：
恒参信道
|H()|
K
() td
td
0
H() K
幅频特性
0
0
()td
()d() d
td
相频特性
群迟延特性
精选课件
28
n 理想恒参信道的冲激响应:
恒参信道
H()Kejtd
h(t)K(ttd)
若输入信号为s(t)，则理想恒参信道的输出:
《MIMO及信道模型》课件
MIMO技术的应用场景
MIMO技术广泛应用于无线通信系统，如4G、5G移 动通信系统、无线局域网（WLAN）、无线个人域网
（WPAN）等。
输标02入题
在4G和5G移动通信系统中，MIMO技术被用于提高 小区的覆盖范围和边缘用户的传输速率，同时也可以 提高系统的整体吞吐量。
01
03
以上内容仅供参考，具体内容可以根据您的需求进行 调整优化。
MIMO技术利用了无线信道的散射和 反射特性，通过空间复用和分集增益 ，提高了无线通信系统的传输速率和 可靠性。
MIMO技术的原理
MIMO技术的基本原理是利用多天线之间的独立性，将数据流分解成多个并行子流，在多个子流上同时传输，从而提高了传 输速率。
在接收端，多个天线接收到的信号经过处理后，可以恢复出原始的数据流。MIMO技术通过信号处理算法实现信号的分离和 合并，从而提高了信号的抗干扰能力和传输可靠性。
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天线选择
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最大信噪比 (Max-SNR): 选择能提供最大信噪比的发射天 线。
在此添加您的文本16字
轮询 (Round Robin): 轮流使用每个天线进行传输，确保 均衡使用。
05
CHAPTER
MIMO系统实现难点及挑战
信号处理复杂度
MIMO信号检测算法复杂度
考虑了信号在传播过程中因反射、折射和散射产生的多径 效应，适用于室内和室外非视距（NLoS）环境。
MIMO信道模型的特点
高数据速率
通过在发射端和接收端使用多个天线，提高 了数据传输速率。
抗干扰能力强
通过分集技术，降低了信号被干扰的风险。
频谱效率高
通过空间复用技术，提高了频谱利用率。
通信原理 课件 ppt
信号与系统之间存在密切的关系。一个系统通常由输入、输出和系统本身组成，而信号 则是通过系统传输的物质。系统对信号具有处理、变换和传输等功能。在通信原理中， 信号需要通过系统进行传输，因此信号与系统的关系是密不可分的。信号的特性和系统
的特性相互影响，决定了通信系统的性能和传输质量。
03
模拟通信原理
模拟信号的调制与解调
无线电波传播方式
无线电波通过直射、反射、折射 、散射等方式传播，受到地形、 建筑物、气候等因素的影响。
无线电波传播损耗
无线电波在传播过程中会受到空 气阻力、地面吸收等因素的影响 ，导致能量逐渐衰减。
无线电波频段
无线电波根据频率可分为长波、 中波、短波等不同频段，不同频 段的无线电波具有不同的传播特 性和应用场景。
调频的特点
调频信号的带宽较大，抗干扰能力强，能够 传输更多的信息。
调相的特点
调相信号的相位信息可以携带信息，具有较 高的保密性。
模拟通信系统的性能分析
信噪比
误码率
信噪比是衡量通信系统性能的重要指标， 表示信号功率与噪声功率的比值。
误码率是衡量数据传输质量的重要指标， 表示传输过程中出现误码的概率。
带宽效率
抗干扰能力
带宽效率是指通信系统传输速率与带宽的 比值，反映了系统的传输效率。
抗干扰能力是指通信系统在存在噪声和干 扰的情况下，能够正常传输信号的能力。
04
数字通信原理
数字信号的调制与解调
数字信号调制
将数字信号转换为适合传输的信 号形式，如调频、调相和调幅等
。
数字信号解调
将已调制的信号还原为原始数字信 号的过程。
通信原理 课件
目录
• 通信系统概述 • 信号与系统基础 • 模拟通信原理 • 数字通信原理 • 无线通信原理 • 通信原理实验与案例分析
的特性相互影响，决定了通信系统的性能和传输质量。
03
模拟通信原理
模拟信号的调制与解调
无线电波传播方式
无线电波通过直射、反射、折射 、散射等方式传播，受到地形、 建筑物、气候等因素的影响。
无线电波传播损耗
无线电波在传播过程中会受到空 气阻力、地面吸收等因素的影响 ，导致能量逐渐衰减。
无线电波频段
无线电波根据频率可分为长波、 中波、短波等不同频段，不同频 段的无线电波具有不同的传播特 性和应用场景。
调频的特点
调频信号的带宽较大，抗干扰能力强，能够 传输更多的信息。
调相的特点
调相信号的相位信息可以携带信息，具有较 高的保密性。
模拟通信系统的性能分析
信噪比
误码率
信噪比是衡量通信系统性能的重要指标， 表示信号功率与噪声功率的比值。
误码率是衡量数据传输质量的重要指标， 表示传输过程中出现误码的概率。
带宽效率
抗干扰能力
带宽效率是指通信系统传输速率与带宽的 比值，反映了系统的传输效率。
抗干扰能力是指通信系统在存在噪声和干 扰的情况下，能够正常传输信号的能力。
04
数字通信原理
数字信号的调制与解调
数字信号调制
将数字信号转换为适合传输的信 号形式，如调频、调相和调幅等
。
数字信号解调
将已调制的信号还原为原始数字信 号的过程。
通信原理 课件
目录
• 通信系统概述 • 信号与系统基础 • 模拟通信原理 • 数字通信原理 • 无线通信原理 • 通信原理实验与案例分析
第3章 信 道
图3-12 非线性特性
频率偏移是指信道输入信号的频谱经 过信道传输后产生了平移。 相位抖动是由于振荡器的频率不稳定 产生的。
3.4.2 随参信道对信号传输的 影响
无线信道中有一些是随参信道，例如 依靠天波传播或地波传播的无线信道。 随参信道的特性是“时变”的，即随 时间改变的。
一般说来，各种随参信道具有的共同 特性是：第一，信号的传输衰减随时间而 变；第二，信号的传输时延随时间而变； 第三，信号经过几条路径到达接收端，而 且每条路径的长度（时延）和衰减都随时 间而变，即存在多径传播现象。 多径传播对信号的影响称为多径效应。
i 1
i 1
X c (t ) i (t ) cos i (t )
i 1
n
（3-7）
X s (t ) i (t )sin i (t )
i 1
n
（3-8）
则 X c (t )和X s (t ) 都是缓慢随机变化
的。 将式（3-7）和式（3-8）代入式（36），得出
R(t ) X c (t )cos 0t X s (t )sin 0t V (t )cos[0t (t )]
3．同轴电缆
同轴电缆由内外两根同心导体构成， 在这两根导体间用绝缘体隔离开。 如图3-6所示。
图3-6 同轴电缆结构图
4．光纤
光纤是由折射率不同的两种玻璃纤维 制成的。 光纤的中心称为纤芯，外面包有折射 率较低的一层玻璃，称为包层。 按照光波在光纤中传播的方式不同， 光纤又分为多模光纤和单模光纤两类。
经过接收滤波器后的噪声双边功率谱 密度为Pn( f )，如图3-16所示，则此噪声的 功率等于 ∞ （3-18） Pn Pn ( f )df
精品课件-通信原理(第二版)(黄葆华)-第4章
y(t) kx(t td )
(4-3-1)
式中，k和td均为常数，k是衰减（或放大）系数，td为固定的 时延。
第4章 信道
对上式进行傅氏变换，得到
Y ( f ) F y(t) F kx(t td ) k X ( f )e j2 ftd
因此，传输特性为
H ( f ) Y ( f ) k e j2 ftd H ( f ) e j( f ) X( f )
第4章 信道
调制信道的共性如下： (1) 有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端。 (2) 绝大多数的信道都是线性的，即满足线性叠加原理。 (3) 信号通过信道具有一定的延迟时间，而且它还会受到固 定的或时变的损耗。 (4) 即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的噪 声输出。 根据上述共性，我们可以用一个二对端(或多对端)的时变线 性网络来表示调制信道，该网络称为调制信道模型，如图4.2.2所 示。
P(0 / 0) 1 P(1/ 0)
P(1/1) 1 P(0 /1)
Pe P(0)P(1/ 0) P(1)P(0 /1)
第4章 信道
图4.2.3 二进制编码信道模型
第4章 信道
4.3 恒参信道特点及其对信号传输的影响
1.无失真传输 无失真传输是指信号通过信道后波形形状并未发生改变， 即输出信号的波形与输入信号波形相比只是成比例地缩小（或 放大）和时间上的延迟。因此，无失真传输时，输入输出信号
(4－3－2)
式(4－3－2)表明，要保证信号通过信道不产生失真，信道传 输特性必须具备下列两个条件：
（1）幅频特性为一条水平直线，即|H(f)|=k（常数）。
第4章 信道
（2）相频特性是一条通过原点且斜率为2πtd的直线， 或者其群时延特性是一条水平直线(常数)。即
无线通信基础_教学课件_3
傅里叶变换
2.2 线性时变信道模型
传输函数
【定义】LTV信道的时变传输函数是冲激响应 h , t 关于时延变量 的傅里叶变换。
有如下傅里叶变换对（时间变量t 可看成一个参数）：
H f , t F h , t h , t e j 2 f d -1 j 2 f h , t F f H f , t df H f , t e
2.2 线性时变信道模型
： 在 一 特 定 t值 下 信 道 的 多 径 时 延 ， 或 时 间 的 增 量 ；
x( t )
h ( , t )
r( t )
r t
h , t x t d
第11页 共110页
第二章 无线信道的特性 2.2.1 信道冲激响应
设窄带信号 x ( t ) 通过频率为 f c 的载波发射，则有：
x (t ) x (t )e
j 2 fct
调制信号
实部
基带信号
第4页 共110页
第二章 无线信道的特性 2.2.1 信道冲激响应 一、无线信道输出端的接收信号表达式（2）
2.2 线性时变信道模型
发射信号经第n条路径到达接收端的信号：
解：N
2
h , 0
1 0
70 dB m 100 pW , -73 dB m 50 pW .
0 0
100 pW ,
50 pW
0 0 0,
1 0 2 f c 1 1 8 0 0
5 6 6
0
)
1
2.2 线性时变信道模型
传输函数
【定义】LTV信道的时变传输函数是冲激响应 h , t 关于时延变量 的傅里叶变换。
有如下傅里叶变换对（时间变量t 可看成一个参数）：
H f , t F h , t h , t e j 2 f d -1 j 2 f h , t F f H f , t df H f , t e
2.2 线性时变信道模型
： 在 一 特 定 t值 下 信 道 的 多 径 时 延 ， 或 时 间 的 增 量 ；
x( t )
h ( , t )
r( t )
r t
h , t x t d
第11页 共110页
第二章 无线信道的特性 2.2.1 信道冲激响应
设窄带信号 x ( t ) 通过频率为 f c 的载波发射，则有：
x (t ) x (t )e
j 2 fct
调制信号
实部
基带信号
第4页 共110页
第二章 无线信道的特性 2.2.1 信道冲激响应 一、无线信道输出端的接收信号表达式（2）
2.2 线性时变信道模型
发射信号经第n条路径到达接收端的信号：
解：N
2
h , 0
1 0
70 dB m 100 pW , -73 dB m 50 pW .
0 0
100 pW ,
50 pW
0 0 0,
1 0 2 f c 1 1 8 0 0
5 6 6
0
)
1
信道的定义及分类ppt课件
其中，Si (t) 为输入的已调信号；So (t) 为信道总输 出波形；n(t) 为加性噪声/干扰，且与 Si (t) 相互 独立。
f si t 表示已调信号通过网络所发生的(时变)
线性变换。
若设 f si t k(t)si (t) ，则有 so t k(t)si (t) nt
7
调制信道对信号的影响
22
Communication Theory
典型音频电话信道的相对衰耗
23
Communication Theory
影响：不均匀衰耗使传输信号的幅度随频率发生畸 变，引起信号波形的失真；传输数字信号，还会引 起相邻码元波形在时间上的相互重叠，造成码间串 扰。 抑制措施：为了减小幅度—频率畸变，在设计总的 电话信道传输特性时，一般都要求把幅度—频率畸 变控制在一个允许的范围内；即通过一个线性补偿 网络，使衰耗特性曲线变得平坦，这一措施通常称 之为“均衡”；在载波电话信道上传输数字信号时， 通常要采取均衡措施。
29
Communication Theory
2.5 随参信道举例
1、短波电离层反射信道 短波的定义：波长为100～10m(相应的频率为3～ 30MHz)的无线电波； 短波信道：既可沿地表面传播，也可由电离层反射 传播； 地波传播：一般是近距离的，限于几十公里范围； 天波传播：借助于电离层的一次反射或多次反射可 传输几千公里，乃至上万公里的距离；
k
k
0
0
理想 的 相位-频率特性及群时延-频率特性 26
Communication Theory
实际的信道特性总是偏离理想的相位—频率特性及群 时延-频率特性，下图给出一个典型的电话信道的群迟 延－频率特性。
27
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多普勒效应：由于移动体的运动速度和方向引 起,多径条件下，引起多普勒频谱展宽
远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动 用户与基站之间的距离也是在随机变化，若各 移动用户发射信号功率一样，那么到达基站时 信号的强弱将不同，离基站近者信号强，离基 站远者信号弱。通信系统中的非线性将进一步 加重信号强弱的不平衡性，甚至出现了以强压
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❖ 远近效应：由于接收用户的随机移动性，移
动用户与基站之间的距离也是在随机变化，
若各移动用户发射信号功率一样，那么到达
基站时信号的强弱将不同，离基站近者信号
强，离基站远者信号弱。通信系统中的非线
性将进一步加重信号强弱的不平衡性，甚至
出现了以强压弱的现象，并使弱者，即离基
站较远的用户产生掉话(通信中断)现象，通常
信道的传输模型
信道模型的分类
信道的传播模型可以分为： ❖ 大尺度传播模型和小尺度衰落。
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2
大尺度传播模型
定义：
❖ 描述了长距离内接收信号的强度的缓慢变化， 这些变化是由发射天线和接收天线之间传播 路径上的障碍物遮挡造成的。
主要的模型代表有：
Lee 模型、Okumura-Hata模型、 COST231-Hata模型、Walfisch-Ikegami模 型(WIM)、室内传播模型
◆多径效应引起的接收问题：额外的路径损耗、
突发性误码、严重的码间干扰
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多径效应（2）
❖ ❖
❖ ❖ ❖ ❖
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幅度：衰落 在小的传播距离或时间段信
号强度的迅速变化
时间：多径时延 多径延迟所引起的时间扩散
频率：多普勒扩展 由于在不同多径信号上不同
的多普勒频移所产生的随机频率调制
❖ ◆定义： 由于移动信道中直射、反射和折射现
象的同时存在，使得发射信号通过不同的传播 路径，形成幅度、相位及到达时间相互区别的 多个信号而到达接收台；并且不同多径成分的 相位、幅度等都是随机、独立变化的；接收到 的信号由大量具有随机幅度，相位和到达角度 的平面波组成。这些多径分量在接收天线进行 矢量组合，从而使接收信号失真或衰落。
44
多径效应(3)－移动通信信道分析
❖ 时延扩展 频率选择性衰落 ❖ 频率扩展 时间选择性衰落 ❖ 角度扩展 空间选择性衰落
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45
4.1.2 时延扩展---频率选择性衰落
所谓频率选择性衰落是指在不同频
段上衰落特性不一样。
信号强度
信号谱密度
t0 t1t2 t3...
18.06.2020
18.06.202弱0 的现象，即使离基站较远的用户产生掉话(通 27 信中断)现象，通常称这一现象为远近效应。
❖ 阴影效应：由大型建筑物和其它物体的阻挡， 在电波传播的接收区域中产生传播半盲区。 它类似于太阳光受阻挡后可产生的阴影，光 波的波长较短，因此阴影可见，电磁波波长 较长，阴影不可见，但是接收终端(如手机)与 专用仪表可以测试出来。
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11
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12
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13
传播路径
◆直射波---视距传播
◆反射波
发射天线
◆地表面波
直射波 反射波
地表面波
接收天线
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14
反射（Reflection）
❖ 当电磁波遇到比波长大得多的物体时， 发生反射。反射发生在地球表面、建筑 物和墙壁表面
18.0径6.202效0 应。这类多径干扰是非常复杂的，有时 30 根本收不到主径直射波，收到的是一些连续
❖ 多普勒效应：它是由于接收用户处于高速移 动中比如车载通信时传播频率的扩散而引起 的，其扩散程度与用户运动速度成正比。这 一现象只产生在高速(≥70km/h)车载通信时， 而对于通常慢速移动的步行和准静态的室内 通信，则不予考虑。
❖ ◆其次，由于用户台的移动性，传播参数随 时变化，引起接收场强的快速波动。
❖
❖ ◆移动信道是一种是时变信道。
❖
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22
❖在上述移动信道的三个主要特点以及传 播的三种主要机制作用下，无线电波通过 移动信道时,接收点的信号将产生：
❖1、三类损耗 ❖2、四种效应
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18.0称6.202这0 一现象为远近效应。
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❖ 多径效应：由于接收者所处地理环境的复杂 性、使得接收到的信号不仅有直射波的主径 信号，还有从不同建筑物反射过来以及绕射 过来的多条不同路径信号。而且它们到达时 的信号强度，到达时间以及到达时的载波相 位都是不一样的。所接收到的信号是上述各 路径信号的矢量和，也就是说各径之间可能 产生自干扰，称这类自干扰为多径干扰或多
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❖ 为什么要研究无线信道?
❖ 无线通信系统的性能主要受到移动无线信道的制约, 移动无线信道具有多样性,同一无线空中接口在不同 的移动无线信道中的性能大不相同.
❖ 如何描述移动无线信道?
❖ 采用理论分析,场强实测统计和计算机模拟三种方法 .
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内容提要
❖
◆无线电波传播特性分析
❖
■自由空间传播
❖
■陆地传播机制
❖
◆移动环境下的信道分析
❖
■移动无线传播环境概述
❖
■小尺度多径衰落模型
❖
■大尺度路径损耗模型
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❖ ◆有线信道：平稳，可预测；
❖ ◆无线信道：极为随机，难于分析，难于模拟；非 视距、多径、运动，造成衰落。
❖ ◆传播机制：反射、绕射和散射；
❖ 例，城市中多径，无直视路径。
❖ ◆传播模型的重点：预测在距离发射机的给定距离 上平均接收的信号强度以及信号强度的变化
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自由空间传播（1）
◆什么叫自由空间？无任何衰减、无
任何阻挡、无任何多径的传播空间。
◆无线电波在自由空间传播时，其单位
面积中的能量会因为扩散而减少。这 种减少，称为自由空间的传播损耗。
如图所示，发射功率为PT，发射天线 为各向均匀辐射，则以发射源为中心， d为半径的球面上单位面积的功率为：
时间
窄带信号
频率
宽带信号
46
❖ 1)信道输入
❖ 频域：白色等幅频谱
❖ 时域：在t0时刻输入一个脉冲 ❖ 2)信道输出
❖ 频域：衰落起伏的有色谱
❖ 时域：在t0 +t瞬间，脉冲在时域产生了 扩散，其扩散宽度为L/2。其中为t绝对 时延。
❖ 3)结论：由于信道在时域的时延扩散，
引起了在频域的频率选择性衰落。且其
40
多径信号——小尺度衰落及分布
❖
❖
◆ Rayleigh衰落
❖
◆ Rice衰落
❖
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41
瑞利(Rayleigh)衰落
❖ 设无直射波的N个路径信号的幅值和到达接收天线的方 位角是随机的且统计独立
❖ 发送信号为：
so(t)a0ej2fct
❖
接收信号为： N r(t)
e e j(2[(fcfD )i(t)fD t] i) j2fct
i
❖ 令：
i 1
i 2[fc ( fD )i( t) fD t]i
N
x i cosi
i1
N
y i sini
i1
❖ 则： r(t)(xjy )ej2fct
❖ x和y是独立随机变量之和，根据中心极限定律， x 和y
趋于正态分布。因此合信号复包络 r x2 y2 为瑞利
18.06.❖2020分布即，：相位为均匀分布。p(r)r2exp2r2 [2] (r0) 42
25
移动环境的场强特性
移动通信环境下场强变化剧烈
场强变化的平均值随距离增加而衰减 场强特性曲线的中值呈慢速变化---慢衰落 场强特性曲线的瞬时值呈快速变化---快衰
落
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❖ 2.接收信号中的四种效应
阴影效应：由地形结构起伏，不同障碍物对电 波的遮挡引起的随机性，表现为慢衰落
多径效应：由移动体周围的局部散射体引起的 多径传播，表现为快衰落
信号谱密度
信号强度
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频率
快衰落
时： ❖ 时域：单频等幅载波； ❖ 频域：在单一频率上单根谱线(脉冲)； ❖ 2)信道输出：
❖ 时域：包络起伏不平；
1. 三类不同层次的损耗
路径传播损耗：自由空间传播损耗（ Path loss）与弥散；
❖ 慢衰落损耗：主要由阴影效应引起；
❖ 快衰落：主要由多径效应和多普勒效 应引起。
❖
快衰落又可分为：空间选择性快
衰落、频率选择性快衰落与时间选择性
快衰落。
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接收信号的统计分析
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衰落周期，即与时域中的时延扩散程度
18.06.2020 成正比T2=1/L。
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频率选择性衰落其现象、成因与机理 如图所示：
1 L
f
宽带 移动信道
f L
2
t
t0
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t t0 t
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4.1.3 频率扩展---时间选择性衰落
所谓时间选择性衰落，是指在不同 的时间衰落特性是不一样的。
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实际空间传播
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移动通信环境---场强测试曲线
C e llu la r sta tio n
Cn n V
R aBduioildTinogw e r
远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动 用户与基站之间的距离也是在随机变化，若各 移动用户发射信号功率一样，那么到达基站时 信号的强弱将不同，离基站近者信号强，离基 站远者信号弱。通信系统中的非线性将进一步 加重信号强弱的不平衡性，甚至出现了以强压
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❖ 远近效应：由于接收用户的随机移动性，移
动用户与基站之间的距离也是在随机变化，
若各移动用户发射信号功率一样，那么到达
基站时信号的强弱将不同，离基站近者信号
强，离基站远者信号弱。通信系统中的非线
性将进一步加重信号强弱的不平衡性，甚至
出现了以强压弱的现象，并使弱者，即离基
站较远的用户产生掉话(通信中断)现象，通常
信道的传输模型
信道模型的分类
信道的传播模型可以分为： ❖ 大尺度传播模型和小尺度衰落。
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大尺度传播模型
定义：
❖ 描述了长距离内接收信号的强度的缓慢变化， 这些变化是由发射天线和接收天线之间传播 路径上的障碍物遮挡造成的。
主要的模型代表有：
Lee 模型、Okumura-Hata模型、 COST231-Hata模型、Walfisch-Ikegami模 型(WIM)、室内传播模型
◆多径效应引起的接收问题：额外的路径损耗、
突发性误码、严重的码间干扰
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多径效应（2）
❖ ❖
❖ ❖ ❖ ❖
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幅度：衰落 在小的传播距离或时间段信
号强度的迅速变化
时间：多径时延 多径延迟所引起的时间扩散
频率：多普勒扩展 由于在不同多径信号上不同
的多普勒频移所产生的随机频率调制
❖ ◆定义： 由于移动信道中直射、反射和折射现
象的同时存在，使得发射信号通过不同的传播 路径，形成幅度、相位及到达时间相互区别的 多个信号而到达接收台；并且不同多径成分的 相位、幅度等都是随机、独立变化的；接收到 的信号由大量具有随机幅度，相位和到达角度 的平面波组成。这些多径分量在接收天线进行 矢量组合，从而使接收信号失真或衰落。
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多径效应(3)－移动通信信道分析
❖ 时延扩展 频率选择性衰落 ❖ 频率扩展 时间选择性衰落 ❖ 角度扩展 空间选择性衰落
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4.1.2 时延扩展---频率选择性衰落
所谓频率选择性衰落是指在不同频
段上衰落特性不一样。
信号强度
信号谱密度
t0 t1t2 t3...
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18.06.202弱0 的现象，即使离基站较远的用户产生掉话(通 27 信中断)现象，通常称这一现象为远近效应。
❖ 阴影效应：由大型建筑物和其它物体的阻挡， 在电波传播的接收区域中产生传播半盲区。 它类似于太阳光受阻挡后可产生的阴影，光 波的波长较短，因此阴影可见，电磁波波长 较长，阴影不可见，但是接收终端(如手机)与 专用仪表可以测试出来。
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传播路径
◆直射波---视距传播
◆反射波
发射天线
◆地表面波
直射波 反射波
地表面波
接收天线
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反射（Reflection）
❖ 当电磁波遇到比波长大得多的物体时， 发生反射。反射发生在地球表面、建筑 物和墙壁表面
18.0径6.202效0 应。这类多径干扰是非常复杂的，有时 30 根本收不到主径直射波，收到的是一些连续
❖ 多普勒效应：它是由于接收用户处于高速移 动中比如车载通信时传播频率的扩散而引起 的，其扩散程度与用户运动速度成正比。这 一现象只产生在高速(≥70km/h)车载通信时， 而对于通常慢速移动的步行和准静态的室内 通信，则不予考虑。
❖ ◆其次，由于用户台的移动性，传播参数随 时变化，引起接收场强的快速波动。
❖
❖ ◆移动信道是一种是时变信道。
❖
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❖在上述移动信道的三个主要特点以及传 播的三种主要机制作用下，无线电波通过 移动信道时,接收点的信号将产生：
❖1、三类损耗 ❖2、四种效应
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18.0称6.202这0 一现象为远近效应。
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❖ 多径效应：由于接收者所处地理环境的复杂 性、使得接收到的信号不仅有直射波的主径 信号，还有从不同建筑物反射过来以及绕射 过来的多条不同路径信号。而且它们到达时 的信号强度，到达时间以及到达时的载波相 位都是不一样的。所接收到的信号是上述各 路径信号的矢量和，也就是说各径之间可能 产生自干扰，称这类自干扰为多径干扰或多
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❖ 为什么要研究无线信道?
❖ 无线通信系统的性能主要受到移动无线信道的制约, 移动无线信道具有多样性,同一无线空中接口在不同 的移动无线信道中的性能大不相同.
❖ 如何描述移动无线信道?
❖ 采用理论分析,场强实测统计和计算机模拟三种方法 .
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内容提要
❖
◆无线电波传播特性分析
❖
■自由空间传播
❖
■陆地传播机制
❖
◆移动环境下的信道分析
❖
■移动无线传播环境概述
❖
■小尺度多径衰落模型
❖
■大尺度路径损耗模型
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❖ ◆有线信道：平稳，可预测；
❖ ◆无线信道：极为随机，难于分析，难于模拟；非 视距、多径、运动，造成衰落。
❖ ◆传播机制：反射、绕射和散射；
❖ 例，城市中多径，无直视路径。
❖ ◆传播模型的重点：预测在距离发射机的给定距离 上平均接收的信号强度以及信号强度的变化
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自由空间传播（1）
◆什么叫自由空间？无任何衰减、无
任何阻挡、无任何多径的传播空间。
◆无线电波在自由空间传播时，其单位
面积中的能量会因为扩散而减少。这 种减少，称为自由空间的传播损耗。
如图所示，发射功率为PT，发射天线 为各向均匀辐射，则以发射源为中心， d为半径的球面上单位面积的功率为：
时间
窄带信号
频率
宽带信号
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❖ 1)信道输入
❖ 频域：白色等幅频谱
❖ 时域：在t0时刻输入一个脉冲 ❖ 2)信道输出
❖ 频域：衰落起伏的有色谱
❖ 时域：在t0 +t瞬间，脉冲在时域产生了 扩散，其扩散宽度为L/2。其中为t绝对 时延。
❖ 3)结论：由于信道在时域的时延扩散，
引起了在频域的频率选择性衰落。且其
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多径信号——小尺度衰落及分布
❖
❖
◆ Rayleigh衰落
❖
◆ Rice衰落
❖
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瑞利(Rayleigh)衰落
❖ 设无直射波的N个路径信号的幅值和到达接收天线的方 位角是随机的且统计独立
❖ 发送信号为：
so(t)a0ej2fct
❖
接收信号为： N r(t)
e e j(2[(fcfD )i(t)fD t] i) j2fct
i
❖ 令：
i 1
i 2[fc ( fD )i( t) fD t]i
N
x i cosi
i1
N
y i sini
i1
❖ 则： r(t)(xjy )ej2fct
❖ x和y是独立随机变量之和，根据中心极限定律， x 和y
趋于正态分布。因此合信号复包络 r x2 y2 为瑞利
18.06.❖2020分布即，：相位为均匀分布。p(r)r2exp2r2 [2] (r0) 42
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移动环境的场强特性
移动通信环境下场强变化剧烈
场强变化的平均值随距离增加而衰减 场强特性曲线的中值呈慢速变化---慢衰落 场强特性曲线的瞬时值呈快速变化---快衰
落
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❖ 2.接收信号中的四种效应
阴影效应：由地形结构起伏，不同障碍物对电 波的遮挡引起的随机性，表现为慢衰落
多径效应：由移动体周围的局部散射体引起的 多径传播，表现为快衰落
信号谱密度
信号强度
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频率
快衰落
时： ❖ 时域：单频等幅载波； ❖ 频域：在单一频率上单根谱线(脉冲)； ❖ 2)信道输出：
❖ 时域：包络起伏不平；
1. 三类不同层次的损耗
路径传播损耗：自由空间传播损耗（ Path loss）与弥散；
❖ 慢衰落损耗：主要由阴影效应引起；
❖ 快衰落：主要由多径效应和多普勒效 应引起。
❖
快衰落又可分为：空间选择性快
衰落、频率选择性快衰落与时间选择性
快衰落。
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接收信号的统计分析
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衰落周期，即与时域中的时延扩散程度
18.06.2020 成正比T2=1/L。
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频率选择性衰落其现象、成因与机理 如图所示：
1 L
f
宽带 移动信道
f L
2
t
t0
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t t0 t
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4.1.3 频率扩展---时间选择性衰落
所谓时间选择性衰落，是指在不同 的时间衰落特性是不一样的。
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实际空间传播
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