移动通信移动信道
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Mobile Communication
第四讲
目录
第1章 概论 (2) 第2章 调制解调 第3章 移动信道的传播特性 (3) 第4章 抗衰落技术 (1) 第5章 组网技术 (4) 第6章 频分多址(FDMA)模拟蜂窝网 第7章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (4) 第8章 码分多址(CDMA)移动通信系统(一) (4) 第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统(二) (1) 第10章移动通信的展望——个人通信 (1)
第4页
2020/6/9
3.2.1 传播路径与信号衰落
(1) 接收端的合成场强
直射波
反射波 散射波 绕射波
01
Direct
Wave
02
基移站动天台线天高线度高：度：hhbm>≈320～m3m
直射波传播距离： d 地面反射波传播距离：d1 散射波传播距离： d2
01=02
反射系数：R=－1
第5页
2020/6/9
3.2.1 传播路径与信号衰落
(1) 接收端的合成场强
合成场强E为：
E
E 0
j 2
(11e
d1
2e
j 2
d 2
)
E0—直射波场强 λ —是工作波长
α1 —地面反射波相对于直射波的衰减系数 α2 —散射波相对于直射波的衰减系数
d1 d1 d d2 d2 d
第6页
2020/6/9
第2页
2020/6/9
第三章 移动信道中的电波传播与分集接收
3.1 无线电波传播 3.2 移动信道特征 3.3 陆地移动信道的场强估算 3.4 其它移动信道的传输特点 3.5 分集接收
第3页
2020/6/9
3.2 移动信道特征
3.2.1 传播路径与信号衰落 3.2.2 多径效应与瑞利衰落 3.2.3 慢衰落特性和衰落储备 3.2.4 多径时散与相关带宽
调制； 多径传播时延引起的时延扩展。
第13页
2020/6/9
3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(3) 多普勒效应
移动台以速率 v 在长度为 d 的路径上运动，信号电波从源 S 出发，在 x 点和 y 点分别被移动台接收时的路径差为：
Δl=dcosθ= vΔtcosθ
S
第14页
l
x vd
y
2020/6/9
第18页
2020/6/9
3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(4) 多径时散
假定 E(τ) 为 不同时延信号构成的时延谱。
① 平均时延 ：是E(τ) 的 一阶矩： tE(t)dt 0
② 多径时延扩展Δ：是E(τ) 二阶矩的均方根（rms)。
Δ t 2E(t)dt 2 0
Δ表明了多径时散扩展的程度：Δ↑，时延扩展越严重； Δ↓，时延扩展 越轻。
(3) 多普勒效应
多普勒频移使接收频率变为： fR= f0+ fi 若移动台 入射波方向， 则 fi 为正，fR 若移动台 入射波方向，则 fi 为负， fR
信号经不同方向传播，多径分量造成接收信号多普勒扩散， 因而造成频率调制。
第16页
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(4) 多径时散：多径效应在时域上造成信号时间扩散的现象 。
基站天线 1
2
图 3-14 多径时散示例
第17页
3 4
2020/6/9
3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(4) 多径时散
t = t0
（a）
t1 t1+τ11 t1+τ12
t=t0+α
（b）
t2
t2+τ22 t2+τ23
t2+τ21
t=t0+β
t3
（c）
t3+τ34
图 3-15 时变多径信道响应示例
(a) N=3; (b) N=4; (c) N=5
衰落速率：每秒钟信号包络经过中值电平次数的一半。
第11页
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(1) 小尺度衰落（快衰落）
d2
hb
d
¦È
d1
¦È
图 3-6 移动信道的传播路径
第12页
hm 2020/6/9
3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(2) 快衰落的三个主要效应表现
经过短距离或短时间传播的信号幅度急速变化； 不同多径信号存在时变多普勒（Doppler）引 起的随机频率
第19页
2020/6/9
3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(5) 相关带宽 Bc：
Bc：是指一特定频率范围，在该范围内，两个频率分量有很 强的幅度相关性。
Bc
2
1 (t)
角度调制信号的相关带宽：
Bc
1
2
第20页
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(5) 相关带宽 Bc：
3.2.1 传播路径与信号衰落
(2) 典型信号衰落特性
接收信号是多个电波合成的；
直射波、反射波或散射波在接收地点形成干涉场，使信号产
生深度且快速的衰落。
相对于中值的电平/dB
d=vt 变动范围：30～40dB
局部中值：在局部时间中， 信号电平大于或小于它的时 间各为50%。
全局中值：局部中值取平均.
值与中值仅相差0.55dB。
这一点要搞明白
short term fading
long term fading
t
第10页
2020/6/9
3.2.2 多径效应与瑞利衰落
上述分析和大量实测表明：多径效应使接收信号包络变化接 近瑞利分布。在典型移动信道中：
衰落深度达30dB 左右； 衰落速率约30-40次/秒。
3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(3) 多普勒效应
多普勒频移：由图看出由路程差造成的接收信号相位变化为：
2l 2vt cos 由此可得出频率变化值 , 即多普勒频移：
i
fi
与移动台速度
fi
v
,及2运1动 方t向与v入射co波s夹i 角
θi
有关。
第15页
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
第8页
2020/6/9
3.2.2 多径效应与瑞利衰落
图 3.9 瑞利分布的概率密度
第9页
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3.2.2 多径效应与瑞利衰落
包络 r 的中值：
1
ห้องสมุดไป่ตู้
rmid
2
p(r)dr
0
得到 r 的中值：rmedian=1.177σ
而 r 的平均值： rmean=1.532σ
power
因此，瑞利衰落信号的平均
第7页
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3.2.2 多径效应与瑞利衰落
多径衰落信号包络服从瑞利分布，其概率密度函数为：
p(r)
1
2 r 2
re 2 2 d
2 2 0
r
2
e
r2 2 2
(r 0)
(3 44)
由式（3-44）可知，多径衰落信号服从瑞利分布，故称为瑞 利衰落( Rayleight ) 。
瑞利分布和正态分布比较
第四讲
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第1章 概论 (2) 第2章 调制解调 第3章 移动信道的传播特性 (3) 第4章 抗衰落技术 (1) 第5章 组网技术 (4) 第6章 频分多址(FDMA)模拟蜂窝网 第7章 时分多址(TDMA)数字蜂窝网 (4) 第8章 码分多址(CDMA)移动通信系统(一) (4) 第9章 码分多址(CDMA)移动通信系统(二) (1) 第10章移动通信的展望——个人通信 (1)
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3.2.1 传播路径与信号衰落
(1) 接收端的合成场强
直射波
反射波 散射波 绕射波
01
Direct
Wave
02
基移站动天台线天高线度高：度：hhbm>≈320～m3m
直射波传播距离： d 地面反射波传播距离：d1 散射波传播距离： d2
01=02
反射系数：R=－1
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3.2.1 传播路径与信号衰落
(1) 接收端的合成场强
合成场强E为：
E
E 0
j 2
(11e
d1
2e
j 2
d 2
)
E0—直射波场强 λ —是工作波长
α1 —地面反射波相对于直射波的衰减系数 α2 —散射波相对于直射波的衰减系数
d1 d1 d d2 d2 d
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第三章 移动信道中的电波传播与分集接收
3.1 无线电波传播 3.2 移动信道特征 3.3 陆地移动信道的场强估算 3.4 其它移动信道的传输特点 3.5 分集接收
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3.2 移动信道特征
3.2.1 传播路径与信号衰落 3.2.2 多径效应与瑞利衰落 3.2.3 慢衰落特性和衰落储备 3.2.4 多径时散与相关带宽
调制； 多径传播时延引起的时延扩展。
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(3) 多普勒效应
移动台以速率 v 在长度为 d 的路径上运动，信号电波从源 S 出发，在 x 点和 y 点分别被移动台接收时的路径差为：
Δl=dcosθ= vΔtcosθ
S
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x vd
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(4) 多径时散
假定 E(τ) 为 不同时延信号构成的时延谱。
① 平均时延 ：是E(τ) 的 一阶矩： tE(t)dt 0
② 多径时延扩展Δ：是E(τ) 二阶矩的均方根（rms)。
Δ t 2E(t)dt 2 0
Δ表明了多径时散扩展的程度：Δ↑，时延扩展越严重； Δ↓，时延扩展 越轻。
(3) 多普勒效应
多普勒频移使接收频率变为： fR= f0+ fi 若移动台 入射波方向， 则 fi 为正，fR 若移动台 入射波方向，则 fi 为负， fR
信号经不同方向传播，多径分量造成接收信号多普勒扩散， 因而造成频率调制。
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(4) 多径时散：多径效应在时域上造成信号时间扩散的现象 。
基站天线 1
2
图 3-14 多径时散示例
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(4) 多径时散
t = t0
（a）
t1 t1+τ11 t1+τ12
t=t0+α
（b）
t2
t2+τ22 t2+τ23
t2+τ21
t=t0+β
t3
（c）
t3+τ34
图 3-15 时变多径信道响应示例
(a) N=3; (b) N=4; (c) N=5
衰落速率：每秒钟信号包络经过中值电平次数的一半。
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(1) 小尺度衰落（快衰落）
d2
hb
d
¦È
d1
¦È
图 3-6 移动信道的传播路径
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(2) 快衰落的三个主要效应表现
经过短距离或短时间传播的信号幅度急速变化； 不同多径信号存在时变多普勒（Doppler）引 起的随机频率
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(5) 相关带宽 Bc：
Bc：是指一特定频率范围，在该范围内，两个频率分量有很 强的幅度相关性。
Bc
2
1 (t)
角度调制信号的相关带宽：
Bc
1
2
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(5) 相关带宽 Bc：
3.2.1 传播路径与信号衰落
(2) 典型信号衰落特性
接收信号是多个电波合成的；
直射波、反射波或散射波在接收地点形成干涉场，使信号产
生深度且快速的衰落。
相对于中值的电平/dB
d=vt 变动范围：30～40dB
局部中值：在局部时间中， 信号电平大于或小于它的时 间各为50%。
全局中值：局部中值取平均.
值与中值仅相差0.55dB。
这一点要搞明白
short term fading
long term fading
t
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3.2.2 多径效应与瑞利衰落
上述分析和大量实测表明：多径效应使接收信号包络变化接 近瑞利分布。在典型移动信道中：
衰落深度达30dB 左右； 衰落速率约30-40次/秒。
3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(3) 多普勒效应
多普勒频移：由图看出由路程差造成的接收信号相位变化为：
2l 2vt cos 由此可得出频率变化值 , 即多普勒频移：
i
fi
与移动台速度
fi
v
,及2运1动 方t向与v入射co波s夹i 角
θi
有关。
第15页
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
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3.2.2 多径效应与瑞利衰落
图 3.9 瑞利分布的概率密度
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3.2.2 多径效应与瑞利衰落
包络 r 的中值：
1
ห้องสมุดไป่ตู้
rmid
2
p(r)dr
0
得到 r 的中值：rmedian=1.177σ
而 r 的平均值： rmean=1.532σ
power
因此，瑞利衰落信号的平均
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3.2.2 多径效应与瑞利衰落
多径衰落信号包络服从瑞利分布，其概率密度函数为：
p(r)
1
2 r 2
re 2 2 d
2 2 0
r
2
e
r2 2 2
(r 0)
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由式（3-44）可知，多径衰落信号服从瑞利分布，故称为瑞 利衰落( Rayleight ) 。
瑞利分布和正态分布比较