《移动通信原理》课程第二章

《《移动通信原理》课程第二章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《移动通信原理》课程第二章（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、移动信道及移动信道及3 3个主要特点个主要特点信道中的电磁波传播过程信道中的电磁波传播过程传播一般性分析计算传播一般性分析计算接收信号中的接收信号中的3 3类损耗与类损耗与4 4种效应种效应三类主要快衰落三类主要快衰落实际移动通信中实际移动通信中3 3类选择性衰落如何产生类选择性衰落如何产生传播类型与信道模型的定量分析传播类型与信道模型的定量分析第2章无线传播与移动信道讨论及解决问题：讨论及解决问题：本章概要概念、术语；简单分析过程；计算方法及公式应用。概念、术语；简单分析过程；计算方法及公式应用。移动通信的主要特点：传播的开放性、接收环境的复杂移动通信的主要特点：传播的开放性、接收环境的复杂

2、性和用户的随机移动性；性和用户的随机移动性；接收信号的接收信号的3 3类损耗：路径传播损耗、慢衰落损耗和快衰类损耗：路径传播损耗、慢衰落损耗和快衰落损耗；落损耗；4 4类效应：阴影效应、远近效应、多径效应与多普勒效应。类效应：阴影效应、远近效应、多径效应与多普勒效应。传播过程简要分析过程及常规公式；传播过程简要分析过程及常规公式；对大范围、大尺度传播损耗进行了定量的分析和计算。对大范围、大尺度传播损耗进行了定量的分析和计算。（模型）（模型）对小范围、小尺度传播特性各类快衰落做了进一步定量对小范围、小尺度传播特性各类快衰落做了进一步定量分析分析. .（模型，统计及瞬时）（模型，统计及瞬时）*移动

3、通信中的几种主要噪声和干扰（自选看）移动通信中的几种主要噪声和干扰（自选看）*基本情况基本情况通信的通信的3 3项基本指基本指标有效性：是指在占有尽可能少的信道资源有效性：是指在占有尽可能少的信道资源 =?=? ，如频段、，如频段、时隙和功率等的条件下尽可能多地传送信源的信息，是通时隙和功率等的条件下尽可能多地传送信源的信息，是通信的数量上的指标。信的数量上的指标。可靠性：主要是指在传输过程中抵抗各类客观自然干扰的可靠性：主要是指在传输过程中抵抗各类客观自然干扰的能力，但是在特殊的军事通信中，它还包含抵抗人为设置能力，但是在特殊的军事通信中，它还包含抵抗人为设置干扰的能力。干扰的能力。 安全性

4、：主要是指在传输中的安全保密性能，即收端防窃安全性：主要是指在传输中的安全保密性能，即收端防窃听、发端防伪造和篡改等的能力。听、发端防伪造和篡改等的能力。 信道分信道分类-按传输媒质按传输媒质有线信道：有线信道包括架空明线、电缆及光纤。有线信道：有线信道包括架空明线、电缆及光纤。无线信道。无线信道中有中、长波地表面波传播，短波电无线信道。无线信道中有中、长波地表面波传播，短波电离层反射传播，超短波和微波直射传播以及各种散射传播。离层反射传播，超短波和微波直射传播以及各种散射传播。 移动通信场强实测记录移动通信场强实测记录( (f=160 MHz)f=160 MHz)信道分类信道分类从从信道特性

5、参数随外界各种因素的影响而信道特性参数随外界各种因素的影响而变化分化分类类：恒参信道：恒参信道是指其传输特性的变化量极其微小。恒参信道：恒参信道是指其传输特性的变化量极其微小。且变化速度极慢，或者说，在足够长的时间内，其参数基且变化速度极慢，或者说，在足够长的时间内，其参数基本不变。本不变。变参信道：变参信道是指传输特性随时间的变化较快。移变参信道：变参信道是指传输特性随时间的变化较快。移动信道为典型的变参信道。动信道为典型的变参信道。示例：示例： 信道特征信道特征复杂动态复杂动态 变化大变化大严重衰落严重衰落应对方法应对方法各各类新技新技术解决的解决的问题：针对移动信道的动态时变特性，为解决

6、移动通信中的有效针对移动信道的动态时变特性，为解决移动通信中的有效性、可靠性和安全性的基本指标而设计的。性、可靠性和安全性的基本指标而设计的。移移动信道一般分析方法：信道一般分析方法：不能简单地应用固定点无线通信的电波传播模式；不能简单地应用固定点无线通信的电波传播模式；根据移动通信的特点，按照不同的传播环境和地形特征，根据移动通信的特点，按照不同的传播环境和地形特征，运用统计分析结合实际测量的方法，找到移动条件下的传运用统计分析结合实际测量的方法，找到移动条件下的传播规律，以获得准确预测接收信号场强的方法。播规律，以获得准确预测接收信号场强的方法。目的目的：(3(3stst*11)*11)获

7、得准确预测接收信号场强的方法。获得准确预测接收信号场强的方法。移动通信占用频率移动通信占用频率：150 150 MHz(VHF)MHz(VHF)： 30MHz 30MHz300MHz300MHz（含含300300MHzMHz）= =甚高频甚高频450 450 MHzMHz、900 MHz(UHF)900 MHz(UHF)频段：频段：300300MHzMHz3000MHz=3000MHz=超高频，超高频，又称分米波又称分米波2.1移动信道的特点移动信道的特点移移动通信信道的通信信道的3 3个主要特点：个主要特点：传播的开放性：一切无线信道都是基于电磁波在空间的传传播的开放性：一切无线信道都是基于

8、电磁波在空间的传播来实现开放式信息传输的。播来实现开放式信息传输的。接收环境的复杂性：接收点地理环境的复杂性与多样性。接收环境的复杂性：接收点地理环境的复杂性与多样性。按接收点地理环境划分为按接收点地理环境划分为3 3类典型区域，类典型区域，1)1)高楼林立的城市繁华区高楼林立的城市繁华区2)2)以一般性建筑物为主体的近郊区以一般性建筑物为主体的近郊区3)3)以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区通信用户的随机移动性通信用户的随机移动性1)1)准静态的室内用户通信准静态的室内用户通信2)2)慢速步行用户通信慢速步行用户通信3)3)高速车载用户通信（高速车载用户

9、通信（=70=70KmKm）与用户数，常规城市分类相似2.1.2移动通信信道中的电磁波传播移动通信信道中的电磁波传播移移动信道的信道的传播路径传播路径MSMS接收接收N N条路径信号条路径信号观察特点观察特点=?=?反射波反射波散射波散射波直射波直射波传播规律分析传播规律分析电磁波磁波传播播角度观察角度观察：1)1)直射波：是指在视距覆盖区内无遮挡的传播。它是超短波、直射波：是指在视距覆盖区内无遮挡的传播。它是超短波、微波的主要传输方式，经直射波传播的信号最强。微波的主要传输方式，经直射波传播的信号最强。2)2)反射波：是指从不同建筑物或其它反射体反射后到达接收反射波：是指从不同建筑物或其它反

10、射体反射后到达接收点的传播信号。信号强度较直射波弱点的传播信号。信号强度较直射波弱, ,近距离的多普勒效近距离的多普勒效应。应。3)3)绕射波：从较大的建筑物与山丘绕射后到达接收点的传播绕射波：从较大的建筑物与山丘绕射后到达接收点的传播信号。但它需要满足电波产生绕射的条件，其信号强度较信号。但它需要满足电波产生绕射的条件，其信号强度较直射波弱。直射波弱。4)4)其它：穿透建筑物的传播及空气中离子受激后其它：穿透建筑物的传播及空气中离子受激后, ,二次发射二次发射的漫反射产生的散射波，但它们相对于直射波、反射波、的漫反射产生的散射波，但它们相对于直射波、反射波、绕射波都比较弱。绕射波都比较弱。简

11、化分析简化分析频率频率f30MHzf30MHz的典型传播通路的典型传播通路：1)1)直射波：直接到达接收天线的电波，对直射波：直接到达接收天线的电波，对VHFVHF和和UHFUHF频段频段= =主要方式；主要方式；2)2)地面反射波：经过地面反射到达接收机的电波；地面反射波：经过地面反射到达接收机的电波；3)3)地表面波：沿地球表面传播的电波，对地表面波：沿地球表面传播的电波，对VHFVHF和和UHFUHF频段的地表面波可频段的地表面波可以忽略不计。以忽略不计。 原因原因= =地表面波的损耗随频率升高而急剧增大，传播地表面波的损耗随频率升高而急剧增大，传播距离迅速减小距离迅速减小 。4)4)反

12、射和散射：在移动信道中，电波遇到各种障碍物时会发生反射和反射和散射：在移动信道中，电波遇到各种障碍物时会发生反射和散射现象，它对直射波形成干涉，产生多径衰落现象。散射现象，它对直射波形成干涉，产生多径衰落现象。典型的传播通路典型的传播通路传播一般性分析计算（传播一般性分析计算（补充补充） *2*2st*st*(1)(1)自由空间的传播损耗自由空间的传播损耗：分析对象：直射波分析分析对象：直射波分析目标：接收点接收功率目标：接收点接收功率传播图形理论抽象为右图传播图形理论抽象为右图= =过程简述过程简述自由空间传播损耗自由空间传播损耗图上描述：设：图上描述：设：原点原点O O有一辐射源，均匀地向

13、各方向辐射，辐射功率为有一辐射源，均匀地向各方向辐射，辐射功率为P PT T经辐射后，能量均匀地分布在以经辐射后，能量均匀地分布在以O O点为球心，点为球心，d d为半径的球面上为半径的球面上球面的表面积为球面的表面积为4 4dd2 2传播一般性分析计算（传播一般性分析计算（补充补充）已知球面的表面积为已知球面的表面积为4 4dd2 2，因此，在球面单位面积上的功率应为因此，在球面单位面积上的功率应为P PT T4d4d2 2 若接收天线所能接收的有效面积取为若接收天线所能接收的有效面积取为A=A=2 244，则接收功率为则接收功率为 定义定义：传播损耗传播损耗= =发射功率与接收功率的比值，

14、发射功率与接收功率的比值，则，自由空间传播损耗则，自由空间传播损耗L Lbsbs, ,为为 传播一般性分析计算（传播一般性分析计算（补充补充）工程应用：以工程应用：以dBdB表示，有表示，有式中，式中，f f为波长换算的相应的工作频率为波长换算的相应的工作频率( (MHz)MHz)，d d为收发间距离为收发间距离( (km)km)。分析及讨论分析及讨论：=(=(上式的变化规律上式的变化规律= =？）？）结论：结论：自由空间传播损耗只与工作频率、和传播距离自由空间传播损耗只与工作频率、和传播距离d d有关。当工作频率有关。当工作频率提高一倍，或者说工作波长减小一半时，电波在自由空间的传播损提高一

15、倍，或者说工作波长减小一半时，电波在自由空间的传播损耗就增加耗就增加6 6dBdB。同样，当传播距离加大一倍时，传播损耗也增加同样，当传播距离加大一倍时，传播损耗也增加6 6dBdB。(2）大气折射及地球等效半径）大气折射及地球等效半径大气折射：大气折射：原因：原因： 实际的移动信道中，电波在低层大气中传播，低层大气为非均匀实际的移动信道中，电波在低层大气中传播，低层大气为非均匀介质，它的温度、湿度以及气压均随时间和空间而变化，因此产介质，它的温度、湿度以及气压均随时间和空间而变化，因此产生折射及吸收现象。在生折射及吸收现象。在VHF(150MHz)VHF(150MHz)、UHF(900MHz

16、)UHF(900MHz)频段，折射现频段，折射现象尤为突出，象尤为突出，效应：直接影响视线传播的极限距离。效应：直接影响视线传播的极限距离。大气对电波的折射大气对电波的折射: :当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，使电波射束发生弯曲，弯曲由于不同高度上的电波传播速度不同，使电波射束发生弯曲，弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度dndndhdh。这种由大气折这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象，称为大气对电波的折射。射率引起电波传播方向发生弯曲的现象，称为大气对

17、电波的折射。 版图示意折射效果图版图示意折射效果图折射效果图：不同大气折射的电波传播轨迹折射效果图：不同大气折射的电波传播轨迹折射效果图折射效果图地球等效半径地球等效半径思路：认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径思路：认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径Ro(6370Km)Ro(6370Km)变成了等效半径变成了等效半径ReReReRe与与R R之间的关系为：之间的关系为：式中，式中，k k称作地球等效半径系数。称作地球等效半径系数。典型数据：典型数据：1)1)标准大气折射情况下标准大气折射情况下 即当即当dndndh-410dh-410-8-8(m(m-1-1) )时时

18、，2)2)等效地球半径系数等效地球半径系数k=4k=43 3，3)3)地球等效半径地球等效半径Re=8500 kmRe=8500 km。大气折射对传播的影响：大气折射对传播的影响：大气折射有利于超视距的传播大气折射有利于超视距的传播在视线距离内，也会产生多径衰落在视线距离内，也会产生多径衰落 因为由折射现象所产生的折因为由折射现象所产生的折射波会同直射波同时存在射波会同直射波同时存在 （效果自判（效果自判= =？）？）。视线传播极限距离视线传播极限距离分析图：分析图：天线高度分别为天线高度分别为htht和和hrhr，两个天线顶点的连线两个天线顶点的连线ABAB与地面相切于与地面相切于c c点。

19、点。求直线距离求直线距离= =？示意图：示意图： 视线传播的极限距离视线传播的极限距离视线传播极限距离（视线传播极限距离（-数学解决问题）数学解决问题）条件近似：条件近似： 地球等效半径地球等效半径ReRe远远大于天线高度，因此，自发射天线顶点远远大于天线高度，因此，自发射天线顶点A A到切点到切点c c的距离的距离d1d1为为 简推下式：余弦、正弦。角度转换简推下式：余弦、正弦。角度转换 同理：同理： 故：视线传播的极限距离为故：视线传播的极限距离为典型数据典型数据工程公式工程公式在标准大气折射情况下，在标准大气折射情况下，Re=8500 km Re=8500 km 扩展应用意义：扩展应用意

20、义：考虑考虑= =最小天线高度？最小天线高度？ 实际天线高度？实际天线高度？ 障碍物的影响与绕射损耗障碍物的影响与绕射损耗 有限空间问题有限空间问题 绕射损耗绕射损耗: : 实际情况中，电波在直射传播中存在各种障碍物，实际情况中，电波在直射传播中存在各种障碍物，由障碍物引起的附加传播损耗。由障碍物引起的附加传播损耗。菲涅尔余隙菲涅尔余隙: : 障碍物顶点障碍物顶点P P至直射线至直射线TRTR的距离的距离分析绕射引起的附加损耗：绕射引起的附加损耗即相对于自由空分析绕射引起的附加损耗：绕射引起的附加损耗即相对于自由空间传播的分贝数。间传播的分贝数。规定规定: :阻挡时余隙为负。阻挡时余隙为负。有

21、限空间传播问题有限空间传播问题分析图分析图: :负余隙条件。负余隙条件。分析图分析图: :正余隙条件正余隙条件= =无阻挡无阻挡注意判定其效果注意判定其效果= =？菲涅尔余隙的计算菲涅尔余隙的计算基本思路：无线空间转化为有限空间。基本思路：无线空间转化为有限空间。版图演示转化过程版图演示转化过程x x1 1是第一菲涅尔区在是第一菲涅尔区在P P点横截面的半径，它由下列关系式求得点横截面的半径，它由下列关系式求得 分析过程：分析过程： 见上图所示。图中见上图所示。图中x x表示障碍物顶点表示障碍物顶点P P至直射线至直射线TRTR的距离的距离( (菲涅尔菲涅尔余隙余隙) )。 由障碍物引起的绕射

22、损耗与菲涅尔余隙的关系由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系= =？ 分析结论分析结论 示示意意图图：障障碍碍物物、余余隙隙、绕绕射射损损耗耗与与菲菲涅涅尔余隙的关系。尔余隙的关系。 图图中中，纵纵坐坐标标为为绕绕射射引起的附加损耗引起的附加损耗图上规律分析图上规律分析= =？结果表示结果表示当当x/xx/x1 10.50.5时时，附附加加损损耗耗约约为为0 0 dBdB，即即障障碍碍物物对对直直射射波波传传播播基基本本上没有影响上没有影响；当当x0x0.5xx0.5x1 1例例：设设在在上上图图( (a)a)所所示示的的传传播播路路径径中中，菲菲涅涅尔尔余余隙隙x x1 1=-82m=-8

23、2m，d1=5 d1=5 kmkm，d2=10kmd2=10km，工作频率为工作频率为150 150 MHzMHz。试求电波传播损耗。试求电波传播损耗。解解: : 先求出自由空间传播损耗：先求出自由空间传播损耗： Lbs=32.45+20lg(5+10)+20lgl50=99.5 dBLbs=32.45+20lg(5+10)+20lgl50=99.5 dB求第一菲涅尔区半径：求第一菲涅尔区半径： x x1 1=81.7m=81.7m由由上上图图 查查得得附附加加损损耗耗（x/xx/x1 1-1-1）为为1717dBdB，所所以以电电波波传传播播的的损损耗耗为为 L=Lbs+17=116.5 d

24、BL=Lbs+17=116.5 dB问题：损耗的正负代表的物理意义？工程上典型值问题：损耗的正负代表的物理意义？工程上典型值= =？ 2.1.3接收信号中的接收信号中的3类损耗与类损耗与4种效应种效应*3st-11强强烈烈的的绕绕射射损损耗耗：大大多多数数蜂蜂窝窝无无线线系系统统运运作作在在城城区区，发发射射机机和和接接收收机机之之间间无无直直接接视视距距路路径径，而而且且高高层层建建筑筑产产生生了了强强烈烈的的绕绕射射损损耗。耗。多多路路径径反反射射：由由于于不不同同物物体体的的多多路路径径反反射射，经经过过不不同同长长度度路路径径的电磁波相互作用引起多径损耗，的电磁波相互作用引起多径损耗，

25、电电磁磁波波强强度度的的衰衰减减：随随着着发发射射机机和和接接收收机机之之间间距距离离的的不不断断增增加加而引起电磁波强度的衰减。而引起电磁波强度的衰减。 传播方式：上面结论传播方式：上面结论=3=3种种主要方式：主要方式：接收点的信号特征（接收点的信号特征（1） 影响效果影响效果= =信号强度减小呈现一定规律性。具有信号强度减小呈现一定规律性。具有4 4种主要效应种主要效应阴阴影影效效应应：由由于于大大型型建建筑筑物物和和其其它它物物体体的的阻阻挡挡，在在电电波波传传播播的的接接收收区区域域中中产产生生传传播播半半盲盲区区，类类似似于于太太阳阳光光受受阻阻挡挡后后产产生生的的阴阴影影。光光波

26、波的的波波长长较较短短，阴阴影影可可见见，电电磁磁波波波波长长较较长长，阴阴影影不不可可见，但是接收终端见，但是接收终端( (如手机如手机) )与专用仪表可以测试出来。与专用仪表可以测试出来。远远近近效效应应：由由于于接接收收用用户户的的随随机机移移动动性性，移移动动用用户户与与基基站站之之间间的的距距离离也也在在随随机机变变化化，若若各各移移动动用用户户发发射射信信号号的的功功率率一一样样，那那么么到到达达基基站站时时信信号号的的强强弱弱将将不不同同，离离基基站站近近者者信信号号强强，离离基基站站远者信号弱。远者信号弱。对移动通信的影响对移动通信的影响对移动通信的影响对移动通信的影响=系统角

27、度、局部角度系统角度、局部角度系统角度、局部角度系统角度、局部角度 ？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，甚至出现以强压弱的现象，并使弱者即离基站较远的用户产生掉话现以强压弱的现象，并使弱者即离基站较远的用户产生掉话( (通信通信中断中断) )现象，通常称这一现象为现象，通常称这一现象为远近效应远近效应远近效应远近效应。接收点的信号特征（接收点的信号特征（2） *3*3st*st*多多径径效效应应：由由于于接接收收者者所所处处地地理理环环境境的的复复杂杂性性，接接收收到到的的信信号号有有直直射射波波的的主主径径信信号号+ +

28、 有有从从不不同同建建筑筑物物反反射射及及绕绕射射过过来来的的多多条条不不同同路路径径信信号号，它它们们到到达达时时的的信信号号强强度度、到到达达时时间间及及到到达达时时的的载载波波相相位位都都不不一一样样。所所接接收收到到的的信信号号是是上上述述各各路路径径信信号号的的矢矢量量之之和和，即即各各路路径径之之间间可可能能产产生生自自干干扰扰，称称这这类类自自干干扰扰为为多多径径干干扰扰或或多多径径效效应应。这这类类多多径径干干扰扰是是非非常常复复杂杂的的，有有时时根根本本收收不不到到主径直射波，收到的是一些连续反射波等。主径直射波，收到的是一些连续反射波等。多多普普勒勒效效应应：它它是是由由于

29、于接接收收用用户户处处于于高高速速移移动动中中，比比如如车车载载通通信信时时传传播播频频率率的的扩扩散散而而引引起起的的，其其扩扩散散程程度度与与用用户户运运动动速速度度成成正比。（正比。（这一现象只产生在高速这一现象只产生在高速(70(70kmkmh)h)车载通信时车载通信时）3个传播模型个传播模型大大尺尺度度传传播播模模型型：发发射射机机与与接接收收机机之之间间( (T-R)T-R)长长距距离离( (几几百百米米或或几几千千米米) )上上的的场场强强变变化化。当当移移动动台台远远离离发发射射机机时时，当当地地平平均均接接收收场强逐渐减弱，该平均接收场强由大尺度传播模型预测。场强逐渐减弱，该

30、平均接收场强由大尺度传播模型预测。中尺度衰减模型：中范围中尺度衰减模型：中范围( (中尺度、数百波长量级中尺度、数百波长量级) )的阴影效应，的阴影效应，小小尺尺度度衰衰减减模模型型：短短距距离离( (几几个个波波长长) )或或短短时时间间( (秒秒级级) )内内的的接接收收场场强强的的快快速速波波动动的的传传播播模模型型。当当接接收收机机移移动动距距离离与与波波长长相相当当时时，其接收场强可以发生其接收场强可以发生3 3或或4 4个数量级个数量级(30(30dBdB或或4040dB)dB)的变化。的变化。 解释；以解释；以3 3cmcm信号示例表述以上距离分类信号示例表述以上距离分类 研究方

31、法：预测平均场强研究方法：预测平均场强. .对对传传播播模模型型的的研研究究，传传统统上上集集中中于于给给定定范范围围内内平平均均接接收收场场强强的的预预测、特定位置附近场强的变化。测、特定位置附近场强的变化。已已有有的的结结果果：对对于于预预测测平平均均场场强强并并用用于于估估计计无无线线覆覆盖盖范范围围的的传传播播模型：模型：3 3个，按范围考虑个，按范围考虑接收点的信号出现的特点接收点的信号出现的特点损耗损耗= =信号强度随距离变化而减小。具有信号强度随距离变化而减小。具有3 3类不同层次的损耗类不同层次的损耗路路径径传传播播损损耗耗：一一般般称称为为衰衰耗耗，指指电电波波在在空空间间传

32、传播播所所产产生生的的损损耗耗。它它反反映映出出传传播播在在宏宏观观大大范范围围( (千千米米量量级级) )的的空空间间距距离离上上的的接接收收信信号号电电平平的的平平均均值值的的变变化化趋趋势势。（路路径径损损耗耗在在固固定定的的有有线线通通信中也存在，一般比这里的空间传播衰耗值要小一些信中也存在，一般比这里的空间传播衰耗值要小一些）慢慢衰衰落落损损耗耗：指指电电磁磁波波在在传传播播路路径径上上受受到到建建筑筑物物等等的的阻阻挡挡所所产产生生阴阴影影效效应应而而产产生生的的损损耗耗，反反映映了了在在中中等等范范围围内内( (数数百百波波长长量量级级) )的的接接收收信信号号电电平平平平均均值

33、值起起伏伏变变化化的的趋趋势势。这这类类损损耗耗一一般般为为无无线线传传播播所所特特有有，一一般般从从统统计计规规律律上上看看遵遵从从对对数数正正态态分分布布，其其变变化化率比传送信息率慢，故又称为慢衰落。率比传送信息率慢，故又称为慢衰落。快快衰衰落落损损耗耗：反反映映微微观观小小范范围围( (数数十十波波长长以以下下量量级级) )接接收收电电平平的的平平均均值值的的起起伏伏变变化化趋趋势势。其其电电平平幅幅度度分分布布一一般般遵遵从从瑞瑞利利( (RayleighRayleigh) )分分布布、莱莱斯斯( (Rice)Rice)分分布布和和纳纳卡卡伽伽米米( (NakagamiNakagam

34、i) )分分布布，其变化速率比慢衰落快，故又称为快衰落。其变化速率比慢衰落快，故又称为快衰落。空间选择性快衰落空间选择性快衰落频率选择性快衰落频率选择性快衰落时间选择性快衰落时间选择性快衰落2.2 三类主要快衰落三类主要快衰落- 空间选择性空间选择性衰落衰落给个示例或图给个示例或图信道输入信道输入射频：单频等幅载波。射频：单频等幅载波。角度域：送入一个角度域：送入一个脉脉冲式的点波束冲式的点波束。 信道输出信道输出: :=现象现象= =观察接观察接收收 时空域：在不同接收点时空域：在不同接收点S1S1，S2S2，S3S3，时域上衰落特时域上衰落特性是不一样的，即同一时性是不一样的，即同一时间、

35、不同地点间、不同地点( (空间空间) )衰落衰落起伏是不一样的，这样，起伏是不一样的，这样，从空域上看，其信号包络从空域上看，其信号包络的起伏周期为的起伏周期为T1T1。 等效等效为角度扩散为角度扩散 角度域：在原来角度上的角度域：在原来角度上的点波束产生了扩散，点波束产生了扩散，结结论论：由由于于开开放放型型的的时时变变信信道道使使天天线线的的点点波波束束产产生生了了扩扩散散而而引引起起了了空空间间选选择择性性衰落。衰落。 衰落周期如上图示衰落周期如上图示 空间选择性衰落，通常又称为平坦瑞空间选择性衰落，通常又称为平坦瑞利衰落。这里的平坦特性是指在时域、利衰落。这里的平坦特性是指在时域、频域

36、中不存在选择性衰落。频域中不存在选择性衰落。 2.2.2频率选择性衰落频率选择性衰落信道输入信道输入频域：白色等幅频谱。频域：白色等幅频谱。时域：在时域：在t0t0时刻输入一时刻输入一个个脉冲。脉冲。信道输出信道输出: : =现象现象= =观察观察接收接收 频域：衰落起伏的有色频域：衰落起伏的有色谱。谱。时域：在时域：在t0+tt0+t瞬间，瞬间，脉冲在时域产生了扩脉冲在时域产生了扩散，其扩散宽度为散，其扩散宽度为L/2L/2。其中，其中，tt为绝对时延。为绝对时延。 叠加叠加 结结论论：由由于于信信道道在在时时域域的的时时延延扩扩散散，引引起了在频域的频率选择性衰落。起了在频域的频率选择性衰

37、落。衰衰落落周周期期如如上上图图示示，即即与与时时域域中中的的时时延延扩散程度成正比。扩散程度成正比。 应用中的影响应用中的影响 图图2.2 2.2 频率选择性衰落信道原理图频率选择性衰落信道原理图2.2.3 时间选择性衰落时间选择性衰落信道输入信道输入时域：单频等幅载波。时域：单频等幅载波。频域：在单一频率频域：在单一频率f f0 0上单根谱线上单根谱线( (脉冲脉冲) )。信道输出信道输出: : =现象现象= =观察观察接收接收 时域：包络起伏不平。时域：包络起伏不平。频域：以频域：以f0+ff0+f为中心为中心产生频率扩散，其宽度产生频率扩散，其宽度为为B B。其中，其中，f f为绝对为

38、绝对多普勒频移，多普勒频移，B B为相对值。为相对值。 拟为叠加拟为叠加 图图2.3 2.3 时间选择性衰落信道原理图时间选择性衰落信道原理图? ?结结论论：由由于于用用户户的的高高速速移移动动在在频频域域引引起起多多普普勒勒频频移移，在在相相应应的的时时域域其其波波形形产产生生时间选择性衰落。时间选择性衰落。衰落周期如上图所示衰落周期如上图所示。 2.2.4 实际移动通信中实际移动通信中3类选择性衰落产生的条件类选择性衰落产生的条件图图2.4 32.4 3类多径干扰示意图类多径干扰示意图快速移动时接收快速移动时接收到的反射到的反射 远处高大物体反射远处高大物体反射 近天线区域反射近天线区域反

39、射 图上分析图上分析第一类多径干扰：由于快速移动用户附近的物体的反射而形成的第一类多径干扰：由于快速移动用户附近的物体的反射而形成的干扰信号，在信号的频域上产生了多普勒干扰信号，在信号的频域上产生了多普勒( (Doppler)Doppler)频移扩散，频移扩散，从而引起信号在时域上时间选择性衰落。从而引起信号在时域上时间选择性衰落。第二类多径干扰：用户信号由于远处的高大建筑物或山丘的反射第二类多径干扰：用户信号由于远处的高大建筑物或山丘的反射而形成的干扰信号。造成传送的信号在空间与时间上产生了扩散。而形成的干扰信号。造成传送的信号在空间与时间上产生了扩散。空域上波束角度的扩散引起接收点信号产生

40、空间选择性衰落，时空域上波束角度的扩散引起接收点信号产生空间选择性衰落，时域上的扩散将引起接收点信号产生频率选择性衰落。域上的扩散将引起接收点信号产生频率选择性衰落。第三类多径于扰：由于接收信号受基站附近建筑物和其它物体的第三类多径于扰：由于接收信号受基站附近建筑物和其它物体的反射而引起的干扰。其特点是严重影响到达天线的信号入射角分反射而引起的干扰。其特点是严重影响到达天线的信号入射角分布，从而引起信号在空间的选择性衰落。布，从而引起信号在空间的选择性衰落。典型数据典型数据条件：在第二代移动通信中某种典型地理环境。条件：在第二代移动通信中某种典型地理环境。表表2 1 2 1 典型环境下的典型扩

41、散值典型环境下的典型扩散值地理环境地理环境角度扩散角度扩散时延扩散时延扩散多普勒频率扩散多普勒频率扩散室室 内内3600.1s5Hz农农 村村10.1s190Hz都都 市市205s120Hz丘丘 陵陵3020s190Hz小小 区区1200.2s10Hz（上上述述值值的的意意义义或或实实际际应应用用价价值值= =频频率率扩扩散散区区间间B B，时时间间相相关关区区间间；时时间间扩扩散散区区间间L L，频率相关区间；角度扩散区间，空间相关区间；频率相关区间；角度扩散区间，空间相关区间；=20=ok=20=ok），），资料型题：实际移动系统对上述三种扩散值的容忍度及影响分析。资料型题：实际移动系统对

42、上述三种扩散值的容忍度及影响分析。400-800400-800ZHIZHI2.3 传播类型与信道模型的定量分析传播类型与信道模型的定量分析2.3.1 2.3.1 传播损耗的初步定量分析传播损耗的初步定量分析目的：试图从定量的观点对传播模型与信道模型做进一步的深入分析。基本思路：远大尺度、千米量级、中中尺度、数百波长量级、近距离小尺度、数十波长以下量级存在问题：复杂环境，如室内，传感器网络中的多节点情况，结合重大说明D(t),D(t),大范围的路径衰耗大范围的路径衰耗n2n25.55.5中范围的阴影效应损耗中范围的阴影效应损耗小范围内的快衰落损耗小范围内的快衰落损耗2.3.2 大范围的传播衰耗的

43、定量分析大范围的传播衰耗的定量分析解决问题：定量计算。解决问题：定量计算。现状：要想从理论角度给出一个确切、完整的公式很困难。现状：要想从理论角度给出一个确切、完整的公式很困难。工程实际应用：工程实际应用：1)1)多采用一些经验公式与模型，基本上能满足工程上的多采用一些经验公式与模型，基本上能满足工程上的估算要求。估算要求。2)2)查图表。查图表。衰落储备衰落储备: : 为了防止因衰落为了防止因衰落( (包括快衰落和慢衰落包括快衰落和慢衰落) )引起的通引起的通信中断。在信道设计中，必须使信号的电平留有足够的余量，信中断。在信道设计中，必须使信号的电平留有足够的余量，以使中断率以使中断率R R

44、小于规定指标。这种电平余量称为衰落储备。小于规定指标。这种电平余量称为衰落储备。通信可靠性：也称作可通率，并用通信可靠性：也称作可通率，并用T T表示，它与中断率的关系表示，它与中断率的关系是是T=1-RT=1-R。上三指标的关系上三指标的关系*KK*thinkKK*think查图表查图表应用：右图为可通率应用：右图为可通率T T分分别为别为9090、9595和和9999的的三组曲线，根据地形、地三组曲线，根据地形、地物、工作频率和可通率要物、工作频率和可通率要求，由此图可查得必须的求，由此图可查得必须的衰落储备量。衰落储备量。例如：例如：f=450 MHzf=450 MHz，市区工作，市区工

45、作，要求要求T=99T=99，则由图可查则由图可查得此时必须的衰落储备约得此时必须的衰落储备约为为22.5 22.5 dBdB。著名经验公式与模型著名经验公式与模型-奥村奥村- -哈塔哈塔( (Okumura-Hata)Okumura-Hata)模型模型特点：这是一种在移动通信中使用最频繁，也是最有效的模型特点：这是一种在移动通信中使用最频繁，也是最有效的模型式中说明：式中说明： L L5050( (市区市区)()(dB)dB)为市区路径平均损耗，且以为市区路径平均损耗，且以dBdB表示；表示； f fc c为载波频率为载波频率( (MHz)MHz)； h hm m为移动台天线的有效高度为移动

46、台天线的有效高度( (m)m)； h hb b为基站天线有效高度为基站天线有效高度( (m)m)； (h (hm m) )为移动天线的校正因子为移动天线的校正因子( (dB)dB)；-经验公式经验公式 d d为移动台与基站之间的距离为移动台与基站之间的距离( (km)km)； K K为使用地区环境修正系数为使用地区环境修正系数( (dB)dB)。-经验公式经验公式 奥村奥村- -哈塔哈塔( (Okumura-Hata)Okumura-Hata)模型模型关于校正因子关于校正因子(hm)(hm)的讨论的讨论关于修正因子关于修正因子K K技术路线：技术路线：1)1)基于奥村在广泛测量城镇与郊区的无线

47、电传播损耗以后，制基于奥村在广泛测量城镇与郊区的无线电传播损耗以后，制成的很多可用于规划蜂窝系统的有用经验曲线与图表。成的很多可用于规划蜂窝系统的有用经验曲线与图表。2)2)哈塔哈塔( (HataHata) )后来将奥村这些经验曲线与图表提炼成更加便于后来将奥村这些经验曲线与图表提炼成更加便于工程上使用的经验公式。工程上使用的经验公式。使用的主要环境与条件为：使用的主要环境与条件为：适用于小城镇与郊区的准平坦地区；适用于小城镇与郊区的准平坦地区；应用频率为应用频率为150150MHzfc1500MHzMHzfc1500MHz；有效距离为有效距离为lkmd20kmlkmd20km；发射发射( (

48、基站基站) )天线有效高度天线有效高度h hb b为为3030200200m m；接收接收( (移动台移动台) )天线有效高度天线有效高度hmhm为为1 11010m m。奥村奥村- -哈塔哈塔( (Okumura-Hata)Okumura-Hata)模型模型关于修正因子关于修正因子K K对于市区对于市区 K=OK=O 对于郊区对于郊区 对于农村地区对于农村地区 校正因子校正因子(h(hm m) )：对于中小城市移动天线校正因子为：对于中小城市移动天线校正因子为： 对于大城市：对于大城市： HataHata模型向个人通信模型向个人通信PCSPCS系统的扩展系统的扩展改进点：应用频率提高到改进点

49、：应用频率提高到2 2GHzGHz频段频段研究过程：研究过程： 欧洲科学技术研究协会欧洲科学技术研究协会( (EURO-COST)EURO-COST)组成组成COST-231COST-231工作组开发工作组开发HataHata模型对模型对PCSPCS的扩展，提出将的扩展，提出将HataHata模型扩展至模型扩展至2 2GHzGHz频段频段. . 其它部分请参考教材。其它部分请参考教材。要求：能应用要求：能应用Walfisch-IkegamiWalfisch-Ikegami模型模型( (WIM)WIM)改进点：考虑来自街道宽度、街道绕射和散射等带来的影响。改进点：考虑来自街道宽度、街道绕射和散射

50、等带来的影响。 图图2.5 2.5 Walfisch-IkegamiWalfisch-Ikegami传播模型传播模型应用范围：应用范围： 这一模型主要用于欧洲这一模型主要用于欧洲GSMGSM系统，而且也应用于美国的一些传播系统，而且也应用于美国的一些传播模型中。模型中。模型包含模型包含4 4个部分：个部分：1)1)自由空间损耗自由空间损耗2)2)屋脊到街道的绕射和散射损耗屋脊到街道的绕射和散射损耗3)3)多次屏蔽损耗多次屏蔽损耗4)4)树木和树叶引入的附加损耗。树木和树叶引入的附加损耗。增计参数：增计参数： 在无线路径上建筑物之间的距离在无线路径上建筑物之间的距离b;b;街道宽度街道宽度w ;

51、w ;相对于街道的入相对于街道的入射角射角Walfisch-IkegamiWalfisch-Ikegami模型模型( (WIM)WIM) 表达式构成：表达式构成： 具体见具体见WORD-P21WORD-P21WIMWIM使用的主要环境与条件使用的主要环境与条件 800800MHzfc2000MHz;MHzfc2000MHz;4mhb50m4mhb50m；1mhm3m1mhm3m；0.02kmd5km;0.02kmd5km;b20b2050m50m；w=b/2w=b/2； 90 90 模型比较：模型比较：WIMWIM与与HataHata 图图2.6 2.6 Walfisch-IkegamiWal

52、fisch-Ikegami和和HataHata模型路径损耗模型路径损耗与距离与距离d d的关系图的关系图模型比较：模型比较：WIMWIM与与HataHata1)1)两者损耗一般要相差两者损耗一般要相差13131616dB;dB;因因HataHata模型未考虑来自街道模型未考虑来自街道宽度、街道绕射和散射等带来的影响宽度、街道绕射和散射等带来的影响 ；2)2)Walfisch-IkegarmiWalfisch-Ikegarmi模型要比模型要比HataHata模型更精确，但也更复杂模型更精确，但也更复杂. . 距离距离( (km)km)路径损耗路径损耗( (dB)dB)HataHata模型模型Wa

53、lfisch-Ikegami Walfisch-Ikegami 模型模型 1 1 126.16 126.16 139.45 139.45 2 2 136.77 136.77 150.89 150.89 3 3 142.97 142.97 157.58 157.58 4 4 147.37 147.37 162.33 162.33 5 5 150.79 150.79 166.01 166.01差异差异= =？室内传播模型室内传播模型特点：特点： 覆盖范围小，环境变化大，且受建筑物材料结构、建筑物类覆盖范围小，环境变化大，且受建筑物材料结构、建筑物类型和建筑物布局影响。型和建筑物布局影响。损耗简述：

54、损耗简述： 从电波传播的机理上看，它与室外基本上是一样的。有电波从电波传播的机理上看，它与室外基本上是一样的。有电波的直射、反射、绕射、散射和穿透。不过具体的条件可能存的直射、反射、绕射、散射和穿透。不过具体的条件可能存在较大的差异，比如室内是否开门，天线安装在什么位置、在较大的差异，比如室内是否开门，天线安装在什么位置、高度等。高度等。研究情况：研究情况： 室内无线传播是一个较新的研究领域，国外也是室内无线传播是一个较新的研究领域，国外也是2020世纪世纪8080年年代才开始进行较系统的研究的，美国代才开始进行较系统的研究的，美国BellBell实验室和英国电信实验室和英国电信等率先对大量家

55、用和办公室建筑物周围及内部的路径损耗进等率先对大量家用和办公室建筑物周围及内部的路径损耗进行了仔细的研究。研究方法行了仔细的研究。研究方法= =？一般说来，室内信道也分为？一般说来，室内信道也分为视距视距( (LOS)LOS)和阻挡和阻挡( (OBS)OBS)两种，并且随着环境杂乱程度而不断两种，并且随着环境杂乱程度而不断变化。变化。注：注：LOSLOS：Line of SightLine of Sight 2.3.3 2.3.3 中、小范围的传播损耗的定量分析中、小范围的传播损耗的定量分析目的：目的： 定量分析定量分析3 3类快衰落和慢衰落的成因、规律和克服方法。类快衰落和慢衰落的成因、规律

56、和克服方法。基本思路：基本思路： 移动信道实质上可以看作在时域、频域和空域上的一个三维移动信道实质上可以看作在时域、频域和空域上的一个三维动态随机函数，动态随机函数，解决问题：解决问题： 如何寻找一个有效分析与描述这类三维动态随机函数的方法。如何寻找一个有效分析与描述这类三维动态随机函数的方法。使用手段：使用手段： 线性时变分析方法和广义平稳随机过程的分析方法。线性时变分析方法和广义平稳随机过程的分析方法。 快衰落的统计特性：快衰落的统计特性： *4*4st*st*1)1)信号包络统计特性信号包络统计特性2)2)瞬时幅度特性瞬时幅度特性1)1)快衰落信号包络统计特性快衰落信号包络统计特性分析思

57、路：分析思路： 远离基站、靠远离基站、靠近基站分类近基站分类解决解决远离基站分析图远离基站分析图基本考虑：基本考虑： 设基站发射的信号为设基站发射的信号为经反射经反射( (或散射或散射) )到达接收天线的第到达接收天线的第i i个信号为个信号为S Si i(t)(t)，其振幅为其振幅为ii，相移为相移为 ，到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和，到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和图图3-83-8移动台接收移动台接收N N条路径信号条路径信号具体分析具体分析计及运动计及运动-移动台以恒定速度在下图，移动台以恒定速度在下图，d d路段路段运动，在两端点收到源端运动，在两端点收到源端

58、S S发出的信号，发出的信号，此二路信号相位差计算过程如下此二路信号相位差计算过程如下 因源端很远，因源端很远，可认为两端点处的可认为两端点处的相同相同 ：其相位差为：其相位差为： 频率变化值频率变化值 多普勒频移多普勒频移 式中，式中，v v为车速，为车速，为波长，为波长，fmfm为为i i=0=0时的最大多普勒频移时的最大多普勒频移源信号SvdY合成信号合成信号假设假设N N个信号的幅值和到达接收天线的方位角是随机的且满足个信号的幅值和到达接收天线的方位角是随机的且满足统计独立，则接收信号为：统计独立，则接收信号为： 令令合成信号合成信号则则S(t)S(t)可写成可写成对上式的分析及推导对

59、上式的分析及推导 1) 1)由于由于x x和和y y都是独立随机变量之和，因而根据概率的中心极限都是独立随机变量之和，因而根据概率的中心极限定理，大量独立随机变量之和的分布趋向正态分布，即有概率密定理，大量独立随机变量之和的分布趋向正态分布，即有概率密度函数为度函数为式中，式中，x x、y y分别为随机变量分别为随机变量x x和和y y的标准偏差。的标准偏差。x x、y y在区间在区间dxdx、dydy上的取值概率分别为上的取值概率分别为p(x)dxp(x)dx、p(y)dyp(y)dy讨论讨论2)2)由于它们相互独立，所以在面积由于它们相互独立，所以在面积dx*dydx*dy中的取值概率为中

60、的取值概率为式中，式中，p(xp(x，y)y)为随机变量为随机变量x x和和y y的联合概率密度函数。的联合概率密度函数。 假设假设x x2 2= = y y2 2 = =2 2，且且p(x)p(x)和和p(y)p(y)均值为零，则均值为零，则3)3)通常，二维分布的概率密度函数使用极坐标系通常，二维分布的概率密度函数使用极坐标系( (r r，)表示比较表示比较方便。此时，接收天线处的信号振幅为方便。此时，接收天线处的信号振幅为r r，相位为相位为，对应于直角对应于直角坐标系为坐标系为讨论讨论得联合概率密度函数为得联合概率密度函数为对对积分，可求得包络概率密度函数积分，可求得包络概率密度函数p

61、(r)p(r)为为同理，对同理，对r r积分可求得相位概率密度函数积分可求得相位概率密度函数p()p()为为结果分析结果分析多径衰落的多径衰落的信号包络信号包络服从瑞利分布，这种多径衰落称为瑞利衰落。服从瑞利分布，这种多径衰落称为瑞利衰落。瑞利衰落信号的特征计算：瑞利衰落信号的特征计算：均值为，均值为，均方值为，均方值为，瑞利分布的概率密度函数瑞利分布的概率密度函数p(r)p(r)与与r r的关系如右图的关系如右图图上特征分析：图上特征分析：= =？图图3-93-9瑞利分布的概率密度瑞利分布的概率密度特征分析及应用特征分析及应用当当r=r=时，时，p(r)p(r)为最大值，表示为最大值，表示r

62、 r在在值出现的可能性最大。值出现的可能性最大。当：当：实际意义：实际意义：= =？有：有：衰落信号的包络有衰落信号的包络有5050概率大于概率大于1.1771.177这里的概率即是指任这里的概率即是指任意一个足够长的观察时间内，有意一个足够长的观察时间内，有5050时间信号包络大于时间信号包络大于1.1771.177。因此，因此，1.1771.177常称为包络常称为包络r r的中值，记作的中值，记作r rmidmid其它计算其它计算信号包络低于信号包络低于的概率为：的概率为：同理，信号包络同理，信号包络r r低于某一指定值低于某一指定值kk的概率为的概率为实际应用实际应用 按照这样的办法，可

63、按照这样的办法，可以指定一任意电平来以指定一任意电平来计算信号包络计算信号包络r r大于或大于或小于指定电平小于指定电平r r0 0的概的概率，结果见图率，结果见图3-103-10。 图中说明：图中说明： 横坐标是以横坐标是以r rmidmid进行进行归一化，并以分贝表归一化，并以分贝表示的电平值，即示的电平值，即20 20 lg lg r r0 0r rmidmid。纵坐标是包纵坐标是包络电平大于络电平大于( (左左) )和小和小于于( (右右) )横坐标的概率。横坐标的概率。图图3-103-10瑞利衰落的累积分布瑞利衰落的累积分布一般性结论一般性结论通过上述分析和大量实测表明，多径效应使接

64、收信号包络变化接通过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，衰落深度达近瑞利分布。在典型移动信道中，衰落深度达3030dBdB左右，衰落左右，衰落速率速率( (它等于每秒钟信号包络经过中值电平次数的一半它等于每秒钟信号包络经过中值电平次数的一半) )约约30304040次秒。次秒。靠近基站靠近基站 基本情况：基本情况：移动台靠近基站的情况下，快衰落信号包络统计特移动台靠近基站的情况下，快衰落信号包络统计特性是指在含有一个强直射波的性是指在含有一个强直射波的N N个路径传播时。个路径传播时。 接收信号的包络统计特性：接收信号的包络统计特性：若每条路径的信

65、号幅度为高斯分布，若每条路径的信号幅度为高斯分布，相位在相位在0 02 2内为均匀分布。则合成信号的包络分布为莱斯内为均匀分布。则合成信号的包络分布为莱斯( (Rice)Rice)分布分布( (可参见图可参见图2-7(2-7(b)b)图图2-7(2-7(b) b) 靠近基站情况下的概率密度函数靠近基站情况下的概率密度函数注：图中的注：图中的0 0=/=/；为直射波幅度。为直射波幅度。如下概率密度函数表达式如下概率密度函数表达式r r为衰落信号包络；为衰落信号包络；为直射波幅度，为直射波幅度，Io()Io()为零阶贝塞尔函数；为零阶贝塞尔函数；简单分析简单分析当当很大，即直射波很强时，很大，即直

66、射波很强时，rr，则式则式(2.3.21)(2.3.21)近似高斯分近似高斯分布布当当OO，即无直射波时，则式即无直射波时，则式(2.3.21)(2.3.21)近似为瑞利近似为瑞利 RayleighRayleigh分布分布(2)(2)快衰落瞬时幅度特性。快衰落瞬时幅度特性。相关参数定义：相关参数定义：= =？特性表征特性表征电平通过率电平通过率LCR(Level Crossing Rate)LCR(Level Crossing Rate)：是指在单位时间内信号是指在单位时间内信号电平以正斜率通过某一给定电平电平以正斜率通过某一给定电平A A的次数。若时间的次数。若时间T T内发生内发生N N次

67、则次则有有图图2-82-8中所示的中所示的A A为给定电平，在时间为给定电平，在时间T T内以正斜率通过内以正斜率通过A A电平的次电平的次数为数为4 4次，所以其电平通过率等于次，所以其电平通过率等于4 4T T。因为电平通过率是随机因为电平通过率是随机量，所以多用平均电平通过率来描述，它与移动体运动速度量，所以多用平均电平通过率来描述，它与移动体运动速度v v、工作波长工作波长有关，可表示为有关，可表示为特性表征特性表征2 2式中式中其中，其中，A A为给定电平，为给定电平，ArmsArms为信号电平的均方根值。为信号电平的均方根值。fm=v/fm=v/，为为最大多普勒频移。最大多普勒频移

68、。衰落速率：是指在单位时间内信号电平以正斜率通过中值电平的衰落速率：是指在单位时间内信号电平以正斜率通过中值电平的次数。它等于某一给定电平为中值电平时的电平通过率。次数。它等于某一给定电平为中值电平时的电平通过率。 中值中值电平满足式电平满足式(2.3.20)(2.3.20)的的rmrm值值( (出现概率为出现概率为50%50%的信号包络值的信号包络值) ) 。衰落速率与信号波长衰落速率与信号波长、运动速度运动速度v v和多径数目有关。由经验数和多径数目有关。由经验数据可得到平均衰落率据可得到平均衰落率( (Average Fading Rate)Average Fading Rate)为为特

69、性表征特性表征3 3衰落深度：是指信号的有效值衰落深度：是指信号的有效值( (均方根值均方根值) )与该次衰落信号的最小与该次衰落信号的最小值之间的差值。因为衰落深度是随机量。所以多用平均衰落深值之间的差值。因为衰落深度是随机量。所以多用平均衰落深度度( (Average Deep of Fading)Average Deep of Fading)来描述。来描述。平均衰落深度：是指信号中值与概率为平均衰落深度：是指信号中值与概率为P(rrx)=10P(rrx)=10的信号值的信号值的差值，一般可达的差值，一般可达202030 30 dBdB。衰落持续时间：是指信号电平低于某一电平衰落持续时间：

70、是指信号电平低于某一电平( (门限电平门限电平) )的持续时的持续时间。它是随机量。间。它是随机量。定义平均衰落持续时间定义平均衰落持续时间AFD(Average Faded Duration)AFD(Average Faded Duration)：信号电信号电平低于某一规定电平值平低于某一规定电平值A A的概率与该规定电平值的电平通过率之的概率与该规定电平值的电平通过率之比，即有比，即有在图在图2-82-8中，时间中，时间T T内的衰落持续时间等于内的衰落持续时间等于t1+t2+t3+t4t1+t2+t3+t4，则可计则可计算出平均衰落持续时间。算出平均衰落持续时间。特性表征特性表征4 4衰

71、落持续时间决定于接收机的门限电平，用于判断衰落对通信的衰落持续时间决定于接收机的门限电平，用于判断衰落对通信的影响。对数字通信，它可用于确定突发差错的长度。影响。对数字通信，它可用于确定突发差错的长度。噪声噪声1 1 2.3.4 2.3.4 移动通信中的几种主要噪声与干扰移动通信中的几种主要噪声与干扰在移动通信中，严重影响移动通信性能的主要噪声与干扰大致可在移动通信中，严重影响移动通信性能的主要噪声与干扰大致可分为分为3 3类：类：1)1)加性正态白噪声加性正态白噪声2)2)多径干扰多径干扰3)3)多址干扰多址干扰 1.1.加性正态白噪声加性正态白噪声加性加性: :噪声与信号之间的关系遵从叠加

72、原理的线性关系。噪声与信号之间的关系遵从叠加原理的线性关系。正态：噪声分布遵从正态正态：噪声分布遵从正态( (高斯高斯) )分布。分布。白：指其频谱是平坦的。白：指其频谱是平坦的。AWGNAWGN信道：仅含有加性正态白噪声的信道一般文献上称为信道：仅含有加性正态白噪声的信道一般文献上称为AWGNAWGN信信道。这类噪声是最基本的噪声，并非移动信道所特有，一般简称道。这类噪声是最基本的噪声，并非移动信道所特有，一般简称这类噪声为白噪声。产生这类噪声的来源主要有两个。这类噪声为白噪声。产生这类噪声的来源主要有两个。噪声噪声2 2 (1) (1)无源约翰逊噪声。它主要来自一切无源器件，如电阻、电容、

73、无源约翰逊噪声。它主要来自一切无源器件，如电阻、电容、电路板的分子布朗运动所引起的噪声。其特点之一是任何环境电路板的分子布朗运动所引起的噪声。其特点之一是任何环境当温度超过热力学温度零度当温度超过热力学温度零度( (OKOK，即即-273.16)-273.16)就存在分子的布就存在分子的布朗运动；其特点之二是这类布朗运动是大量的，统计上遵从中朗运动；其特点之二是这类布朗运动是大量的，统计上遵从中心极限定理的规律，因此其统计分布是正态的；其特点之三是心极限定理的规律，因此其统计分布是正态的；其特点之三是这类布朗运动在频域范围足够宽时，其谱特性是平坦的。这类布朗运动在频域范围足够宽时，其谱特性是平

74、坦的。 (2) (2)有源霰弹噪声。它主要来自通信设备中的有源器件，如电子有源霰弹噪声。它主要来自通信设备中的有源器件，如电子管、晶体管及各类大规模集成电路中的电子发射所形成的。其管、晶体管及各类大规模集成电路中的电子发射所形成的。其特点与无源噪声的特点与无源噪声的3 3个特点完全类似，所以也可看成典型的白噪个特点完全类似，所以也可看成典型的白噪声。它与无源白噪声的惟一差异是有源白噪声是在一定激发条声。它与无源白噪声的惟一差异是有源白噪声是在一定激发条件下才产生大量电子发射而形成的。件下才产生大量电子发射而形成的。注：注：AGWN: Additive White Gaussian NoiseA

75、GWN: Additive White Gaussian Noise干扰干扰1 12.2.多径干扰多径干扰产生原因：由于电波传播的开放性与地理环境的复杂性而引起的产生原因：由于电波传播的开放性与地理环境的复杂性而引起的多条传播路径之间相互自干扰而引起的噪声干扰。它实质上是多条传播路径之间相互自干扰而引起的噪声干扰。它实质上是一类自干扰。一类自干扰。影响效果：对于数字与数据通信，主要表现为码间干扰及高速数影响效果：对于数字与数据通信，主要表现为码间干扰及高速数据的符号间干扰。关于这类干扰需要进一步说明的有两点。据的符号间干扰。关于这类干扰需要进一步说明的有两点。 (1) (1)多径干扰的强度取决

76、于多径时延宽度与码元宽度的比值，多径干扰的强度取决于多径时延宽度与码元宽度的比值，即取决于受干扰的相对值，而不是受干扰的绝对值。这一结论即取决于受干扰的相对值，而不是受干扰的绝对值。这一结论对符号干扰也是一样。对符号干扰也是一样。 (2) (2)多径干扰对于多径干扰对于CDMACDMA尤为严重。这是由于尤为严重。这是由于CDMACDMA采用了直接采用了直接扩频技术，大大提高了待传送的码元速率，降低了码元周期长扩频技术，大大提高了待传送的码元速率，降低了码元周期长度，却增大了多径时延引起的相对比例。度，却增大了多径时延引起的相对比例。3.3.多址干扰多址干扰产生来源：由于在移动通信网中同时进行通

77、信的是多个用户，这产生来源：由于在移动通信网中同时进行通信的是多个用户，这多个用户的信号之间一定要采用一类正交隔离手段，否则就会多个用户的信号之间一定要采用一类正交隔离手段，否则就会互相干扰，在通话时串话。互相干扰，在通话时串话。干扰干扰2 2移动实际系统存在分析：移动实际系统存在分析：1)1)第一代：采用频段隔离，一个用户使用一个频段。只要滤波第一代：采用频段隔离，一个用户使用一个频段。只要滤波器隔离度做得好，基本上能防止串话之类的多用户干扰。器隔离度做得好，基本上能防止串话之类的多用户干扰。2)2)第二代第二代GSMGSM：采用时隙隔离，即每一个用户分配一个正交的时采用时隙隔离，即每一个用

78、户分配一个正交的时隙，只要时间选通隔离度做得好，也基本上能防止串话隙，只要时间选通隔离度做得好，也基本上能防止串话之类的多用户干扰。之类的多用户干扰。第二代第二代IS-95IS-95：采用的是码分体制，其用户之间采用的采用的是码分体制，其用户之间采用的是同一时隙、同一频段，而相互之间的隔离是利用码的是同一时隙、同一频段，而相互之间的隔离是利用码的自、互相关特性。假若能采用理想归一化自、互相关函自、互相关特性。假若能采用理想归一化自、互相关函数特性，也能完全防止串话之类的多用户干扰，可惜的数特性，也能完全防止串话之类的多用户干扰，可惜的是实际工程中找不到比较理想的码，因此在码分多址体是实际工程中

79、找不到比较理想的码，因此在码分多址体制中，多址干扰就成了一块心头之病。甚至这类多址干制中，多址干扰就成了一块心头之病。甚至这类多址干扰在码分多址体制中要比多径干扰、白噪声干扰更为严扰在码分多址体制中要比多径干扰、白噪声干扰更为严重，当用户数目增多时，它上升为第一重要干扰。（可重，当用户数目增多时，它上升为第一重要干扰。（可解释码分多址？）解释码分多址？）干扰干扰3 3移动实际系统存在分析：移动实际系统存在分析：3 3）第三代（）第三代（WCDMAWCDMA和和CDMA2000CDMA2000）：，）：，采用的是码分体制，其用户采用的是码分体制，其用户之间采用的是同一时隙、同一频段，而相互之间的

80、隔离是利之间采用的是同一时隙、同一频段，而相互之间的隔离是利用码的自、互相关特性。假若能采用理想归一化自、互相关用码的自、互相关特性。假若能采用理想归一化自、互相关函数特性，也能完全防止串话之类的多用户干扰，可惜的是函数特性，也能完全防止串话之类的多用户干扰，可惜的是实际工程中找不到比较理想的码，因此在码分多址体制中，实际工程中找不到比较理想的码，因此在码分多址体制中，多址干扰就成了一块心头之病。甚至这类多址干扰在码分多多址干扰就成了一块心头之病。甚至这类多址干扰在码分多址体制中要比多径干扰、白噪声干扰更为严重，当用户数目址体制中要比多径干扰、白噪声干扰更为严重，当用户数目增多时，它上升为第一

81、重要干扰。（可解释码分多址？）增多时，它上升为第一重要干扰。（可解释码分多址？） 整个移动蜂窝网中，小区内和小区间干扰强度是随距离的整个移动蜂窝网中，小区内和小区间干扰强度是随距离的2 25.55.5次幂迅速下降的，其分配大致如下：本小区的多用户干扰次幂迅速下降的，其分配大致如下：本小区的多用户干扰占总多用户干扰的占总多用户干扰的6060，本小区第一相邻层的，本小区第一相邻层的6 6个蜂窝，每个个蜂窝，每个约占约占6 6，6 6个蜂窝共占个蜂窝共占6666=36=36，本小区相邻第二层以外，本小区相邻第二层以外，由于距离较远，影响力较弱，只占总多用户干扰余下的由于距离较远，影响力较弱，只占总多

82、用户干扰余下的4 4。（原因？）（原因？）end this chapterend this chapter本章小结本章小结概念、术语；简单分析过程；计算方法及公式应用。概念、术语；简单分析过程；计算方法及公式应用。移动通信的主要特点：传播的开放性、接收环境的复杂性和用移动通信的主要特点：传播的开放性、接收环境的复杂性和用户的随机移动性；户的随机移动性；接收信号的接收信号的3 3类损耗：路径传播损耗、慢衰落损耗和快衰落损耗类损耗：路径传播损耗、慢衰落损耗和快衰落损耗4 4类效应：阴影效应、远近效应、多径效应与多普勒效应。类效应：阴影效应、远近效应、多径效应与多普勒效应。传播过程简要分析过程及常规公式传播过程简要分析过程及常规公式对大范围、大尺度传播损耗进行了定量的分析和计算。（模型）对大范围、大尺度传播损耗进行了定量的分析和计算。（模型）对小范围、小尺度传播特性各类快衰落做了进一步定量分析对小范围、小尺度传播特性各类快衰落做了进一步定量分析. .（模型，统计及瞬时）（模型，统计及瞬时）移动通信中的几种主要噪声和干扰。移动通信中的几种主要噪声和干扰。习题习题P35P35：3 3，4 4，5 5，6 6，8 8注意：注意：单页（不收本子）单页（不收本子）布置练习后的下一周交布置练习后的下一周交逾期不交，最高分为及格。逾期不交，最高分为及格。