数字移动通信课件-第2章移动通信信道

数字移动通信课件-第2章移动通信信道目录移动通信信道概述无线传播环境与电波传播特性移动通信信道建模与仿真移动通信信道测量与评估目录移动通信信道中的干扰与抗干扰技术未来移动通信信道发展趋势与挑战01移动通信信道概述定义移动通信信道是指移动台与基站之间传输信息的媒介，是实现移动通信的基础。分类根据信道特性及传输方式的不同，移动通信信道可分为无线信道和有线信道两大类。其中，无线信道又可细分为电波传播信道和移动通信卫星信道等。定义与分类移动通信信道具有多径传播、时变性、频率选择性衰落等特性。信道特性信道特性受到多种因素的影响，如建筑物、地形、气象条件、电磁干扰等。影响因素信道特性及影响因素为了描述移动通信信道的特性，需要建立相应的信道模型。常见的信道模型包括瑞利衰落信道模型、莱斯衰落信道模型等。信道模型在移动通信系统的设计和分析中，经常需要采用仿真方法来模拟信道的传输过程。常用的仿真方法包括蒙特卡罗仿真、确定性仿真和半确定性仿真等。仿真方法信道模型与仿真方法02无线传播环境与电波传播特性无线传播环境是一个开放的空间，信号在传播过程中会受到各种自然和人为因素的影响。传播环境的开放性传播环境的动态性传播环境的复杂性无线传播环境是不断变化的，如天气、地形、建筑物等的变化都会对信号传播产生影响。无线传播环境中存在大量的干扰和噪声，如电磁干扰、多径干扰等，这些都会对信号质量产生影响。030201无线传播环境特点

电波传播方式及损耗自由空间传播电波在自由空间中传播时，其能量会随着距离的增加而扩散，导致信号强度的衰减。地面反射传播电波在地面反射时，会受到地面的反射系数、地面的粗糙度等因素的影响，导致信号强度的衰减和相位的改变。大气折射传播电波在大气中传播时，会受到大气折射的影响，导致信号传播方向的改变和信号强度的衰减。由于无线传播环境中存在大量的反射、折射和散射等现象，使得信号在传播过程中会沿着多条路径到达接收端，这些路径上的信号具有不同的时延、幅度和相位，从而在接收端形成多径效应。多径效应瑞利衰落是一种描述小尺度范围内信号幅度快速变化的统计模型。在无线传播环境中，由于多径效应的存在，接收信号的幅度会呈现快速的变化，这种变化服从瑞利分布，因此称为瑞利衰落。瑞利衰落会导致信号的信噪比降低，从而影响通信质量。瑞利衰落多径效应与瑞利衰落03移动通信信道建模与仿真根据电磁波传播理论，考虑地形、建筑物等环境因素，建立信道模型。这种方法精度高，但计算复杂。基于物理特性的建模通过对信道测量数据的统计分析，提取信道特性参数，建立统计模型。这种方法计算简单，但精度相对较低。基于统计特性的建模将信道视为由多个散射体构成的几何空间，通过几何关系描述信号传播过程。这种方法能够直观反映信道特性，但需要对散射体进行准确建模。基于几何特性的建模信道建模方法分类及比较信道冲激响应模型01将信道视为一个线性时不变系统，其冲激响应描述了信号经过信道后的变化。通过对冲激响应的测量和统计分析，可以得到信道的传输特性。信道自相关函数模型02描述信道冲激响应在不同时间或空间位置上的相关性。通过对自相关函数的测量和统计分析，可以得到信道的相干时间和相干带宽等参数。信道功率谱密度模型03描述信道在不同频率上的功率分布。通过对功率谱密度的测量和统计分析，可以得到信道的频率选择性衰落特性。基于统计特性的信道建模确定性模型根据环境地形、建筑物等具体信息，建立精确的几何模型，通过电磁波传播理论计算信号传播路径和衰减。这种方法精度高，但计算复杂度高。随机性模型将散射体视为随机分布的点，通过随机几何理论描述信号传播过程。这种方法计算简单，但精度相对较低。半确定性模型结合确定性模型和随机性模型的优点，对部分环境信息进行精确建模，对其他部分采用随机建模方式。这种方法能够在保证一定精度的同时降低计算复杂度。基于几何特性的信道建模04移动通信信道测量与评估通过发送已知信号，在接收端分析信号的时域特性，如时延、多普勒频移等，从而得到信道冲激响应。时域测量利用频谱分析仪等设备，测量信道的频率响应，包括幅度和相位响应，以评估信道的频率选择性。频域测量通过分析接收信号的误码率、误帧率等指标，评估信道的传输性能。码域测量信道测量原理及方法反映接收端收到的信号功率大小，用于评估信道的传输损耗。接收信号强度指示（RSSI）表示信号功率与噪声功率之比，用于衡量信道的噪声性能。信噪比（SNR）表示传输过程中发生错误的比特数与总比特数之比，用于评估信道的传输可靠性。误码率（BER）由于无线信号在传播过程中遇到障碍物反射、折射等产生的多条路径效应，对信号传输造成干扰。多径效应信道质量评估指标体系山区环境地形起伏大、植被茂密，信号传播距离受限，且存在严重的阴影效应，需要采用合适的测量方法和评估指标。城市环境高楼林立、道路狭窄，导致信号传播受到严重遮挡和多径效应影响，需要进行详细的信道测量和建模。高速移动场景如高铁、高速公路等场景下，由于移动速度快、多普勒频移大，信道特性变化迅速，需要采用高速测量技术和动态评估方法。典型场景下的信道测量与评估实例05移动通信信道中的干扰与抗干扰技术干扰类型及来源分析信道中始终存在的背景噪声，如热噪声、散弹噪声等。由非线性器件产生的互调产物落入信道内造成的干扰。相邻信道间的信号泄漏造成的干扰。相同频率的信号在不同地点同时发射造成的干扰。噪声干扰互调干扰邻道干扰同频干扰扩频技术分集技术自适应均衡技术差错控制技术抗干扰技术原理及实现方法01020304通过扩展信号的频谱宽度来提高抗干扰能力，如直接序列扩频、跳频扩频等。利用多个独立衰落信号来提高接收信号质量，如空间分集、频率分集、时间分集等。通过自适应算法调整接收滤波器的参数，以抵消信道失真和干扰。通过前向纠错编码、自动重传请求等技术来降低误码率。典型抗干扰技术应用案例CDMA系统中的扩频技术应用通过直接序列扩频技术，实现多用户同时通信，提高系统容量和抗干扰能力。OFDM系统中的分集技术应用利用多个正交子载波进行数据传输，实现频率分集，提高系统抗多径干扰能力。MIMO技术中的空间分集应用通过多天线技术实现空间分集，提高系统容量和抗干扰能力。LTE系统中的自适应均衡技术应用采用自适应均衡算法，动态调整接收滤波器参数，以适应时变信道特性，提高系统性能。06未来移动通信信道发展趋势与挑战5G/6G时代移动通信信道将实现更高的数据传输速率和更低的传输时延，满足各种实时应用需求。高速率与低时延5G/6G时代移动通信信道将支持海量设备连接，实现物联网、工业互联网等场景的广泛应用。大规模连接5G/6G时代移动通信信道将具备更高的可靠性，确保关键业务的不中断传输。高可靠性5G/6G时代移动通信信道特点波束赋形技术通过调整天线阵列的权值，形成指向性波束，提高信号覆盖范围和传输质量。智能天线技术利用自适应算法，实时调整天线参数，优化信道性能。大规模MIMO技术通过增加天线数量，提高信道容量和传输效率，降低干扰。新型天线技术对信道性能影响信道建模与优化干扰识别与抑制智能