（通信与信息系统专业论文）gbps高速无线通信系统信道估计技术的研究.pdf

摘要 摘要 随着互联网的蓬勃发展。未来的宽带无线通信系统将提供高数据传输速率来满足各种多媒体业 务需求。多输入多输出( m 蹦o ) 技术和正交频分复用( o f d m ) 技术作为下一代移动通信系统的 关键技术，能够对抗多径衰落提高数据传输速率和频谱利用率。m i m o - o f d m 系统中，无论是空 时编码和相干检测都需要信道状态信息，信道估计的准确性直接影响整个系统的性能。g b p s 高速无 线通信系统基于m i m o - o f d m 技术，在室内准静止环境下，实现i g b i t s 无线传输速率。o t , p s 系统 中的信道估计研究是一个充满挑战和极具意义的工作。 本文首先研究m i m o o f d m 系统下基于训练序列或导频序列的各种信道估计算法。有最b - 乘 ( l s ) 信道估计，线性最小均方误差( 嗍s e ) 信道估计。介绍了三种常用的插值算法，线性插 值、三次样条插值和基于d f t 插值。并且介绍了训练序列和导频序列的设计，给出了各种算法的仿 真结果，分析比较各种算法的性能和实现复杂度。 其次，在兼顾性能和实现复杂度的前提下对算法作出改进，将其运用到g b p s 系统的信道估计算 法设计上，得到一种基于训练序列的信道估计方案，并给出了训练序列的设计方法。方案首先采用 l s 估计得到导频子载波处的信道估计值，然后利用三次样条插值得到数据子载波处的信道频率响 应。 最后，完成g b p s 系统信道估计模块的f p g a 验证。基于x i l i n xv i r t e x - 5 ，进行信道估计模块硬 件设计。包括硬件框图设计，电路结构设计，定点仿真，v e r i l o g 编码调试，m o d e l s i m 工具仿真和开 发板验证。 关键字： m i m o ，o f d m ，g b p s ，信道估计，训练序列 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to ft h ei n t e m e t ，f u t u r ew i d e b a n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e mw i l lp r o v i d e h i g hd a t at r a n s m i s s i o nr a t ef o rm u l t i m e d i as e r v i c e s a st h ec r u c i a lt e c h n o l o g i e so ft h en e x tg e n e r a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o n , m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t ( m i m o ) a n do r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ( o f d m ) w i l le f f e c t i v e l y c o m b a tm u l t i - p a t hf a d i n g ，g r e a t l yi m p r o v et h ed a t ar a t ea n d s p e c t r u me f f i c i e n c y c h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o n ( c s i ) i sr e q u i t e di nm 讧o - o f d ms y s t e m sf o rs p a c e - t i m e c o d i n ga n dc o h e r e n td e t e c t i o n t h ea c c u r a c yo f c h a n n e le s t i m a t i o nd i r e c t l ya f f e c t st h e o v e r a l lp e r f o r m a n c e o fn 【玎o o f d ms y s t e m s b a s e d0 nm 蹦o o f d mt e c h n o l o g y , g b p sh i g hs p e e dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e mc a na c h i e v e1 g b i t sw i r e l e s st r a n s m i s s i o nr a t ei ni n d o o rq u a s i - s t a t i ce n v i r o n m e n t ，1 1 他s t u d yo n c h a n n e le s t i m a t i o np l a y sac r i t i c a la n dc h a l l e n g i n gr o l ei ng b p ss y s t e m i nt h i st h e s i s ，s e v e r a lc h a n n e le s t i m a t i o na l g o r i t h m sw e r ei n t r o d u c e df i r s t l y t h e n ，b a s e do nc o m p u t e r s i m u l a t i o nr e s u l t s ，t h ea n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no ft h e s ec h a n n e le s t i m a t i o na l g o r i t h m sw g r ed e s c r i b e dw i 血 r e s p e c tt op e r f o r m a n c ea n di m p l e m e n t a t i o nc o m p l e x i t y f u r t h e r m o r e ，a ni m p r o v e dc h a n n e le s t i m a t i o nm e t h o db a s e do nt r a i n i n gs e q u e n c ew a sp r o p o s e di n c o n s i d e r a t i o no ft h et r a d e o f fb e t w e e nt h ep e r f o r m a n c ea n dc o m p l e x i t y t h ee s t i m a t i o no fc h a n n e lf r e q u e n c y r e s p o n s ea tp i l o tt o n e si sd e r i v e db a s e do nl e a s ts q u a r e ( m e t h o d , a n dc h a n n e le s t i m a t i o ni sc o m p l e t e d 龟s - m g c u b i cs p h n ei n t e r p o l a t i o n - f i n a l l y , h a r d w a r ei m p l e m e n to fc h a n n e le s t i m a t i o ni sc o m p l e t e di no b p ss y s t e m b a s e do nx i l i n x v i r t e x 5f p g 八t h eh a r d w a r ed e s i g no fe h a n n e le s t i m a t i o nm o 血l ew a sp r e s e n t e di n c l u d i n gh a r d w a r e s t r u c t u r ed e s i g n f i x e d - p o i n tn o t a t i o ns i m u l a t i o na n df p g av e r i f i c a t i o n k e yw o r d s ：m i m o ，o f d m ，g b p s ，c h a n n e le s t i m a t i o n , t r a i n i n gs e q u e n c e n 图表目录 图表目录 图2 1 无线信道中的衰落5 图2 - 2 抽头延迟模型9 图3 1m v i o - o f d m 系统模型。1 1 图3 2 加c p 的o f d m 符号示意图1 2 图3 3g b p s 系统发射端框图1 3 图3 - 4c b p s 接收端框图1 4 图3 5g b p s 系统帧结构1 4 图3 石1 6 q a m 调制下系统子载波分配图1 6 图4 1o f d m 系统导频样式18 图4 - 2 顶层流程图。2 9 图4 3 发射模块流程图2 9 图4 4 过信道模块流程图3 0 图4 5 接收模块流程图3 0 图4 - 6s u i 3l s 和l m m s e 估计n m s e 比较3 2 图4 - 7s u i 3 基于d f t 插值子载波n m s e 比较3 4 图4 8s u i 3 基于d f t 插值n m s e 比较3 4 图4 9s u i 3 插值算法n m s e 比较。3 5 图4 1 0s u i 3 插值算法b e r 比较3 5 图4 1 1s c m - 6 d 插值算法n m s e 比较3 6 图4 - 1 2s c m 缶- d 插值算法b e r 比较3 6 图禾1 3s c m 1 8 - d 插值算法v 【s e 比较3 7 图4 1 4s c m 1 8 - d 插值算法b e l l 比较3 7 图5 1d s p 4 8 e 模块内部结构图4 0 图5 2 复数乘法器结构图4 0 图5 3 导频符号子载波分配4 l 图5 4 顶层模块总体框图4 5 图5 5 地址发生器状态转移图4 6 图5 - 6 导频子载波估计电路结构4 7 图5 7 求二阶差商电路结构4 8 图5 8 求中间变量电路结构4 8 图5 - 9 求二阶导参数电路结构4 9 图5 1 0 信道估计值h 模块4 9 图5 1 l 定点仿真图5 0 图5 1 2 不同信道估计输出位宽下船e 的比较5 1 图5 1 3 不同中间变量y 位宽下的l i s e 5 2 图5 1 4 不同参数m 位宽下的m s e 5 2 图5 1 5 信道估计m o d e l s i m 仿真图5 3 v 东南大学硕士学位论文 表3 - 1t 6 q a m 调制方式的o f d m 基本参数1 5 表4 1s u i 3 信道参数3 1 表4 - 2s c m - 6 - d 信道参数，3 1 表4 3s c m 18 d 信道参数31 表5 1 定点仿真参考位宽。5 l v i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：狸 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：乏爱工查善师 绪论 第1 章绪论 随着互联网的飞速发展，未来移动通信系统要在有限的频谱资源上实现高数据传输速率 和大容量来满足日益增长的多媒体业务需求。作为下一代移动通信系统的核心技术， m i m o o f d m 系统将时间分集、频率分集以及空间分集有机地结合在一起，可以大大提高无 线通信中的信道容量和传输速率，并能有效的抵抗衰落、抑制干扰和噪声。 1 1 论文研究背景 1 1 1 移动通信的发展 2 1 世纪是信息的时代，在全球范围内，信息的传输与获取已经在人类社会生活中扮演着 举足轻重的角色。随着大规模集成电路与数字信号处理等技术的飞速发展，现代通信技术日 新月异。从早期的电报、固定电话到今天的移动电话、宽带无线接入互联网，人们得到各种 各样的通信服务，享受了前所未有的便捷、高效和可靠。 早在1 8 7 9 年。马可尼先生完成的无线通信试验便标志着移动通信的发明。现代移动通信 的发展始于2 0 世纪2 0 年代。在这之后很长的一段时间内移动通信发展缓慢j 没有面向公众 的应用，只存在于专用领域，如军事通信等。 上世纪7 0 年代，随着蜂窝移动通信网的出现。迎来了无线通信技术的蓬勃发展。第一代 蜂窝移动通信系统基于模拟通信技术，仅仅提供语音服务，频带利用率低，保密性差，终端 复杂，费用贵。模拟蜂窝移动通信系统容量已不能满足当时不断增长的用户需求。由于集成 电路小型化、微型化的发展，出现了新一代数字蜂窝移动通信系统。第二代移动通信系统( 2 g ) 采用了更加灵活，更加高效的时分多址( t d m a ) 和码分多址( c d m a ) 技术，大大提高了系 统容量。在用户业务上，除了提供语音服务，还支持低速率数据业务。2 g 系统包括欧洲提出 的全球移动通信网( g s m ) 和美国高通公司提出的i s - 9 5 等。随着数据业务的不断增长，出现 了通用无线分组业务( g p r s ) 和增强数据速率g s m 演进( e d g e ) 等技术，成为向第三代移 动通信系统过渡的中间技术。 随着计算机应用的普及和互联网的蓬勃发展，多媒体业务需求逐年增长。第三代移动通 信系统( 3 g ) 应运而生，开启了移动互联网时代第三代移动通信系统能够提供更大的系统 容量，更好的通信质量，更高的频谱利用率和更低的辐射，可以提供语音、图像、音乐、 视频形式的业务。2 0 0 9 年1 月7 日，工业和信息化部为国内三大运营商发放了3 张第三代 移动通信( 3 g ) 牌照，标志着我国正式进入3 g 时代。其中，中国移动获得我国拥有自主 产权的t d s c d m a 技牌照，中国电信获得c d m a 2 0 0 0 牌照中国联通获得w c d m a 牌照。 移动通信已经进入后3 g ( b 3 g ) 时代，在3 g 通信系统商用化的同时，下一代移动通信 系统的最新技术的研究也在如火如茶地进行着【i 】。4 g 通信系统最明显的特征莫过于它具有更 快的无线通信速度，可以达到1 0 m b p s 至2 0 m b p s ，甚至以高达1 0 0 m b p s 的速率将各种多 媒体信息通过宽带信道以更高的通信服务质量( q o s ) 传送出去。故未来的第四代移动通信 系统也称为“多媒体移动通信”【2 3 郇】。 东南大学硕士学位论文 无线通信的最大技术瓶颈在于空中接1 ：2 1 ，3 g 移动通信系统主要是以c d m a 为核心技 术，而在4 g 移动通信系统中，m i m o - o f d m 技术受到了广泛的关注。m i m o o f d m 系统 能够大大提高无线通信中的信道容量和传输速率，并能有效的抵抗衰落、抑制干扰和噪声【6 t 7 1 。 在低速移动的状态下，实现g b p s 以上高速无线通信系统的进程已经开始。本研究课题中， g b p s 实验系统能够在不超过1 0 0 v h z 的无线传输带宽内，5 0 米的传播距离，支持超过1g b p s 的无线传输速率【8 1 。 1 1 2m i m o o f d m 的出现背景与发展现状 o f d m 技术【9 1 0 】并不是什么新生事物，其研究和使用起源于2 0 世纪6 0 年代的军事高频 通信系统中的频分复用( f d m ) 。在6 0 年代就已经形成了使用并行数据传输和频分复用的概 念。在传统的频分复用系统中，数据频带被划分成多个互不重叠的子带，数据在不周的子带 上并行传输。由于具有陡峭截止频率的带通滤波器难以实现，子带之间通常要留有一定的保 护频带，频谱效率低，因而限制了传统多载波技术的发展。早在6 0 年代中期，1 l w c h a n g 提 出了一种可以完全消除载波间干扰( i c d 和符号问干扰( i s i ) 的正交信号多载波传输方案1 1 。 但当时o f d m 系统的结构非常复杂，收发信机需要大量的子载波振荡器组及相干解调器。2 0 世纪9 0 年代，随着数字信号处理技术的发展，o f d m 系统在发射端和接收端分别采用m f l r 和f f t 来实现，使得系统复杂度大大降低，该技术开始广泛应用。快速傅立叶变换技术的成 熟和超大规模集成电路( v l s i ) 技术的发展，大大减小了系统实现的复杂度和成本，推动了 o f d m 技术的实用化。1 9 8 0 年，p e l 甜和r u i z 提出了循环前缀( p ) 的概念【，在符号间髫 入插入o f d m 符号的周期扩展，以使信道和传送符号间的线性卷积近似成循环卷积。理论上， 当循环前缀长度大于信道最大时延长度时，系统将无码间干扰( i s i ) 。但循环前缀的使用会造 成一定程度能量的损失。正交频分多址( o f d m a ) 是将o f d m 和f d m a 相结合的多址方案， 它和m c - c d m a 一起被预计为第四代移动通信的主要技术，解决了o f d m 的多用户接入的问 题。 由于o f d m 技术可以较好地对抗无线移动通信中的多径干扰，实现宽带传输，其应用日 益广泛。如欧洲的数字音频广播( d a b ) 系统和地面数字视频广播( d v b t ) 系统 1 3 , 1 4 】；v h d s l 和a d s l 有线通信系统中离散多音频( d m t ) 调制【”1 ；无线局域网( 、a n ) 标准i e e e s 0 2 1 1 0 6 , t r l ；b 3 g 移动通信系统的候选方案0 8 , t g d o 。 但是o f d m 技术在移动通信系统中的实现还面临着许多实际的技术问题。o f d m 系统对 于时间和频率同步的误差非常敏感，同步误差将导致载波阉干扰，严重影响系统的效能；o f d m 系统的峰均比( p a p r ) 较单载波大，不利于功率放大器的实现 然而，对于高速无线通信，单纯的o f d m 系统对抗无线环境中的多径衰落是不够的。必 须和m i m o ( m u t i p l e i n p u tm u 卸l e - o u t p u t ) 技术结合起来提高系统的可靠性和容量。m i m o 无线通信技术的概念非常简单，任何一个无线通信系统，只要其发射端和接收端均采用了多 个天线或者天线阵列，就构成了一个无线m i m o 系统。m i m o 无线通信技术采用空时处理技 术进行信号处理，在多径环境下，无线系统可以极大地提高频谱利用率，增加系统的数据传 输速率。m i m o 技术最早是由m a r c o n i 于1 9 0 8 年提出的，在发射端和接收端采用多天线同时 发送和接收信号。他的主要功能方式有两种，即空闯分集( s p a t i a ld i v e r s i t y ) 和空间复用( s p t i a l m u l t i p l e x i n g ) 。空问分集利用发射端或者接收端提供的多重传输途径对抗衰落。而复用是指各 发射天线同时发送的信号占用同一个频谱，所以并未增加带宽，因而能够成倍提高系统的容 量和频谱利用率。 2 绪论 面对未来无线通信的两个严峻挑战，频谱效率与多径衰落，m i m o 与m i m o o f d m 技术 同时利用空间分集，时间分集，和频率分集，对抗信道衰落，提高无线链路的传输速率、系 统容量和可靠性，已经成为宽带高速无线通信领域的关键技术。 1 1 3m i m o o f i ) m 信道估计技术研究现状 在无线传输环境中，信道的时域与频域响应是时变的。多径引起的频率选择性衰落在不 同的子载波上也表现出衰落的不一致性，从而导致o f 【) m 符号各个数据子载波上出现畸变的 不均匀性。为了保证系统的性能不受信道的多径和衰落效应的影响，需要采用信道估计的方 法来跟踪信道响应的变化，估计出信道的时域或频域响应。对接收到的数据进行校正和恢复， 以获得相干检测的性能增益。信道的最大多径时延、最大多普勒频移、接收机的噪声和导频 插入方式都是影响信道估计算法性能的重要因素。 目前。信道估计方法主要有两大类盲信道估计( b l i n dc h a n n e le s t i m a t i o n ) 方法和基于 导频辅助( p i l 叭虹d e d ) 的信道估计方法。 基于导频辅助的信道估计方法是指采用用已知的导频、训练序列来进行信道估计。基于 导频辅助的如最小二乘估计( l s ) ，最小均方误差估计( m m s e ) ，最大似然估计( m l ) 等方 法都得到了广泛的研究。在基于导频辅助的信道估计算法中，导频插入方案可分为，块状导 频分布、梳状导频分布、矩形导频分布等等其中块状导频的插入方式，又称之为基于训练 序列的信道估计方法。 在基于导频辅助的估计算法中，主要考虑两个方面，一是寻找具有较低的实现复杂度又 有较强估计性能的信道估计算法：二是导频序列的设计，以达到信道估计的精度并简化实现 的复杂度。m i m o 系统的接收信号是多个发射天线发送信号的衰落与加性噪声的叠加，对于 某个特定的发射接收天线对j 来自其它天线的信号均为干扰信号，故要求发射天线上采用的 导频序列必须满足正交性条件，接收端才能利用训练序列的正交性消除相互之间的干扰，得 到各收发天线间的信道响应。o f d m 系统有较大的峰均比( p a r ) ，对射频部分的放大器线性 度要求很高，所以导频序列的设计必须考虑发送端和接收端信号的峰均比，例如可采用c r c l ( g e n e r a l i z e dc h i r p 1 i k ep o l y p h a s es e q u e n c e s ) 序列。针对导频序列的研究，y el i 等人提出了 在无虚载波的情况下，即所有子载波都可用，l s 估计的最佳导频序列，并给出了简化的估计 算法。 盲信道估计方法利用发送信息内包含的统计信息来进行信道估计，有较高的信道利用率， 但需要很大的样本集，收敛速率慢，计算量也很大。通常需要在接收端进行复杂的数学运算， 不适合应用于对时延要求比较高的实时系统。盲估计算法绝大部分都基于其二阶统计量，包 括子空间分解的方法，最小二乘法以及线性预测法等。 1 2 论文主内容安排。 本文主要研究了基于m i m o - o f d m 系统的各种导频辅助信道估计算法，导频序列的设计， 在信道估计算法分析仿真的基础上，提出o b p s 系统中的信道估计实现方案，并设计出硬件结 构图，进行f p g a 验证。论文安排如下： 第l 章主要介绍了课题的研究背景，简述了移动通信系统的发展历程，m i m o - o f d m 技 术的出现与发展，以及m i m o o f d m 信道估计技术研究现状 第2 章介绍了无线信道的传播特性。信道模型。 3 东南大学硕士学位论文 第3 章主要介绍了m i m o o f d m 系统的基本原理。g b p s 系统架构，以及g b p s 系统的主 要参数。 第4 章对各种m i m o - o f d m 系统中经典信道估计算法，包括导频序列的设计，给出仿真 曲线，并对他们的性能进行分析比较。 第5 章针对自然条件下三次样条插值信道估计方案，给出g 娜l s 系统的信道估计模块的硬 件结构，并完成了定点仿真，f p g a 验证。 第6 章对全文进行了总结，与下一步工作建议。 4 无线衰落信道 第2 章无线衰落信道 信道是发射端和接收端之问传播媒介的总称，它是任何一个通信系统不可或缺的组成部 分。无线信道是随机的、动态的，无线信号会受到传输路径上各种物件的散射、绕射和反射， 同时还因为移动台自身运动引起的信道时变和信号频率偏移。传输损耗、阴影衰落和多径衰 落成为无线移动信道对无线电波的三种主要损害途径。移动通信中的各类技术都是针对移动 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。 因此，分析移动无线信道的特点是解决移动通信关键技术的前提，对于本文信道估计技术的 研究更是如此。 2 1 衰落信道特性 2 2 1 衰落效应 移动通信的用户由于要进行自由移动，其位置不受束缚。所有必须利用无线电波进行传 输。无线电波通过移动信道时会遇到各种各样的障碍物，引起能量的吸收和穿透以及电波的 反射、散射和绕射等。无线电波的传播特性一般都很差。通常，在同一个无线信道中，既存 在大尺度衰落，也存在小尺度衰落。 大尺度路径损耗，主要指平均路径损耗和信道长期衰落( 因阴影效应而产生的损耗) ，它 们主要影响无线小区的覆盖。小尺度衰落通常也认为是短期衰落，是指由多径衰落引起的信 号损耗，它严重影响信号传输的质量，必须采用抗衰落技术来抑制它的影响。一般而言，大 尺度表征了接收信号在一定时间内的均值随传播距离和环境的变化而呈现的缓慢变化，小尺 度表征了接收信号短时间内的快速波动。因此，实际的无线信道衰落因子可表示为 r ( i ) = 口( ，) p ( f )( 2 1 ) 其中，丫( f ) 表示信道的衰落因子，a ( o 表示小尺度衰落，卢( f ) 表示大尺度衰落。图2 1 给出了信道衰落的示意图， ，、 电 u 襁 燃 距离( 对数) 图2 1 无线信道中的衰落 5 东南大学硕士学位论文 根据电波遭受来自不同途径的衰减损害，可以分为三类： ( 1 ) 自由空间路径损耗：它是指电磁波在空间传播穿过各种介质造成的电平损耗。它属 于大尺度衰落，表征接收信号在一定时间内的均值随传播距离和环境的变化而呈现的缓慢变 化。 ( 2 )阴影衰落：它是由于在电波传播路径上受到建筑物及山丘等的阻挡所产生的阴影 效应而造成的损耗。它反映了中等范围内的几百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗， 也属于大尺度衰落。 ( 3 ) 多径衰落：由于电磁波通过各条路径的距离不同，因而电磁波通过各条路径到达的 时间也不致，反映到信号上表现为到达信号的相位不同。不同相位的多个信号在接收端叠 加，同相叠加则会使信号幅度增强，而反相叠加则会使信号幅度削弱。这样接收信号的幅度 会发生急剧的变化，从而产生衰落。其分布一般符合瑞利分布。 2 2 2 多径效应 在无线通信中，由于地面和周围建筑物的反射，来自发射机的射频信号通常会受到各种 障碍物和其他移动物体的影响，以致到达接收端的信号是来自不同传播路径的信号之和。从 空间角度看，沿移动台移动方向，接收信号的幅度随着距离变动而衰减。 从时间角度上看，各个路径的长度不同，接收端接收到的信号不光是发送信号，还包括 它的多个时延信号，即接收信号的持续时间要比这个信号发送时的持续时间长。这种由于多 径效应所引起的接收信号中符号的宽度扩展现象称为时延扩展，时延扩展会引起严重的码间 干扰。 设发送端发送信号为8 ( t ) ，则通过多径后接收信号可以表示为： 土 r ( t ) = 嘶。万( f q ) ( 2 2 ) f l l 其中为第z 径的衰落因子，q 为第z 径的传播时延。定义接收端接收到的第一个信号分 量的时延到最后一个可辨径上信号的时延间隔长度为多径信道的时延扩展。 从频域的角度观察，多径信号的时延扩展可以导致频率选择性衰落，即针对信号中不同 的频率成分，无线传输信道会呈现出不同的随机响应。由于不同的频率分量衰落不一致，在 衰落后，信号波形会发生畸变。由此可见，当信号的频率较高，信号带宽超过无线信道的相 干带宽时，信号中各频率分量通过无线信道发生的变化是不一样的。引起信号波形的失真， 造成符号间的干扰。形成了频率选择性衰落。 判断一个信道是否是频率选择性衰落信道，一般引入相关带宽的概念，相干带宽罡表示 信道对不同频率信号衰落的相关性。定义已为多径时延扩展，为较大能量路径的最大和最小 时延之差 乙= n l a x l f p l ( f ) 一f ，l ( f ) l ( 2 3 ) p t , p 2 相应地在频率域上，用下式来定义信道的相干带宽： 盈= 1 l ( 2 。4 ) 令t 为传播信号的时间间隔，矿= 1 r 为传输信号的带宽。如果满足矿最，则认为信 道是平坦衰落的，信号通过无线信道后，各频率分量都收到相同的衰落，则衰落波形不会发 生失真，没有产生符号间干扰，则可以认为信号只是经历了平衰落，即非频率选择性衰落。 6 无线衰落信道 当形 e 时，信道被称为频率选择性信道，即传输信道对发射信号中不同的频率分量有不同 的随机响应。所以衰落信号波形将产生失真，此时会产生码间干扰( i s i ) 。 2 2 3 多普勒效应 由于发射机和接收机之间的相对运动，或者信道路径中其他物体的运动，引起多普勒频 移，从而引起多普勒扩展，造成信道的时变特性，也就是信道出现了时间选择性衰落。描述 无线信道时变性的两个重要参数是多普勒扩展和相干时间。 ( 1 ) 多普勒频移 无线信号在传输过程中，由于移动台或者路径上反射物的快速移动，会导致接收信号的 频率发生一定程度的偏移。当两者作相向运动时，接收信号的频率将高于发射频率，当两者 作相反运动时，接收信号的频率将低于发射频