第二章空中接口设计(1)

1、第2章 空中接口设计 第二章第二章 空中接口设计空中接口设计空中接口设计主要研究无线网络的：空中接口设计主要研究无线网络的：介质特性：无线介质更复杂，无线信道介质特性：无线介质更复杂，无线信道接收信号的强度接收信号的强度随随时间时间和和空间空间的移动波动很大。的移动波动很大。物理连接的设计物理连接的设计: 对应了传输技术对应了传输技术 其复杂性和多样性远远其复杂性和多样性远远 超过了有线网络超过了有线网络 接入方式接入方式: 描述了无线网络的多址技术描述了无线网络的多址技术 需要保证足够的功率和带宽需要保证足够的功率和带宽,减小介质的波动减小介质的波动 第2章 空中接口设计 2.1 2.1 无

2、线介质特性无线介质特性一、有线介质和无线介质的比较一、有线介质和无线介质的比较有线介质有线介质提供了一种可靠的，定向的连接。介质形式多，信道提供了一种可靠的，定向的连接。介质形式多，信道的最大传输速率受限于信道的频率特性。有一定辐射。的最大传输速率受限于信道的频率特性。有一定辐射。无线介质无线介质不可靠，带宽低、有广播性。不可靠，带宽低、有广播性。相对于有线信道，无线介质的主要特点如下：相对于有线信道，无线介质的主要特点如下：第2章 空中接口设计 无线介质特点无线介质特点1、唯一的介质：空气、唯一的介质：空气 所有的无线传输都采用相同的介质，各种无线网络通过工作所有的无线传输都采用相同的介质，

3、各种无线网络通过工作 频率，和接入频段区分。频率，和接入频段区分。2、频段有限：频段有限： 1） 频段划分：频段划分： 极低频（极低频（FLF）：）： B，多普勒频移的影响可以忽略。，多普勒频移的影响可以忽略。基带信号带宽的倒数基带信号带宽的倒数 相干时间，产生时间选择性衰相干时间，产生时间选择性衰落，导致接收机信号失真。落，导致接收机信号失真。第2章 空中接口设计 在现代数字通信中，相干时间的定义式为：在现代数字通信中，相干时间的定义式为：mmcffT423.01692式中式中：/mmvf 最大的多普勒频率，与移动终端的速度有关。最大的多普勒频率，与移动终端的速度有关。 mv：移动速度：移动

4、速度 ：无线信号波长：无线信号波长 由相干时间的定义可知，时间间隔大于由相干时间的定义可知，时间间隔大于 的两个到达信的两个到达信号受信道的影响各不相同。号受信道的影响各不相同。cT第2章 空中接口设计 快衰落快衰落根据发送的基带信号与信道变化快慢程度的比较，信根据发送的基带信号与信道变化快慢程度的比较，信道可分为快衰落和慢衰落信道。道可分为快衰落和慢衰落信道。在快衰落信道中，信道的相干时间小于发送信号的信在快衰落信道中，信道的相干时间小于发送信号的信号周期，由于多普勒扩展引起频率色散（时间选择性号周期，由于多普勒扩展引起频率色散（时间选择性衰落），从而导致了信号失真。从频域可看出，由于衰落）

5、，从而导致了信号失真。从频域可看出，由于快衰落引起的信号失真随发送信号带宽的多普勒扩展快衰落引起的信号失真随发送信号带宽的多普勒扩展的增加而加剧。因此，信号经历快衰落的条件是：的增加而加剧。因此，信号经历快衰落的条件是：（1）高多普勒扩展）高多普勒扩展（2）相干时间）相干时间 符号周期符号周期（3 3）信道变化慢于基带信号变化）信道变化慢于基带信号变化结论结论 （1 1）移动台的速度及其基带信号发送速率决定了信号是）移动台的速度及其基带信号发送速率决定了信号是经历快衰落还是慢衰落。经历快衰落还是慢衰落。（2 2）快慢衰落涉及的是信道的时间变化率与发送信号的）快慢衰落涉及的是信道的时间变化率与发

6、送信号的时间变化率之间的关系，而不是传播路径损耗模型。时间变化率之间的关系，而不是传播路径损耗模型。第2章 空中接口设计 针对瑞利衰落信道的多普勒频谱模型针对瑞利衰落信道的多普勒频谱模型mmmmffffD;)(121)(212作用作用 确定给定移动速度下衰落速率和衰落期限（信号强度确定给定移动速度下衰落速率和衰落期限（信号强度何时低于特定值）。以便设计合适的编码和频谱交错技术。何时低于特定值）。以便设计合适的编码和频谱交错技术。第2章 空中接口设计 3 3）时延扩展（延迟扩展）时延扩展（延迟扩展）（1 1）含义）含义 移动台发送的信号通过不同路径，历经不同的相对移动台发送的信号通过不同路径，历

7、经不同的相对时延差到达接收端。最大传输时延和最小传输时延的差时延差到达接收端。最大传输时延和最小传输时延的差值为多径时延，也称延迟扩展，一般用值为多径时延，也称延迟扩展，一般用 来表示。其结来表示。其结果是接收信号的信号轮廓不清或者被扩展。果是接收信号的信号轮廓不清或者被扩展。 （2 2）影响）影响使得前后信号的码元重叠，产生码间干扰。（使得前后信号的码元重叠，产生码间干扰。（ISIISI）（3）要求）要求 时延扩展要明显小于数字信号的码元宽度。时延扩展要明显小于数字信号的码元宽度。( 即，即，时延扩展限制了数字多径信道的最大码速时延扩展限制了数字多径信道的最大码速)。信道可支持的数据速率要低

8、于信道可支持的数据速率要低于信道的相干带宽。信道的相干带宽。第2章 空中接口设计 移动信道的传播路径移动信道的传播路径第2章 空中接口设计 多径时散示意图多径时散示意图第2章 空中接口设计 多径时延参数典型值多径时延参数典型值第2章 空中接口设计 相干带宽相干带宽 含义含义 是一个频率范围，在该范围内信号可以无失真地是一个频率范围，在该范围内信号可以无失真地通过信道。即在该范围内，两个频率分量有很强的幅通过信道。即在该范围内，两个频率分量有很强的幅度相关性。以几乎相同的增益及线性相位通过信道。度相关性。以几乎相同的增益及线性相位通过信道。对于频率间隔大于相干带宽的两个频率信号受信道的对于频率间

9、隔大于相干带宽的两个频率信号受信道的影响则大不相同。影响则大不相同。 实际应用中的取值为实际应用中的取值为（用最大时延扩展的倒数来定义）（用最大时延扩展的倒数来定义）max/1cB第2章 空中接口设计 平坦衰落（频率非选择性信道）平坦衰落（频率非选择性信道） 如信号带宽小于相干带宽，则信号中的不同频率分如信号带宽小于相干带宽，则信号中的不同频率分量以类似的方式受到信道的影响，接受信号的幅度、相量以类似的方式受到信道的影响，接受信号的幅度、相位等具有高度的相关性，信号的衰落与频率无关。对应位等具有高度的相关性，信号的衰落与频率无关。对应的信道为的信道为频率非选择性信道频率非选择性信道，对应的衰落

10、为，对应的衰落为平坦衰落，平坦衰落，平坦衰落不引入码间干扰，但为了保证信号的质量，要平坦衰落不引入码间干扰，但为了保证信号的质量，要求码元周期大于最大时延扩展。求码元周期大于最大时延扩展。平坦衰落特点平坦衰落特点（1）信号带宽）信号带宽 信道带宽信道带宽（2 2）时延扩展）时延扩展 信道带宽信道带宽（2）时延扩展）时延扩展 符号周期符号周期第2章 空中接口设计 结论结论宽带信道宽带信道 信道带宽大于相干带宽信道带宽大于相干带宽 。时延扩展产生。时延扩展产生的的ISI是引起信号下降的主要原因。是引起信号下降的主要原因。窄带信道窄带信道信道带宽小于相干带宽。信道带宽小于相干带宽。 路径衰耗和衰落是

11、路径衰耗和衰落是引起信号质量下降的主要原因。引起信号质量下降的主要原因。第2章 空中接口设计 第2章 空中接口设计 注意注意快慢衰落涉及的是信道的时间变化快慢衰落涉及的是信道的时间变化率与发送信号时间变化率之间的关率与发送信号时间变化率之间的关系，而不是传播路径损耗模型。系，而不是传播路径损耗模型。错误：慢快衰落与大小尺度相对应错误：慢快衰落与大小尺度相对应第2章 空中接口设计 第2章 空中接口设计 5. 典型移动信道模型典型移动信道模型GSM，WCDMA第2章 空中接口设计 移动信道参数移动信道参数最大时延最大时延路径数目的概率分布路径数目的概率分布多径延迟的时间分布多径延迟的时间分布多径信

12、号的强度分布多径信号的强度分布延迟扩展和路径损耗的相关性延迟扩展和路径损耗的相关性路径损耗的累积分布路径损耗的累积分布多普勒频移与扩展多普勒频移与扩展第2章 空中接口设计 5.1 移动环境信道移动环境信道-GSM信道模型信道模型 GSM 05.05GSM 05.05建议的信道类型建议的信道类型典型郊区(RAx)典型山区(HTx)典型城市地区(Tux) GSM 05.05GSM 05.05建议的传播模型建议的传播模型典型郊区(RAx)：6支路典型郊区模型典型山区(HTx)：12/6支路典型山区模型典型城市地区(Tux)：12/6支路典型城市地区模型第2章 空中接口设计 5.2 移动环境信道-GS

13、M信道模型参数 GSM 05.05建议的信道模型参数多径支路数目：12或6个每路径的信号参数：路径的时延和平均功率每路径的幅度分布：瑞利分布，依据多普勒频谱S(f) GSM 05.05建议的多普勒频谱S(f)典型多普勒频谱，用于除郊区最短路径外所有环境莱斯(Rice)多普勒频谱，用于郊区最短路径环境dddfffffAfS2/12)(1 )(dddddfffffffffS)7 . 0(91. 0)(1 241. 0)(2/12第2章 空中接口设计 5.3 移动环境信道-WCDMA信道模型 路径损耗模型室内室外步行室外车辆LRnnn37301831004621log .LRf4030491010l

14、oglogLhRhfbb40 14101821803101010()logloglogdB第2章 空中接口设计 5.4 移动环境信道-WCDMA多径模型 多径模型参数 Channel A Channel B Test environment r.m.s. (ns) P (%) r.m.s. (ns) P (%) Indoor office 35 50 100 45 Outdoor to indoor and pedestrian 45 40 750 55 Vehicular high antenna 370 40 4 000 55 第2章 空中接口设计 5.5 移动环境信道-WCDMA室内多径

15、 室内多径时延模型 Channel A Channel B Doppler Tap Relative delay (ns) Average power (dB) Relative delay (ns) Average power (dB) spectrum 1 0 0 0 0 Flat 2 50 3.0 100 3.6 Flat 3 110 10.0 200 7.2 Flat 4 170 18.0 300 10.8 Flat 5 290 26.0 500 18.0 Flat 6 310 32.0 700 25.2 Flat 第2章 空中接口设计 5.6 移动环境信道-WCDMA室外多径 室外车辆测试环境 Channel A Channel B Doppler Tap Relative delay (ns) A