第3章 统计多径信道模型.ppt

1、1,第2章 统计多径信道模型,现代无线通信技术 Modern Wireless Communication Technologies,福州大学 物理与信息工程学院 郑绍华 2009,2,2.1 信道冲激响应模型,通信双方的相对运动或环境的运动使得信道具有时变的特性，对一个时变线性系统来讲，其冲激响应给出了这个系统的时域特性；移动无线信道的小尺度变化与无线信道的冲激响应有着直接的联系； 假定接收机以恒定速率v移动，在d处接收到的信号由直射波及多径波组成；发射机与接收机之间的信道是线性时变系统；,3,2.1 信道冲激响应模型,由于多径效应，信道的冲激响应是d和t的函数h(d,t),设发射信号为x(

2、t),则d处接收到的信号为：,4,2.1 信道冲激响应模型,5,2.1 信道冲激响应模型,6,1、信道的相关函数和功率谱,信道的相关函数和功率谱定义了多径信道的特征，在信道的动态分析中起着关键的作用； 令c(t,)为信道等效低通冲激响应，是广义平稳的（满足均值为常数，相关函数只与时间间隔有关且平方均值有限），则其自相关函数：,7,1、信道的相关函数和功率谱,8,1、信道的相关函数和功率谱,9,1、信道的相关函数和功率谱,10,1、信道的相关函数和功率谱,11,2、相干带宽,频率差相关函数Rc(f)是以频率为自变量的相关函数，提供了信道相干性的一种度量。|Rc(f)|为非零值的频率差范围称作信道

3、的相干带宽，Bc表示； 功率时延Rc()为非零值的值范围称作信道的多径扩展，也称均方时延扩展，以表示；多径扩展的倒数是信道相干带宽： Bc1/,12,2、相干带宽,相干带宽就是信道处于较强相关状态下的频率差范围，是一特定频率范围，在其中两个频率分量有很强的幅度相关性。因此，频率间隔大于相干带宽Bc的两个正弦波受到信道的影响是不同的； 如果信道相干带宽Bc比发送信号的带宽小，则信道是频率选择性的，信道将使信号产生严重的失真；反之，称为频率非选择性信道；,13,2、相干带宽,如果发送一个带宽BBc，那么在间隔超过Bc相干带宽的两个频点上的信道幅度值近似独立，此时信道带宽内信道幅度变化很大，这样的衰

4、落通常称为“频率选择性衰落”,会造成严重的码间干扰。,14,相干带宽例子,15,3、相干时间,函数Sc()是一个功率谱，给出了信号强度与多普勒频率之间的关系，与时间差相关函数Rc(t)之间的傅里叶变换关系。 Sc()非零值的频率差范围称作多普勒扩展Bd，|Rc(t)|为非零值的t范围称作信道的相干时间Tc； Sc() 和Rc(t)是一对傅里叶变换，有： Tc1/ Bd 如果基带信号带宽远大于Bd，或在时域基带信号符号的宽度远小于信道相干时间，则可以忽略多普勒扩展的影响；,16,多普勒扩展引起的衰落效应,多普勒扩展与相干时间成反比，而相干时间是信道随时间变化的度量，所以多普勒扩展引起的衰落与时间

5、相关，是时间选择性衰落。根据时间变化的快慢，可分为快衰落信道和慢衰落信道； 快衰落信道的冲激响应在符号周期内变化很快，即信道的相干时间比发送信号的周期短； 慢衰落信道的冲激响应变化率大大小于发送基带信号的符号宽度，可以认为在一个或几个符号宽度内，信号为非时变的；,17,4、信道参数,相干带宽Bc / 多径时延扩展 相干时间Tc / 多普勒扩展Bd 相干带宽和时延扩展描述信道的时间色散特性；多普勒扩展和相干时间描述信道时变特性；相干时间和相干带宽分别指信道处于相关状态的时间和频率范围。,18,4、信道参数,19,2.2 多径信道统计模型,由于移动信道的时变性和随机性，多径信道的特性只能用统计的方

6、法来处理概率分布； 一、瑞利衰落,20,1、瑞利衰落,21,1、瑞利衰落,22,1、瑞利衰落,23,1、瑞利衰落,当一个随机二维向量的两个分量呈独立的、有着相同的方差的正态分布时，这个向量的模呈瑞利分布。,24,1、瑞利衰落,其中，随机变量r表示快衰落在某点处归一化接收电压的取样值；是接收到的电压信号的均方根，2是接收信号的时间平均功率；当 r =时，p(r)最大=0.6065/。,25,1、瑞利衰落,26,瑞利衰落,瑞利衰落（Rayleigh Fading）：在无线通信信道中，由于信号进行多径传播达到接收点处的场强来自不同传播的路径，各条路径延时时间是不同的，而各个方向分量波的叠加，又产生了

7、驻波场强，从而形成信号快衰落称为瑞利衰落。瑞利衰落属于小尺度的衰落效应，它总是叠加于如阴影、衰减等大尺度衰落效应上。 瑞利分布是最常见的用于描述平坦衰落信号接收包络或独立多径分量接受包络统计时变特性的一种分布类型。两个正交高斯噪声信号之和的包络服从瑞利分布。,27,2、莱斯衰落,瑞利衰落模型是假设所有路径是一样的，不存在一条支配路径；但信道存在直达的强径时（视距路径），则接收信号的包络服从莱斯Rice分布：,28,莱斯衰落,在无线通信信道环境中，电磁波经过反射折射散射等多条路径传播到达接收机后， 总信号的强度服从瑞利分布。 同时由于接收机的移动及其他原因， 信号强度和相位等特性又在起伏变化，

8、故称为瑞利衰落。 如果收到的信号中除了经反射折射散射等来的信号外， 还有从发射机直接到达接收机 （如从卫星直接到达地面接收机）的信号，那么总信号的强度服从莱斯分布， 故称为莱斯衰落。,29,2.9 信道分类,广义平稳非相关散射 WSSUS( Wide-Sense Stationary-Uncorrelated Scattering)信道的关键特性：信道响应的相关时间只与时间差有关而与绝对时间无关； 高度非平稳信道（地面移动信道） 1）传播路径通常有不连续的物体（建筑物）组成，当终端进入和退出建筑物的阴影效应； 2）环境本身物理上不平稳，移动的卡车、走动的人等，如手机使用者头部的运动； 3）共享相同频道的其他用户进入或退出系统时的干扰变化；,30,2.3 信道分类,时间平坦信道：是时不