第2章-移动通信信道课件.ppt

1、120222022年年1212月月1 1日星期四日星期四第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道220222022年年1212月月1 1日星期四日星期四移动信道基本特性移动信道基本特性2.12.1衰落衰落2.22.22.32.3噪声和干扰噪声和干扰320222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.1 移动信道基本特性移动信道基本特性2.1.1 移动通信信道的主要特点移动通信信道的主要特点2.1.2 电波传播方式电波传播方式2.1.3 接收信号中的四种效应接收信号中的四种效应第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道420222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.1.1 移动

2、通信信道的主要特点移动通信信道的主要特点1传播的开放性传播的开放性 这区别于有线信道，有线信道中，电磁波被限定在导线内，这区别于有线信道，有线信道中，电磁波被限定在导线内，而移动通信的信道是一个开放的空间。而移动通信的信道是一个开放的空间。2接收环境的复杂性接收环境的复杂性 是指接收点地理环境的复杂性与多样性。可将接收点地理环是指接收点地理环境的复杂性与多样性。可将接收点地理环境划分为三种典型区域境划分为三种典型区域:高楼林立的城市高楼林立的城市繁华区繁华区;以一般性建筑物为主体的以一般性建筑物为主体的近郊区近郊区;以山丘、湖泊、平原为主的以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区农村及远郊区。3通

3、信用户的随机移动性通信用户的随机移动性520222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.1 移动信道基本特性移动信道基本特性2.1.1 移动通信信道的主要特点移动通信信道的主要特点2.1.2 电波传播方式电波传播方式2.1.3 接收信号中的四种效应接收信号中的四种效应第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道620222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.1.2 电波传播方式电波传播方式1直射波直射波 即没有障碍物的情况下，电磁波在视距范围内直接由基站即没有障碍物的情况下，电磁波在视距范围内直接由基站到达手机。到达手机。2反射波反射波 当障碍物的尺寸大于电磁波的波长时，电磁

4、波就会在障当障碍物的尺寸大于电磁波的波长时，电磁波就会在障碍物的前方发生反射。碍物的前方发生反射。3绕射波绕射波 也称也称衍射波衍射波，电磁波绕过障碍物，在障碍物后方形成场，电磁波绕过障碍物，在障碍物后方形成场强。强。一般可归纳为以下波四种基本传播方式：一般可归纳为以下波四种基本传播方式：第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道720222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.1.2 电波传播方式电波传播方式4散射波散射波 当电磁波遇到粗糙的表面时，反射能量会散布于所有方向当电磁波遇到粗糙的表面时，反射能量会散布于所有方向,这样就形成了散射波。这样就形成了散射波。图图 2-1 移动信

5、道电波传播类型示意图移动信道电波传播类型示意图 820222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.1 移动信道基本特性移动信道基本特性2.1.1 移动通信信道的主要特点移动通信信道的主要特点2.1.2 电波传播方式电波传播方式2.1.3 接收信号中的四种效应接收信号中的四种效应第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道920222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.1.3 接收信号中的四种效应接收信号中的四种效应1.阴影效应阴影效应 当电波在传播路径上遇到起伏地形、建筑物等障碍物当电波在传播路径上遇到起伏地形、建筑物等障碍物的阻挡时，在障碍物的后面产生传播半盲区。从而形成电

6、的阻挡时，在障碍物的后面产生传播半盲区。从而形成电磁场阴影，这种随移动台位置的不断变化而引起的接收点磁场阴影，这种随移动台位置的不断变化而引起的接收点场强中值的起伏变化叫做阴影效应。场强中值的起伏变化叫做阴影效应。2.远近效应远近效应 由于移动用户距离基站有远有近，这样近处的用户信号由于移动用户距离基站有远有近，这样近处的用户信号就会对远处的用户信号产生抑制。就会对远处的用户信号产生抑制。第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道1020222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.1.3 接收信号中的四种效应接收信号中的四种效应3.多径效应多径效应 由于用户所处位置的复杂性，到达移动台

7、天线的信号不是由于用户所处位置的复杂性，到达移动台天线的信号不是由单一路径来的，而是包含多条路径。不同路径的信号，它们由单一路径来的，而是包含多条路径。不同路径的信号，它们到达时的到达时的信号强度信号强度、到达时间到达时间及到达时的及到达时的载波相位载波相位都不一样。都不一样。所接收的信号是上述各路信号的矢量和。所接收的信号是上述各路信号的矢量和。4.多普勒效应多普勒效应 由于用户处于高速移动中，从而引起传播频率的扩散，由由于用户处于高速移动中，从而引起传播频率的扩散，由此引起的附加频移称为此引起的附加频移称为多普勒频移多普勒频移（Doppler Shift）。）。这一现这一现象只产生在大于等

8、于象只产生在大于等于70Km/h时，而对于慢速移动的步行和准时，而对于慢速移动的步行和准静态的室内通信则不予考虑。静态的室内通信则不予考虑。第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道1120222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.1.3 接收信号中的四种效应接收信号中的四种效应无线电波从源点无线电波从源点S出发，在出发，在X点点和和Y点分别被移动台接收时所点分别被移动台接收时所走的路程差为走的路程差为xi dcosi v t cosi 由于源端点距离很远，可假设由于源端点距离很远，可假设在在X点和点和Y点处的点处的i是相同的，是相同的，所以，由路程差造成的接收信所以，由路程差造成的

9、接收信号相位变化值为号相位变化值为22cosiixv t SixiXYd当移动台以恒定速率当移动台以恒定速率v在长度在长度为为d、端点为、端点为X和和Y的路径上运的路径上运动时，受到自远方动时，受到自远方S点发出的点发出的信号，如图所示。信号，如图所示。由此可得出频率变化值，即多由此可得出频率变化值，即多普勒频移普勒频移fd为为1cos2divft mvf 最最大大多多普普勒勒移移：SixiXYd1220222022年年1212月月1 1日星期四日星期四 若载波频率若载波频率fc=900MHz。移动台。移动台速度速度v=100km/h，求最大多普勒频移，求最大多普勒频移1320222022年年

10、1212月月1 1日星期四日星期四移动信道基本特性移动信道基本特性2.1衰落衰落2.22.3噪声和干扰噪声和干扰1420222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.2 衰落衰落2.2.1 大尺度衰落大尺度衰落2.2.2 小尺度衰落小尺度衰落1520222022年年1212月月1 1日星期四日星期四 无线信道的传播模型可分为无线信道的传播模型可分为大尺度传播大尺度传播模型模型和和小尺度传播模型小尺度传播模型两种两种 大尺度传播模型大尺度传播模型主要用来描述发射机和接收机主要用来描述发射机和接收机 之间长距离（几百或几千米）上的信号强度变化。之间长距离（几百或几千米）上的信号强度变化。小

11、尺度传播模型小尺度传播模型主要用来描述短距离（波长级）主要用来描述短距离（波长级）或短时间（秒级）内接收信号的强度变化。或短时间（秒级）内接收信号的强度变化。第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道1620222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.2.1 大尺度衰落大尺度衰落 在大尺度模型中，一般主要关注由在大尺度模型中，一般主要关注由路径损耗（路径损耗（Path loss）和和阴影（阴影（shadowing）效应）效应所引起的接收信号功率随距离变化所引起的接收信号功率随距离变化的规律。路径损耗引起长距离（的规律。路径损耗引起长距离（1001000米）接收信号功率米）接收信号功率的

12、变化，而阴影效应引起障碍物尺度距离上（室外环境是的变化，而阴影效应引起障碍物尺度距离上（室外环境是10100米，室内更小）接收信号功率的变化。米，室内更小）接收信号功率的变化。1路径损耗路径损耗 大多数移动通信系统运行在复杂的传播环境中，路径损大多数移动通信系统运行在复杂的传播环境中，路径损耗除了受频率、距离等确定因素的影响，还会受到地形、地耗除了受频率、距离等确定因素的影响，还会受到地形、地貌、建筑物分布及街道分布等不确定因素的影响。这里我们貌、建筑物分布及街道分布等不确定因素的影响。这里我们主要介绍在工程上普遍应用的主要介绍在工程上普遍应用的电波传播损耗预测模型电波传播损耗预测模型。第第2

13、 2章章 移动通信信道移动通信信道172022年年12月月1日星期四日星期四路径损耗路径损耗 电波传播损耗预测模型是基于大量实测数据而得到的经验模型，电波传播损耗预测模型是基于大量实测数据而得到的经验模型，常用的模型包括：常用的模型包括：奥村模型（奥村模型（Okumura Model）是城市是城市宏小区宏小区中信号预测最常用的模型之一，其适用的距离范中信号预测最常用的模型之一，其适用的距离范围是围是1Km100Km、频率范围是、频率范围是150MHz1500MHz，该模型，该模型除了公式外，还包括一些经验曲线和图表。除了公式外，还包括一些经验曲线和图表。哈塔模型（哈塔模型（Hata Model

14、）将奥村模型中的经验曲线与图表拟合成更加便于工程上使用的将奥村模型中的经验曲线与图表拟合成更加便于工程上使用的经验公式，其适用的频率范围也基本是经验公式，其适用的频率范围也基本是150MHz1500MHz。哈塔模型的哈塔模型的COST231扩展扩展是欧洲科技合作组织将哈塔模型扩展到是欧洲科技合作组织将哈塔模型扩展到2GHz，以便适合，以便适合PCS系统。系统。宏小区宏小区（macrocell）：每小区）：每小区的覆盖半径多为的覆盖半径多为1km-25km。由。由于覆盖半径较大，所以基站的发于覆盖半径较大，所以基站的发射功率较强，一般在射功率较强，一般在10W以上以上。第第2 2章章 移动通信信

15、道移动通信信道1820222022年年1212月月1 1日星期四日星期四（1）Hata模型模型 由于使用由于使用Okumura模型，需要查找其给出的各种曲线，模型，需要查找其给出的各种曲线，不利于计算机预测。不利于计算机预测。Hata将将Okumura模型中的经验曲线模型中的经验曲线与图表提炼成更加便于工程上使用的经验公式，即与图表提炼成更加便于工程上使用的经验公式，即Hata模型模型。Hata在提出这个模型时作了下列三点假设，以求简化：在提出这个模型时作了下列三点假设，以求简化：作为两个作为两个全向天线全向天线之间的传播损耗处理；之间的传播损耗处理；作为准平滑地形而不是不规则地形处理；作为准

16、平滑地形而不是不规则地形处理；以城市市区的传播损耗公式作为标准，其他地区采用校以城市市区的传播损耗公式作为标准，其他地区采用校正公式进行修正。正公式进行修正。路径损耗路径损耗 第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道1920222022年年1212月月1 1日星期四日星期四Hata模型模型适用条件适用条件 频率范围：频率范围：1501500MHz；基站天线有效高度基站天线有效高度hb：30200m；移动台天线高度移动台天线高度hm：110m；覆盖距离：覆盖距离：120km。传播损耗公式传播损耗公式 式中，式中，50为市区路径平均损耗为市区路径平均损耗(dB);d为移动台和基站间的距离为移动台和

17、基站间的距离(km);fc为载波频率为载波频率(MHz);hb和和hm分别为基站和移动台天线有效高度分别为基站和移动台天线有效高度;(hm)为移动台天线高度修正因子为移动台天线高度修正因子;K为使用地区环境修正因子为使用地区环境修正因子(dB)。KdhhhfurbanLbmbc)lg()lg(55.69.44()()lg(82.13)lg(16.2655.69)(50第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道2020222022年年1212月月1 1日星期四日星期四对于其它地形，相应的修正因子对于其它地形，相应的修正因子K 讨论如下：讨论如下：郊区校正因子郊区校正因子 开阔地校正因子（农村地区）

18、开阔地校正因子（农村地区）22(lg(/28)5.4mrKf24.78lg18.33lg40.94oQffHata模型模型 市区市区 0K2120222022年年1212月月1 1日星期四日星期四 设基站天线高度为设基站天线高度为40m，发射频，发射频率为率为900MHz，移动台天线高度为，移动台天线高度为2m，通信距离为通信距离为15km，利用哈塔模型分别求，利用哈塔模型分别求出城市、郊区和乡村的路径损耗。出城市、郊区和乡村的路径损耗。第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道2220222022年年1212月月1 1日星期四日星期四（2）Hata模型扩展模型扩展 欧洲科学技术研究协会（欧洲科

19、学技术研究协会（EURO-COST）组成）组成cost-231工作组开发工作组开发Hata模型对模型对PCS的扩展，提出将的扩展，提出将Hata模模型扩展至型扩展至2GHz频段。所以该模型称为频段。所以该模型称为Hata模型扩展。模型扩展。频率范围：频率范围：15002000 MHz;基站的天线有效高度基站的天线有效高度hb：30200 m;移动台天线高度移动台天线高度hm：110m；覆盖距离：覆盖距离：120 km。适用条件适用条件路径损耗路径损耗 第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道2320222022年年1212月月1 1日星期四日星期四Hata模型扩展模型扩展传播损耗公式传播损耗公

20、式 46.333.9lg13.82lg()(44.96.55lg)lgTbmbMLfha hhdC城城 T城城为市区路径平均损耗为市区路径平均损耗(dB);d为移动台和基站间的距离为移动台和基站间的距离(km);f为载波频率为载波频率(MHz);hb和和hm分别为基站和移动台天线有分别为基站和移动台天线有效高度效高度;(hm)为移动台天线高度修正因子为移动台天线高度修正因子;CM为使用地区环为使用地区环境修正因子境修正因子(dB)。对于市中心繁华区对于中等城市和郊区dBdBCM30对于其它地形，修正因子与对于其它地形，修正因子与Hata模型相同模型相同第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道2

21、420222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.2.1 大尺度衰落大尺度衰落2阴影衰落阴影衰落 在路径损耗模型中一般认为在路径损耗模型中一般认为对于相同的收发距离，路径对于相同的收发距离，路径损耗也是相同的损耗也是相同的。然而实际情况是，与同一发射机等距离但。然而实际情况是，与同一发射机等距离但位于不同地理位置上的接收机，由于传播路径所经过的地理位于不同地理位置上的接收机，由于传播路径所经过的地理环境不同，使得其接收到的信号强度有很大的差异。环境不同，使得其接收到的信号强度有很大的差异。通过路径损耗模型所计算的数值是所有可能路径所造成通过路径损耗模型所计算的数值是所有可能路径所造成

22、功率损耗的一个功率损耗的一个平均值平均值或或中间值中间值，接收机实测值与路径损耗接收机实测值与路径损耗模型预测值之间的偏差则是由阴影衰落引起模型预测值之间的偏差则是由阴影衰落引起。第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道2520222022年年1212月月1 1日星期四日星期四阴影衰落阴影衰落 发射机和接收机之间的障碍物会引起发射机和接收机之间的障碍物会引起阴影衰落阴影衰落，这些障碍，这些障碍物通过吸收、反射、散射和绕射等方式使给定距离处接收信号物通过吸收、反射、散射和绕射等方式使给定距离处接收信号发生随机衰减。造成信号随机衰减的因素，包括障碍物的位置、发生随机衰减。造成信号随机衰减的因素，包

23、括障碍物的位置、大小和介电特性及反射面和散射体的情况一般都是未知的，因大小和介电特性及反射面和散射体的情况一般都是未知的，因此只能用统计模型来表征这种随机衰减。此只能用统计模型来表征这种随机衰减。图图 2-3 在路径损耗、阴影效应和多径传播与距离的关系在路径损耗、阴影效应和多径传播与距离的关系 2620222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.2 衰落衰落2.2.1 大尺度衰落大尺度衰落2.2.2 小尺度衰落小尺度衰落第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道2720222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.2.2 小尺度衰落小尺度衰落 小尺度衰落小尺度衰落是指无线电信号

24、在短时间或短距离传是指无线电信号在短时间或短距离传播后其幅度、相位或多径时延快速变化，以至于大尺播后其幅度、相位或多径时延快速变化，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略不计。度路径损耗的影响可以忽略不计。无线信道中的许多物理因素都会影响小尺度衰落，无线信道中的许多物理因素都会影响小尺度衰落，包包 括：括：(1)多径效应。多径效应。多径效应使得各条路径信号到达多径效应使得各条路径信号到达接收机时有不同的相位、幅度及时延，从而引起接收机时有不同的相位、幅度及时延，从而引起时域的时延扩展，在频域产生时域的时延扩展，在频域产生频率选择性衰落频率选择性衰落。1影响小尺度衰落的因素影响小尺度衰落的因素第第2

25、 2章章 移动通信信道移动通信信道2820222022年年1212月月1 1日星期四日星期四影响小尺度衰落的因素影响小尺度衰落的因素(2)多普勒效应多普勒效应 多普勒效应是与物体运动有关的，物体的运动包括基多普勒效应是与物体运动有关的，物体的运动包括基站和移动台的相对运动以及无线信道中环境物体的运动。站和移动台的相对运动以及无线信道中环境物体的运动。由于移动台或环境物体的高速运动在频移会引起多普由于移动台或环境物体的高速运动在频移会引起多普勒频移，在相应的时域产生勒频移，在相应的时域产生时间选择性衰落时间选择性衰落。(3)信号的传输带宽信号的传输带宽 频率选择性衰落和时间选择性衰落在信道中可以

26、同时频率选择性衰落和时间选择性衰落在信道中可以同时存在，至于哪种衰落更明显，则取决于存在，至于哪种衰落更明显，则取决于信号的带宽信号的带宽和和符符号周期号周期。第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道2920222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.2.2 小尺度衰落小尺度衰落时延扩展时延扩展(Time Delay Spread)由于多径效应的存在，基站发送一个脉冲信号，则接收由于多径效应的存在，基站发送一个脉冲信号，则接收信号中不仅含有该信号，还包含有它的各个时延信号。这信号中不仅含有该信号，还包含有它的各个时延信号。这种由于多径效应使接收信号脉冲宽度扩展的现象，称为种由于多径效

27、应使接收信号脉冲宽度扩展的现象，称为时时延扩展延扩展。时延扩展时延扩展是用来描述在时域上，由多径传播所造成的信号是用来描述在时域上，由多径传播所造成的信号波形扩散效应。波形扩散效应。常用的时延扩展参数包括：常用的时延扩展参数包括：平均附加时延、均方根时延扩展、附加时延扩展。平均附加时延、均方根时延扩展、附加时延扩展。2移动多径信道参数移动多径信道参数（1）时延扩展和相干带宽时延扩展和相干带宽第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道3020222022年年1212月月1 1日星期四日星期四移动多径信道参数移动多径信道参数 相干带宽相干带宽(Coherence Bandwidth)相干带宽相干带宽

28、Bc表示一特定频率范围，在该范围内，两个频表示一特定频率范围，在该范围内，两个频率分量有很强的幅度相关性。率分量有很强的幅度相关性。当两个频率分量的频率相隔小于相干带宽当两个频率分量的频率相隔小于相干带宽Bc时，它们具时，它们具有很强的幅度相关性；反之，当两个频率分量的频率相隔有很强的幅度相关性；反之，当两个频率分量的频率相隔大于相干带宽大于相干带宽Bc时，它们幅度相关性很小。时，它们幅度相关性很小。相干带宽相干带宽Bc可以由均方根时延扩展可以由均方根时延扩展 来定义来定义。如果相干。如果相干带宽定义为频率相关函数大于带宽定义为频率相关函数大于0.9的某特定带宽，则相干带宽的某特定带宽，则相干

29、带宽约为：约为：501cB如果将定义放宽至相关函数值大于如果将定义放宽至相关函数值大于0.5，则相干带宽约为：，则相干带宽约为：51cB第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道3120222022年年1212月月1 1日星期四日星期四（2）多普勒扩展和相干时间）多普勒扩展和相干时间 移动多径信道参数移动多径信道参数当发送端和接收端有相对运动的时候，信号便有多普勒当发送端和接收端有相对运动的时候，信号便有多普勒频移的产生，这引起了信号频谱扩展。频移的产生，这引起了信号频谱扩展。如果发送的是频率为如果发送的是频率为fc的正弦波，在没有多普勒效应的的正弦波，在没有多普勒效应的影响下，信号的影响下，信

30、号的功率功率谱谱密度密度 为为函数，所有的信号能量函数，所有的信号能量会集中在中心频率附近，一但有相对运动之后，多普勒效会集中在中心频率附近，一但有相对运动之后，多普勒效应将会使应将会使功率功率谱谱密度密度往最大多普勒频移往最大多普勒频移fm集中而形成集中而形成U字字形。形。3220222022年年1212月月1 1日星期四日星期四图图2-4 2-4 信号功率谱密度受多普勒效应的影响而呈现信号功率谱密度受多普勒效应的影响而呈现U U字形字形第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道3320222022年年1212月月1 1日星期四日星期四p 相干时间相干时间Tc为多普勒扩展在时域上的表现。为多普

31、勒扩展在时域上的表现。p 相干时间相干时间指的是在某个时间间隔内，任意两个接收信号的指的是在某个时间间隔内，任意两个接收信号的增益或衰减有很强的相关性，也就是说，信道对这两个信号增益或衰减有很强的相关性，也就是说，信道对这两个信号所造成的增益或衰减是差不多的。所造成的增益或衰减是差不多的。相干时间相干时间Tc可以由最大多普勒频移可以由最大多普勒频移fm来定义，公式为：来定义，公式为：mmCffT423.01692p 如果发送信号的码元周期大于信道的相干时间，则信道将如果发送信号的码元周期大于信道的相干时间，则信道将在一个码元尚未传送完毕之前就发生变化，这样，接收机所在一个码元尚未传送完毕之前就

32、发生变化，这样，接收机所收到的信号就会失真。收到的信号就会失真。移动多径信道参数移动多径信道参数第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道3420222022年年1212月月1 1日星期四日星期四3小尺度衰落类型小尺度衰落类型 2.2.2 小尺度衰落小尺度衰落 信号通过移动无线信道传播时，其衰落类型取决于信号通过移动无线信道传播时，其衰落类型取决于发送发送信号的特性信号的特性及及信道特性信道特性。信号参数（如带宽、符号周期）和。信号参数（如带宽、符号周期）和信道参数（如均方根时延扩展和多普勒扩展）之间的关系决信道参数（如均方根时延扩展和多普勒扩展）之间的关系决定了不同的发送信号将经历不同的衰落类

33、型。定了不同的发送信号将经历不同的衰落类型。（1）多径时延扩展引起的衰落效应）多径时延扩展引起的衰落效应 多径特性引起的时间色散，导致了发送信号产生多径特性引起的时间色散，导致了发送信号产生平坦衰落平坦衰落或或频率选择性衰落频率选择性衰落，如图，如图2-5所示。所示。图图 2-5 2-5 平坦衰落和频率选择性衰落的关系平坦衰落和频率选择性衰落的关系 第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道3620222022年年1212月月1 1日星期四日星期四小尺度衰落类型小尺度衰落类型 p 当发送的当发送的信号带宽小于信道的相干带宽信号带宽小于信道的相干带宽时，信号通过信道时，信号通过信道传输后各频率分量

34、的变化具有一致性，即信号在各个频率的传输后各频率分量的变化具有一致性，即信号在各个频率的增益或是衰减几乎是一个常数，发生增益或是衰减几乎是一个常数，发生平坦衰落平坦衰落。p而在时域上，信号的包络有可能经历快速而剧烈的变化，而在时域上，信号的包络有可能经历快速而剧烈的变化，这是因为当发生平坦衰落时，信道的时延扩展小于符号周期，这是因为当发生平坦衰落时，信道的时延扩展小于符号周期，到达接收机的多径信号是不可分辨的，即不同路径的时延差到达接收机的多径信号是不可分辨的，即不同路径的时延差远小于信号带宽的倒数。远小于信号带宽的倒数。p 平坦衰落信道对信号的影响如图平坦衰落信道对信号的影响如图2-6所示，

35、其中所示，其中s(t)、r(t)和和h(t,)分别表示发送的信号、接收信号和多径信道冲激响应，分别表示发送的信号、接收信号和多径信道冲激响应，而而S(f)、R(f)和和H(f)分别为其相应的频谱。分别为其相应的频谱。第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道3720222022年年1212月月1 1日星期四日星期四图图 2-6 2-6 平坦衰落信道对信号的影响平坦衰落信道对信号的影响 小尺度衰落类型小尺度衰落类型 第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道3820222022年年1212月月1 1日星期四日星期四p 当发送的当发送的信号带宽大于信道的相干带宽信号带宽大于信道的相干带宽时，信道时，信

36、道对发送信号在不同频率的衰减是不尽相同的，发生对发送信号在不同频率的衰减是不尽相同的，发生频率选择性衰落频率选择性衰落(Frequency Selective Fading)。p 从时域上看，由于信道的时延扩展大于符号周期，从时域上看，由于信道的时延扩展大于符号周期，多径传播使得在接收端形成数个可分辨的路径，这多径传播使得在接收端形成数个可分辨的路径，这些多径将对后续脉冲造成干扰，称为些多径将对后续脉冲造成干扰，称为码间干扰码间干扰(InterSymbol Interference,ISI)。p 频率选择性衰落信道对信号的影响如图频率选择性衰落信道对信号的影响如图2-7所示。所示。小尺度衰落类

37、型小尺度衰落类型 3920222022年年1212月月1 1日星期四日星期四图图 2-7 2-7 频率选择性衰落信道对信号的影响频率选择性衰落信道对信号的影响 第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道4020222022年年1212月月1 1日星期四日星期四小尺度衰落类型小尺度衰落类型（2）多普勒扩展引起的衰落效应）多普勒扩展引起的衰落效应 多普勒扩展引起频率色散，导致发送信号产生多普勒扩展引起频率色散，导致发送信号产生慢衰落慢衰落或或快衰落快衰落，如图，如图2-8所示。所示。图图 2-8 2-8 慢衰落和快衰落的关系慢衰落和快衰落的关系 第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道4120222

38、022年年1212月月1 1日星期四日星期四小尺度衰落类型小尺度衰落类型 p 当当发送信号的符号周期小于信道相干时间发送信号的符号周期小于信道相干时间时，产时，产生生慢衰落慢衰落。p 从时域上看，在慢衰落信道中，信道脉冲响应的从时域上看，在慢衰落信道中，信道脉冲响应的变化速率比发送信号的基带码元速率慢，在这种情变化速率比发送信号的基带码元速率慢，在这种情况下，我们可以把况下，我们可以把数个码元周期内的信道状况都视数个码元周期内的信道状况都视为静止不变的为静止不变的；p 而从频域上看这同一个现象，我们可以认为信道而从频域上看这同一个现象，我们可以认为信道的多普勒频移是远小于基带信号的带宽。的多普

39、勒频移是远小于基带信号的带宽。第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道4220222022年年1212月月1 1日星期四日星期四小尺度衰落类型小尺度衰落类型 p 当发送信号的符号周期大于信道相干时间时，则产当发送信号的符号周期大于信道相干时间时，则产生生快衰落快衰落。p 从时域上看，信道的相干时间小于传送信号的码元周期，从时域上看，信道的相干时间小于传送信号的码元周期，也就是说信道在一个码元还没有传送完毕之前，就已经发也就是说信道在一个码元还没有传送完毕之前，就已经发生了变化，因此快衰落也称生了变化，因此快衰落也称时间选择性衰落时间选择性衰落，而这种情况，而这种情况会引起发送信号的失真。会引起

40、发送信号的失真。p 从频域上看，如果多普勒频移越大，代表发送端与接收从频域上看，如果多普勒频移越大，代表发送端与接收端的相对速度越高，也就代表信道变化的速度越快，信号端的相对速度越高，也就代表信道变化的速度越快，信号因为受到较快的信道衰减变化，失真的情况也就越严重。因为受到较快的信道衰减变化，失真的情况也就越严重。p在实际的系统中，大部分的无线通信系统是处于慢在实际的系统中，大部分的无线通信系统是处于慢衰落的信道中，衰落的信道中，快衰落只会发生在发送码元速率极低快衰落只会发生在发送码元速率极低的情况下的情况下。4320222022年年1212月月1 1日星期四日星期四移动信道基本特性移动信道基

41、本特性2.1衰落衰落2.22.3噪声和干扰噪声和干扰4420222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.3 噪声和干扰噪声和干扰2.3.1 移动通信中的噪声移动通信中的噪声2.3.2 移动通信中的干扰移动通信中的干扰第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道4520222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.3.1 移动通信中的噪声移动通信中的噪声1无线信道噪声分类无线信道噪声分类 噪声的种类很多，也有多种分类方式，若根据噪声的噪声的种类很多，也有多种分类方式，若根据噪声的来源进行分类，一般可以分为三类来源进行分类，一般可以分为三类:自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源所产生

42、自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源所产生的噪声。的噪声。如雷电、磁暴、太阳黑子、银河系噪声、如雷电、磁暴、太阳黑子、银河系噪声、宇宙射线等。可以说整个宇宙空间都是产生自然噪宇宙射线等。可以说整个宇宙空间都是产生自然噪声的来源。声的来源。（1）自然噪声）自然噪声第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道4620222022年年1212月月1 1日星期四日星期四无线信道噪声分类无线信道噪声分类（2）人为噪声）人为噪声p 人为噪声是指人为噪声是指人类活动所产生的对通信造成干扰的人类活动所产生的对通信造成干扰的各种噪声各种噪声。其中包括工业噪声和无线电噪声。其中包括工业噪声和无线电噪声。p工业噪声来源

43、于各种电气设备，如开关接触噪声、工业的工业噪声来源于各种电气设备，如开关接触噪声、工业的点火辐射及荧光灯干扰等。点火辐射及荧光灯干扰等。p无线电噪声来源于各种无线电发射机，如外台干扰、宽带无线电噪声来源于各种无线电发射机，如外台干扰、宽带干扰等。干扰等。p 内部噪声是内部噪声是指通信设备本身产生的各种噪声指通信设备本身产生的各种噪声。它。它来源于通信设备的各种电子器件、传输线、天线等。来源于通信设备的各种电子器件、传输线、天线等。（3）内部噪声）内部噪声第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道4720222022年年1212月月1 1日星期四日星期四它主要它主要来自于通信设备中有源器件来自于通

44、信设备中有源器件，如电子管、晶体管及，如电子管、晶体管及各类大规模集成电路中的载流子的起伏变化而产生。其特各类大规模集成电路中的载流子的起伏变化而产生。其特点与无源噪声类似。它与无源白噪声的唯一差异是在一定点与无源噪声类似。它与无源白噪声的唯一差异是在一定激发条件下才产生大量电子发射而形成。激发条件下才产生大量电子发射而形成。有源霰弹噪声有源霰弹噪声(shot noise)它主要它主要来自于一切无源器件来自于一切无源器件，如电阻、电容、电路板的分子，如电阻、电容、电路板的分子热运动所引起的噪声。主要是由电荷的热振动引起，也称之热运动所引起的噪声。主要是由电荷的热振动引起，也称之为为johson

45、或或nyquist噪声。噪声。无源热噪声无源热噪声(thermal noise)内部噪声又可分为两类：内部噪声又可分为两类：无线信道噪声分类无线信道噪声分类 第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道4820222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.3.1 移动通信中的噪声移动通信中的噪声2移动通信中的噪声移动通信中的噪声 影响移动通信性能的噪声主要是影响移动通信性能的噪声主要是加性高斯白噪声加性高斯白噪声(AWGN),这并非移动通信所特有，这在大多数通信系统这并非移动通信所特有，这在大多数通信系统中都存在，其主要来源是热噪声。中都存在，其主要来源是热噪声。所谓白噪声是指它的功率谱密

46、度函数在整个频域内是常所谓白噪声是指它的功率谱密度函数在整个频域内是常数，即服从均匀分布。之所以称它为数，即服从均匀分布。之所以称它为“白白”噪声，是因为噪声，是因为它类似于光学中包括全部可见光频率在内的白光。凡是它类似于光学中包括全部可见光频率在内的白光。凡是不符合上述条件的噪声就称为有色噪声。不符合上述条件的噪声就称为有色噪声。4920222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.3 噪声和干扰噪声和干扰2.3.1 移动通信中的噪声移动通信中的噪声2.3.2 移动通信中的干扰移动通信中的干扰第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道5020222022年年1212月月1 1日星期四日

47、星期四2.3.2 移动通信中的干扰移动通信中的干扰p移动通通信中的干扰主要包括：移动通通信中的干扰主要包括：p 同频干扰同频干扰p 邻域干扰邻域干扰p 互调干扰互调干扰p 这三种干扰主要存在于采用这三种干扰主要存在于采用FDMA方式的系统中方式的系统中p 多址干扰多址干扰p主要存在于采用主要存在于采用CDMA多址方式的系统中多址方式的系统中p多径干扰多径干扰p普遍存在于各种移动通信系统中普遍存在于各种移动通信系统中第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道5120222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.3.22.3.2 移动通信中的干扰移动通信中的干扰 若频率管理或系统设计不当若频

48、率管理或系统设计不当,就会造成就会造成同频干扰；同频干扰；相隔一定距离，可以使用相同的频率，相隔一定距离，可以使用相同的频率，这称为这称为同信道复用同信道复用。采用同频复用时，。采用同频复用时，同频复用距离设置不当，会引起同频同频复用距离设置不当，会引起同频干扰。干扰。1.1.同频干扰同频干扰引起的原因：引起的原因：指相同载频电台之间的干扰指相同载频电台之间的干扰。功率功率频率频率f1相同信道相同信道干扰区域干扰区域第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道5220222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.3.2 移动通信中的干扰移动通信中的干扰2.2.邻频干扰邻频干扰是指相邻的或邻

49、近的频道之间的干扰。是指相邻的或邻近的频道之间的干扰。由于发射机的调制边带扩由于发射机的调制边带扩展和边带噪声辐射，离基展和边带噪声辐射，离基站近的第站近的第K1频道的频道的MS强信号干扰离基站远的第强信号干扰离基站远的第K频道的频道的MS弱信号。弱信号。引起的原因：引起的原因：功率功率频率频率f1f2相邻信道相邻信道干扰区域干扰区域第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道5320222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.3.2 移动通信中的干扰移动通信中的干扰 由传输信道中的非线性电路产生的。由传输信道中的非线性电路产生的。它指两个或多个信号作用在通信设备的非线性器件上，它指两个

50、或多个信号作用在通信设备的非线性器件上，产生同有用信号频率相近的组合频率，从而对通信系统产生同有用信号频率相近的组合频率，从而对通信系统构成干扰的现象。构成干扰的现象。互调干扰的类型：互调干扰的类型：3.3.互调干扰互调干扰 发射机互调；发射机互调；接收机互调；接收机互调；外部效应引起的互调。外部效应引起的互调。第第2 2章章 移动通信信道移动通信信道5420222022年年1212月月1 1日星期四日星期四2.3.2 移动通信中的干扰移动通信中的干扰4.4.多径干扰多径干扰 多径干扰多径干扰主要是由于电波传播的开放性和地理环境主要是由于电波传播的开放性和地理环境的复杂性而引起的多条传播路径之