1、1移动通信第二课移动信道的电波传播特性移动信道的电波传播特性 2主主 要要 内内 容容v研究移动通信信道的意义和方法研究移动通信信道的意义和方法v无线电波传播特性分析无线电波传播特性分析v移动信道的特征移动信道的特征v陆地移动信道的场强估计陆地移动信道的场强估计v移动信道的传播模型移动信道的传播模型v噪噪 声声 与与 干干 扰扰3研究移动通信信道的意义和方法研究移动通信信道的意义和方法v研究无线移动信道模型，预测接收信号场强：研究无线移动信道模型，预测接收信号场强：衰减、吸收、折射、散射、绕射衰减、吸收、折射、散射、绕射.移动环境移动环境.自然和人为无线电环境自然和人为无线电环境.接收信号场强
2、情况如何？接收信号场强情况如何？v信号带宽的增加信号带宽的增加 GSM的均衡的均衡 CDMA的多径合并的多径合并 开发时域多径资源开发时域多径资源v智能天线的引入智能天线的引入 开发空域多径资源开发空域多径资源4研究移动通信信道的意义和方法研究移动通信信道的意义和方法无线电发射包括电磁场无线电发射包括电磁场 电场分量电场分量 感应场分量感应场分量 辐射场分量辐射场分量辐射场具有辐射场具有E和和B分量分量 在距离在距离d处的处的EB的场强的场强1/d2 以发射机为球心的表面区域以发射机为球心的表面区域影响接收信号强度的两个因素：影响接收信号强度的两个因素：距离距离 =路径衰减路径衰减 多径多径
3、=相位差相位差5研究移动通信信道的意义和方法研究移动通信信道的意义和方法v模型是特定的模型是特定的6电磁波传播理论电磁波传播理论l 电波传播方式及特点电波传播方式及特点l 三类损耗与四种效应三类损耗与四种效应l 三类主要快衰落三类主要快衰落l 多径信道的统计分析多径信道的统计分析7电波传播方式及特点电波传播方式及特点 p 电磁波从发射机发出，传播到接收天线，可以有不同的传播方式，主要的传播方式四种：无线电波的几种主要传播方式 1.地波传播：是一种沿着地球表面传播的电磁波，地波传播：是一种沿着地球表面传播的电磁波，称为地面波或表面波传播，简称地表波。称为地面波或表面波传播，简称地表波。2.天波传
4、播：电波向天空辐射并经电离层反射回到天波传播：电波向天空辐射并经电离层反射回到地面的传播方式称为天波传播，也称电离层传播。地面的传播方式称为天波传播，也称电离层传播。83.直射波传播：电波从发射天线直射到接收天线直射波传播：电波从发射天线直射到接收天线的传播方式，称为直射波传播，有时也称视距的传播方式，称为直射波传播，有时也称视距传播或视线传播。传播或视线传播。4.散射传播：这种传播主要是由于电磁波投射到散射传播：这种传播主要是由于电磁波投射到大气层（如对流层）中的不均匀气团时产生散大气层（如对流层）中的不均匀气团时产生散射，其中一部分电磁波到达接收地点。射，其中一部分电磁波到达接收地点。电波
5、传播方式及特点电波传播方式及特点 9电波传播方式及特点电波传播方式及特点101.电波在均匀媒质中沿直线传播电波在均匀媒质中沿直线传播一般辐射到空间的电磁波都是球面波。但是当我们仅考虑离开场源很远的一小部分空间范围内的波面时，可以近似地看成均匀平面波。2.能量的扩散与吸收能量的扩散与吸收随着传播距离的增加，电磁波能量分布在越来越大的面积上，由于天线辐射的总能量一定，因此分布的面积越大，则通过单位面积上的能量就越小。所以离开天线的距离越远，空间的电磁场就越来越弱。自由空间直射传播自由空间直射传播11p 无线电的频率与波长满足以下关系:cf 其中，是无线电的波长f 是无线电的频率c 是光速，c=31
6、08 m/sp 典型的例子：GSM系统使用900 MHz频段，其波长是：3108 /900106=0.33m自由空间直射传播自由空间直射传播12 发射和接收的功率分别是Pt、Pr 发射和接收天线的增益分别是Gt、Gr24dGGPPrttr24dL定义自由空间传播损耗：L自由空间直射传播自由空间直射传播13自由空间传播损耗自由空间传播损耗p 自由空间传播损耗的计算公式：自由空间传播损耗的计算公式：)(lg20)(lg2044.32)(MHzfkmddBL结论：自由空间传播损耗结论：自由空间传播损耗 L 只与工作频率只与工作频率 f 和传播距离和传播距离 d 有有关。当关。当 f 或或d 增大一倍
7、时，传播损耗增加增大一倍时，传播损耗增加 6 dB。移动通信的例子：移动通信的例子：d=50 km,f=2 GHz,可以计算出可以计算出L=132 dB;卫星通信的例子：卫星通信的例子：d=40000 km,f=6 GHz,此时的此时的L=200 dB14自由空间接收电平的计算自由空间接收电平的计算24dGGPPrttrp 用分贝表示的接收电平：)()()()()(dBLdBGdBGdBmPdBmPrttrL例：例：Pt=1W=30 dBm,f =3800 MHz,d=45 km,Gt=Gr=39dB,则则 Pr=Pt+Gt+Gr L=30+39+39 137=-29 dBm=1.26 W。1
8、5p视距视距LOS的计算的计算发射和接收天线的高度分别是ht和hr，地球的等效半径为Re=8500 km,O点为地心。retehRdhRd2221rtehhRddd221则视距传播的极限距离为：典型例子：发射和接收天线高50m,则视距d=50 km。自由空间传播损耗自由空间传播损耗16反反 射射17p理想介质表面的反射理想介质表面的反射p极化特性极化特性p多径信号多径信号 两径传播模型两径传播模型 多径传播模型多径传播模型反反 射射18 理想介质表面的反射理想介质表面的反射如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回来反射回来反射系数反射系数（R）入射
9、波与反射波的比值入射波与反射波的比值 入射角 式中式中 (垂直极化）垂直极化）（水平极化）（水平极化）而而 其中，为介电常数，为电导率，为波长。020cosz20cosz600jzzRsinsin19极极 化化 特特 性性p 极化极化 电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变化的状态电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变化的状态p 电磁波的极化形式电磁波的极化形式 线极化、圆极化和椭圆极化p 线极化的两种特殊情况线极化的两种特殊情况 水平极化（电场方向平行于地面）垂直极化（电场方向垂直于地面）p 极化反射系数极化反射系数 对于地面反射，当工作频率高于150MHz（），时，
10、算得 应用应用 接收天线的极化方式同被接收的电磁波的极化形式一致时，才接收天线的极化方式同被接收的电磁波的极化形式一致时，才能有效地接收到信号，否则将产生极化失配能有效地接收到信号，否则将产生极化失配 不同极化形式的天线也可以互相配合使用不同极化形式的天线也可以互相配合使用m21()()1vhRR 垂直极化反射系数水平极化反射系数20p两径传播模型两径传播模型接收信号功率接收信号功率 简化后：其中，相位差 ，p多径传播模型多径传播模型其中，N为路径数。当N很大时，无法用公式准确计算出接收信号的功 率，必须用统计的方法计算接收信号的功率。22.)1(Re14jjtrtrAeRGGdPP地面二次效
11、应直射波反射波地表面波可忽略可忽略2tr2trRe1GGd4PP l2()lACCBAB 2i1N1iitr2tr)jexp(R1GGd4PP 两径传播模型直射波反射波发射天线接收天线多多 径径 信信 号号21无线电波传播特性分析无线电波传播特性分析22绕射波绕射波23惠更斯菲涅尔惠更斯菲涅尔原理原理菲涅尔区菲涅尔区 24p 原理原理波在传播过程中，行进中的波前（面）上的每一点，都可作为产生次级波波在传播过程中，行进中的波前（面）上的每一点，都可作为产生次级波的点源，这些次级波组合起来形成传播方向上新的波前（面）。的点源，这些次级波组合起来形成传播方向上新的波前（面）。绕射由次级波的传播进入阴
12、影区而形成。阴影区绕射波场强为围绕阻挡物绕射由次级波的传播进入阴影区而形成。阴影区绕射波场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和。所有次级波的矢量和。p 说明说明TPR图图2-3 对惠更斯菲涅尔原理说明对惠更斯菲涅尔原理说明25菲涅尔区菲涅尔区从发射点到接收点次级波路径长度直接路径长度大从发射点到接收点次级波路径长度直接路径长度大n/2的连续区域的连续区域接收点信号的合成接收点信号的合成菲涅尔区同心半径菲涅尔区同心半径第一菲涅尔区半径（第一菲涅尔区半径（n=1）特点）特点1212nn d drdd图 菲涅尔区截面 26p多重刃形绕射多重刃形绕射2728 p 在实际移动无线环境中，接收信号比单独绕射和
13、反在实际移动无线环境中，接收信号比单独绕射和反射模型预测的要强，这是因为当电波遇到粗糙表面射模型预测的要强，这是因为当电波遇到粗糙表面时，反射能量由于散射而散布于所有方向，给接收时，反射能量由于散射而散布于所有方向，给接收机提供了额外的能量。机提供了额外的能量。p 临近金属物体（街头标志等）：通常采用统计模型临近金属物体（街头标志等）：通常采用统计模型29表面粗糙大于h表面光滑小于hcc8 sincih2sinexp8hisroughsh30电磁波传播理论电磁波传播理论l 电波传播方式及特点电波传播方式及特点l 三类损耗与四种效应三类损耗与四种效应l 三类主要快衰落三类主要快衰落l 多径信道的
14、统计分析多径信道的统计分析311.路径传播损耗路径传播损耗2.慢衰落损耗慢衰落损耗3.快衰落快衰落 空间选择性快衰落 频率选择性快衰落 时间选择性快衰落接收信号中的三类损耗与四种效应接收信号中的三类损耗与四种效应321.阴影效应阴影效应由大型建筑物和其它物体的阻挡，在电波传播的接收区域中 产生传播半盲区。它类似于太阳光受阻挡后可产生的阴影，光波的波长较短，因此阴影可见，电磁波波长较长，阴影不可见，但是接收终端(如手机)与专用仪表可以测试出来。接收信号中的三类损耗与四种效应接收信号中的三类损耗与四种效应p 四种主要效应四种主要效应2.远近效应远近效应由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站之间的
15、距离也是在随机变化，若各移动用户发射信号功率一样，到达基站时信号的强弱将不同，离基站近者信号强，离基站远者信号弱。通信系统中的非线性将进一步加重信号强弱的不平衡性，甚至出现以强压弱的现象，并使弱者，即离基站较远的用户产生掉话(通信中断)现象，通常称这一现象为远近效应。333.多径效应多径效应 由于接收者所处地理环境的复杂性，使得接收到的信号不仅有直射波的主径信号，还有从不同建筑物反射过来以及绕射过来的多条不同路径信号。而且它们到达时的信号强度，到达时间以及到达时的载波相位都是不一样的。所接收到的信号是上述各路径信号的矢量和，也就是说各径之间可能产生自干扰，称这类自干扰为多径干扰或多径效应。这类
16、多径干扰是非常复杂的，有时根本收不到主径直射波，收到的是一些连续反射波等。接收信号中的三类损耗与四种效应接收信号中的三类损耗与四种效应p 四种主要效应四种主要效应34多径对信号的影响多径对信号的影响)cos()(tatSc11111()cos()cos()cdcr tawtfat22222()cos()cos()cdcr tawtfat121212()()()2 cos()cos()22cr tr tr taw t)cos()cos(tac354.多普勒效应 它是由于接收用户处于高速移动中（比如车载通信时）传播频率的扩散而引起的，其扩散程度与用户运动速度成正比。这一现象只产生在高速(70km/
17、h)车载通信时，而对于通常慢速移动的步行和准静态的室内通信，则不予考虑。接收信号中的三类损耗与四种效应接收信号中的三类损耗与四种效应p 四种主要效应四种主要效应36p 衰落：电磁波在传播过程中，由于传播媒介及传播途径随时间的变化而引起的接收信号强弱变化的现象叫作衰落。p 衰落根据其时间特性可分为慢衰落和快衰落两种。信号强度曲线的中值呈现慢速变化，称为慢衰落；曲线的瞬时值呈快速变化，称快衰落。快衰落与慢衰落并不是两个独立的衰落（虽然它们的产生原因不同），快衰落反映的是瞬时值，慢衰落反映的是瞬时值加权平均后的中值。p 衰落根据其频率特性可分为非频率选择性衰落（平衰落）和频率选择性衰落两种。什么叫衰
18、落什么叫衰落37p 衰落影响之一：接收电平降低，无法保证正常通信。p 衰落影响之二：接收波形畸变，产生严重的误码。p 衰落影响之三：传播延时变化，破坏与时延有关的同步。p 衰落影响之四：在快衰落情况下，由于电平变化迅速，影响某些跟踪过程。所以，需要对衰落进行研究，以解决如何对抗衰落的问题。衰落有什么影响衰落有什么影响38p 慢衰落：由于移动台的不断运动，电波传播路径地形地貌是不断变化的，因而局部中值也是不断变化的这种接收信号的场强中值在长时间内的缓慢变接收信号的场强中值在长时间内的缓慢变化称为慢衰落化称为慢衰落，比多径效应引起的快衰落要慢得多。中值：在局部时间（或地点）中，信号电平大于或小于它
19、的时间各为50%。移动环境的衰落特性移动环境的衰落特性-慢衰落慢衰落39p 阴影效应：由于大型建筑物和其他物体的阻挡而形成在传播接收区域上半盲区，表现为慢衰落。移动环境的衰落特性移动环境的衰落特性-慢衰落慢衰落40p 产生原因产生原因:慢衰落是由大气折射、大气湍流、大气层结等平均大气条件的变化而引起的，主要与气象条件、电路长度、地形等因素有关。由障碍物阻挡造成阴影效应，p 特点特点:移动环境的衰落特性移动环境的衰落特性-慢衰落慢衰落41慢衰落一般服从对数正态分布慢衰落一般服从对数正态分布2222exp21)(mrrp式中，为信号中值的分贝值为信号中值的均值（分贝）mr对数正态分布对数正态分布：
20、如果一个变量可以看作是许多很小独立因子的乘积，则这个变量可以看作是对数正态分布。一个典型的例子是股票投资的长期收益率，它可以看作是每天收益率的乘积。42电磁波传播理论电磁波传播理论l 电波传播方式及特点电波传播方式及特点l 三类损耗与四种效应三类损耗与四种效应l三类主要快衰落三类主要快衰落l多径信道的统计分析多径信道的统计分析43 多径效应：同一信号沿着两个或多个路径传播 多普勒频移：移动台与基站之间的相对运动，随机频率调制 环境物体相对于基站和移动台在运动，时变 场强信号随机快速起伏 时延扩展随机调频44p多径时散：因多径效应在时域上造成（数字）信号多径时散：因多径效应在时域上造成（数字）信
21、号的展宽的展宽假设基站发射一个极短的脉冲信号，经过多径信道后，移动台接收信号呈现假设基站发射一个极短的脉冲信号，经过多径信道后，移动台接收信号呈现为一串脉冲，脉冲宽带被展宽了。为一串脉冲，脉冲宽带被展宽了。45相关带宽：相关带宽：是描述时延扩展的，是表征多径信道特性的一个重要参数。多径衰落下，频率间隔靠得很近的两个衰落信号存在不同时延，可使两个信号变得相关。这一频率间隔称为“相干”或“相关”带宽（Bc）。它是指某一特定的频率范围，在该频率范围内的任意两个频率分量都具有很强的幅度相关性，即在相干带宽范围内，多径信道具有恒定的增益和线性相位。相关带宽就是信道保持恒定的最大频率差范围。通常，相干带宽
22、近似等于最大多径时延的倒数。BcBc=1/(2)(Hz)=1/(2)(Hz)（工程估算）（工程估算）意义：意义：在相关带宽内，信号可以顺利传输，无大的失在相关带宽内，信号可以顺利传输，无大的失真；若信号带宽超过相关带宽，将有大的失真。真；若信号带宽超过相关带宽，将有大的失真。46三类主要快衰落三类主要快衰落1.频率选择性衰落频率选择性衰落不同的频率衰落特性不一样，引起时延扩散2.空间选择性衰落空间选择性衰落不同的地点、不同的传输路径衰落特性不一样3.时间选择性衰落时间选择性衰落快速移动在频域上产生多普勒效应而引起频率扩散47频率选择性衰落频率选择性衰落p频率选择性衰落是指在不同频段上衰落特性频
23、率选择性衰落是指在不同频段上衰落特性不一样。不一样。当频率超过相干带宽时发生频率选择性衰落。如果多路信号的相对时延与一个符号的时间相比不可忽略,那么当多路信号迭加时,不同时间的符号就会重迭在一起，造成符号间的干扰。这种衰落称为频率选择性衰落。tt0ff0tt宽 带移动信道t2LL148时时 间间 色色 散散时间色散：是指到达接收机的直射信号和其他多径信号由于空间传输的时间差异而带来的彼此干扰问题。无线电波从发射端到接收端会经过直射、反射等很多传播途径，从发射端辐射出的波经过反射路径到达接收端用的时间要比走直射路径长一些。从接收端看，先后收到了来自同一信源的两列波；这两列波走的路径不同，传播环境
24、不同，受到的干扰也不同。时间色散是指到达接收机的直射信号和其他多径信号由于空间传输的时间差异而带来的彼此干扰问题。假若发射机发送了一个“1”，由于多径效应，接收机先收到“1”这个数据，又收到“0”这个数据，接收机不知道究竟是“0”还是“1”了，所以解码就可能出现错误。49时时 间间 色色 散散p 时间色散参数时间色散参数 平均附加延时平均附加延时 rms时延扩展时延扩展 最大附加延时扩展最大附加延时扩展(XdB)类比：几个同学出去玩，在森林里看到远处有一个动物（类似信息发射端），A说：“那是一只鹿！”，B说：“是一匹马。”在后面的C说：“你们俩谁说的对，我无法判断了。”（接收机解调问题），在这
25、种情况下，同样一个动物从不同角度（传播路径）看印象差别这么大，大家无法判断到底是鹿还是马了（无法解调了）50平坦衰落：信道的频率响应在所用的频段内是平坦的。一般来说，多路信号到达接收机的时间有先有后，即有相对时延。如果这些相对时延远小于一个符号的时间，则可认为多路信号几乎是同时到达接收机的。这种情况下多径不会造成符号间的干扰。这种衰落称为平坦衰落，因为这种信道的频率响应在所用的频段内是平坦的。平平 坦坦 衰衰 落落51 判定判定：由信道和信号两方面决定分类分类 不同频率分量的衰落不同频率分量的衰落 信号波形信号波形频率选择性衰落频率选择性衰落 不一致不一致 失真非频率选择性衰落非频率选择性衰落
26、（平坦衰落）（平坦衰落）相关的相关的 一致的一致的 不失真数字通信系统信号带宽小于信道相关带宽信号带宽小于信道相关带宽BsBc平坦衰落平坦衰落频选衰落频选衰落码间干扰码间干扰相关带宽与频率选择性衰落相关带宽与频率选择性衰落52空间选择性衰落空间选择性衰落p空间选择性衰落是指在不同的地点与空间位置空间选择性衰落是指在不同的地点与空间位置衰落特性不一样衰落特性不一样。t0t1St3SS2Sts0开放型无线移动信道53角角 度度 色色 散散原因原因 移动台和基站周围的散射环境不同，使得多天线系统中不同位置的天线经历的衰落不同。参数参数角度扩展角度扩展相关距离相关距离 空间选择性衰落空间选择性衰落54
27、角角 度度 扩扩 展展角度功率谱（角度功率谱（PAS）信号功率谱密度在角度上的分布。一般为均匀分布、截短高斯分布和截短拉普拉斯分布角度扩展角度扩展等于功率角度谱的二阶中心矩的平方根，即等于功率角度谱的二阶中心矩的平方根，即 式中式中意义意义 描述了功率谱在空间上的色散程度，角度扩展在 之间分布。角度扩展越大，表明散射环境越强，信号在空间的色散度越高。200()()()pdpd 00()()pdpd0,36055相关距离与空间选择性衰落相关距离与空间选择性衰落相关距离相关距离Dc 信道冲激响应保证一定相关度的空间距离空间选择性衰落空间选择性衰落天线空间距离大于相关距离天线空间距离大于相关距离 D
28、ccxD 天线空间距离远小于相关距离天线空间距离远小于相关距离 Tc时选衰落时选衰落误码误码60三类主要快衰落三类主要快衰落p实际移动通信中三类选择性衰落产生的条件实际移动通信中三类选择性衰落产生的条件 在实际移动通信中，三类选择性衰落都存在，根据其产生的条件大致可以划分为以下三类。第一类多径干扰：由快速移动用户附近的物体发射而形成的。其特点是在信号频域产生多普勒扩散而引起时间选择性衰落。第二类多径干扰：由远处山丘或高大建筑物反射而形成的。其特点是信号在时域上产生扩散，引起频率选择性衰落。第三类多径干扰：由基站附近的建筑物和其他物体发射而形成的干扰信号。引起空间选择性衰落。61如何对抗衰落如何
29、对抗衰落p 减少通信距离，增加发送功率，调整天线高度，选择合适路由。p 在移动通信中采用微蜂窝、直放站。p 采用分集技术、均衡技术、编码技术等。62电磁波传播理论电磁波传播理论l 电波传播方式及特点电波传播方式及特点l 三类损耗与四种效应三类损耗与四种效应l 三类主要快衰落三类主要快衰落l多径信道的统计分析多径信道的统计分析63为什么要进行多径信道的统计分析为什么要进行多径信道的统计分析 p 相关衰落信道模型是进行多天线系统、分集研究的基础。相关衰落信道模型是进行多天线系统、分集研究的基础。p 通信的应用领域越来越广泛，如深空通信、光通信等，面对通信的应用领域越来越广泛，如深空通信、光通信等，
30、面对越来越复杂的信道环境，传统经典的信道模型在应用上往往越来越复杂的信道环境，传统经典的信道模型在应用上往往受限，或者需要针对具体的环境做出改进以提高精度。受限，或者需要针对具体的环境做出改进以提高精度。64多径信道的统计分析多径信道的统计分析 瑞利分布瑞利分布 莱斯分布莱斯分布 Nakagami-m分布分布注：注：包络即随机过程的振幅随着时间变化的曲线。65p 瑞利分布瑞利分布：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。瑞利分布是最常见的用于描述平坦衰落平坦衰落信号接收包络或独立多径分量接收包络统计时变特性的一种分布类型。瑞利分布是一个均值为0
31、，方差为2的平稳窄带高斯过程。66p 瑞利衰落瑞利衰落：在无线通信信道中，由于信号进行多径传播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。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。67 瑞利衰落信道瑞利衰落信道是一种无线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包络服从瑞利分布。这一信道模型能够描述由电离层和对
32、流层反射的短波信道，以及建筑物密集的城市环境。瑞利衰落能有效描述存在能够大量散射无线电信号的障碍物的无线传播环境。若传播环境中存在足够多的散射，则冲激信号到达接收机后表现为大量统计独立的随机变量的叠加，根据中心极限定理，则这一无线信道的冲激响应将是一个高斯过程。如果这一散射信道中不存在主要的信号分量，通常这一条件是指不存在直射信号则这一过程的均值为0，且相位服从0 到2的均匀分布。即，信道响应的能量或包络服从瑞利分布。瑞利衰落只适用于从发射机到接收机不存在直射信号的情况，否则应使用莱斯衰落信道作为信道模型。68之间没有直射波路径之间没有直射波路径存在大量反射波，到达接收天线的方向角随机且02均
33、匀分布各反射波的幅度和相位都统计独立69 非视距传播的瑞利衰落非视距传播的瑞利衰落视距传播：电波沿直线传播的方式称为视距传播。视距传播的距离一般为2050Km。非视距传播：当移动台（MS）与基站（BS）之间的直射路径被障碍物挡住后，无线电波只能在经过反射和衍射后到达接收端，此时测量到的数据，如到达时间、时间差、入射角度等，将不能正确反映发送端与接收端的真实距离，这种现象被称为非视距传播（NLOS）。70 非视距传播的瑞利衰落非视距传播的瑞利衰落p假定幅度n(t)和相位n(t)对不同路径都相互独立，n(t)在(0,2)上均匀分布，路径数目N为无限大：幅度衰落幅度衰落(t)服从瑞利分布服从瑞利分布
34、相位失真相位失真(t)服从均匀分布服从均匀分布 2Z2Z2Z22Z2E2有：E0 x00 x2xexpxxf 其他02x021xf71 非视距传播的瑞利衰落非视距传播的瑞利衰落p幅度衰落和相位失真是相互独立的，这样的幅度衰落和相位失真是相互独立的，这样的信道称为瑞利衰落信道。信道称为瑞利衰落信道。特点：存在很多径，没有一个特别突出的径。特点：存在很多径，没有一个特别突出的径。城市环境，有较稠密的建筑物和高层楼房。72p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。73直射系统直射系统
35、接收信号中有视距信号成为主导分量，同时还有不同角度随机到达的多径分量迭加于其上。非直射系统非直射系统源自某一个散射体路径的信号功率特别强。74 视距传播的莱斯衰落视距传播的莱斯衰落p在前面讨论的无视距传播情况下，加入一条确定的视距路在前面讨论的无视距传播情况下，加入一条确定的视距路径，则信道增益可以表示为：径，则信道增益可以表示为：p幅度衰落的概率密度函数为莱斯分布：幅度衰落的概率密度函数为莱斯分布：p相位失真的概率密度函数：相位失真的概率密度函数：。为所有的NLOS分量tjZtZ为确定的LOS分量，ett其中ttjZtZtZsctjsc00 0 xxI2xexpxxf2Z002Z2022Z
36、xcosKerf1xsinKexpxcosK21Kexp21xf275 视距传播的莱斯衰落视距传播的莱斯衰落p前面式子中，前面式子中，I0(x)为零阶修正的第一类贝塞尔函为零阶修正的第一类贝塞尔函数，数，erf(x)为误差函数，为误差函数，为视距分量和非为视距分量和非视距分量的相对强度。视距分量的相对强度。2Z202/K瑞利分布及莱斯分布的示意图76p 尽管瑞利和莱斯分布能够在很多情况下对信号通过衰落信道后的包络进行很好的建模，然而，在实际的无线环境测试中，发现Nakagami分布提供了更好的与实际测试的匹配度。分布提供了更好的与实际测试的匹配度。Nakagami分布的提出最初为电离层和同温层
37、的信道快速衰落建模时，发现该分布与实测数据较为温和，后来也发现在适用于陆地移动通信信道建模。也就是说在在实际的无线环境测试中，在很多情况下，Nakagami分布提供了比瑞利和莱斯信道更好的与实际测试结果的匹配。与莱斯分布比较，Nakagami分布并不需要假设直射条件。77m和为Nakagami分布的两个重要参数，其中为平均功率，而m参数定义为”形状因子，表示衰落的严重程度。当当m 较大时，较大时，Nakagami-m分布接近于分布接近于Gaussian分布分布 212exp2mrmrmrpmmm 222var rrEm 为1/2的实数 2rE在Nakagami衰落下，接收信号包络r的概率密度函数，也称为m分布，表示为：7800.511.522.533.544.5500.511.522.53m=0.5,110m=0.5 m=1 m=10 Nakagami分布的m参数：m=1 瑞利分布瑞利分布m1 莱斯分布莱斯分布m1 高斯分布高斯分布移动信道的特征移动信道的特征79 感谢您的如期而至！感谢您的如期而至！
