无线信道传播特性分析总结讲解学习.docx

无线信道传播特性分析总结无线信道传播特性分析总结班级学号 姓名随着科学技术的发展，无线通信已经渗透到我们生活的各个方面，对我们 的生活工 作有着巨大的影响在无线通信系统中，无线通信的信道的特性对整 个系统有着巨大的 影响1、无线信道的概念要想搞明白无线信道具有哪些特性，就要先了解什么是无线信道信道是 对无线通 信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻，对于无线电波而 言，它从发送端传送 到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也 有可能不只一条，但是我们为 了形象地描述发送端与接收端之间的工作，我们 想象两者之间有一个看不见的道路衔 接，把这条衔接通路称为信道信道具有 一定的频率带宽，正如公路有一定的宽度一 样与其它通信信道相比，无线信道是最为复杂的一种，其衰落特性取决于无线 电波传 播环境不同的环境，其传播特性也不尽相同无线信道可能是很简单的 直线传播,也可 能会被许多不同的因素所干扰，例如：信号经过建筑物，山丘,或者 树木所有反射而产生 的多径效应，使信号放大或衰落在无线信道中，信号衰落 是经常发生的，衰落深度可 达30 嘘 B对于数字传输来说，衰落使比特误码率大大增加这种衰落现象严重恶化接 收信号的质量，影响通信可靠性。

移动信道与 非移动点对点无线信道相比，信号传输的 误比特率前者比后者高 106倍另外,在陆地移动系统中，移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区 域,其天 线将接收从多条路径传来的信号，再加移动台本身的运动，使得信号产生 多普勒效应， 并且信道的特性也随时间变化而变化，增加了信号的不确定性，使得 移动台和基站之间 的无线信道多变且难以控制所以 ，与传统模型相比，无线信道多径数目增多，时延扩展加大，衰落加快2、无线信道的特性信号从发射天线到接收天线的传输过程中，会经历各种复杂的传播路径， 包括直射 路径、反射路径、衍射路径、散射路径以及这些路径的随机组合同 时，电波在各条路 径的传播过程中，有用信号会受到各种噪声的污染，包括加 性噪声（如高斯白噪声）、 乘性噪声的污染，因而会出现不同情形的损伤，严重 时，会使有用信号难以恢复无线 信号在传播时，不仅存在自由空间固有的传 输损耗，还会受到由于建筑物、地形等的阻 挡而引起信号功率的衰减，这种衰 减还会由于移动台的运动和信道环境的改变出现随机 的变化下面将对无线信道的一些特性来进行分析2.1 大尺度衰落通常情况下，当接收机和发射机之间的相对位置在 1-lOm 的范围内变化时，接收信号功率的平均值基本保持不变。

但当它们的相对位置的改变远超过 上述范围 时，接收信号的平均功率将会有几个数量级的变化大尺度衰落正是 用来描述接收机和 发射机之间的距离有大尺度变化时，接收信号平均功率值的 变化规律在自由空间传播条件下，接收机接收的平均功率 可由下式给出：其中：P,是发射功率；6是发射天线增益；是接收天线增益；久是电波波长；是发射机与接收机之间的距离将式(2-1 )代入以创B为单位的路径损耗公式可得出：・PrPL(八)=-lOlog—= 3245 + 201og201og(y-Gt -Gr (2-2)其中：为电磁波频率；'「和分别为发射和接收天线增益 (dB) 由式(2-1)可以看出自由空间中，接收信号的功率与距离的平方成反比, 即：匚1Pr °C~2 (2 - 3)d在实际的移动环境中，传输损耗要比自由空间中的大许多，接收信号的功 率与距离 的关系通常用下式表示：r1Pr 更一(2-4)da其中：a - 2,称为路径损耗系数，一般可取为 3-八* 4除了路径损耗,大尺度衰落还包括阴影衰落阴影衰落使得实际的损耗成 为一个随 机变量,由式(2-1)求出的是与发射机的距离为班的平均路径损耗, 般认为实际的损耗服 从对数正态分布。

综合考虑路径损耗和阴影衰落,大尺度 衰落下路径损耗可以表示为：Pi(dB)=常量 + lOalog + (2-5)其中中：」表示由阴影衰落引起的路径损耗（），是一个正态分布的随机变量均值为0,方差为C鬲，在大多数的经验公式中，标准差〃旳甘可以取4.12 大尺度衰落对于业务覆盖区域有一定的影响2.2小尺度衰落无线信道的小尺度衰落是无线通信环境的重要衰落特征,包括因多径效应而引起的 衰落和信道时变性引起的衰落由于反射、散射等影响,使得实际到达接收机的 信号是发射信号经过多条传播路径后信号分量叠加而成,被称之为多径效应；信道的时 变性是指信道的传递函数是随时间而变化的,即在不同的时刻发送相同的信号,在接收 端收到的信号是不相同的多径时变信道根据无线移动环境的统计,信道可以划分为几种典型的信道,其划分 依据主要从两个角度出发：（1） 多径时延扩展特性（信号包络的随机衰落）；（2） 时变特性（信号相位的随机衰落）多径效应会引起信号的时域弥散性,与多径时延扩展有关的一个重要概念就是多径信道的相干带宽（Coherent Bandwidth），它反映了不同频率分量所经历衰落的相互关 系（即其包络的相关性）。

信道的相干带宽与均方根时延扩展⑷成反比，如果将相关函 数大于0.5认为相关,一般有下面的关系：I II吹阪（2相干带宽反映了无线移动信道对信号包络的衰落具有频率选择性小尺度衰落主要对于信号传输质量有一定的影响信号平均功率的随机变化丿」匚」几 一门―「/专播损耗-SIUW | 口比土 = ■信万硏时功羊 信/ ■小尺度衰落的随机变化Z信/ Fi!伏 号平均功/ \小「 率〈随距离哀衣图1大、小尺度衰落对信号平均功率的影响2.3快衰落和慢衰落根据时变信道条件下信号的符号周期和时变信道的相关时间的关系，可以将时变信 道分为快衰落信道和慢衰落信道2.3.1快衰落若时变信道的相干时间小于信号的符号周期，这时的时变信道称为快衰落信道类 似于频率选择性衰落，快衰落信道也称为时间选择性衰落快衰落原因（1） 多径效应1、 时延扩展：多径效应（同一信号的不同分量到达的时间不同）引起的接受信号 脉冲宽度扩展的现象称为时延扩展时延扩展（多径信号最快和最慢的时间差）小于码元周期可以避免码间串扰，超过一个码元周期（ WCDM中一个 码片）需要用分集接受，均衡算法来接受2、 相关带宽：相关带宽内各频率分量的衰落时一致的也叫相关的，不会失真。

载 波宽度大于相关带宽就会引起频率选择性衰了使接收信号失真2） 多普勒效应/频移=「相对速度/ （光速/'电磁波频率）* L'mr （入射电磁波与移动方向夹 角）多普勒效应引起时间选择性衰落，是由于相对速度的变化引起频移度也随之变 化这时即使没有多径信号，接收到的同一路信号的载频范围随时间不断变化引起时间 选择性衰落范围随时间不断变化引起时间选择性衰落交织编码可以克服时间选择性 衰落大范围衰落主要会导致整体信号的电平衰落路径衰减极其依赖于距离它对设备 的影响是，由于降低了接收的信号功率，从而降低了信噪比（SNR阴影效应和大范围反 射表现为在这种平均路径衰减上的偏差2.3.2 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 不断变化的这种变化所造成的衰落比多径效应引起的快衰落要慢得 多，称为慢衰落 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，通常与频 率的关系不大，而主要与气象条件、电路长度、地 形等因素有关慢衰落一般服从对数 正态分布慢衰落产生的原因：（1） 路径损耗，这是慢衰落的主要原因2） 障碍物阻挡电磁波产生的阴影区，因此慢衰落也被称为阴影衰落。

3） 天气变化、障碍物和移动台的相对速度、电磁波的工作频率等有关 慢衰落的影响在于会产生阴影效应移动台在运动中，由于大型建筑物和 其他物体 对电波的传输路径的阻挡而在传播接收区域上形成半盲区，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场强中值的起伏变 化叫做阴影效应2.4频率选择性衰落和平坦衰落信号通过移动信道时，会引起多径衰落，根据衰落与频率的关系，可将衰 落分成两类：即频率选择性衰落和非频率选择性衰落（平坦衰落）假设信号码元长度为，第条传输路径的信号时延与信号平均时延之差为 山 q 则二者 的不同组合可产生三种不同的衰落现象（1） 当信号码元长度厂较小，且 时，将引起“平坦衰落”；（2） 当信号码元长度厂较长，且时，将引起“时间选择性衰落”；（3） 当信号码元长度卩比较小，而色七比较大，且不满足丨虫丄《尸|,将引 起“频率选择性衰落”（这是时间扩散在频域中的反映）2.4.1 频率选择性衰落频率选择性衰落频率选择性衰落快衰落平坦衰落 平坦衰落慢衰落 快衰落/ \i U U候具有不同的响应，如图 2 所示图 2 频率选择性衰落 产生频率选择性衰落的因素：由信号和信道两方面因素决定。

对频率选择性衰落，传输信道对信号中不同频率成分有不同的随机响应 由于信号 中不同频率分量衰落不一致，所以衰落信号波形将产生失真对于非频率选择性衰落，各频率分量所遭受的衰落具有一致性（即相关 性），因而 衰落信号的波形不失真2.4.2 平坦衰落若多径信道的相干带宽大于信号的带宽，这时，由于多径信号的时域弥散 性而造成 的衰落为平坦衰落在这种条件下发射信号的频谱特性通过多径信 道后，在接收端信 号的频谱仍然可以得到保持下图是衰落信道类型和信号、信道参数的关系图 3 衰落信道类型和信号、信道参数的关系2.5 相干时间和相干带宽相干带宽是描述时延扩展的：相干带宽是表征多径信道特性的一个重要参 数，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通常，相干带宽近似 等于最大多径时延的倒数从频域看，如果相干带宽小于发送信道的带宽，则该信道特 性会导致接收信号波形产生频率选择性衰落，即某些频率成分信号的幅值可以增强，而 另外一些频率成分信号的幅值会被削弱而相干时间是描述多谱勒扩展的：相干时间在时域描述信道的频率色散的时 变特性。

相干时间与多普勒扩展成反比，是信道冲激响应维持不变的时间间隔的统计平 均值如果基带信号的符号周期大于信道的相干时间，则在基带信号的传输过程中信道 可能会发生改变，导致接收信号发生失真，产生时间选择性衰落，也称快衰落；如果基 带信号的符号周期小于信道的相干时间，则 在基带信号的传输过程中信道不会发生改变，也不会产生时间选择性衰落，也称慢衰 落定义相干带宽一般是用来划分平坦衰落信道和频率选择性衰落信道的量化参 数女□果信道的最大多径时延扩展为Tm,那么信道的相干带宽；若发射信号的射频带 宽BBc，那么认为接收信号经历的是频率选择性衰落，此时除了接收信号的包络起伏变 化，一般还存在码间串扰，其信号模型为r(f) = ft(t - - tooO) + h(t - tool)s(t - tool) + …+ n(t)其中taoO;血叫、…等为可分辨多径的时延，每个加0)—般为瑞利分布的随机变 量定义相干时间—般是用来划分时间非选择性衰落信道和时间选择性衰落信道，或叫 慢衰落信道和快衰落信道的量化参数如果信道的最大多普勒频移为fm,那么信道的相干 时间T = 0-123/rm若发射信号的符号周期\TT(,那么认为接收信号经历的是快衰落， co即' 的变化速度快与符号速率，此时如果对信道进行比较精确的估计或是均衡都是十分 困难的。