第2章 移动通信信道.ppt

（2）多普勒扩展和相干时间 移动多径信道参数 多普勒扩展和相干时间是用来描述无线信道的时变特性，而信道的时变特性是由于多普勒效应所引起的。 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。如果发送的是频率为fc的正弦波，在没有多普勒效应的影响下，信号的功率谱密度 为一德塔函数，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，多普勒效应将会使功率谱密度往最大多普勒频移fm集中而形成U字形，如图所示。 在描述信道的时变特性时，从频域的角度来看，我们有多普勒扩展BD这个参数，而相干时间Tc则为多普勒扩展在时域上的表现。这是因为多普勒效应所造成信道的频率色散，其实也隐含了信道会随时间而改变这个事实。和相干带宽的定义类似，相干时间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，信道对这两个信号所造成的增益或衰减是差不多的。 相干时间Tc可以由最大多普勒频移fm来定义，被普遍采用的公式是： 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，接收机所收到的信号就会失真。 移动多径信道参数 3．小尺度衰落类型 2.2.2 小尺度衰落 信号通过移动无线信道传播时，其衰落类型取决于发送信号的特性及信道特性。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 多径特性引起的时间色散，导致了发送信号产生平坦衰落或频率选择性衰落，如图2-5所示。 图 2-5平坦衰落和频率选择性衰落的关系 小尺度衰落类型 当发送的信号带宽小于信道的相干带宽时，信号通过信道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，发生平坦衰落。值得注意的是，这里的“平坦”是指对于任意的一个固定时间，信号在不同频率的增益或衰减几乎是一个定值，所以“平坦”是一个相对于频域的概念，然而在时域上，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，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，由这些不可分辨信号所结合而成的接收信号包络是一个随机变量，研究表明，其通常服从瑞利分布，当存在一个固定的直射分量时，则服从莱斯分布。平坦衰落信道对信号的影响如图2-6所示，其中s(t) 、r(t) 和h(t,τ)分别表示发送的信号、接收信号和多径信道冲激响应，而S(f)、R(f)和H(f)分别为其相应的频谱。 图 2-6平坦衰落信道对信号的影响 小尺度衰落类型 当发送的信号带宽大于信道的相干带宽时，信道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。很明显，“选择性”也是一个频域上的概念，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，这些多径将对后续脉冲造成干扰，称为码间干扰。当然，这里每一个可分辨的路径还是包含了若干个不可分辨的路径。频率选择性衰落信道对信号的影响如图2-7所示。 小尺度衰落类型 图 2-7 频率选择性衰落信道对信号的影响 小尺度衰落类型 （2）多普勒扩展引起的衰落效应 多普勒扩展引起频率色散，导致发送信号产生慢衰落或快衰落，如图2-8所示。 图 2-8 慢衰落和快衰落的关系 小尺度衰落类型 当发送信号的符号周期小于信道相干时间时，产生慢衰落。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，在这种情况下，我们可以把数个码元周期内的信道状况都视为静止不变的；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。 小尺度衰落类型 当发送信号的符号周期大于信道相干时间时，则产生快衰落。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，就已经发生了变化，因为同一个码元的一部分增益会和另一部分不同，因此快衰落也称时间选择性衰落，而这种情况会引起发送信号的失真。再回到频域来看这个现象，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，信号因为受到较快的信道衰减变化，失真的情况也就越严重。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，快衰落只会发生在发送码元速率极低的情况下。 移动信道基本特性 2.1 衰落 2.2 2.3 噪声和干扰 2.3 噪声和干扰 2.3.1 移动通信中的