无线电抗干扰通信原理及应用 第5章.pdf

第5章抗衰落通信 第5章抗衰落通信 5.1 衰落信道对通信的影响 5.2 信号时间扩展 5.3 移动引起的信道时变性 5.4 抗衰落影响的方法 5.5 衰落信道的主要参数 5.6 抗频率选择性衰落影响的应用 5.7 小结 第5章抗衰落通信 5.1 衰落信道对通信的影响 在分析通信系统的性能时，通常以理想的加性高斯白噪声 (AWGN)信道作为分析的基础。在该信道中，统计独立的高斯白 噪声采样叠加在无码间串扰的数据采样信号上。降低系统性能 的一个重要噪声来源是接收机中产生的热噪声。另一个噪声来 源则是进入天线的自然噪声和人为的噪声，它们的影响可以用 天线温度(antenna temperature)这个参数来描述。热噪声在有用 信号频带范围内的功率谱密度是平坦的，它的概率密度函数是 零均值的高斯密度函数(pal) 。在移动通信中，外部噪声和干扰比 接收机内部的热噪声产生的影响要大得多。在实际系统建模 时，要充分分析带限滤波器。在发射机中，带限滤波器用于将 传输信号限定在给定的频谱范围内；在接收机中，带限滤波器 通常采用匹配滤波器。 由于滤波器有频带限制以及相位失真， 因此必须采用特殊的信号设计和均衡技术以减少滤波器引起的 码间串扰(ISI) 。 第5章抗衰落通信 如果不对无线信道的传播特性做特别的指定，那么通常这 就意味着信号衰减与距离的关系如同在理想自由空间中传播时 一样。在自由空间的模型中，假定在信号从发射机到接收机天 线之间的传输过程中，射频(RF)能量不会被物体吸收或反射， 同时也假定大气层理想均匀且无吸收的媒质，更进一步可以认 为信号的传输是远离地球的(或认为可以忽略各种反射的影响) 。 在理想化的自由空间模型中，射频(RF)能量的衰减和收、发端 距离的平方倒数成正比，接收功率较之发射功率有一个衰减因 子，衰减Ls(d) 称为路径损耗(path loss) 或自由空间损耗(free space loss) 。当接收天线是全向(各向同性)时，L (d)可以表示为 s 2 4d  L (d )   (5-1-1) s    第5章抗衰落通信 其中: d是收、发端的距离; λ是传输信号的波长。在这种理想传 播中，接收信号的能量可以预测。 但在大多数实际信道中，信 号的传输是在靠近地球的空气中进行的，所以，自由空间传播模 型对描述信道特性和预测系统的性能是不够的。在无线移动通信 系统中，信号从发射端可以通过多条反射路径到达接收端， 这 种现象称为多径传播(multipath propagation ）。它会使接收信号 的振幅、相位以及角度产生波动，这种现象称为多径衰落 (multipath 　fading ）。另一个名称闪烁(scintillation ， 调频引起 的载频变化) ， 起源于无线电天文学，用于描述传播媒质的物理 变化引起的信号的衰落， 例如反射高频(HF)无线信号的电离 层，其电离子浓度的变化会对信号的衰落产生影响。衰落和闪烁 都是指信号的随机波动，两者的区别是：闪烁涉及的机制(如电 子)远小于一个波长。 端到端的系统建模和设计采用多种技术的 综合以减少衰落的影响， 它比仅因AWGN而引起降级的信道设 计要复杂得多。 第5章抗衰落通信 5.2 信号时间扩展 5.2.1 时延域上的信号时间扩展 Bello 在1963年介绍了一种对衰落现象进行建模的简单方 法， 他提出了宽平稳不