r req
2018/10/9
5
信道物理机制：多普勒扩展

收发机的相对运动导致信道的时变特性（多 普勒扩展） 从频域角度看，当信道衰落率大于码元速 率时信道成为快衰落信道，否则成为慢衰 落信道 从时间角度看，信道相关时间大于码元时 间时信道为慢衰落，否则称为快衰落）
2018/10/9
6
例子：两个具有不同多普勒频移的信号
2018/10/9
4
链路预算

路径损耗 噪声系数／噪声温度 链路余量
2 骣 EIRP · G r 4 p d ÷ Pr = ,其中Ls = ç ÷ ç ç ÷ Ls 桫l ÷
SNR in F = SNR out F2 - 1 F3 - 1 F4 - 1 FN - 1 - 1 Fcomp = F1 + + + + ... + G1 G1G 2 G1G 2G 3 G1G 2 ... GN - 1 骣 骣 Eb 鼢 Eb 珑 鼢 M(dB)＝ 珑 （dB）－ （dB） 鼢 珑 鼢 珑 N0 N0 桫 桫
Tcoh
发射基带信号带宽
发射码元间隔
Ts
D 多普勒扩展

Bcoh
多径时延扩展 相干带宽
Bs
频率选择性 快衰落
频率选择性 慢衰落
Bcoh
平坦快衰落 平坦慢衰落
2018/10/9
D
Bs
发射基带信号带宽
13
基带频域Rayleigh衰落仿真
g* N
2
gN
2
*
1
gN
2
1
gN
2
SE ( f )
-fm fm

2018/10/9 16
2018/10/9
17
信道问题的一般解决方法
信道特点


信道建模 路径损耗 对数正态衰落 瑞利衰落 衰落的特性 时间相干性：快衰落和慢衰落 频率相干性：频率选择性和平坦衰落 空间相干性： 大尺度衰落和小尺度衰落、移动衰落
1
2018/10/9
信道模型
信源 发射机
路径损耗
大尺度／ 阴影衰落
多个独立径＋ （小尺度－移动－慢）衰落 信宿 接收机 AWGN
2018/10/9
10
例子：两径信道
AB f 0 ; cos2f 0t f 0 ; 其中， B f 0 ; a1 2a1a2 cos2f 0 a2
2 2
y (t ) Aa1 cos2f 0t a2 cos2f 0 t
1
2018/10/9
2
7
2018/10/9
8
信道物理机制：多径（1）

多径传播的时间扩散导致频率选择 性衰落 在时域上引入（基带）码间干扰 在频域上造成峰和谷
2018/10/9
9
信道物理机制：多径（2）


多径传播的空间方向上的扩散引起空间选择性 该选择性可用大尺度衰落和小尺度衰落共同描述 当收发机相对位移与载波波长可比时，称为小尺 度波动，用瑞利分布变量描述 当收发机相对位移大于多个载波波长时，称为大 尺度波动，用对数正态分布变量描述 对于移动无线信道，空间不相干性导致时间不相干 性，即小尺度衰落造成移动无线系统的时间选择性
y (t ) Aa1 cos2f 0t a2 cos2 f 0 f d t
ACt cos2f 0t t 其中，
2
C t a1 2a1a2 cos2f d t a2 a2 sin 2f d t t tan a a cos 2f t d 1 2
2018/10/9
=
2 sin b n，n=1,2,...,M 2 sin b M + 1 ,n = M + 1
ì ï 2p n ï ,n = 1,2,...,M ï wd cos
N
ï î
wd ,n = M + 1
15
信道引起的问题
由于信道衰落造成信号失真，系统性能可 能达到不可减少的误比特率。此时，无论 多大的Eb/No都无助于性能改善，唯一的方 法是减少或消除失真 一旦减少了信号失真，误比特率性能就可 以转到瑞利界限曲线，从而可采用分集技 术和纠错码进一步改善衰落的影响，使性 能尽量达到AWGN系统
IFFT
-fm
0
fm
2
1、互相独立的复高斯 样本的线谱 2、负频率分量是其正 频率分量的共轭
SE ( f )
1.5
f m 1
f fc fm
fm是最大多普勒频移 fc是载频

2
gN
2
*
g* N
2
1
gN
2
1
gN
2
SE ( f )
-fm fm
IFFT
-900
-fm
0
fm
2018/10/9
14
正弦波叠加的仿真模型
r(t ) = rc(t ) + jrs(t ) rc(t ) =
2
N
an cos(wnt ) ，rs(t ) = 邋 n
=1
M +1
2
M +1
N
bn cos(wnt )
n= 1
N = 4M + 2，wd = 2p fd，且
祆 镲 镲2 cos b n，n=1,2,...,M an = 眄 ，bn 镲 镲 镲 铑 2 cos b M + 1 ,n = M + 1 ì ï pn ï ,n = 1,2,...,M ï ï M bn = 镲 ，wn = 眄 镲 p 镲 ,n = M + 1 镲 ï 4 ï î
a2 sin 2f 0 f 0 ; tan a a cos 2f 0 1 2
1
2018/10/9

11
2018/10/9
12
衰落信道描述
发射码元间隔
Ts
平坦慢衰落 平坦快衰落
Tcoh


频率选择性 慢衰落
频率选择性 快衰落
相干时间
2018/10/9 2
基站
移动台 距离
平均路径损耗
对数正态／大尺度衰落
大尺度衰落容限 6～10dB ≈1％～2％ 瑞利／小尺 度衰落 小尺度衰落容限 20～30dB
≈1％～2％
接收功率
2018/10/9 3
信道模型




移动无线信道可以用“路径损耗＋对数正态衰落＋ 多径/瑞利衰落”来表征 “路径损耗”问题在网络规划时解决，基带部分仅 解决“对数正态衰落、频率选择性和慢衰落”引起 的问题 移动无线系统的基带信道建模成权值为独立的瑞利 随机变量的FIR滤波器 最常用的信道仿真方法分为频域和时域