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1、无线通信工程姚彦教授清华大学微波与数字通信国家重点实验室2004年10－12月第03讲：无线信道（1）引言信道传递特性信道统计特性自由空间传播地面视距传播引言无线信道的分类理想无线信道？非理想无线信道？理想：无阻挡、无衰落、无时变、无干扰，自由空间传播。固定无线信道？移动无线信道？视距无线信道？非视距无线信道？视距，如：地面视距、卫星。非视距，如：地面绕射、对流层散射、电离层折射。有干扰无线信道？无干扰无线信道？干扰，如：系统内部的干扰、系统外部的非敌意干扰、敌意干扰。无线信道的指标传播衰减－衰减的平均值－衰减的最大值－衰减的
2、统计特性传播时延－时延的平均值－时延的最大值－时延的统计特性时延扩展－对信道色散效应的描述多普勒扩展－对信道时变效应的描述干扰－干扰的性质－干扰的强度无线信道的物理过程天线天线无线发无线收直射反射散射绕射地面散射体移动障碍物干扰热噪声四种传播机制直射：自由空间传播反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生反射。反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。绕射：当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边缘阻挡时，发生绕射。散射：当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大时，发生散射。散射发生在粗糙
3、表面、小物体或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯柱等。信道影响的物理描述传播机理:直射反射绕射散射移动形成多径效应及时延扩展使信号波形产生失真，场强产生衰落形成时变效应及多普勒扩展使信道参数产生变化信道影响的物理描述（续）干扰机理:热噪声内干扰外干扰有意干扰说明：内干扰？外干扰？使信号波形产生污染，降低有效的信噪比信道影响的工程描述误码门限公式由于信道的影响其中表示多径衰落及内干扰引起的等效信号能量的减少，N0＋NI表示热噪声及外干扰引起的总的噪声能量。信道传递特性无线信道传递模型的要点暂不考虑信道干扰及噪声的影响暂不考
4、虑信道非线性的影响主要考虑信道的两个效应：－多径效应－时变效应时变多径信道模型时变多径信道的传递特性发送信号接收信号接收信号的复包络时变多径信道的传递特性（续）信道的时域冲激响应时变多径信道的传递特性（续）信道的频域传递函数（时域响应对的傅里叶变换）这也是一个时变的传递函数，还可以对t再进行一次傅里叶变换其中为多普勒频移的变量。时变多径信道的传递特性（续）时变多径信道传递特性的数学描述实际上是一个二维傅里叶变换的问题。可以有四种表达方式：－全时域：时变的时延扩展函数，h(,t)－频时域：时变的频率传递函数，H(f,t)－
5、时频域：时延扩展/多普勒扩展函数，H(,)－全频域：频率传递/多普勒扩展函数，H(f,)时变多径信道的传递特性（续）h(,t)H(f,t)H(,)H(f,)多普勒频移讨论不考虑多径问题，只考虑由于移动引起的时变，即存在多普勒效应。发送频率：fc接收频率：fc+v(t)其中：v(t)=V(fc/c)cos(t)例：V=120km/小时,f=900MHz,(t)=0,求得：v(t)=100Hz。V(t)发收多普勒频移的讨论（续）假定不同路径的传播时延都相等，为0，且不随时间变化，则信道的时变冲激效应为：发
6、送信号为x(t)，接收信号为：接收信号的频域：讨论：多普勒扩展信道统计特性无线信道统计模型的要点实际信道特性及参数都是随机的，即：信道的冲激响应及传递函数h(,t)，H(f,t)，h(,)，H(f,)都是随机过程。我们必须研究他们的统计特性，由于这些过程的均值为0，只研究二阶统计特性，即：相关函数。两点假定：－信道的冲激响应h(,t)是广义平稳的随机过程；－对任意t及12，h(1,t)和h(2,t)是不相关的。以上信道称为广义平稳非相关散射（WSSUS）信道。全时域的相关函数先求全时域，即时变的时延扩展函数
7、h(,t)的自相关函数：其中：以上用了两点假定：－信道的冲激响应h(,t)是广义平稳的随机过程；－对任意t及12，h(1,t)和h(2,t)是不相关的。全时域的相关函数（续）令：t=0，h(,0)=h()就是信道的平均功率输出，它是信道时延扩展的函数，称为多径强度分布，或时延功率谱。平均时延扩展均方根时延扩展其中Tm为多径时延扩展的标称值。时延扩展的典型值多径时延扩展的典型值如下表所示全频域的相关函数再求全频域，即频率传递/多普勒扩展函数H(f,)的自相关函数：其中：以上也用了两点假定：－信道的冲激
8、响应h(,t)是广义平稳的随机过程；－对任意t及12，h(1,t)和h(2,t)是不相关的。全频域的相关函数（续）令：f=0，H(0,)=H()就是信道由于时变引起的多普勒功率谱。平均多普勒频移均方根多普勒扩展其中Bd多普勒扩展的标称值。频率-时间相关函
