第章(.,..)衰落多径信道上的数字信号传输

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1、318《数字通信》辅导材料第6章衰落多径信道上的数字信号传输第6章衰落多径信道上的数字信号传输引言：着重讨论陆地移动通信中的信道及数字信号传输问题本章内容：6.1移动无线信道（课本14.1和14.2节）6.2在频率非选择性慢衰落信道上二进制数字信号传输（14.3节）6.3多径衰落信道的分集技术（课本14.4节）6.4在频率选择性慢衰落信道中数字信号传输（课本14.5节）6.1移动无线信道本节讨论：1.移动无线信道的特性(6.1.1)2.信道的数学描述（6.1.2）3.信道的分类（6.1.3）4.移动信道的模型（6.1.

2、4）318《数字通信》辅导材料第6章衰落多径信道上的数字信号传输6.1.1移动无线信道的特性（物理信道）引言：1.物理描述—①侧重于定性、概念性描述②侧重于说明信道对信号传输的影响（衰落）2.移动通信媒质（电磁波传播环境）移动无线通信所传送的信息是通过电磁波承载在空中传播来实现的。电磁波传播的途径就是无线信道，这种信道是一种开放性信道。电磁波的传播特性就决定了无线信道的特性。而电磁波的传播特性与电磁波的传播机制有密切关系。1.电磁波的传播机制▲最简单的情况－自由空间传播，即视距传播。这是一种直射的传播机制。例：卫星通信

3、系统和微波通信系统的无线视距链路中。电磁波在自由空间中。根据自由空间的路径损耗可以对视距无线链路进行设计。▲移动通信系统中电磁波的传播环境（或通信媒质）比较复杂：基站天线：30～100米，移动台天线1～4米通信媒质：大气，地形，自然物，建筑物，天气等在移动通信系统中，电磁波的传播会遇到各种障碍物，同时移动台运动过程中电磁波的传播环境也在不断变化。因此，在移动通信系统中，电磁波的传播机制通常不是自由空间的视距传播，而是反射(reflection)、绕射(diffraction)和散射(scattering)等三种基本的传

4、播机制。318《数字通信》辅导材料第6章衰落多径信道上的数字信号传输反射—当电磁波传播时遇到尺寸比波长大得多的物体表面时，会发生反射现象。如地球表面、建筑物和墙壁表面都绘引起电磁波的反射。绕射—当发射天线与接收天线之间存在密度比较大且尺寸比波长大的物体，就会在阻挡物的后面产生次级波，也就是说电磁波“绕过”障碍物继续传播，这种现象称为绕射。当收发两端天线不存在视距路径（被障碍物遮挡）时，电磁波通过绕射仍能到达接收机。散射—当电磁波传播时遇到大的粗糙的表面，或尺寸与波长相当的物体表面时，电磁波的能量会发生散射或向各个方向反

5、射。例如，引起电磁波散射的物体有路灯、街道路标、树叶等。1.衰落的类型由以上对电磁波的传播机制分析可知：电磁波从发射天线到接收天线可通过直射，反射，绕射，散射，等多条路径。电磁波传播特性除了在自由空间中基本的传播特性外，电磁波的传播受到周围复杂而变化环境的影响。也就是说，电磁波的传播环境具有复杂性、时变性和随机性，这就决定了电磁波的传播特性（无线信道的特性）是复杂的并且随机时变的，它属于变参信道。由于该信道具有多径和衰落的特点，故又称为多径衰落信道(MultipathFading)。通常采用理论上的统计方法与实验测试相

6、结合来建立无线信道的数学模型。然后根据信道的模型来对移动无线通信系统进行理论研究、系统设计和性能分析。观察一移动台接收信号场强的测试记录(假如发射单音)，如图所示。318《数字通信》辅导材料第6章衰落多径信道上的数字信号传输接收信号电平可以表示为式中，为称为大尺度（Large-scale）衰落分量（有时称为局部均值，或长期衰落（几十米）），称为小尺度(small-scale)衰落分量（或短期衰落）（几米），信号处理（均衡、检测、估计）研究所依据的是小尺度衰落，一两秒时间持续。x表示移动台的位移，v表示移动台运动的速度。

7、可见，移动无线信道的衰落可分为大尺度衰落和小尺度衰落两种类型。衰落的特性与电磁波的传播环境和三种基本的传播机制都有密切的关系。在移动无线系统中：l大尺度衰落与宏观环境及其变化密切相关，它随时间(或位移)而缓慢变化；l小尺度衰落与微观环境及其变化密切相关，它随时间(或位移)快速变化。下面讨论：1）大尺度衰落（或慢衰落？）－本节介绍2）小尺度衰落（或快衰落？）—后续小节重点分析3）噪声与干扰－本节介绍318《数字通信》辅导材料第6章衰落多径信道上的数字信号传输3.大尺度衰落大尺度衰落可以由传播路径损耗（可称为大尺度路径损耗

8、）来描述，包括：平均路径损耗和阴影。对平均路径损耗影响有两个主要因素：一是基本因素，如电磁波的工作频率（f），发射和接收天线的高度(和)，收发两天线之间的距离（d）等。二是环境因素（主要是环境的类型），与传播路径的宏观环境有关。宏观环境对电磁波传播路径损耗的影响称为阴影效应。宏观环境包括：l自然环境（开阔区，平地，丘陵，山地等地形