第二章 5 无线通信信道 无线信道中的多普勒效应

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1、目录1.自由空间中电磁波的多普勒频移2.非自由空间中电磁波的多普勒扩展3.相干时间2006-9-12/22引言ò无线信道在无线通信中的位置：发基带发射中发射频发天线单元频单元单元单元无线传播信道收基带接收中收射频收天线单元频单元单元单元2006-9-13/22自由空间中电磁波的多普勒频移ò无线信道多普勒效应的存在，使得接收机可靠检测发射机发射信号变得较为困难。2006-9-14/22自由空间中电磁波的多普勒频移接收机移动速度v信号到达θ方向ò接收机接收信号的频率为fff=−rtd其中f是发射机发射天线发射信号的频率，f为多普td勒(Doppler)频移：vf=cosθdλ2006-9-15

2、/22自由空间中电磁波的多普勒频移ò将波长换算到载波频率，则多普勒频率为：vff=cosθdtcò当电磁波的到达方向与接收机移动方向的夹角为θ=0或θ=2π时，多普勒频移最大：vvff==dt,maxcλò当电磁波的到达方向与接收机移动方向的夹角为θ=90°时，多普勒频移最小：f=0d,min2006-9-16/22自由空间中电磁波的多普勒频移ò根据上面的定义，接收机接收信号的频率为：vff=−1cosθrtcò显然，如果多普勒频移存在，则无线通信发射机发射信号的频率越高，多普勒频移越大。2006-9-17/22自由空间中电磁波的多普勒频移ò设无线通信发射机发射信号的带宽为∆f

3、，则发射机发射信号的频率范围为：∆f∆fff∈−,f+tcc22ò窄带信号：∆ff∆ff−≈+cc22ò对于窄带无线通信系统来说，频带低端的多普勒频移与高端的是一样的，这就使得调整接收机本振频率对接收机天线接收到信号的中心频率，就可以消除多普勒频移的影响。2006-9-18/22自由空间中电磁波的多普勒频移ò宽带信号：∆f∆fff∈−,f+tcc22ò发射信号频带低端信号成份的多普勒频移，与高端信号成份多普勒频移的差距较大。ò频率扩展效应：相对于发射信号频带低端信号，高端信号的频率被扩展了。请看下图：2006-9-19/22自由空间中电磁波的多普勒频移ò频率压缩效果

4、:强度ff2f3f4f5f6f7f8f9f111111111强度多普勒频移ff2f3f4f5f6f7f8f9f1111111112006-9-110/22自由空间中电磁波的多普勒频移ò对于超宽带无线通信系统来说，频带低端的多普勒频移与高端的不同，使得调整接收机本振频率对准接收机天线接收到信号的中心频率来消除多普勒频移影响的手段失去效果。2006-9-111/22目录1.自由空间中电磁波的多普勒频移2.非自由空间中电磁波的多普勒扩展2006-9-112/22非自由空间中电磁波的多普勒扩展ò典型的非自由空间中，例如信道中存在某些物体引起的反射、散射、绕射、透射等现象时，信道的多普勒现象是多普勒

5、扩展(Dopplerspread)。V发射机发射的单位冲击信号，接收机观察到的一条多径信号，是由很多条子径信号合成的信号；V在这些子径信号中，存在很多条到达方向不相同的子径信号，则这些到达方向不相同的子径信号的多普勒频率均不相同；V各条子径信号合成的一条多径信号，它是发射信号在频率ffff−+,cd,mincd,max范围内的扩展，这就是所谓的多普勒扩展。2006-9-113/22非自由空间中电磁波的多普勒扩展ò在这些子径信号中，存在很多条到61达方向不相同的子径信号，则这些到达方向不相同的子52径信号的多普勒频率均不相同；432006-9-114/22非自由空间中电磁波的多普勒扩

6、展ò常见的多普勒扩展谱：有经典多普勒扩展谱(ClassicDopplerSpreadSpectrum)及平坦多普勒扩展谱(FlatDopplerSpectrum)。ò经典多普勒扩展谱2σvs,f≤2vλSf()=−f2nπcλ0,其它2006-9-115/22非自由空间中电磁波的多普勒扩展ò经典多普勒扩展谱Sf()nfffcd−,maxfcffcd+,max2006-9-116/22非自由空间中电磁波的多普勒扩展ò平坦多普勒扩展谱为λ2vσ,f≤sSf()=2vλn0,其它Sf()nλ2vfffcd−,maxfcffcd+,max2006-9-117/2

7、2非自由空间中电磁波的多普勒扩展ò时间选择性衰落(timeselectivefading)，是指在无线信道传输无线信号的带宽内，对无线通信接收机接收信号复包络进行采样，如果存在任两个时刻采样信号的相关系数小于0.5，则称这种信道为时间选择性衰落信道。V自由空间中存在多普勒频移的信道不是时间选择性衰落信道，因为接收机可以校正接收信号多普勒频移的影响。V非自由空间中存在多普勒扩展的信道是时间选择性信道，这是因为接收机接收到的