【正文】 ? 角度域：在 ?0角上送如一個 ?脈沖式的點波束 ? 信道輸出 ? 時空域：在不同接收點 S1， S2， S3，時域上衰落特性是不一樣的，即同一時間，不同地點（空間）衰落起伏是不一樣的，這樣在空域上看，其信號包絡(luò)的起伏周期為 T1。 ? 角度域：在原來的 ?0角度上的 ?點波束產(chǎn)生了擴散，其擴散寬度為 ??。 ? 結(jié)論 ? 由于開放型的時變信道使天線的點波束產(chǎn)生了擴散而引起了空間選擇性衰落，其衰落周期為 T1 ? ?/?? ，其中 ?為波長。 ? 空間選擇性衰落，通常又稱為平坦瑞利衰落。這里的平坦特性是指在時域、頻域不存在選擇性衰落。 89 三類主要快衰落 ? 頻率選擇性衰落 ? 頻率選擇性衰落是指不同頻段上衰落特性不一致的現(xiàn)象； ? 頻率選擇性衰落的現(xiàn)象、成因與機理如圖所示： f 1/L t t0+ ? t t 寬帶移動信道 t0 f L/2 90 三類主要快衰落 ? 頻率選擇性衰落 ? 信號輸入 ? 頻域：白色等幅頻譜 ? 角度域：在 t0 時刻輸入一個 ? 脈沖 ? 信道輸出 ? 頻域：衰落起伏的有色譜。 ? 時域：在 t0+ ?t 瞬間， ? 脈沖在時域產(chǎn)生了擴散，其擴散寬度為 L/2，其中， ?t 為絕對時延 。 ? 結(jié)論 ? 由于信道在時域的時延擴散，引起了在頻域的頻率選擇性衰落，且衰落周期為 T2 = 1/L，即與時域中的時延擴散程度成正比。 91 三類主要快衰落 ? 時間選擇性衰落 ? 時間選擇性衰落是指不同的時間衰落特性不一致的現(xiàn)象； ? 空間選擇性衰落的現(xiàn)象、成因與機理表示如圖所示： t t ? / B f B f0 + ?f f 高速移動用戶信道 f0 92 三類主要快衰落 ? 時間選擇性衰落 ? 信號輸入 ? 時域：單頻等幅載波 ? 頻域：在單一頻率 f0上單根譜線（ ?脈沖） ? 信道輸出 ? 時域：包絡(luò)起伏不平。 ? 頻域：以 f0+ ? f 為中心產(chǎn)生頻率擴散，其寬度為 B，其中， ? f 為絕對多譜勒頻移， B為相對值 。 ? 結(jié)論 ? 由于用戶的高速移動在頻域引起多譜勒頻移，在相應(yīng)的時域其波形產(chǎn)生時間選擇性衰落，其衰落周期為 T3 = ? /B。 93 三類主要快衰落 ? 實際移動通信中三類選擇性衰落產(chǎn)生的條件 ? 在實際移動通信中，三類選擇性衰落都存在，根據(jù)其產(chǎn)生的條件大致可以分為第一、二、三類多徑干擾。 ? 第一類多徑干擾：由于快速移動用戶附近的物體的反射而形成的干擾信號，其特點是由于用戶的快速移動，在信號的頻域上產(chǎn)生多譜勒（ Doppler）頻移擴散，從而引起信號在時域上時間選擇性衰落； ? 第二類多徑干擾：用戶信號由于遠處的高大建筑物或山丘的反射而形成的干擾信號，其特點是傳送的信號在空間和時間上產(chǎn)生了擴散，空域上波束角度的擴散將引起接收點信號產(chǎn)生空間選擇性衰落，時域上的擴散將引起接收點信號產(chǎn)生頻率選擇性衰落； ? 第三類多徑干擾：是由于接收信號受基站附近建筑物和其他物體的反射而引起的干擾，其特點是嚴(yán)重影響到達天線的信號入射角分布，從而引起信號在空間的選擇性衰落。 94 三類多徑干擾 第一類多徑干擾 第二類多徑干擾 第三類多徑干擾 95 空間角度、頻率、時間典型擴散值 ? 第二代移動通信中典型地理環(huán)境下，電波傳播空間角度、時間與頻率所產(chǎn)生的典型擴散值如表所示： 地理環(huán)境 角度擴散 時延擴散 多譜勒頻率擴散 室內(nèi) 360? ?s 5Hz 農(nóng)村 1 ? ?s 190Hz 都市 20 ? 5 ?s 120Hz 丘陵 30 ? 20 ?s 190Hz 小區(qū) 120 ? ?s 10Hz 96 ? 時間色散參數(shù) ? 多徑效應(yīng)在時域上將造成數(shù)字信號波形的展寬。 ? 假設(shè)基站發(fā)射一個極短的脈沖信號 Si (t) = a0? (t)，經(jīng)過多徑信道后，移動臺接收信號呈現(xiàn)為一串脈沖，結(jié)果使脈沖寬度被展寬了。這種因多徑傳播造成信號時間擴散的現(xiàn)象，稱為 時間色散，也稱為多徑時散 。 移動多徑信道的參數(shù) 97 時間色散參數(shù) ? 時變多徑信道 ? 多徑性質(zhì)是隨時間而變化的。如果進行多次發(fā)送脈沖試驗，則接收到的脈沖序列是變化的。它包括脈沖數(shù)目 N的變化、脈沖幅度的變化及脈沖延時差的變化。 ? 接收的多徑信號可表示為 N個路徑的信號之和： ? ak是第 k條路徑的衰減系數(shù)； ? ?k (t)為第 k條路徑的相對時延。 01( ) [ ( ) ]N k k kkS t a S t t?????? 實際情況遠要復(fù)雜得多，各個脈沖幅度是隨機變化的，在時間上可以互不交疊，也可以相互交疊，甚至隨移動臺周圍散射體數(shù)目的增加，所接收到的一串離散脈沖將會變成有一定寬度的連續(xù)信號脈沖。 98 時間色散參數(shù) ? 多徑時延信號包絡(luò) ? 根據(jù)統(tǒng)計測試結(jié)果，移動通信中接收機接收到多徑的時延信號包絡(luò)大致如圖所示： ? E(t)為歸一化的包絡(luò)特性曲線，它是以不同時延信號所構(gòu)成的時延譜； ? t 是相對時延值 , t = 0表示 E(t) 的前沿； ? E(t)的一階矩為平均多徑時延 ； ? E(t)的二階矩的平方根為多徑時延散布 ，常稱 rms作時延擴展，用 表示。 ???99 時間色散參數(shù) ? 時間色散參數(shù)的確定 ? 最大時延 ? max 定義為多徑能量從初值衰落到低于最大能量 X dB (如 30 dB) 處的時延值，即 ? max = ?X ?0 ； ? 表示多徑時散散布的程度。 越大，時延擴展越嚴(yán)重； 越小，時延擴展越輕。 ? 一般情況下 ， 市區(qū)的時延要比郊區(qū)大。從多徑時散考慮，市區(qū)傳播條件更為惡劣。 ? 為了避免碼間干擾，如無抗多徑措施，則要求信號的傳輸速率必須比1／ 低得多。 0220()()t E t d tt E t d t????????????? ??????100 時間色散參數(shù) ? 室內(nèi)多徑時延信號包絡(luò)測試的示例 101 時間色散參數(shù) ? 時間色散參數(shù)的確定 ? 時間色散參數(shù)確定常常是通過在各個離散的相對時延點上測量接收的多徑時延功率的方法得到。 ? 離散測量點上的各個平均時延 、 rms時延擴展 可定義為如下： ? ??22222 2 222() () ( )() ()k k k kkkkkkkk k k kkkkkkkaPaPaPaP?? ? ???? ? ?? ? ?????????????????其 中 ，102 時間色散參數(shù) 30 dB 20 dB 10 dB 0 dB 0 1 2 5 (181。s) ? ????? ????? s?? ][ )0)(()2)(()1)(()5)(1(_????? ????? 22222_ 2][ )0)(()2)(()1)(()5)(1( s??????? s?? ? )( 2? 例子 ? 根據(jù)圖示的時延測量結(jié)果計算平均時延、和時延擴展。 103 ? 基本概念 ? 相干帶寬 Bc是指在這樣的帶寬上信號傳播特性是相關(guān)的，在該帶寬內(nèi)信道以近似等增益和線性相位通過全部頻譜分量。 ? 相干帶寬代表一頻率范圍，在這個頻率范圍內(nèi)兩個接收信號的幅度、相位都有高度的相關(guān)性，即這兩個信號的頻譜分量以類似方式受到信道的影響，如出現(xiàn)衰落或不出現(xiàn)衰落。 ? 相關(guān)帶寬定義 ? 如果相干帶寬 Bc被定義為這樣的帶寬，在該帶寬上頻率相關(guān)函數(shù)大于 ，相干帶寬 B c 近似為 ： ? 如果定義放寬到相關(guān)系數(shù)值大于 ： ? 說明： （ 1）相干帶寬和時延擴展是對多徑衰落信道的不同觀察；（ 2） 相干帶寬 Bc與 rms時延擴展 之間的精確關(guān)系是不存在的。 相干帶寬 150cB ???15cB ?????104 ? 相干帶寬對信號傳輸?shù)挠绊? ? 如果兩個單頻 f1 和 f2 正弦信號的頻率間隔 ?f = | f1 – f2 | 大于信道相干帶寬 Bc，那么它們受到信道的影響不同，例如信號的衰落是不相關(guān)的。 ? 如果傳輸信號的帶寬 Bw 大于相干帶寬 Bc，我們稱信道是頻率選擇性信道。在這種情況，不同頻率分量遇到不同的增益和相移。反之，如果相干帶寬 Bc 比信號帶寬 Bw 大，則信道則是非頻率選擇性信道，所有頻率分量遇到同樣的衰耗和相移。即： ? Bw Bc ? 頻率選擇性信道 ? Bw Bc ? 非頻率選擇性信道 ? 采用擴頻的碼分多址系統(tǒng)帶寬一般大于相干帶寬，這意味著在這種情況下信道是頻率選擇性的。 相干帶寬 105 ? 相干帶寬對信號傳輸?shù)挠绊? ? 頻率衰落失真是指信號的各頻譜分量不是同等地受到信道衰落的影響。 ? 當(dāng) Bc Bw 時，發(fā)生非選擇性衰落或平坦衰落，此時信號的所有頻譜分量都以類似方式受到信道衰落影響。 ? 平坦衰落不引入信道引起的碼間干擾 (ISI)失真，但由于信號衰落時信噪比 (SNR)下降，性能仍會下降。 ? 為了避免信道引起的 ISI失真，必須要求信道為平坦衰落，即要求： ? Tb 為碼元的持續(xù)時間， 1/ Tb 取作信號的帶寬； ? 信道相干帶寬決定了接收機中沒有均衡器的傳輸速率的上限。 相干帶寬 1cwbBB T?? ?106 ? 結(jié)論 ? 相干帶寬是兩信號仍然強相關(guān)時的最大頻率之差。 ? 相干帶寬與遲延擴展成反比，遲延擴展越小，相干帶寬越大； ? 如果信號的發(fā)射帶寬大于相干帶寬，信號將經(jīng)受頻率選擇性衰落，如圖示。如果相干帶寬和發(fā)射帶寬一樣大，那么整個接收頻譜部將觀察到衰落。 ? 如果信號的發(fā)射帶寬小于相干帶寬的話，則屬于平坦衰落信道。 ? 相干帶寬可用作 RAKE接收機或均衡接收機分集的測量。相干帶寬越小意味著分集重數(shù)越多?？梢岳米畲筮t延擴展計算信道中能用于 RAKE接收機的可分解的路徑存在多少條。 相干帶寬 107 ? 例子 ? 在時間色散的例子中，時延擴展 ?? = ?s，相干帶寬為： ? 由于 Bc 大于 30 kHz, AMPS 系統(tǒng)可以在沒有均衡器的情況下進行工作。然而 , GSM 一個載頻的信號帶寬為 200 kHz ，超過了相干帶寬 Bc。 因此， GSM必須要采用均衡器才能正常工作。 相干帶寬 11 1 4 6 5 5 ( 1 . 3 7 )cB K H zs???? ? ?108 ? 概念 ? 時延擴展與相干帶寬是描述本地信道時間色散特性的兩個參數(shù)。但是它們并未提供描述信道時變特性的信息。 ? 信道的時變特性是由移動臺與基站間的相對運動造成的，或是由信道路徑中物體的運動引起的。 ? 小尺度范圍內(nèi)信道的時變特性可以通過多普勒擴展和相干時間的兩個參數(shù)來描述； ? 相干時間是多普勒擴展在時域的表示，用于在時域描述信道頻率色散的時變特性。 ? 相干時間是指一段時間間隔，在此間隔內(nèi)，兩個到達信號有很強的幅度相關(guān)性。 ? 如果基帶信號帶寬的倒數(shù)大于信道相干時間，那么傳輸中基帶信號可能就會發(fā)生改變，導(dǎo)致接收機信號失真。 相干時間 109 ? 相干時間定義 ? 相干時間 tc 定義為多普勒擴展的倒數(shù)，即： ? 上式給出了瑞利（ Rayleign）衰落型可能急劇起伏的時間間隔。 ? 若時間相關(guān)函數(shù)定義為大于 ，相干時間近似為： ? 上式的定義相對比較嚴(yán)格。 ? 現(xiàn)代移動通信中，相干時間常定義為上兩式的幾何平均，即： 相干時間 1cDT f?916c DT f??29 0 . 4 2 316c ddT ff???110 ? 相干時間對信號傳輸?shù)挠绊? ? 如果數(shù)據(jù)速率 1／ Tb 大于衰落速率 1／ Tc，稱信道為慢衰落信道。 ? 如果比特時間 Tb 大于相干時間 Tc ，或數(shù)據(jù)速率 1／ Tb 小于衰落速率 1／ Tc ，稱信道為快衰落信道。 ? Tb Tc 或 Bw fd ? 慢衰落信道 ? Tb Tc 或 Bw fd ? 非頻率選擇性信道 ? 為了避免由快衰落引起的信號失真，必須保證數(shù)據(jù)速率 1／ Tb超過信道衰落速率 1／ Tc ，使得信道顯示慢衰落。 相干時間 111 ? 結(jié)論 ? 多普勒頻移 fd 決定了數(shù)