【正文】 ? 角度域：在 ?0角上送如一個(gè) ?脈沖式的點(diǎn)波束 ? 信道輸出 ? 時(shí)空域：在不同接收點(diǎn) S1， S2， S3，時(shí)域上衰落特性是不一樣的，即同一時(shí)間，不同地點(diǎn)（空間）衰落起伏是不一樣的，這樣在空域上看，其信號(hào)包絡(luò)的起伏周期為 T1。 ? 角度域：在原來(lái)的 ?0角度上的 ?點(diǎn)波束產(chǎn)生了擴(kuò)散，其擴(kuò)散寬度為 ??。 ? 結(jié)論 ? 由于開(kāi)放型的時(shí)變信道使天線的點(diǎn)波束產(chǎn)生了擴(kuò)散而引起了空間選擇性衰落，其衰落周期為 T1 ? ?/?? ，其中 ?為波長(zhǎng)。 ? 空間選擇性衰落，通常又稱(chēng)為平坦瑞利衰落。這里的平坦特性是指在時(shí)域、頻域不存在選擇性衰落。 89 三類(lèi)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(jī)理如圖所示： f 1/L t t0+ ? t t 寬帶移動(dòng)信道 t0 f L/2 90 三類(lèi)主要快衰落 ? 頻率選擇性衰落 ? 信號(hào)輸入 ? 頻域：白色等幅頻譜 ? 角度域：在 t0 時(shí)刻輸入一個(gè) ? 脈沖 ? 信道輸出 ? 頻域：衰落起伏的有色譜。 ? 時(shí)域：在 t0+ ?t 瞬間， ? 脈沖在時(shí)域產(chǎn)生了擴(kuò)散，其擴(kuò)散寬度為 L/2，其中， ?t 為絕對(duì)時(shí)延 。 ? 結(jié)論 ? 由于信道在時(shí)域的時(shí)延擴(kuò)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(shí)域中的時(shí)延擴(kuò)散程度成正比。 91 三類(lèi)主要快衰落 ? 時(shí)間選擇性衰落 ? 時(shí)間選擇性衰落是指不同的時(shí)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(jī)理表示如圖所示： t t ? / B f B f0 + ?f f 高速移動(dòng)用戶(hù)信道 f0 92 三類(lèi)主要快衰落 ? 時(shí)間選擇性衰落 ? 信號(hào)輸入 ? 時(shí)域：?jiǎn)晤l等幅載波 ? 頻域：在單一頻率 f0上單根譜線（ ?脈沖） ? 信道輸出 ? 時(shí)域：包絡(luò)起伏不平。 ? 頻域：以 f0+ ? f 為中心產(chǎn)生頻率擴(kuò)散，其寬度為 B，其中， ? f 為絕對(duì)多譜勒頻移， B為相對(duì)值 。 ? 結(jié)論 ? 由于用戶(hù)的高速移動(dòng)在頻域引起多譜勒頻移，在相應(yīng)的時(shí)域其波形產(chǎn)生時(shí)間選擇性衰落，其衰落周期為 T3 = ? /B。 93 三類(lèi)主要快衰落 ? 實(shí)際移動(dòng)通信中三類(lèi)選擇性衰落產(chǎn)生的條件 ? 在實(shí)際移動(dòng)通信中，三類(lèi)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(lèi)多徑干擾。 ? 第一類(lèi)多徑干擾：由于快速移動(dòng)用戶(hù)附近的物體的反射而形成的干擾信號(hào)，其特點(diǎn)是由于用戶(hù)的快速移動(dòng)，在信號(hào)的頻域上產(chǎn)生多譜勒（ Doppler）頻移擴(kuò)散，從而引起信號(hào)在時(shí)域上時(shí)間選擇性衰落； ? 第二類(lèi)多徑干擾：用戶(hù)信號(hào)由于遠(yuǎn)處的高大建筑物或山丘的反射而形成的干擾信號(hào)，其特點(diǎn)是傳送的信號(hào)在空間和時(shí)間上產(chǎn)生了擴(kuò)散，空域上波束角度的擴(kuò)散將引起接收點(diǎn)信號(hào)產(chǎn)生空間選擇性衰落，時(shí)域上的擴(kuò)散將引起接收點(diǎn)信號(hào)產(chǎn)生頻率選擇性衰落； ? 第三類(lèi)多徑干擾：是由于接收信號(hào)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(diǎn)是嚴(yán)重影響到達(dá)天線的信號(hào)入射角分布，從而引起信號(hào)在空間的選擇性衰落。 94 三類(lèi)多徑干擾 第一類(lèi)多徑干擾 第二類(lèi)多徑干擾 第三類(lèi)多徑干擾 95 空間角度、頻率、時(shí)間典型擴(kuò)散值 ? 第二代移動(dòng)通信中典型地理環(huán)境下，電波傳播空間角度、時(shí)間與頻率所產(chǎn)生的典型擴(kuò)散值如表所示： 地理環(huán)境 角度擴(kuò)散 時(shí)延擴(kuò)散 多譜勒頻率擴(kuò)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(shí)間色散參數(shù) ? 多徑效應(yīng)在時(shí)域上將造成數(shù)字信號(hào)波形的展寬。 ? 假設(shè)基站發(fā)射一個(gè)極短的脈沖信號(hào) Si (t) = a0? (t)，經(jīng)過(guò)多徑信道后，移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)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(hào)時(shí)間擴(kuò)散的現(xiàn)象，稱(chēng)為 時(shí)間色散，也稱(chēng)為多徑時(shí)散 。 移動(dòng)多徑信道的參數(shù) 97 時(shí)間色散參數(shù) ? 時(shí)變多徑信道 ? 多徑性質(zhì)是隨時(shí)間而變化的。如果進(jìn)行多次發(fā)送脈沖試驗(yàn)，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(shí)差的變化。 ? 接收的多徑信號(hào)可表示為 N個(gè)路徑的信號(hào)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(duì)時(shí)延。 01( ) [ ( ) ]N k k kkS t a S t t?????? 實(shí)際情況遠(yuǎn)要復(fù)雜得多，各個(gè)脈沖幅度是隨機(jī)變化的，在時(shí)間上可以互不交疊，也可以相互交疊，甚至隨移動(dòng)臺(tái)周?chē)⑸潴w數(shù)目的增加，所接收到的一串離散脈沖將會(huì)變成有一定寬度的連續(xù)信號(hào)脈沖。 98 時(shí)間色散參數(shù) ? 多徑時(shí)延信號(hào)包絡(luò) ? 根據(jù)統(tǒng)計(jì)測(cè)試結(jié)果，移動(dòng)通信中接收機(jī)接收到多徑的時(shí)延信號(hào)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(shí)延信號(hào)所構(gòu)成的時(shí)延譜； ? t 是相對(duì)時(shí)延值 , t = 0表示 E(t) 的前沿； ? E(t)的一階矩為平均多徑時(shí)延 ； ? E(t)的二階矩的平方根為多徑時(shí)延散布 ，常稱(chēng) rms作時(shí)延擴(kuò)展，用 表示。 ???99 時(shí)間色散參數(shù) ? 時(shí)間色散參數(shù)的確定 ? 最大時(shí)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(shí)延值，即 ? max = ?X ?0 ； ? 表示多徑時(shí)散散布的程度。 越大，時(shí)延擴(kuò)展越嚴(yán)重； 越小，時(shí)延擴(kuò)展越輕。 ? 一般情況下 ， 市區(qū)的時(shí)延要比郊區(qū)大。從多徑時(shí)散考慮，市區(qū)傳播條件更為惡劣。 ? 為了避免碼間干擾，如無(wú)抗多徑措施，則要求信號(hào)的傳輸速率必須比1／ 低得多。 0220()()t E t d tt E t d t????????????? ??????100 時(shí)間色散參數(shù) ? 室內(nèi)多徑時(shí)延信號(hào)包絡(luò)測(cè)試的示例 101 時(shí)間色散參數(shù) ? 時(shí)間色散參數(shù)的確定 ? 時(shí)間色散參數(shù)確定常常是通過(guò)在各個(gè)離散的相對(duì)時(shí)延點(diǎn)上測(cè)量接收的多徑時(shí)延功率的方法得到。 ? 離散測(cè)量點(diǎn)上的各個(gè)平均時(shí)延 、 rms時(shí)延擴(kuò)展 可定義為如下： ? ??22222 2 222() () ( )() ()k k k kkkkkkkk k k kkkkkkkaPaPaPaP?? ? ???? ? ?? ? ?????????????????其 中 ，102 時(shí)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(shí)延測(cè)量結(jié)果計(jì)算平均時(shí)延、和時(shí)延擴(kuò)展。 103 ? 基本概念 ? 相干帶寬 Bc是指在這樣的帶寬上信號(hào)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(guò)全部頻譜分量。 ? 相干帶寬代表一頻率范圍，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)兩個(gè)接收信號(hào)的幅度、相位都有高度的相關(guān)性，即這兩個(gè)信號(hào)的頻譜分量以類(lèi)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(shuō)明： （ 1）相干帶寬和時(shí)延擴(kuò)展是對(duì)多徑衰落信道的不同觀察；（ 2） 相干帶寬 Bc與 rms時(shí)延擴(kuò)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(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊? ? 如果兩個(gè)單頻 f1 和 f2 正弦信號(hào)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(hào)的衰落是不相關(guān)的。 ? 如果傳輸信號(hào)的帶寬 Bw 大于相干帶寬 Bc，我們稱(chēng)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(hào)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(kuò)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(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊? ? 頻率衰落失真是指信號(hào)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(shí)，發(fā)生非選擇性衰落或平坦衰落，此時(shí)信號(hào)的所有頻譜分量都以類(lèi)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(hào)衰落時(shí)信噪比 (SNR)下降，性能仍會(huì)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(shí)間， 1/ Tb 取作信號(hào)的帶寬； ? 信道相干帶寬決定了接收機(jī)中沒(méi)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(hào)仍然強(qiáng)相關(guān)時(shí)的最大頻率之差。 ? 相干帶寬與遲延擴(kuò)展成反比，遲延擴(kuò)展越小，相干帶寬越大； ? 如果信號(hào)的發(fā)射帶寬大于相干帶寬，信號(hào)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(gè)接收頻譜部將觀察到衰落。 ? 如果信號(hào)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(jī)或均衡接收機(jī)分集的測(cè)量。相干帶寬越小意味著分集重?cái)?shù)越多?？梢岳米畲筮t延擴(kuò)展計(jì)算信道中能用于 RAKE接收機(jī)的可分解的路徑存在多少條。 相干帶寬 107 ? 例子 ? 在時(shí)間色散的例子中，時(shí)延擴(kuò)展 ?? = ?s，相干帶寬為： ? 由于 Bc 大于 30 kHz, AMPS 系統(tǒng)可以在沒(méi)有均衡器的情況下進(jìn)行工作。然而 , GSM 一個(gè)載頻的信號(hào)帶寬為 200 kHz ，超過(guò)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(shí)延擴(kuò)展與相干帶寬是描述本地信道時(shí)間色散特性的兩個(gè)參數(shù)。但是它們并未提供描述信道時(shí)變特性的信息。 ? 信道的時(shí)變特性是由移動(dòng)臺(tái)與基站間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的，或是由信道路徑中物體的運(yùn)動(dòng)引起的。 ? 小尺度范圍內(nèi)信道的時(shí)變特性可以通過(guò)多普勒擴(kuò)展和相干時(shí)間的兩個(gè)參數(shù)來(lái)描述； ? 相干時(shí)間是多普勒擴(kuò)展在時(shí)域的表示，用于在時(shí)域描述信道頻率色散的時(shí)變特性。 ? 相干時(shí)間是指一段時(shí)間間隔，在此間隔內(nèi)，兩個(gè)到達(dá)信號(hào)有很強(qiáng)的幅度相關(guān)性。 ? 如果基帶信號(hào)帶寬的倒數(shù)大于信道相干時(shí)間，那么傳輸中基帶信號(hào)可能就會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致接收機(jī)信號(hào)失真。 相干時(shí)間 109 ? 相干時(shí)間定義 ? 相干時(shí)間 tc 定義為多普勒擴(kuò)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(shí)間間隔。 ? 若時(shí)間相關(guān)函數(shù)定義為大于 ，相干時(shí)間近似為： ? 上式的定義相對(duì)比較嚴(yán)格。 ? 現(xiàn)代移動(dòng)通信中，相干時(shí)間常定義為上兩式的幾何平均，即： 相干時(shí)間 1cDT f?916c DT f??29 0 . 4 2 316c ddT ff???110 ? 相干時(shí)間對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊? ? 如果數(shù)據(jù)速率 1／ Tb 大于衰落速率 1／ Tc，稱(chēng)信道為慢衰落信道。 ? 如果比特時(shí)間 Tb 大于相干時(shí)間 Tc ，或數(shù)據(jù)速率 1／ Tb 小于衰落速率 1／ Tc ，稱(chēng)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(hào)失真，必須保證數(shù)據(jù)速率 1／ Tb超過(guò)信道衰落速率 1／ Tc ，使得信道顯示慢衰落。 相干時(shí)間 111 ? 結(jié)論 ? 多普勒頻移 fd 決定了數(shù)