电波传播 第十二讲 多径衰落之二.ppt

电波传播 第十二讲 多径信道特性之一 多径信道特性 无线信道的多径性导致小尺度衰落效应的产生。三个主要效应表现为： 经过短距或短时传播后信号强度的急速变化 在不同多径信号上，存在着时变的多普勒频移引起的随机频率调制 多径传播时延引起的扩展 多径信道特性 多径信道的物理模型 多径信道的数学模型 移动多径信道参数 多普勒频移 移动信道中由于移动台相对于发射机的运动而产生接收信号频率变化，称为多普勒频移 以克里斯托·约翰·多普勒命名，19世纪奥地利物理学家，首次命名了相对运动造成的频移 就象对于一个固定的观察者，移动车辆快速行驶近时，其喇叭的音调稍微变高了，而驶离时音调变低了 无线电传输中，车辆的相对运动造成了频偏 多普勒频移2 当移动台改变方向、速度以及从一个小区到另一个小区时，频偏显著变化，在移动信号中产生极大的随机频率调制 多普勒频移影响所有的传播路径 同一时刻，其中的一些传播路径可能显示正偏移，另一些则显示负偏移 粗略讲，对于给定频率，多普勒效应引起的随机FM同车辆速度有关 工作频率为900MH2，每小时移动22英里条件下，中等多普勒偏移约为30Hz 多普勒频移3 多普勒频移3 当移动台以恒定速率v在长度为d，端点为X和Y的路径上运动时收到来自远端源S发出的信号 无线电波从源S出发，在X点与Y点分别被移动台接收时所走的路径差为 是移动台从X运动到Y所需的时间， 是X和Y处与入射波的夹角。由于源端距离很远，可假设X、Y处的 是相同的。 多普勒频移4 由路程差造成的接收信号相位变化值为： 由此可得出频率变化值，即多普勒偏移为 定义 为最大多普勒频移， 多普勒频移5 由公式可看出，多普勒频移与移动台运动速度及移动台运动方向，与无线电波入射方向之间的夹角有关 若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正(即接收频率上升) 若移动台背向入射波方向运动，则多普勒频移为负(即接收频率下降) 信号经不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩散，因而增加了信号带宽 多普勒衰落影响的功率谱密度 多普勒频移计算举例1 若一发射机发射载频为1850MHz，一辆汽车以每小时100公里速度运动，计算在以下情况下接收机载波频率； 汽车沿直线朝向发射机运动 汽车沿直线背向发射机运动 汽车运动方向与入射的方向成直角 多普勒频移计算举例1 已知条件： 载频 所以，波长 车速 多普勒频移计算举例1 汽车沿直线朝向发射机运动时，多普勒频移为正。计算可得 接收载波频率 多普勒频移计算举例1 汽车沿直线背向发射机运动时，多普勒频移为负。计算可得 接收载波频率 多普勒频移计算举例1 汽车运动方向与入射波方向成直角时 所以没有多普勒频移，接收信号频率与发射频率相同，为1850MHz 多普勒频移计算举例2 GSM800MHz系统，计算在以下情况下接收信号的最大多普勒频移： 一辆汽车以每小时120公里速度运动 飞机以1马赫速度运动 多径信道的物理模型 陆地移动信道的主要特征是多径传播 传播过程中会遇到障碍物以及起伏地形，电波通过各个路径的传播距离不同 各传播路径的电波到达时间不同，各传播路径的电波相位也就不同 各传播路径的电波经历的衰减也不同 不同传播路径的多个信号在接收端叠加，产生信号强度剧烈的变化。 这种现象是由多径引起的信号衰落，称为多径衰落 多径信道的物理模型 从空间的角度看，接收信号的幅度随着距离变动而衰减 从时域角度来看，时延扩展各个路径的长度不同，因而信号到达的时间就不同。 由于多径效应引起的接收信号中脉冲的宽度扩展的现象，称为时延扩展。 多径信道的物理模型 模拟移动系统中主要考虑多径效应所引起的接收信号幅度的变化 数字移动系统中主要考虑多径效应所引起的脉冲信号的时延扩展 多径信道的物理模型 多径信道是线性的； 所有路径的总和可以表示为脉冲响应或频率响应； 时延的范围（“时延扩展”）是否对载波的调制产生重要影响取决于它和调制时间（大约是带宽的倒数）的关系； 移动台的位置发生很小的变化都将接收信号的幅度和相位发生很大变化； 信道是时变线性滤波器。 多径信道的数学模型 发射信号的复包络可以表示为 其中 多径信道的数学模型 发射信号通过N条传播路径构成的信道到达接收端，接收信号 由N个信号分量叠加而成 多径信道的数学模型 当移动台以速度v运动时，每条路径的长度随时间发生变化： 接收信号 多径信道的数学模型 接收信号经过解调和低通滤波后，基带信号可以表示为： 其中 多径信道的数学模型 考虑多普勒频移 接收信号 其中 多径信道的数学模型 设最小和最大多径时延分别是 和 相对时延 对