瑞利信道和莱斯信道.pdf

第3 章　 瑞利信道和莱斯信道 瑞利信道和莱斯信道是移动通信中的最重要信道, 这有几个原因。 这些信道可进行 物理解释, 描述相对容易, 且由测量数据得以验证确认。 另外, 具有给定相关性质的瑞 利信道和莱斯信道模型可以用软件和硬件非常高效地加以实现, 且具有较高的精确度。 因此, 它们被广泛用于系统性能研究中。 本章提供了瑞利信道和莱斯信道的透彻分析, 以陆地移动无线信道的一个几何 (geometrical) 多径传播模型开始分析。 为了更好地评估确定性和随机仿真模型的性能, 将采用随机参考模型。 取决于目 标, 一个参考模型可以是一个瑞利过程、 一个莱斯过程或仅是一个高斯过程。 本章的目 标不仅是描述这种参考模型, 而且提供比较详尽的信道模型建模和仿真的基础, 这些模 型已被证明对捕获特定传播环境的特征是有用的。 在建筑密集的区域, 如城市, 被传播的电磁波大多不能在直接路径上到达接收器的 天线。 由于来自建筑物、 地面和具有大表面的其他障碍物以及散射体 (如树木、 车辆 和其他物体), 大量部分波 (a multitude of partial wave) 从不同方向到达接收器天线。 这种效应称作多径传播。 多径信道的一个系统理论描述是3．1节的专题。 一个经常做出的简化假定是, 相比于符号间隔, 在接收器处被散射信号分量间的传 播延迟差是可忽略的。 我们将理解到, 这个假定使我们可将信道建模为一个频率无选择 性的信道, 这也经常被称作窄带信道或平坦衰落信道。 在这种情形中, 被接收信号的波 动可以这样建模, 将被传输信号与一个合适的随机过程相乘。 在城区和郊区 (即视距 分量经常为障碍物阻挡的区域) 中被接收包络的广泛测量[61-63]之后, 将瑞利过程建议 为一个合适的随机过程。 但是, 在农村地区 (视距分量经常是被接收信号的一部分), 则证明莱斯过程是更合适的随机模型。 在3．2节给出瑞利信道和莱斯信道的一种形式化 描述。 由于多径传播, 被接收部分波在接收器天线处相互叠加。 叠加可以是加性的或减性 的 (constructive or destructive), 取决于被接收波的相位关系。 结果是, 被接收电磁场强 [64] 度, 由此也有被接收信号, 这两者都是接收器位置的强波动函数 , 或在移动接收器 的情形中, 是时间的强波动函数。 除此之外, 作为多普勒效应的结果, 接收器的运动导 ㊀ 致作用在天线上部分波的频率偏移 (多普勒频移) 。 取决于部分波的到达角度, 发生 不同的多普勒频移, 从而对于所有被反射波的和, 最后得到多普勒频率的一个连续谱, 它被称为多普勒功率谱密度。 对典型多普勒功率谱密度和相关量的密切研究是3．3节的 目的。 ㊀　 在二维水平平面中, 一个基波的多普勒频移 (多普勒频率) 等于f =f cosα, 其中α是如图1．2所示 max [13] 的到达角度,f =vf / c 表示最大多普勒频率 (v为车辆的速率,f 为载波频率, c 为光速) 。 max 0 0 0 0 46 移动无线信道 (原书第2版) 瑞利模型和莱斯模型的有效性被限制在相对较小的区域, 尺度在大约数十个波长的 [13] 量级上, 其中局部的包络均值近似为常数 。 但是, 在较大的区域, 由于阴影效应, 局部均值是波动的, 且近似为对数正态分布的[63,65] 。 对于数字通信系统的开发和移动 无线网络的规划而言, 被接收信号包络统计性质的知识是必要的。 通常情况下, 对于快 速项衰落 (fast-term fading) 的建模, 倾向于采用瑞利过程和莱斯过程, 而慢速项衰落 [65]