第5章移动无线电传播小尺度衰落和多径效应.pdf

第5章 移动无线电传播： 小尺度衰落和多径效应 小尺度衰落 • 小尺度衰落或简称衰落，是指无线信号在经过短 时间或短距传播后其幅度快速衰落，以致大尺度 路径损耗的影响可以忽略不计。 • 这种衰落是由于同一传输信号沿两个或多个路径 传播，以微小的时间差到达接收机的信号相互干 涉所引起的。这些波称为多径波。接收机天线将 它们合成一个幅度和相位都急剧变化的信号，其 变化程度取决于多径波的强度、相对传播时间及 传播信号的带宽。 5.1 小尺度多径传播 • 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(Doppler Shifts)引起的随机频率 调制 多径传播时延引起的扩展(回音) 小尺度多径传播 • 在高楼林立的市区，由于移动天线的高度比周围建筑物低 很多，因而不存在从移动台到基站的视距传播，由于地面 与周围建筑物的反射，多径传播会发生，这就导致了衰落 的产生。 • 入射电波以不同的传播方向到达，具有不同的传播时延。 空间任一点的移动台所收到的信号都由许多平面波组成， 它们具有随机分布的幅度、相位和入射角度。这些多径成 分被接收机天线按向量合并，从而使接收信号产生衰落失 真。 • 由于移动台与基站的相对运动，每个多径波都经历了明显 的频移过程。移动引起的接收机信号频移被称为多普勒频 移。它与移动台的运动速度、运动方向，以及接收机多 径波的入射角有关 5.1.1影响小尺度衰落的因素 • 无线信道中许多物理因素影响小尺度衰落，包括： 多径传播 信道中反射及反射物的存在，构成了一不断消耗信 号能量的环境，导致信号幅度、相位及时间的变化。 移动台的运动速度 基站与移动台间的相对运动会引起随机频率调制， 这是由于多径分量存在的多普勒频移现象。 环境物体的运动速度 如果无线信道中的物体处于运动状态，就会引起时 变的多普勒频移。 信号的传输带宽 如果信号的传输带宽比多径信道带宽大得多，接收 信号会失真，但本地接收机信号强度不会衰落很多 (即小尺度衰落不占主导地位) 。 5.1.2 多普勒频移 当移动台以恒定速率在长度为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， 如图5.1所示.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 l Δd cosθ υΔt cosθ Δt θ 这里 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。所以，由路程差造 成的接收信号相位变化值为： 2 l 2πΔt πυΔ =Δ ϕ cosθ (5.1) λ λ 由此可得出频率变化值，即多普勒频移fd为： 5.1.2 多普勒频移(续) f d ⋅ 1 Δϕ υ⋅ cosθ (5.2) 2π Δt λ 由公式(5.2)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 普勒频移动为正( 即接收频率