无线通信的信道特性
1 衰減
1.1 路徑衰減
一般發射機與接收機的距離在較大尺度上(數百米或者數千米),接收信號的功率衰減與傳播距離d的n次方成正比。空間自由電波的n為2。
1.2 陰影衰減
由建筑物等阻擋的非視距傳輸導致的。
1.3 小尺度衰減
多路徑效應導致,衰減速度比較快。
1.4大尺度衰減
路徑衰減和陰影衰減輸入大尺度衰減,衰減速度比較慢.
2 多路徑效應
多徑效應是指電磁波經不同路徑傳播后,各分量場到達接收端時間不同,按各自相位相互疊加而造成干擾,使得原來的信號失真,或者產生錯誤。比如電磁波沿不同的兩條路徑傳播,而兩條路徑的長度正好相差半個波長,那么兩路信號到達終點時正好相互抵消了(波峰與波谷重合)。這種現象在以前看模擬信號電視的過程中經常會遇到,在看電視的時候如果信號較差,就會看到屏幕上出現重影,這是因為電視上的電子槍從左向右掃描時,用后到的信號在稍靠右的地方形成了虛像。
多徑效應對無線通信質量的影響非常大,它不僅是信道衰落的重要成因,也是限制傳輸帶寬和傳輸速率的根本因素之一:帶寬傳輸時,由于多徑效應,會造成單個信號分量按不同路徑傳輸后,先后到達接收端,隨后又發生重疊,自身也會產生干擾。這些由于時延產生的干擾反映在頻率上被稱之為頻率選擇性衰落。當繼續加大傳輸速率時,發送不同信號的時間間隔縮短,而不同信號由于傳輸路徑不同,則彼此間到達接收端的時間間隔可能會進一步縮短,到一定程度則無法區別不同時間間隔的信號或數據(信號重疊在一起),即產生符號間干擾(ISI,Inter SymbolInterference)。此時再加大速率,則通信質量已得不到保障,從而達到了信道傳輸速率的上限。
2.1瑞利/萊斯衰落
2.2時延擴展
由于多路徑效應,使得接收信號是不同延時信號的疊加,使得接收信號在時間上被擴展。
導致符號間干擾(ISI)。
2.3相干帶寬-頻率選擇性衰落
導致頻率選擇性衰減,與Bc與均方根時延擴展有關。
信道在時域的時延擴散,引起了在頻域的頻率選擇性衰落
2.3對策
分集接收
信號設計
自適應通信設計
3 時間時變性
發射機與接收機的相對運動導致。
3.1多普勒頻移
3.2多普勒擴展
由于接收機與發射機的相對運動使得接收信號在頻域被擴展。
3.3相干時間
Tc=0.432/fm,Ts < Tc 慢衰落;Ts > Tc快衰落
4 總結
寬帶通信主要需要考慮頻率選擇性衰落,而窄帶通信則側重于時間時變性,也就接收機或者發射機的動態性。
信號帶寬導致的時間擴展和頻率擴展之間是矛盾的。
5 寬帶通信
5. 1 問題
由于信號的帶寬比較大,會導致頻率選擇性衰落,導致ISI。
5. 2 解決措施
單載波 + 信道均衡
DS+Rake接收
分析: 信道均衡器需要大量的抽頭,且訓練序列要足夠長,導致數據延時比較大,數據速率就不能提高。DS直接擴頻,則會導致信號的帶寬變寬,則只能降低擴頻增益或者降低信號速率。
OFDM 多載波調制
總結
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