第八章多径衰落信道中的数字通信.

DigitalCommunications18多径衰落信道中的数字通信DigitalCommunications2本章的主要内容8.1多径衰落信道的特征8.2信号特征对信道模型选择的影响8.3频率非选择性慢衰落信道8.4多径衰落信道的分集技术8.5在频率选择性慢衰落信道中的数字信号传输8.6用于衰落信道的编码波形8.7多天线系统DigitalCommunications3本章的主要内容8.1多径衰落信道的特征8.2信号特征对信道模型选择的影响8.3频率非选择性慢衰落信道8.4多径衰落信道的分集技术8.5在频率选择性慢衰落信道中的数字信号传输8.6用于衰落信道的编码波形8.7多天线系统DigitalCommunications4多径衰落信道的特征多径衰落信道发送信号接收信号αtt00tt0tt0tt1211111tttttt2322222122tttttttt3433333233133tttttttttt4144tttt(a)(b)(c)(d)DigitalCommunications5多径衰落信道的特征多径衰落信道发送信号tπfjlc(t)ess(t)2Retfjnnltfjnnnncncettsetttsttx2)(2))(()(Re))(()()(接收信号nnltfjnlttsettrnc))(()()()(2信道冲激响应nntfjnttettcnc))(()();()(2)(tn是第n条路径的衰减因子，是第n条路径的传播延时)(tnDigitalCommunications6多径衰落信道的特征多径衰落信道连续多径情况tfjlfjccedtsetdtsttx22)();(Re)();()();(t是在延时和时刻的衰减因子t信道冲激响应cfjettc2);();(对于未调载波，离散多径情况下ntjnntfjnlnncetettr)()(2)()()()(2ntftnc）（其中DigitalCommunications7的自相关函数若，那么把叫做信道的多径强度分布或延时功率谱，为非零值的范围称为信道多径扩展，记为。多径衰落信道的特征信道相关函数和功率谱)();();();(21);,(21121*21tttctcEtcc);(tc0t)()0;(cc)(c)(cmTDigitalCommunications8多径衰落信道的特征信道相关函数和功率谱频域上detctfCfj2);();(自相关函数);();(21);,(21*21tfCtfCEtffC);();()();();();(21);,(-121--21)(2211--21)(221*21122112211tfdetddetddettctcEtffCfjcffjcffjC12fff其中，DigitalCommunications9多径衰落信道的特征信道相关函数和功率谱由于，以及，因此有)()0;(cc)()0;(ffCCdeffjcC2)()()(fc0mcTf1)(傅立叶变换对频率间隔相关函数mT)(c多径强度分布f)(fc)(cDigitalCommunications10多径衰落信道的特征信道相关函数和功率谱，表示相干带宽mcTf1)(cf)(若小于信号带宽，为频率选择性信道；若大于信号带宽，为频率非选择性信道。cf)(cf)(信道多普勒功率谱tdetffStjCC2);();(tdetSStjCCC2)()();0(为零时，f上式给出了信号强度与多普勒频率之间的关系，因此称为信道多普勒功率。)(CSDigitalCommunications11，表示信道相干时间多径衰落信道的特征信道相关函数和功率谱多普勒扩展为非零的值的范围叫做信道多普勒扩展。)(CSdBcdtB)(1ct)()(tc0dcBt1)(傅立叶变换对时间间隔相关函数多普勒功率谱t)(fc)(cS)(cS0dBDigitalCommunications12多径衰落信道的特征信道相关函数和功率谱信道散射函数ftddeetffdefStdetSfjtjCfjCtjc2222);();();();();(S提供了信道平均公功率输出的度量。DigitalCommunications13多径衰落信道的特征信道相关函数和功率谱小结)(tc0dB1t)(cS0dB)(fc0mT1mTf)(c傅立叶变换对傅立叶变换对傅立叶变换对DigitalCommunications14多径衰落信道的特征衰落信道的统计模型瑞利分布)(,02)(22RErerrPrRNakagami-m分布用两个参数m和来表征，m=1时即为瑞利衰落。)(2RE莱斯分布莱斯分布也是两参数分布（见式2-1-241）。具有多径分量的视距（LOS）通信链路飞机到地面的通信链路：信道冲激相应：信道转移函数：))(()()();(0tttc)(20)();(tfjettfCDigitalCommunications15多径衰落信道的特征衰落信道的统计模型具有多径分量的视距（LOS）通信链路进行长距离话音和视频传输的微波LOS无线通信信道转移函数：的幅度平方相应：00)(21)(ffjefC)(fC00222)(2cos21)(fffCDigitalCommunications16多径衰落信道的特征移动无线通信的传播模型移动无线通信中，有许多因素会影响路径损耗，包括基站天线高度、移动天线高度、工作频率、大气条件及建筑物和树等等。例如：一个大城市失去的模型是Hata模型，平均路径损耗（dB）为：其中f是工作频率，ht是发射机天线高度，hr是接收机天线高度，d是发射机和接收机之间的距离，且有：dhhahftrtlg)lg65.69.44()(lg82.13lg16.2655.69平均路径损耗97.4)75.11(lg2.3)(2rrhha考虑发射机和接收机之间存在的阴影效应，接收信号表示为：阴影过程的统计模型服从正态对数分布：若定义随机变量X=lng，则有：)()()(0tstgAtr00021)(222)(ln2ggeggpgxexpx222)(221)(DigitalCommunications17本章的主要内容8.1多径衰落信道的特征8.2信号特征对信道模型选择的影响8.3频率非选择性慢衰落信道8.4多径衰落信道的分集技术8.5在频率选择性慢衰落信道中的数字信号传输8.6用于衰落信道的编码波形8.7多天线系统DigitalCommunications18本章的主要内容8.1多径衰落信道的特征8.2信号特征对信道模型选择的影响8.3频率非选择性慢衰落信道8.4多径衰落信道的分集技术8.5在频率选择性慢衰落信道中的数字信号传输8.6用于衰落信道的编码波形8.7多天线系统DigitalCommunications19信号特征对信道模型选择的影响信号特征对信道模型选择的影响等效低通信号用时域变量表示用频域变量表示dtstctrll)();()(dfefStfCtrftjll2)();()(信道对发送信号的影响是信号带宽和信号持续时间4种选择的一个函数若信号传输间隔T满足TTm，则信道引入的符号间干扰可以忽略，此时信号带宽W满足：，即信号带宽远小于信道相干带宽，信道是频率非选择性的，又，因此等效低通信号可表示为频率非选择信道转移函数可以表示为：cfW)();0();(tCtfC)();0()();0()(2tstCdfefStCtrlftjll)()();0(tjettCDigitalCommunications20信号特征对信道模型选择的影响信号特征对信道模型选择的影响信道对发送信号的影响是信号带宽和信号持续时间4种选择的一个函数若选择信号带宽W满足，选择信号传输间隔T满足，则信道称为频率非选择性慢衰落信道，意味着。乘积叫做信道扩展因子，若称信道是欠扩展的，否则称为过扩展的，几种信道的多径扩展、多普勒扩展和扩展因子如下表：cfW)(ctT)(1dmBTdmBT1dmBT信道类型多径持续时间多普勒扩展扩展因子短波电离层传播（HF）10-3～10-20.1～110-4～10-2极光干扰下的电离层传播（HF）10-3～10-210～10010-2～1电离层正向散射（VHF）10-31010-3对流层散射（SHF）10-61010-5轨道散射（X频带）10-410000.1最大天平动月球反射（f0=0.4kmc）10-2100.1DigitalCommunications21本章的主要内容8.1多径衰落信道的特征8.2信号特征对信道模型选择的影响8.3频率非选择性慢衰落信道8.4多径衰落信道的分集技术8.5在频率选择性慢衰落信道中的数字信号传输8.6用于衰落信道的编码波形8.7多天线系统DigitalCommunications22本章的主要内容8.1多径衰落信道的特征8.2信号特征对信道模型选择的影响8.3频率非选择性慢衰落信道8.4多径衰落信道的分集技术8.5在频率选择性慢衰落信道中的数字信号传输8.6用于衰落信道的编码波形8.7多天线系统DigitalCommunications23频率非选择性慢衰落信道频率选择性信道将导致发送信号的乘性失真，信道慢衰落意味着至少在一个信号传输间隔内，乘法过程可以看做一个常数，因此在一个信号传输间隔内的等效低通接收信号为：对于某一固定衰减，二进制PSK的差错率为接收SNR的函数：二进制FSK的相干检测差错率：其中为得到随机变化时的差错率，将上面两式中的对的概率密度函数求平均，即：式中，是为随机变量时的概率密度函数。频率非选择性慢衰落信道)0()()()(Tttztsetrljl)2()(2bbQP)()(2bbQPb)(tsl)(2bPb022)()(bbbdpPP)(2bPb02NbbDigitalCommunications24瑞利衰落（RayleighFading）是瑞利分布，故为具有两个自由度的分布，因此也是分布：，其中是平均信噪比，频率非选择性慢衰落信道22b2)0(1)(bbbbbepb)(20ENbb因此，对于二进制PSK，对于二进制FSK，以上两式是在假定慢衰落时得到的相移估值是无噪的情况下得到，因此可以看作瑞利信道时可能得到的最好性能。bbP11212bbP21212在衰落足够快的信道上，不大可能通过在许多信号传输间隔上对接收信号的相位平均来得到稳定的相位参考估计。而由于DPSK只要求相继的两个信号传输间隔内的相位稳定，因此这种调制技术在