移动无线信道的主要特征是信道强度关于时间和频率的变化。时变信道分为慢衰落信道和快衰落信道。多径时延扩展造成的频率选择性衰落和多普勒频移造成的时间选择性衰落。接收机采用相干检测,需要进行信道估计,获得信道状态信息而接收数据信息。
时变信道的基本原理内容如下:
移动无线信道的主要特征是信道强度关于时间和频率的变化。
1.大尺度衰落
由于在大范围内移动而引起的平均信号能量的减少,当移动台运动的距离与小区尺寸相当时,就会出现通常与频率无关的大尺度衰落。大尺度衰落可以看作为信号小尺度衰落的空间平均。
(1)路径损耗
信号的平均能量随传播距离增加而耗散,衰减系数介于2(理论值)到5.5之间。
(2)阴影衰落
由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电波的遮蔽引起的。在均值的基础上引起幅度变化,服从对数正太分布。
2.小尺度衰落
小尺度衰落是指由多径效应引起的信号幅值、相位的动态变化,这种变化是由于收发端之间空间位置的微小变化引起的。由于空间中存在折射、散射、反射、绕射等机制,发射信号可能要经过多个路径才能到达接收端,从而会引起多径衰落和闪烁。影响小尺度衰落的因素包括:
(1)多径传播。移动台(MS)接收到的信号是来自多个途径信号的叠加,多径信号具有随机分布的幅度、相位和入射角度。而多径信号的在接收天线处进行合并,由于相位抵消会产生衰落。
(2)移动台的运动速度。在MS高速移动的情形下或者多径环境迅速变化时,会产生多普勒效应。
(3)环境物体的运动速度。假如环境物体运动速度大于移动台的运动速度,则该运动会对小尺度衰落起决定性作用。不然的话,可以仅仅考虑MS运动速度的影响。
(4)信号的传输带宽。假如多径信道带宽小于信号的传输带宽,接收信号将会失真,而接收信号的强度衰落很小。
定义最大时延扩展στ,其倒数定义为相干带宽Bcoh(功率谱的第一零点带宽),定义σD为多普勒扩展,定义Tcoh为相干时间,定义TS为发射码元间隔,定义BS为发射基带信号带宽,则小尺度衰落具体的划分如图2所示。从时域和频域角度,小尺度衰落呈现为对偶机制。
小尺度衰落总的来说可以表现为以下两种机制:信道的时变特性与信号的时延扩展。假如存在大量的反射路径却没有视距信号分量,则将这样的小尺度衰落称之为瑞利衰落,其接收信号的包络采用瑞利概率密度函数进行统计描述:假如存在视距,则接收信号的包络为莱斯分布。一般情况下,多径衰落的幅度是服从瑞利分布。
3.时间-频率双选择性衰落
时间-频率双选择衰落包含了由多普勒频移引发的时间选择性衰落和由时延扩展造成的频率选择性衰落。
3.1时间选择性衰落
信道波动的时间尺度是一个非常重要的信道参数,而多普勒频移是指由于移动台和基站之间的相对移动引发频率的偏移。多个散射路径来自不一样的方向,从而造成了不一样的多普勒频移,形成多普勒扩展。