数字通信课设new

多径衰落成员分工：赵国钦:介绍多径信道基本概念，总结

等效冲击响应模型辛立建:介绍衰落信道的动态特性江福:多径衰落对信号传输影响，

抗多径技术介绍信号传输有线传输无线传输一、多径研究对象以电磁波形式传送以无线电波（射频信号）形式通过空间（真空或非真空）传送。例：广播，电视，电话，雷达，移动通信，卫星通信等。以光波（可见光或非可见光）形式通过空间（真空或非真空）传送。例：激光测距，红外遥感，遥控器，条码阅读，光电耦合器。1.信号的无线传输：2.电磁波传输的优缺点1.容易被吸收2.容易反射、折射3.容易衰落4.容易发生多普勒频移5.容易添加噪声与干扰1.机动性好2.适应性好3.扩展性好优点缺点二、多径衰落总体介绍1.多径衰落物理模型多径衰落：在通信系统中，由于通信地面站天线波束较宽，受地物、地貌和海况等诸多因素的影响，使接收机收到经折射、反射和直射等几条路径到达的电磁波，这种现象就是多径效应。这些不同路径到达的电磁波射线相位不一致且具有时变性，导致接收信号呈衰落状态；这些电磁波射线到达的时延不同，又导致码间干扰。若多射线强度较大，且时延差不能忽略，则会产生误码，这种误码靠增加发射功率是不能消除的，而由此多径效应产生的衰落叫多径衰落，它也是产生码间干扰的根源。对于数字通信、雷达最佳检测等都会产生十分严重的影响。2.多径衰落定义3.多普勒频移1842年奥地利一位名叫多普勒的数学家、物理学家。一天，他正路过铁路交叉处，恰逢一列火车从他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖，而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低。他对这个物理现象感到极大兴趣，并进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象。这就是频移现象。因为，声源相对于观测者在运动时，观测者所听到的声音会发生变化。当声源离观测者而去时，声波的波长增加，音调变得低沉，当声源接近观测者时，声波的波长减小，音调就变高。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大，改变就越显著，后人把它称为“多普勒效应”。现象发现当移动台在运动中通信时，接收到的信号会发生频率上的变化，这种现象称为多普勒现象。由此引发的附加频移

称为多普勒频移(DopplerShift)。是入射电波与运动台运动方向的夹角，是电波波长，v运动速度。其中举个例子传输信号为：假设移动台不移动，则接收信号为：4.等效冲击响应模型当移动台是移动的，在各个路径基础上长度会发生变化多普勒频移为0三、多径衰落仿真多普勒频移为10多普勒频移为50四、衰落信道的动态特性在移动通信中，由于移动台的运动，无线信道为时变信道。因此，我们研究其动态特性尤为重要。工具：相关函数与功率谱1.二维动态特性t表示电波传播时间（快变时间），

代表电

波经过不同路径的传播时间延迟（时延），

表示移动接收台的移动时间，

代表移动接

收台接受两个不同路径信号的观测时间的

延迟（时间差）。令c(；t)为信道在时间t的等效低通冲激响应，并假定c(；t)广义平稳的。则定义自相关函数为

在大多数的无线电波传播媒介中，信道与路径时延

对应的衰减和相移同该信道与路径时延

对应的衰减和相移是互不相关的。这种信道就是非相关散射信道。在非相关散射信道的假设下，（1）式可以写成令，则（2）式变成以下结果：我们将

称为信道的时延­—时间差相关函数。类似地，可以定义信道的频率差—时间差相关函数为式中的c(;t)=是等效低通冲激响应

关于变量

的Fourier变换。利用上述两种相关函数的Fourier变换，可以引出以下两种不同的功率谱定义：

时延—多普勒功率谱这一新函数称为散射函数。上式中

为多普勒频率，由接受台的移动所引起的接收信号频率的变化。时延

和频率差

构成一Fourier变换的变量对，即

；而观测时间差

和多普勒频频率

构成一Fourier变换的变量对，即

。频率差­—多普勒频功率谱2.一维动态特性

式(1),(4),(5),(6)描述了衰落信道的四种二维动态特性函数。在实际应用中，更多的采用一维动态特性刻画衰落信道的性能。这些一维动态特性可看作是二维动态特性在=0或=0的一维切片。

信道的时间差相关函数信道的频率差相关函数信道的功率时延剖面信道的多普勒功率谱由于

将信号的强度表示成多普勒频率

的函数，故将

称为信道的多普勒功率谱。将式（5）代人（9），并注意到=0；立即得到:同样地，还可以得到下面来分析这几个一维动态特性函数对信道性能的刻画：

1).信道频率的变化上图非零值的频率差的范围称为信道的相关带宽，用表示；而非零的值范围称为信道的多径扩展，用表示。

它俩存在下面关系：

相关带宽本质上就是信道任意两个频率分量处于较强相关状态下的频率差的范围。

频率选择性：相干带宽＜发送信号的带宽；反之叫做频率非选择性。

2).信道时间的变化它由中的时间参数即由

刻画。多普勒功率谱与时间差相关函数

之间的傅立叶变换关系如图：若信道是时不变信道，则=1,并且变为，因此，当信道不存在任何时间变化时，将观测不到任何频谱的扩散现象。时间差相关函数取非零值的时间差

范围称为信道的相干时间，记作，而多普勒功率谱取非零值的多普勒频率的取值范围则称为信道的多普勒扩展。

用

。存在关系

相干时间的本质就是信道处于较强相关状态下的时间差范围。显然，一个缓慢变化的信道具有大的相干时间，或等价的具有小的多普勒扩展。结论：功率时延剖面包含了信道相关带宽的必要信息，描述了信道的频率变化；多普勒功率谱则清楚展示了信道的多普勒扩展的必要信息，刻画信道的时间变化的快慢。三、多径信道对信号传输影响的仿真

1.仿真思想

仿真采用基带传输系统，通过“误码率---信噪比”曲线，描述多径信道对信号传输的影响。

基带传输系统的模型如下：

发送滤波器GT接收滤波器GR信道C抽样判决数字基带信号输出信号为此，需确定a.数字基带信号类型

b.发送滤波器和接收滤波器

c.多径信道传输函数1）数字基带信号类型

二进制双极性基带信号，其判决门限为0，其理论误码率为2）发送滤波器和接收滤波器为消除码间串扰，系统的传输函数应满足Nyquist第一准则，可以利用升余弦的滚降特性实现。升余弦的时域形式为其时域波形如下图利用升余弦滚特性来消除码间串扰，实际实现时采用的方式是由发送滤波器和接收滤波器两个环节实现的。传输系统的传递函数为两者的乘积，所以发送和接收滤波器采用平方根升余弦滚降滤波器。

接收滤波器同时实现匹配滤波，使抽样时刻的信噪比达到最大。

3）多径信道传输函数在实际的通信系统中，都存在多径传播现象，信号在到达接收端以前会受到不同形式的衰落。假设有N个离散的多径分量存在，则信道的输出是N个被衰落和延迟的输入信号之和：信道的冲击响应为：为简化模型，作如下假设：信道中有三条路径，包括一条没有衰落的直视路径、两条具有Rayleigh分量的路径；信道的Rayleigh衰落仅影响信号的幅值，而不影响其相位；3时延不随时间变化。基于上述假设，设定有三条AWGN多径信道，信号形式可写成:其中R1，R2是表示两条路径Rayleigh衰落的两个随机变量。其傅氏变换为由此可得信道传输函数：根据以上分析，采用简化的多径信道模型进行仿真，仿真结果如下图所示：对比理论误码率曲线和实际误码率曲线，可以看出：(1)在同一信噪比的情况下多径信道的误码率比无码间串扰的基带传输系统的误码率高，在噪声都是AWGN的情况下，可知多径传播引起了码间串扰；(2)随着信噪比的增加，误码率下降不明显，因此不能只靠提信噪比来有效降低多径信道的差错概率。

对于实际的多径信道，路径数随时间变化且每条路径的幅值、相位、延时也是时变的，因此多径传播将对实际的无线通信将产生更大的影响，必须采用抗多径衰落技术来保证通信质量。四、抗多径衰落技术简介多径衰落是影响无线通信质量的主要因素，只加大发射功率、增加天线尺寸和高度来克服这种衰落是不现实的，而且会造成对其它电台的干扰。

为有效克服多径衰落，采用分集接收技术，将多个信号路径分量合并后再进行判决，以提高系统的抗多径性能。分集接收的基本思想

将接收到的多径信号分离成不相关的多路信号，然后将这些多路信号的能量按照一定的规则合并起来，使接收的有用信号能量最大，从而提高接收端的信噪比，使误码率最小。分集技术1）空间分集：

用相隔一定距离的多幅天线接收不同路径的信号(d≥λ/2)。2）频率分集：

将信号同时调制在两个不同频率的载波上，当频差大于一定数值时，两信号将相互独立。3）极化分集：

同一信号以垂直极化和水平极化同时发射4）时间分集：

在不同的时间段发射同一信号