无线通信理论与技术ch11jing

无线通信理论与技术WirelessCommunicationsTheoryandTechniques课程教学目标本课程着重讲授无线通信基础知识，主要内容包括无线信道模型与容量、扩频技术与多址技术、阵列信号处理与空时信号处理、MIMO与空时编码及无线传输新技术等。本课程期望通过课堂讲授与课下练习，为从事无线移动通信方面的应用基础研究提供无线通信相关基本概念与分析方法。课程主要内容（一）无线信道模型（二）无线信道容量（三）扩频技术与多址技术（四）阵列信号处理与空时信号处理（五）MIMO与空时编码（六）无线传输新技术课程主要教学资源DavidTseandPramodViswanath,FundamentalsofWirelessCommunication，CambridgeUniversityPress,2005（）TheodoreS.Rappaport,WirelessCommunications:PrinciplesandPractice(SecondEdition),PrenticeHallPress,2002()B.ClerckxandC.Oestges,MIMOWirelessNetworks:Channels,TechniquesandStandardsforMulti-Antenna,Multi-UserandMulti-CellSystems,AcademicPress,2013()T.Brown,PracticalGuidetoMIMORadioChannelwithMATLABExamples,WileyPress,2012()任课教师简介景小荣2009年获得电子科技大学电路与系统专业工学博士学位。现为重庆邮电大学移动通信技术重点实验室副教授。主要研究方向：移动通信基本理论与关键技术。

近2年来，主要关注研究领域：新型智能天线信号处理、3DMIMO关键技术、大规模MIMO关键技术研究及其实现。研究生与本科生的区别本科生

以学习书本知识为主的学生研究生

以研究新理论、新技术为主的学生学习/研究方法

具备基本的通信理论和工程数学背景

对未知世界/知识具有强烈的欲望

对于数学的欠缺要自学（假如一个人从事理论科研工作，则对数学知识的学习将会是终身的）

无线通信无线通信(Wirelesscommunication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。无线通信无线通信无线通信无线通信研究领域天线系统和无线电频率（RF）工程人体区域网络及其应用宽带无线接入技术认知无线电和软件无线电微波和毫米波理论与技术多用户和多址接入方案无线光通信无线网络规划和优化无线资源管理和干扰控制太赫兹和红外技术与工程车载通信与网络无线空中接口和连接控制无线传播信道建模无线多媒体通信与计算无线电力传输无线传感器网络无线系统架构及应用无线通信和路由无线通信理论与技术WirelessCommunications:TheoryandTechniques电波传播标量信道模型矢量信道模型无线信道仿真基础（一）

无线信道模型直射反射绕射散射穿透下面分别介绍！电波传播直射波直射传播（视距传播，LOS，LineofSight）收发两端处在视距范围内，能互相“看得见”的电波直线传播方式。是超短波（30MHz~300MHz）、微波（300MHz~300GHz）和卫星通信的传播方式。视距传播时易受到高山和大的建筑物的阻隔，为了加大传输距离，把发射天线架高。由于受地球曲面的影响，一般传输距离不过50千米左右。采用接力通信的方式。空间波传播（LOS传播）自由空间的传播损耗：在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，只存在电磁波能量扩散而引起的传播损耗。Pt为发射功率，以球面波辐射Gt，Gr分别表示发射天线和接收天线增益，d为发射天线和接收天线间的距离，λ为工作波长自由空间的传播损耗接收天线的有效面积（定义为天线所接收的功率等于单位面积上的入射功率乘以它的有效面积。在极化和阻抗均匹配的情况下，有当Gt=Gr=1时反射波天波传播（电离层反射传播）无线电波经天空中电离层（离地面约40-800千米高）的反射或折射后返回地面的传播方式。短波（3MHz~30MHz）的传播方式。

电离层对长波和中波吸收较多。而超短波及微波可以穿过电离层。

短波传输时，因电离层的变化,信号起伏变化较大,接收信号时强时弱;晚上电离层较稳定,传播效果也较好,信号较稳定。电波传播散射波散射/散射波传播当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，发生散射。散射波产生于粗糙表面，小物体或其他不规则物体。在实际的通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等会引发散射。绕射波散射/散射波传播主要用于无法建立微波接力站的地区大海、岛屿之间的通信。利用对流层散射和电离层散射传播。是超短波和微波传播方式，通信距离600～800千米。散射信号一般很弱，散射通信时，使用大功率发射机、高灵敏和方向性很强的天线。电波传播机制阻挡体反射（引起多径衰落）比传输波长大的多的物体绕射尖利边缘散射粗糙表面已讨论的自由空间直射、平坦地面反射、刀锋绕射以及散射等传播模式，都属于确定性方法，它们是通过电磁理论的直接求解或射线理论的近似求解来得到无线链路中的传播情况，它们只适合于非常简单的环境。虽然如此，它们提供基本的传播机制是非常有用的。奥村(Okumura)模型——修正模型模型适用的范围：频率为150～1500MHz，基地站天线高度为30～200m，移动台天线高度为1～10m，传播距离为1～20km。

市区传播衰耗中值修正(大城市准平滑地形)

（1）基本衰耗中值Am(f,d)Am(f,d)与工作频率、通信距离的关系。可以看出随着工作频率的升高或通信距离的增大，传播衰耗都会增加（2）基站天线高度因子Hb(hb,d)

（3）移动台天线高度因子Hm(hm,f)基本衰耗中值Am(f,d)高度增益因子Hb(hb,d)天线高度增益因子Hm(hm,f)市区准平滑地形的路径传播衰耗中值应为郊区修正因子Kmr开阔区、准开阔区修正因子（Qo，Qr）传播衰耗中值(增益因子)丘陵地的修正因子——(增益因子)

丘陵地的地形参数可用“地形起伏”高度Δh表示。其定义是：自接收点向发射点延伸10km范围内，地形起伏的90%与10%处的高度差丘陵地形的修正因子Kh丘陵地形微小修正值Khf孤立山岳地形的修正因子Kjs——(增益因子)

当电波传播路径上有近似刃形的单独山岳时，若求山背后的场强时，则应考虑绕射衰耗、阴影效应、屏蔽吸收等附加衰耗。这时可用孤立山岳修正因子Kjs加以修正

当山岳高度不等于200m时，查得的Kjs值还需乘以一个系数斜坡地形的修正因子Ksp——(增益因子)电波传播方向上地形逐渐升高电波传播方向上地形逐渐降低水陆混合地形修正因子Ks——(增益因子)曲线Ａ表示水面位于移动台一方时，水陆混合地形的修正值。曲线Ｂ表示水面位于基站一方时的修正值。当水面在传播路径的中间时，则取上述两曲线的中间值。任意地形地物情况下的传播衰耗中值LALT为准平滑地形市区的传播衰耗中值KT为地形地物修正因子其他因素的影响街道走向的影响电波传播的衰耗中值与街道的走向（相对于电波传播方向）有关。特别是在市区，走向与电波传播方向平行（纵向）或垂直（横向）时，在距基站同一距离上，接收的场强中值相差很大。这是由于建筑物形成的沟道有利于电波的传播，因而在纵向街道上衰耗较小，横向街道上衰耗较大。也就是说，在纵向街道上的场强中值高于基准场强中值，在横向街道上的场强中值低于基准场强中值。市区街道走向修正值建筑物的穿透衰耗Lp。各个频段的电波穿透建筑物的能力是不同的。一般来说，波长越短，穿透能力越强。同时，各个建筑物对电波的吸收也是不同的。不同的材料、结构和楼房层数，其吸收衰耗的数据都不一样。一般介绍的经验传播模型都是以在街心或空阔地面为假设条件，故如果移动台要在室内使用，在计算传播衰耗和场强时，需要把建筑物的穿透衰耗也计算进去，才能保持良好的可通率频率/MHz150250450800平均穿透衰耗/dB22221817建筑物的穿透衰耗(地面层)信号衰耗与楼层高度植被衰耗Lz隧道中的传播衰减Lsd微蜂窝系统的覆盖区预测模式市区环境的特性用下列参数表示：建筑物高度：hRoof街道宽度：w建筑物间隔：b相对于街道平面的直射波方向：φ。以上参数适用于市区地形为平滑地形。微蜂窝覆盖区预测计算模式分为两部分视距传播。基本视距传播损耗非视线传播。即在街道峡谷内有高建筑物阻挡视线，基本传输损耗由以下三项组成自由空间传播损耗屋顶至街道的绕射及散射损耗多重屏障的绕射损耗COST-231定义电波传播标量信道模型矢量信道模型无线信道仿真基础电波传播标量信道模型矢量信道模型无线信道仿真基础(一）

无线信道模型统计信道模型—几个基本概念时延扩展（DelaySpread）当发射端发射宽度极窄的脉冲，经过多径信道后，接收到的信号为一串脉冲，从而使得信号展宽。是随机过程，概率密度函数分布记为的一阶矩是平均多径时延，均方根是多径时延扩展相干带宽（coherencebandwidth）Bc表示信道在两个频移处的频率保持强相关情况下的最大频率差统计信道模型—几个基本概念多普勒扩展（DopplerSpread）多普勒扩展是由于多普勒频移引起的衰落过程。多普勒频移相干时间（coherencetime）Tc表示两个瞬时时间的信道冲激响应应处于强相关的最大时间间隔低多普勒扩展信道变化比基带信号变化慢高多普勒扩展信道变化比基带信号变化快相干时间大于码元间隔相干时间小于码元间隔统计信道模型统计信道模型—慢衰落（long-termfading）Pr/Ptd=vtVeryslowSlowFast对数正态分布—慢衰落功率平均路径损耗（自由空间）测量的功率路径损耗X是服从均值为0，方差为的正态分布统计信道模型—快衰落（short-termfading）/时变信道（time-varychannel）统计信道模型—时变信道（time-varychannel）统计信道模型—时变信道（time-varychannel）当多径时延连续时，有非平稳信道统计信道模型—窄带衰落信道模型当信道时延扩展（远）小于信号带宽的倒数时，我们认为成立，则有进一步地，在窄带信道中，不考虑u(t)，则有其中，为随机相位偏移统计信道模型—窄带衰落信道模型这里和当N(t)的值较大时，根据大数定理和中心极限理论，以及和是平稳和各态历尽的，和是高斯的。统计信道模型—窄带衰落信道模型由通信原理和概率论基本知识，可知接收信号r(t)的包络z(t)和瞬时功率z2(t)的分布高斯过程的方差当时当时求r(t)的平均功率，且是零均值，方差为的高斯过程

来源于路径损耗和对数正态分布的慢衰落NLOS：Rayleigh衰落

不是零均值的情形，即含有LOS分量A-Rice衰落Non-LOS平均功率LOS平均功率平均接收功率为令LOS平均功率Non-LOS平均功率K描述衰落的程度，K=0，RayleighfadingK=∞,无衰落Nakagami-m令NakagamiNakagami-mRayleigh和Rice