图2-8 典型的归一化时延谱
图中,描述多径时延谱的参数有:
· 为归一化时延信号的包络,近似为指数曲线。
· 最大时延扩展,定义为多径能量从初值衰落到低于最大能量XdB处的时延,即时所对应的时延差值。
· 为归一化时延谱曲线的数学期望(平均时延), 。
· Δ为归一化时延谱曲线的均方值时延扩展,,Δ是对多径信道时延特性的统计描述,表征时延谱扩展的程度,Δ值越小,时延扩展就越轻微,反之时延扩展越严重。其典型值对于户外无线信道为ms级,对于室内无线信道为ns级,具体到1900MHz,室内Δ平均值为70-94ns,最大值为1470ns。
② 相干带宽(频域):相关带宽是指在一特定频率范围内,两个频率分量有很强的幅度相关性。际应用中常用最大时延扩展的倒数来定义相干带宽,即:(ΔB)c = 1 / (τmax)。
需要注意:时延扩展是由多径传播路径引起的现象,而相干带宽则是从均方值时延扩展Δ得出的一个关系值,它们之间的确切关系是特定多径结构的函数,但总的来说成反比关系,即ΔF=1/2πΔ
在无线通信系统中,如果信号的带宽小于信道的相干带宽,则接收信号会经历平坦衰落过程,此时发送信号的频谱特性在接收机内仍能保持不变。然而,由于信道增益的起伏,接收信号的强度会随时间变化。反之,如果信号的带宽大于信道的相干带宽,则接收信号会经历频率选择性衰落,此时接收信号的某些频率比其他分量获得了更大的增益,使接收信号产生了失真,从而引起符号间干扰。
(3)多径传播产生的影响
多径传播产生时间弥散,频率选择性衰落。
频率选择性衰落:指信道冲激响应随输入频率的不同而产生变化,它与信号经历的时延有关,是由于散射体位置不同而导致路径长度不同而造成的。
2. 多普勒频移
(1)多普勒频移的定义及分析
当运动的物体达到一定速度时(如超音速飞机),固定点接收到的从运动体发来的载波频率将随其运动速度的不同,产生不同的频移,通常把这种现象称为多普勒频移。它与移动台的运动速度、运动方向以及接收机多径波的入射角有关。假设移动台在长度为d、端点为 与l,的路径上以速率 运动时,收到来自远端源s发出的信号,
如图2-9所示:
图2-9 多普勒示意图
无线电波在x与y点上分别被接收时所走的路径差为:
(2-10)
式中,为移动台从x到Y所需的时间;为入射波的夹角,由于远端距离很远,可假设X,Y处的夹角是相同的。所以,由路径差造成的接收信号相位变化值为:
(2-11)
则多普勒频移为:
(2-12)
式中, 为最大多普勒频移。
从上式可以看出,若移动台朝向入射波方向运动,则多普勒频移为正(即接收频率上升);相反,则多普勒频移为负(接收频率下降)。由于多径分量经由不同的方向传播到达接收机,从而造成接收机信号的多普勒扩散,增加了信号带宽 。
相关时间是多普勒扩展在时域的表示,是信道冲击响应文持不变的时间间隔的统计平均值,即指在一段时间间隔内,两个到达信号有很强的幅度相关性。如果基带信号带宽的倒数,一般指符号宽度大于无线信道的相干时间,那么信号的波形可能会发生变化,造成信号的畸变,产生时间选择性衰落,也称为小尺度衰落。反之,若符号的带宽小于相干时间,则认为是非时间选择性衰落,即大尺度衰落。
(2)多普勒频移产生的影响
多普勒频移产生频率弥散,时间选择性衰落。
时间选择性衰落:指信道冲激响应随观察时间的不同而产生变化,它与信号经历的多普勒频移有关,是由于移动台在散射环境中的运动而产生的。
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