多普勒效应与多径衰落对移动通信的影响.ppt

多普勒效应多普勒效应主要内容主要内容：物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化原理：原理：波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低，波的频率不变的。产生的原因：产生的原因：波源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数。因而频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数。接收者接收的频率表示单位时间内接收的完全波个数。所以当波源与接收者之间有相对运动时，接收频率会发生变化。多普勒效应多普勒效应生活中火车的汽笛声、警车的警报声、赛车的发动机声都是多普勒效应的一种表现：波源远离接收者时声调（频率）变高，移向接收者时声调（频率）变低。多普勒频移在无线通信中的影响：多普勒频移在无线通信中的影响：1.1.定义：定义：在无线通信中，由相对运动引起的接收信号频率的偏移称为多普勒频移，与移动用户运动速度成正比。2.2.公式：公式：假设原有波源的波长为 ，波速为 ，观察者移动速度为 当观察者走近波源时观察到的波源频率为 ，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为 。多普勒效应多普勒效应当移动台以恒定速度 在长度为 ，端点为X和Y的路径上运动时收到来自远端源S发出的信号，如下图所示：由于源端距离很近，可假设X、Y处的 是相同的。由此得出频率变化值，即多普勒频移 为：多普勒效应多普勒效应现假设信号载频，移动通信传播环境中，移动台三种典型的移动速度与多普勒频移分别为：1.行人步行速度 时，则行人步行情况下最大多普勒频移为：2.自行车的速度 时，则自行车运动中最大多普勒频移为：3.汽车的速度是 时，则汽车运动中最大多普勒频移为：多普勒效应多普勒效应下面我们以瑞利信道为例，给出在上述三种情况下的仿真结果：时多普勒效应对接收信号包络的影响 时多普勒效应对接收信号包络的影响 多普勒效应多普勒效应 时多普勒效应对接收信号包络的影响由上图可以清晰的看出，随着移动台速度的增加，接收信号包络的变化也越来越快，即信号瑞利衰落的速度越来越快。多径衰落多径衰落主要内容：主要内容：由于电波通过各个路径的距离不同，因而各路径来的反射波到达时间不同，相位也不同。不同相位的多个电波在接受端叠加，有时同向叠加而加强，有时反相叠加而减弱。这样，接受信号的幅度将急剧变化，即产生了衰落。产生原因：产生原因：电磁波在传输过程中，因为建筑物、树木、起伏的地形等因素引起的发射、散射、绕射等，这样在这种充满发射波的传播环境中，到达移动台天线的信号是许多路径来的众多反射波的合成。分类：分类：多径传播时延扩展、信号强度的快速衰减和多普勒频移的变化引起的随机频率调制。解决办法解决办法解决多普勒频移的一般方法：解决多普勒频移的一般方法：低频段的低频段的GSMGSM系统：系统：可以增加保护带宽，克服多普勒频移引起的的误码率问题。优点是实现简单，而且不增加传输时间；但是频谱的利用率低，而且在频分多路数较大时多个滤波器的实现使系统复杂化。高频段的高频段的3G3G系统：系统：一般解决方法是在接收端估计出频偏值，再用均衡或同步的方法进行补偿。但是在多普勒扩展（同时存在多个频偏）的情况下不能达到很好的效果。所以目前的通用解决办法是分集复用技术。分集复用技术分集复用技术分集分集分集的基本原理：分集的基本原理：通过多个信道（时间、频率或者空间）接收到承载相同信息的多个副本，接收机使用多个副本包含的信息能比较正确的恢复出原发送信号。分集的分类分集的分类:分集技术包括2方面：分散传输和分散接受。并且获得分集效果最重要的条件是各个信号之间应该是“不相关”的。根据所涉及资源的不同,可分为如下几个大类：1.1.空间分集空间分集空间分集接收的优点是分集增益高，缺点是还需另外单独的接收天线。4/13/2024分集复用技术分集复用技术2.2.频率分集频率分集与空间分集相比较，其优点是在接收端可以减少接受天线及相应设备的数量，缺点是要占用更多的频带资源，并且在发送端可能需要采用多个发射机。3.3.时间分集时间分集与空间分集相比较，优点是减少了接收天线及相应设备的数目，缺点是占用时隙资源增大了开销，降低了传输效率。4.4.极化分集极化分集优点是它只需一根天线，缺点是它的分集接收效果低于空间分集接收天线，并且由于发射功率要分配到两副天线上，将会造成3dB的信号功率损失。分集复用技术分集复用技术 合并技术合并技术分类：分类：最大比值合并；等增益合并；选择式合并；切换合并1.1.最大比值合并（最大比值合并（MRC:Maximal Ratio CombiningMRC:Maximal Ratio Combining）最大比值合并方案在收端只需对接收信号做线性处理，然后利用最大似然检测即可还原出发端的原始信息。其译码过程简单、易实现。合并增益与分集支路数 N 成正比。2.2.等增益合并等增益合并(EGC:Equal Gain Combining)(EGC:Equal Gain Combining)当分集重数N较大时，等增益合并与最大比值合并后相差不多，约仅差1dB 左右。等增益合并实现比较简单，其设备也简单。分集复用技术分集复用技术3.3.选择式合并选择式合并(SC:Selection Combining)(SC:Selection Combining)N 个接收机的输出信号先送入选择逻辑，选择具有最高基带信噪比的基带信号作为输出。4.4.切换合并（切换合并（Switching CombiningSwitching Combining）也称为扫描合并，由于切换合并并非连续选择最好的瞬间信号，因此它比选择合并可能要差一些，但这种方法要简单得多。上述四种合并技术中，比较的主要是最大比合并，等增益合并，选择式合并。在这三种合并方式中，最大比值合并的性能最好，选择式合并的性能最差。当N较大时，等增益合并的合并增益接近于最大比值合并的合并增益。4/13/2024分集复用技术分集复用技术分集改善效果分集改善效果定义：定义：分集改善效果指采用分集技术与不采用分集技术两者相比，对减轻深衰落影响所得到的效果(好处)。为了定量的衡量分集的改善程度，常用分集增益和分集改善度这两个指标来描述。