无线通信原理与应用-5.4-小尺度衰落类型及瑞利和莱斯分布课件

,UNIVERSITY OF SOUTH CHINA,电气工程学院,无线通信原理与应用,UNIVERSITY OF SOUTH CHINA,电气工程学院,无线通信原理与应用,UNIVERSITY OF SOUTH CHINA,小尺度衰落类型,平坦衰落，,Flat fading,频率选择性衰落，,Frequency selective fading,快衰落，,Fast fading,慢衰落，,Slow fading,小尺度衰落类型平坦衰落，Flat fading,小尺度衰落的类型,在无线通信信道中：多径时延扩展时间色散,多普勒频移频率色散,这两种特性对信号的影响是不同的，而信号又有窄带和宽带之分。因此不同信道特性和信号特性的组合，会产生四种小尺度衰落类型。即：,多径时延扩展,平坦衰落,或,频率选择性衰落,多普勒频移,快衰落,或,慢衰落,小尺度衰落的类型在无线通信信道中：多径时延扩展时间色散,多径时延扩展产生的衰落效应平坦衰落,产生条件：,无线信道的相干带宽,信号的带宽,或：无线信道的均方根时延扩展,信号的符号周期,特点：,由于,BsBc,，因此信号不会产生失真。,但由于信道是时变的，其增益会随时间的变化而变化，因此信号幅度会随时间的变化而变化。,幅度：服从瑞利分布；相位：均匀分布。,多径时延扩展产生的衰落效应平坦衰落产生条件：,多径时延扩展产生的衰落效应,平坦衰落图解,多径时延扩展产生的衰落效应平坦衰落图解,多径时延扩展产生的衰落效应,频率选择性衰落,产生条件：,无线信道的相干带宽,信号的符号周期,特点：,由于,BsBc,，信道对信号,S(t),不同的频谱分量的增益和相位的作用不同，导致信号失真。通常情况下，如果 就认为信道是频率选择性衰落（这一范围与调制类型有关）,多径时延扩展产生的衰落效应频率选择性衰落产生条件：,Frequency selective fading,Frequency selective fading,多普勒频移扩展引起的衰落效应,快衰落,Fast fading,产生条件：,信道的多普勒扩展,信号的带宽,或：信道的相干时间,信号的符合速率,(,周期,),含义：,信道的冲击响应在信号的符合周期内快速变化，或载频的变化范围大于信号的带宽（或两者可比拟）。,注：,当信道被认为是快,/,慢衰落时，一般不再称其为平坦衰落或频率选择性衰落。,多普勒频移扩展引起的衰落效应快衰落 Fast fading,多普勒频移扩展引起的衰落效应,慢衰落，,Slow fading,产生条件：,信道的多普勒扩展,信号的符合速率,(,周期,),含义：,信道的冲击响应变化率比发送的基带信号变化率低得多，或载频的变化范围远小于信号的带宽。,多普勒频移扩展引起的衰落效应慢衰落，Slow fading,Two independent fading issues,Two independent fading issues,Two independent fading issues,Two independent fading issues,瑞利衰落分布（,1,）,一、瑞利衰落分布：,对于平坦衰落信道，接收信号由,N,个多径信号构成。这,N,个信号的幅值和相位都时随机的，且统计独立。,常用于描述平坦衰落信号的统计时变特性的一种分布类型,瑞利衰落分布（1）一、瑞利衰落分布：常用于描述平坦衰落信号的,瑞利衰落分布（,2,）,可见，,x,和,y,也是,N,个独立的随机变量之和。,概率的中心极限定理：大量的独立随机变量之和的分布趋于正态分布。,故,x,和,y,的分布为正态分布且相互独立。,瑞利衰落分布（2）可见，x和y也是N个独立的随机变量之和。,瑞利衰落分布（,3,）,可见：,r,服从瑞利分布；,服从均匀分布,瑞利衰落分布（3）可见：,瑞利分布的特性（,1,）,1.,包络不超过,R,的概率：,2.r=,时，,p(r),取最大值：,3.,瑞利分布的特性（1）1.包络不超过R的概率：,瑞利分布的特性（,2,）,4.,包络的均值：,5.,均方值与方差：,6.,r,的概率：,1,exp(-1/2)=0.39,直流分量,(,中值,),瑞利分布的特性（2）4.包络的均值：直流分量(中值),瑞利分布的特性（,3,）,结论：,对于平坦衰落信道，如果所有多径信号的幅度和方位角是统计独立且随机分布，则接收信号的包络服从瑞利分布,其衰落深度达,20,40dB,衰落速率,(,每秒内信号包络经过中值次数的一半）约为,30,40,次,/,秒,瑞利分布的特性（3）结论：,莱斯衰落分布,多径信号中，如果存在一个主要的静态（非衰落）信号分量时，可以证明，接收信号的包络服从莱斯分布。,含义：存在一个比较强的多径分量（主信号）其它多径分量较弱,且幅度和方位角随机变化。,莱斯衰落分布多径信号中，如果存在一个主要的静态（非衰落）信号,莱斯因子的定义,莱斯因子完全确定了莱斯分布,广义瑞利分布,莱斯因子的定义莱斯因子完全确定了莱斯分布广义瑞利分布,三种小尺度衰落测量值,1.,场景,C,：有障碍，杂波较少：小尺度衰落不明显，近似为对数正态分布。,2.,场景,D,：无障碍，杂波较少：主信号的主导作用明显，服从莱斯分布。,3.,场景,E,：无障碍，杂波严重：主信号的主导作用不明显，趋于瑞利分布。,三种小尺度衰落测量值1.场景C：有障碍，杂波较少：小尺度衰,