1、第四章. 無線局域網(wǎng)的電波傳播n1 電波傳播根本概念n2 無線信道模型n3 抗衰落技術(shù)n n 電波傳播根本概念n自在空間的電波傳輸n 特點(diǎn)：無反射、折射、吸收和散射景象；但其能量隨著向空間分散而損耗。n室內(nèi)電波傳播n 特點(diǎn)：具有反射、繞射和散射，但很容易受即時(shí)環(huán)境的影響。n地面反射對(duì)電波傳播的影響n 1、地面上不同地形上的建筑物等呵斥附加損耗；2、發(fā)射產(chǎn)生多徑，在接納端構(gòu)成信號(hào)的疊加。 n大氣對(duì)電波傳播的影響n 大氣分為對(duì)流層、同溫層、中間層、電離層、超離層，逸散層，對(duì)電波具有不同的影響。1 引言2無線信道模型3 瑞利型衰落特性及對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?3.1 瑞利型衰落信道的統(tǒng)計(jì)特性 3.2 瑞利

2、型衰落信道的誤碼率特性4 頻率選擇性衰落及對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憻o線信道模型引言引言 無線信道是一種非常復(fù)雜的傳輸媒體。表現(xiàn)為：無線信道是一種非常復(fù)雜的傳輸媒體。表現(xiàn)為： 無線局域網(wǎng)運(yùn)用的無線信道普通是在室內(nèi)或建筑物密集無線局域網(wǎng)運(yùn)用的無線信道普通是在室內(nèi)或建筑物密集的市區(qū)環(huán)境下，且由于站的挪動(dòng)性，前述的幾個(gè)特點(diǎn)尤的市區(qū)環(huán)境下，且由于站的挪動(dòng)性，前述的幾個(gè)特點(diǎn)尤其明顯，是一種典型的時(shí)變多徑傳播信道。其明顯，是一種典型的時(shí)變多徑傳播信道。 傳輸途徑是由多種物理媒質(zhì)地表空間大氣層、傳輸途徑是由多種物理媒質(zhì)地表空間大氣層、 建筑物體等構(gòu)成的；建筑物體等構(gòu)成的； 構(gòu)成傳輸途徑的物理媒質(zhì)會(huì)時(shí)常發(fā)生各種各樣構(gòu)成

3、傳輸途徑的物理媒質(zhì)會(huì)時(shí)常發(fā)生各種各樣 的變化；的變化； 由于站的挪動(dòng)，傳輸途徑的長(zhǎng)度也會(huì)時(shí)常發(fā)生由于站的挪動(dòng)，傳輸途徑的長(zhǎng)度也會(huì)時(shí)常發(fā)生 變化；變化； 一次數(shù)據(jù)的發(fā)送，信號(hào)能夠經(jīng)過多條途徑到達(dá)一次數(shù)據(jù)的發(fā)送，信號(hào)能夠經(jīng)過多條途徑到達(dá) 接納端。接納端。 無線信道模型無線信道模型無線局域網(wǎng)運(yùn)用無線信道是一種時(shí)變多徑傳播信道： 對(duì)信號(hào)的衰耗隨時(shí)間而變化； 傳輸?shù)臅r(shí)延隨時(shí)間而變化； 多徑傳播。 時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)H1，t時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)H2，t時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)Hi，t時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)Hn，t發(fā)送信號(hào) 接納信號(hào) st rt n條途徑的時(shí)變多徑傳播信道模型條途徑的時(shí)變多徑傳播

4、信道模型 Hi，t= | Hi，t|e-ji，t 無線信道模型無線信道模型為表達(dá)方便，設(shè)發(fā)送信號(hào)為為表達(dá)方便，設(shè)發(fā)送信號(hào)為st= Acos0t，該信號(hào)經(jīng)過，該信號(hào)經(jīng)過n條途徑傳播后，接納信號(hào)條途徑傳播后，接納信號(hào)r(t)可用下式表述：可用下式表述： 式中，式中，i (t) 為第為第i條途徑的接納信號(hào)振幅；條途徑的接納信號(hào)振幅；i (t) 為第為第i 條條途徑的信號(hào)傳播時(shí)延，且有途徑的信號(hào)傳播時(shí)延，且有i (t) = -0i(t)。 i (t) 和和i (t) 都是隨時(shí)間變化的。大量實(shí)驗(yàn)察看闡明，都是隨時(shí)間變化的。大量實(shí)驗(yàn)察看闡明，i (t) 和和i (t) 隨時(shí)間的變化與發(fā)送載頻的周期性變化相

5、比，隨時(shí)間的變化與發(fā)送載頻的周期性變化相比，通常要緩慢得多，即通常要緩慢得多，即i (t) 和和i (t)可以以為是緩慢變化的可以以為是緩慢變化的隨機(jī)過程。隨機(jī)過程。 瑞利型衰落特性及對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懭鹄退ヂ涮匦约皩?duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?衰落信號(hào)的波形與頻譜表示圖衰落信號(hào)的波形與頻譜表示圖 從頻譜上看，時(shí)變多徑傳播信道將正弦載波的單個(gè)離散頻率變成了具有一定寬度的窄帶頻譜，如圖b所示，我們常稱之為頻率彌散。從波形上看，時(shí)變多徑傳播的結(jié)果使確定的單一正弦載波信號(hào)A cos0t變成了包絡(luò)和相位都遭到調(diào)制的信號(hào)，如圖a所示，這樣的信號(hào)，通常被稱之為衰落信號(hào)； fotfHz波形波形 r rt t 包絡(luò)包絡(luò)

6、V Vt t 功率譜密度功率譜密度 Pr Prf f a a b b 瑞利型衰落特性及對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懭鹄退ヂ涮匦约皩?duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?瑞利型衰落信道的統(tǒng)計(jì)特性瑞利型衰落信道的統(tǒng)計(jì)特性 根據(jù)隨機(jī)過程的實(shí)際，r(t)是一個(gè)窄帶高斯隨機(jī)過程。而且其包絡(luò)幅度Vt的一維分布服從瑞利分布，而相位(t)的一維分布服從0，2上的均勻分布。信號(hào)的包絡(luò)服從瑞利分布律的衰落，通常稱之為瑞利型衰落。因此，無線局域網(wǎng)所運(yùn)用環(huán)境的這種無線信道又可稱為瑞利型衰落信道。瑞利型衰落信號(hào)的包絡(luò)值隨機(jī)變量V和相位值隨機(jī)變量取值的一維概率密度函數(shù)fV和可分別表示成： ， V 0 V 0 ， 0 0 8 87a7a ， - 頻率選擇

7、性衰落及對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊戭l率選擇性衰落及對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?所謂頻率選擇性衰落，是信號(hào)頻譜中某些分量的一種衰落景象，這是多徑傳播的又一個(gè)重要特征。 V0延遲延遲t0延遲延遲t0+加法器加法器V0V0 st V0 st- t0- V0 st V0 st- t0 st rt 兩徑傳播信道模型 兩徑傳播系統(tǒng)模型的傳輸特性兩徑傳播系統(tǒng)模型的傳輸特性H H為為 H H= R()S()= R()S() = V0 e-jt0(1+ e-j) = V0 e-jt0(1+ e-j)時(shí)變多徑衰落信道的技術(shù)對(duì)策時(shí)變多徑衰落信道的技術(shù)對(duì)策無線信道的時(shí)變和多徑傳播特點(diǎn)，呵斥普通性瑞利型衰落和頻率選擇性衰落，它們對(duì)信號(hào)傳輸

8、呵斥影響將會(huì)嚴(yán)重降低通訊系統(tǒng)的性能。為了抗快衰落，通常可采用多種措施，例如，各種抗衰落的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，抗衰落接納技術(shù)及擴(kuò)頻技術(shù)等。分集技術(shù)、編碼與交錯(cuò)傳輸技術(shù)、自順應(yīng)平衡技術(shù)等都是常用的抗衰落技術(shù)。 分集技術(shù)分集技術(shù)假設(shè)在接納端同時(shí)獲得幾個(gè)不同途徑的信號(hào)，將這些信號(hào)適當(dāng)合并構(gòu)成總的接納信號(hào)，那么可以大大減少衰落的影響。這就是分集技術(shù)的根本思想。分集兩字就是分散得到幾個(gè)合成信號(hào)并集中合并這些信號(hào)的意思。只需將分集的幾個(gè)信號(hào)之間是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，那么經(jīng)適當(dāng)?shù)暮喜⒑缶湍苁瓜到y(tǒng)性能大為改善。 分集技術(shù)分集技術(shù) 一一. .分集方式分集方式 1. 空間分集空間分集 空間分集是在接納端架設(shè)幾副天線，各天線的位置

9、間要求空間分集是在接納端架設(shè)幾副天線，各天線的位置間要求有足夠的間距普通在有足夠的間距普通在100個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)以上，以保證各天個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)以上，以保證各天線上獲得的信號(hào)根本相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。線上獲得的信號(hào)根本相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。2. 角度分集角度分集 角度分集是利用天線波束指向不同使信號(hào)不相關(guān)的原理構(gòu)角度分集是利用天線波束指向不同使信號(hào)不相關(guān)的原理構(gòu)成的一種分集方法。例如，在微波面天線上設(shè)置假設(shè)干個(gè)成的一種分集方法。例如，在微波面天線上設(shè)置假設(shè)干個(gè)照射器，產(chǎn)生相關(guān)性很小的幾個(gè)波束。照射器，產(chǎn)生相關(guān)性很小的幾個(gè)波束。3. 頻率分集頻率分集 頻率分集是用多個(gè)不同載頻傳送同一個(gè)音訊，假設(shè)各個(gè)載頻率分集是用多個(gè)不同

10、載頻傳送同一個(gè)音訊，假設(shè)各個(gè)載頻的頻差相隔比較遠(yuǎn)例如，頻差選成多徑時(shí)延差的倒頻的頻差相隔比較遠(yuǎn)例如，頻差選成多徑時(shí)延差的倒數(shù)，那么各載頻信號(hào)也根本相互不相關(guān)。數(shù)，那么各載頻信號(hào)也根本相互不相關(guān)。4. 時(shí)間分集時(shí)間分集 時(shí)間分集是在不同的時(shí)隙發(fā)送荷載同一數(shù)據(jù)信息的信號(hào)，時(shí)間分集是在不同的時(shí)隙發(fā)送荷載同一數(shù)據(jù)信息的信號(hào)，是相鄰兩個(gè)時(shí)隙之間的間隔等于或大于最大多徑時(shí)延差是相鄰兩個(gè)時(shí)隙之間的間隔等于或大于最大多徑時(shí)延差m，在接納端將載有同一數(shù)據(jù)信息的不同時(shí)隙信號(hào)存儲(chǔ)并以適在接納端將載有同一數(shù)據(jù)信息的不同時(shí)隙信號(hào)存儲(chǔ)并以適當(dāng)方式合并，就實(shí)現(xiàn)了時(shí)間分集。當(dāng)方式合并，就實(shí)現(xiàn)了時(shí)間分集。5. 極化分集極化分集

11、 極化分集是經(jīng)過分別接納程度極化和垂直極化波而構(gòu)成的極化分集是經(jīng)過分別接納程度極化和垂直極化波而構(gòu)成的一種分集方法。普通說，這兩種波是相關(guān)性極小的。一種分集方法。普通說，這兩種波是相關(guān)性極小的。 分集方法不是相互排斥的，在實(shí)踐運(yùn)用時(shí)可以是組合式的，例如由二重空間分集和二重頻率分集組成四重分集系統(tǒng)等。分集技術(shù)分集技術(shù) 二二. .分集接納的合并方式分集接納的合并方式1. 最正確選擇合并最正確選擇合并 最正確選擇式是從幾個(gè)分集接納信號(hào)中，設(shè)法選擇其中信最正確選擇式是從幾個(gè)分集接納信號(hào)中，設(shè)法選擇其中信噪比最好的一個(gè)，作為最后的接納信號(hào)。噪比最好的一個(gè)，作為最后的接納信號(hào)。2. 最大比值合并最大比值合

12、并 最大比相加式是經(jīng)過控制各接納支路增益，使它們分別與最大比相加式是經(jīng)過控制各接納支路增益，使它們分別與本支路的信噪比成正比，然后再相加獲得最后的接納信號(hào)。本支路的信噪比成正比，然后再相加獲得最后的接納信號(hào)。3. 相等增益合并相等增益合并 相等增益相加式是將幾個(gè)分集接納到的信號(hào)以一樣的支路相等增益相加式是將幾個(gè)分集接納到的信號(hào)以一樣的支路增益進(jìn)展直接相加，相加后的信號(hào)作為最后的接納信號(hào)。增益進(jìn)展直接相加，相加后的信號(hào)作為最后的接納信號(hào)。最大比值合并等增益合并最正確選擇合并r 分集對(duì)信噪比的改善 1086420 2 4 6 8 10 k 分集重?cái)?shù)分集重?cái)?shù) 不同合并方式對(duì)系統(tǒng)信噪比的改善 從總的分

13、集效果來說，分集技術(shù)除能提高接納信號(hào)電平外例如二重空間分集在不添加發(fā)射機(jī)功率情況下，可使接納信號(hào)電平添加一倍左右，主要是改善了衰落特性，使信道的衰落得到平滑和減少。 編碼交錯(cuò)傳輸技術(shù)編碼交錯(cuò)傳輸技術(shù)時(shí)變多徑衰落信道的技術(shù)對(duì)策時(shí)變多徑衰落信道的技術(shù)對(duì)策收射頻信源發(fā)送數(shù)據(jù)收射頻前向糾錯(cuò)編碼M重碼組交錯(cuò)擴(kuò)頻及調(diào)制器解擴(kuò)及解調(diào)器M重碼組解交錯(cuò)前向糾錯(cuò)解碼信宿接納數(shù)據(jù)b 接納端 a 發(fā)送端 前向糾錯(cuò)編碼前向糾錯(cuò)編碼FEC與碼組交錯(cuò)相結(jié)合減小衰落對(duì)傳輸?shù)挠绊懪c碼組交錯(cuò)相結(jié)合減小衰落對(duì)傳輸?shù)挠绊?普通的前向糾錯(cuò)碼，如分組碼或卷積碼普通容易糾正由加性高斯白噪聲引起的隨機(jī)錯(cuò)誤，而對(duì)突發(fā)錯(cuò)誤延續(xù)的多個(gè)誤碼的糾錯(cuò)才

14、干較差，除非增大分組碼的編碼長(zhǎng)度參與更多的冗余或加大卷積碼約束長(zhǎng)度。假設(shè)能將突發(fā)錯(cuò)誤在時(shí)間域進(jìn)展分散處置，使其隨機(jī)地分散在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)，然后再利用分組碼或卷積碼的特點(diǎn)來糾正這些隨機(jī)錯(cuò)誤，可收到很好的抗衰落效果。編碼的交錯(cuò)傳輸正是基于這樣一種思想，它的實(shí)現(xiàn)是由一個(gè)MN的存儲(chǔ)器塊組成的交錯(cuò)器來完成的。自順應(yīng)平衡技術(shù)自順應(yīng)平衡技術(shù)時(shí)變多徑衰落信道的技術(shù)對(duì)策時(shí)變多徑衰落信道的技術(shù)對(duì)策 近年來技術(shù)的開展，數(shù)字系統(tǒng)曾經(jīng)引入自順應(yīng)平衡技術(shù)，主要抑制傳輸系統(tǒng)的不理想產(chǎn)生的碼間串?dāng)_問題。 平衡可分頻域平衡和時(shí)域平衡，前者是校正頻率特性指對(duì)信道的幅頻特性和相頻特性進(jìn)展校正，后者那么直接校正畸變波形。 用來實(shí)

15、現(xiàn)平衡功能的安裝稱為平衡器，且有時(shí)域平衡器和頻域平衡器之分。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，多采用時(shí)域平衡的方法。 對(duì)于非時(shí)變信道如各種有線信道、微波視距傳播及衛(wèi)星信道等，平衡器的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，已獲得了勝利的運(yùn)用。對(duì)于挪動(dòng)通訊信道，由于信道是時(shí)變的，要求平衡器具有快速收斂和自順應(yīng)快速跟蹤才干。 自順應(yīng)平衡技術(shù)自順應(yīng)平衡技術(shù)時(shí)變多徑衰落信道的技術(shù)對(duì)策時(shí)變多徑衰落信道的技術(shù)對(duì)策2N+1抽頭自順應(yīng)調(diào)整系數(shù)時(shí)域平衡器的構(gòu)造表示圖抽頭自順應(yīng)調(diào)整系數(shù)時(shí)域平衡器的構(gòu)造表示圖 TsTsTsTsC -NC -1C0C1CN加 法 器抽樣與誤差計(jì)算 自順應(yīng)抽頭增益Ck調(diào)整控制電路輸入 輸出 實(shí)現(xiàn)自順應(yīng)平衡所付出的代價(jià)是信道中須傳送不攜帶任何信息的訓(xùn)練序列，導(dǎo)致信道利用率的降低。平衡器