數(shù)字移動(dòng)通信課件-第2章移動(dòng)通信信道目錄移動(dòng)通信信道概述無線傳播環(huán)境與電波傳播特性移動(dòng)通信信道建模與仿真移動(dòng)通信信道測量與評(píng)估目錄移動(dòng)通信信道中的干擾與抗干擾技術(shù)未來移動(dòng)通信信道發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)01移動(dòng)通信信道概述定義移動(dòng)通信信道是指移動(dòng)臺(tái)與基站之間傳輸信息的媒介，是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信的基礎(chǔ)。分類根據(jù)信道特性及傳輸方式的不同，移動(dòng)通信信道可分為無線信道和有線信道兩大類。其中，無線信道又可細(xì)分為電波傳播信道和移動(dòng)通信衛(wèi)星信道等。定義與分類移動(dòng)通信信道具有多徑傳播、時(shí)變性、頻率選擇性衰落等特性。信道特性信道特性受到多種因素的影響，如建筑物、地形、氣象條件、電磁干擾等。影響因素信道特性及影響因素為了描述移動(dòng)通信信道的特性，需要建立相應(yīng)的信道模型。常見的信道模型包括瑞利衰落信道模型、萊斯衰落信道模型等。信道模型在移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析中，經(jīng)常需要采用仿真方法來模擬信道的傳輸過程。常用的仿真方法包括蒙特卡羅仿真、確定性仿真和半確定性仿真等。仿真方法信道模型與仿真方法02無線傳播環(huán)境與電波傳播特性無線傳播環(huán)境是一個(gè)開放的空間，信號(hào)在傳播過程中會(huì)受到各種自然和人為因素的影響。傳播環(huán)境的開放性傳播環(huán)境的動(dòng)態(tài)性傳播環(huán)境的復(fù)雜性無線傳播環(huán)境是不斷變化的，如天氣、地形、建筑物等的變化都會(huì)對(duì)信號(hào)傳播產(chǎn)生影響。無線傳播環(huán)境中存在大量的干擾和噪聲，如電磁干擾、多徑干擾等，這些都會(huì)對(duì)信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生影響。030201無線傳播環(huán)境特點(diǎn)

電波傳播方式及損耗自由空間傳播電波在自由空間中傳播時(shí)，其能量會(huì)隨著距離的增加而擴(kuò)散，導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度的衰減。地面反射傳播電波在地面反射時(shí)，會(huì)受到地面的反射系數(shù)、地面的粗糙度等因素的影響，導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度的衰減和相位的改變。大氣折射傳播電波在大氣中傳播時(shí)，會(huì)受到大氣折射的影響，導(dǎo)致信號(hào)傳播方向的改變和信號(hào)強(qiáng)度的衰減。由于無線傳播環(huán)境中存在大量的反射、折射和散射等現(xiàn)象，使得信號(hào)在傳播過程中會(huì)沿著多條路徑到達(dá)接收端，這些路徑上的信號(hào)具有不同的時(shí)延、幅度和相位，從而在接收端形成多徑效應(yīng)。多徑效應(yīng)瑞利衰落是一種描述小尺度范圍內(nèi)信號(hào)幅度快速變化的統(tǒng)計(jì)模型。在無線傳播環(huán)境中，由于多徑效應(yīng)的存在，接收信號(hào)的幅度會(huì)呈現(xiàn)快速的變化，這種變化服從瑞利分布，因此稱為瑞利衰落。瑞利衰落會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的信噪比降低，從而影響通信質(zhì)量。瑞利衰落多徑效應(yīng)與瑞利衰落03移動(dòng)通信信道建模與仿真根據(jù)電磁波傳播理論，考慮地形、建筑物等環(huán)境因素，建立信道模型。這種方法精度高，但計(jì)算復(fù)雜?；谖锢硖匦缘慕Ｍㄟ^對(duì)信道測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，提取信道特性參數(shù)，建立統(tǒng)計(jì)模型。這種方法計(jì)算簡單，但精度相對(duì)較低。基于統(tǒng)計(jì)特性的建模將信道視為由多個(gè)散射體構(gòu)成的幾何空間，通過幾何關(guān)系描述信號(hào)傳播過程。這種方法能夠直觀反映信道特性，但需要對(duì)散射體進(jìn)行準(zhǔn)確建模?；趲缀翁匦缘慕Ｐ诺澜７椒ǚ诸惣氨容^信道沖激響應(yīng)模型01將信道視為一個(gè)線性時(shí)不變系統(tǒng)，其沖激響應(yīng)描述了信號(hào)經(jīng)過信道后的變化。通過對(duì)沖激響應(yīng)的測量和統(tǒng)計(jì)分析，可以得到信道的傳輸特性。信道自相關(guān)函數(shù)模型02描述信道沖激響應(yīng)在不同時(shí)間或空間位置上的相關(guān)性。通過對(duì)自相關(guān)函數(shù)的測量和統(tǒng)計(jì)分析，可以得到信道的相干時(shí)間和相干帶寬等參數(shù)。信道功率譜密度模型03描述信道在不同頻率上的功率分布。通過對(duì)功率譜密度的測量和統(tǒng)計(jì)分析，可以得到信道的頻率選擇性衰落特性。基于統(tǒng)計(jì)特性的信道建模確定性模型根據(jù)環(huán)境地形、建筑物等具體信息，建立精確的幾何模型，通過電磁波傳播理論計(jì)算信號(hào)傳播路徑和衰減。這種方法精度高，但計(jì)算復(fù)雜度高。隨機(jī)性模型將散射體視為隨機(jī)分布的點(diǎn)，通過隨機(jī)幾何理論描述信號(hào)傳播過程。這種方法計(jì)算簡單，但精度相對(duì)較低。半確定性模型結(jié)合確定性模型和隨機(jī)性模型的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)部分環(huán)境信息進(jìn)行精確建模，對(duì)其他部分采用隨機(jī)建模方式。這種方法能夠在保證一定精度的同時(shí)降低計(jì)算復(fù)雜度?；趲缀翁匦缘男诺澜?4移動(dòng)通信信道測量與評(píng)估通過發(fā)送已知信號(hào)，在接收端分析信號(hào)的時(shí)域特性，如時(shí)延、多普勒頻移等，從而得到信道沖激響應(yīng)。時(shí)域測量利用頻譜分析儀等設(shè)備，測量信道的頻率響應(yīng)，包括幅度和相位響應(yīng)，以評(píng)估信道的頻率選擇性。頻域測量通過分析接收信號(hào)的誤碼率、誤幀率等指標(biāo)，評(píng)估信道的傳輸性能。碼域測量信道測量原理及方法反映接收端收到的信號(hào)功率大小，用于評(píng)估信道的傳輸損耗。接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）表示信號(hào)功率與噪聲功率之比，用于衡量信道的噪聲性能。信噪比（SNR）表示傳輸過程中發(fā)生錯(cuò)誤的比特?cái)?shù)與總比特?cái)?shù)之比，用于評(píng)估信道的傳輸可靠性。誤碼率（BER）由于無線信號(hào)在傳播過程中遇到障礙物反射、折射等產(chǎn)生的多條路徑效應(yīng)，對(duì)信號(hào)傳輸造成干擾。多徑效應(yīng)信道質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)體系山區(qū)環(huán)境地形起伏大、植被茂密，信號(hào)傳播距離受限，且存在嚴(yán)重的陰影效應(yīng)，需要采用合適的測量方法和評(píng)估指標(biāo)。城市環(huán)境高樓林立、道路狹窄，導(dǎo)致信號(hào)傳播受到嚴(yán)重遮擋和多徑效應(yīng)影響，需要進(jìn)行詳細(xì)的信道測量和建模。高速移動(dòng)場景如高鐵、高速公路等場景下，由于移動(dòng)速度快、多普勒頻移大，信道特性變化迅速，需要采用高速測量技術(shù)和動(dòng)態(tài)評(píng)估方法。典型場景下的信道測量與評(píng)估實(shí)例05移動(dòng)通信信道中的干擾與抗干擾技術(shù)干擾類型及來源分析信道中始終存在的背景噪聲，如熱噪聲、散彈噪聲等。由非線性器件產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物落入信道內(nèi)造成的干擾。相鄰信道間的信號(hào)泄漏造成的干擾。相同頻率的信號(hào)在不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)射造成的干擾。噪聲干擾互調(diào)干擾鄰道干擾同頻干擾擴(kuò)頻技術(shù)分集技術(shù)自適應(yīng)均衡技術(shù)差錯(cuò)控制技術(shù)抗干擾技術(shù)原理及實(shí)現(xiàn)方法01020304通過擴(kuò)展信號(hào)的頻譜寬度來提高抗干擾能力，如直接序列擴(kuò)頻、跳頻擴(kuò)頻等。利用多個(gè)獨(dú)立衰落信號(hào)來提高接收信號(hào)質(zhì)量，如空間分集、頻率分集、時(shí)間分集等。通過自適應(yīng)算法調(diào)整接收濾波器的參數(shù)，以抵消信道失真和干擾。通過前向糾錯(cuò)編碼、自動(dòng)重傳請(qǐng)求等技術(shù)來降低誤碼率。典型抗干擾技術(shù)應(yīng)用案例CDMA系統(tǒng)中的擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用通過直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)通信，提高系統(tǒng)容量和抗干擾能力。OFDM系統(tǒng)中的分集技術(shù)應(yīng)用利用多個(gè)正交子載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)頻率分集，提高系統(tǒng)抗多徑干擾能力。MIMO技術(shù)中的空間分集應(yīng)用通過多天線技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間分集，提高系統(tǒng)容量和抗干擾能力。LTE系統(tǒng)中的自適應(yīng)均衡技術(shù)應(yīng)用采用自適應(yīng)均衡算法，動(dòng)態(tài)調(diào)整接收濾波器參數(shù)，以適應(yīng)時(shí)變信道特性，提高系統(tǒng)性能。06未來移動(dòng)通信信道發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)5G/6G時(shí)代移動(dòng)通信信道將實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更低的傳輸時(shí)延，滿足各種實(shí)時(shí)應(yīng)用需求。高速率與低時(shí)延5G/6G時(shí)代移動(dòng)通信信道將支持海量設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等場景的廣泛應(yīng)用。大規(guī)模連接5G/6G時(shí)代移動(dòng)通信信道將具備更高的可靠性，確保關(guān)鍵業(yè)務(wù)的不中斷傳輸。高可靠性5G/6G時(shí)代移動(dòng)通信信道特點(diǎn)波束賦形技術(shù)通過調(diào)整天線陣列的權(quán)值，形成指向性波束，提高信號(hào)覆蓋范圍和傳輸質(zhì)量。智能天線技術(shù)利用自適應(yīng)算法，實(shí)時(shí)調(diào)整天線參數(shù)，優(yōu)化信道性能。大規(guī)模MIMO技術(shù)通過增加天線數(shù)量，提高信道容量和傳輸效率，降低干擾。新型天線技術(shù)對(duì)信道性能影響信道建模與優(yōu)化干擾識(shí)別與抑制智能