信道衰落模型匯總情況

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1、簡單模型2種：常量（Constant）模型和純多普勒模型1.常量（Constant）模型：常量模型既沒有衰落，也沒有多普勒頻移，適用于可預(yù)測的固定業(yè)務(wù)無線信道。其幅度分布的概率密度函數(shù)（PDF）為：式中r為信道響應(yīng)的幅度，A為概率常數(shù)。常量模型的多普勒譜為：式中fd為最大多普勒頻移，f為基帶頻率，B為常數(shù)。2.純多普勒模型：純多普勒模型無衰落，但有多普勒頻移，適用于可預(yù)測的移動(dòng)業(yè)務(wù)無線信道。其幅度分布與常量模型相同，多普勒譜為：，C為常數(shù)。由于移動(dòng)通信中移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)性，無線信道中存在多普勒效應(yīng)。在移

2、動(dòng)通信中，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)移向基站時(shí)，頻率變高，遠(yuǎn)離基站時(shí)，頻率變低。我們?cè)谝苿?dòng)通信中要充分考慮“多普勒效應(yīng)”。雖然，由于日常生活中，我們移動(dòng)速度的局限，不可能會(huì)帶來十分大的頻率偏移，但是這不可否認(rèn)地會(huì)給移動(dòng)通信帶來影響，為了避免這種影響造成我們通信中的問題，我們不得不在技術(shù)上加以各種考慮。也加大了移動(dòng)通信的復(fù)雜性。3.瑞利模型：瑞利衰落信道（Rayleighfadingchannel）是一種無線電信號(hào)傳播環(huán)境的統(tǒng)計(jì)模型。這種模型假設(shè)信號(hào)通過無線信道之后，其信號(hào)幅度是隨機(jī)的，即“衰落”，并且其包絡(luò)服從瑞利分

3、布。這一信道模型能夠描述由電離層和對(duì)流層反射的短波信道，以及建筑物密集的城市環(huán)境。瑞利衰落只適用于從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)不存在直射信號(hào)（LoS，LineofSight）的情況，否則應(yīng)使用萊斯衰落信道作為信道模型。在無線通信信道環(huán)境中，電磁波經(jīng)過反射折射散射等多條路徑傳播到達(dá)接收機(jī)后，總信號(hào)的強(qiáng)度服從瑞利分布。同時(shí)由于接收機(jī)的移動(dòng)及其他原因，信號(hào)強(qiáng)度和相位等特性又在起伏變化，故稱為瑞利衰落。瑞利分布是一個(gè)均值為0，方差為σ2的平穩(wěn)窄帶高斯過程，其包絡(luò)的一維分布是瑞利分布。其表達(dá)式及概率密度如圖所示。,瑞利分

4、布的概率分布密度其中，r是接收信號(hào)的包絡(luò)，σ2是接收信號(hào)包絡(luò)的平均功率。瑞利分布是最常見的用于描述平坦衰落信號(hào)接收包絡(luò)或獨(dú)立多徑分量接受包絡(luò)統(tǒng)計(jì)時(shí)變特性的一種分布類型。兩個(gè)正交高斯噪聲信號(hào)之和的包絡(luò)服從瑞利分布。瑞利衰落能有效描述存在能夠大量散射無線電信號(hào)的障礙物的無線傳播環(huán)境。若傳播環(huán)境中存在足夠多的散射，則沖激信號(hào)到達(dá)接收機(jī)后表現(xiàn)為大量統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的隨機(jī)變量的疊加，根據(jù)中心極限定理，則這一無線信道的沖激響應(yīng)將是一個(gè)高斯過程。如果這一散射信道中不存在主要的信號(hào)分量，通常這一條件是指不存在直射信號(hào)（Lo

5、S），則這一過程的均值為0，且相位服從0到2π的均勻分布。即，信道響應(yīng)的能量或包絡(luò)服從瑞利分布。若信道中存在一主要分量，例如直射信號(hào)（LoS），則信道響應(yīng)的包絡(luò)服從萊斯分布，對(duì)應(yīng)的信道模型為萊斯衰落信道。通常將信道增益以等效基帶信號(hào)表示，即用一復(fù)數(shù)表示信道的幅度和相位特性。由此瑞利衰落即可由這一復(fù)數(shù)表示，它的實(shí)部和虛部服從于零均值的獨(dú)立同分布高斯過程。瑞利衰落模型適用于描述建筑物密集的城鎮(zhèn)中心地帶的無線信道。密集的建筑和其他物體使得無線設(shè)備的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間沒有直射路徑，而且使得無線信號(hào)被衰減、反

6、射、折射、衍射。在曼哈頓的實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)?shù)氐臒o線信道環(huán)境確實(shí)接近于瑞利衰落。通過電離層和對(duì)流層反射的無線電信道也可以用瑞利衰落來描述，因?yàn)榇髿庵写嬖诘母鞣N粒子能夠?qū)o線信號(hào)大量散射。瑞利衰落屬于小尺度的衰落效應(yīng)，它總是疊加于如陰影、衰減等大尺度衰落效應(yīng)上。信道衰落的快慢與發(fā)射端和接收端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的大小有關(guān)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致接收信號(hào)的多普勒頻移。圖中所示即為一固定信號(hào)通過單徑的瑞利衰落信道后，在1秒內(nèi)的能量波動(dòng)，這一瑞利衰落信道的多普勒頻移最大分別為10Hz和100Hz，在GSM1800MHz的載波頻率

7、上，其相應(yīng)的移動(dòng)速度分別為約6千米每小時(shí)和60千米每小時(shí)。特別需要注意的是信號(hào)的“深衰落”現(xiàn)象，此時(shí)信號(hào)能量的衰減達(dá)到數(shù)千倍，即30～40分貝。當(dāng)接受信號(hào)中多徑分量中不存在一個(gè)主要靜態(tài)信號(hào)分量時(shí)，其信道為瑞利衰落信道，否則萊斯衰落信道。瑞利衰落模型其中多普勒濾波器的傳輸函數(shù)為，其中S(f)為多普勒功率譜密度：fm表示最大多普勒頻率。1.萊斯模型：如果收到的信號(hào)中除了經(jīng)反射折射散射等來的信號(hào)外，還有從發(fā)射機(jī)直接到達(dá)接收機(jī)（如從衛(wèi)星直接到達(dá)地面接收機(jī)）的信號(hào)，那么總信號(hào)的強(qiáng)度服從萊斯分布，故稱為萊斯衰落

8、。相對(duì)于瑞利衰落信道不包含直射路徑，萊斯衰落信道模型適用于描述具有明顯直射路徑的無線信道環(huán)境，如郊區(qū)、山區(qū)等。萊斯衰落的包絡(luò)分布P(r)和相位分布P()如下式所示：其中：r是接收信號(hào)的包絡(luò)，ρ2直射分量的平均功率，是散射多徑信號(hào)的平均功率，I0(.)是第一類零階修正貝塞爾函數(shù)，erf(.)是誤差函數(shù)。另外，常用萊斯因子k來描述萊斯衰落的衰落情況，其定義為：萊斯因子k越大說明直射分量功率占比越高，設(shè)包絡(luò)平均功率為Ω，則有：用萊斯因子k和包絡(luò)平均功率W表示萊斯分布的概率密