无线信道基础概念

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无线信道基础概念

2024-07-10 18:01| 来源: 网络整理| 查看: 265

无线信道基础概念 一、无线信道 信道容量 信道带宽 时延扩展 信号衰落 多普勒效应 原理 公式 公式 原理 公式 意义 三、信道模型 瑞利衰落信道模型 莱斯衰落信道模型 AWGN模型信道 适用条件对比 四、无线信道中的衰落 大尺度衰落与小尺度衰落 路径损耗 路径损耗模型 对数距离路径损耗模型 多径传播 四种小尺度衰落 频率选择性衰落 平坦衰落 快衰落 慢衰落 阴影效应 多径效应

首先,信道(Channel)是指以传输媒质为基础的信号通道。根据新到的定义,如果信道仅是指信号的传输媒质,这种信道称为狭义信道;如果这种信道不仅是传输媒质,而且包括通信系统中的转换装置,这种信道称为广义信道。

狭义信道按照传输媒质的特性可分为有线信道和无线信道。有线信道包括对称电缆、同轴电缆及光纤等。无线信道包括地波传播、短波电离层反射、超短波、移动无线电信道等。常把广义信道简称为信道。

广义信道按照它包括的功能可分为调制信道(Modulated Channel)、编码信道(Coding Channel)等。

一、无线信道

无线信道是对无线通信中发送端和接收端之间通路的一种形象比喻,对于无线电波而言,它从发送端传送到接收端,其间并没有一个有形的连接,它的传播路径也有可能不止一条,我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作,可以想象两者之间有一个看不见的道路衔接,把这条衔接通路称为信道,无线信道也就是常说的无线的“频段(Channel)“。

信道容量

信道容量反映了信道所能传输的最大信息量。 信道容量可以表示为单位时间内可传输的二进制位的位数(称信道的数据传输速率,位速率),以位/秒(b/s)形式予以表示,简记为bps。

信道带宽

信道带宽是限定允许通过该信道的信号下限频率和上限频率,可以理解为一个频率通带。比如一个信道允许的通带为1.5KHz至15KHz,则其带宽为13.5KHz。

时延扩展

无线信道中电波的传播不是单一路径,而是许多路径来的众多反射波的合成。 由于电波通过各个路径的距离不同,因而各个路径来的反射波到达时间不同,也就是各信号的时延不同。当发送端发送一个极窄的脉冲信号时,移动台接收的信号由许多不同时延的脉冲组成,我们称为时延扩展。

信号衰落

由于各个路径来的反射波到达时间不同,相位也就不同。不同相位的多个信号在接受端迭加,有的迭加而加强(方向相同),有的迭加而减弱(方向相反),导致接收信号的幅度急剧变化,即产生了快衰落。这种衰落是由多种路径引起的,所以称为多径衰落。 接收信号除瞬时值出现快衰落之外,场强中值(平均值)也会出现缓慢变化,主要是由地区位置的改变以及气象条件变化造成的,以致电波的折射传播时间随时间变化而变化,多径传播到达固定接受点的信号的时延随之变化。这种由阴影效应和气象原因引起的信号变化,称为慢衰落。

多普勒效应

生活中有这样一个有趣的现象:当一辆救护车迎面驶来的时候,听到声音比原来纤细;而车离去的时候声音的音高比原来雄浑。你可能没有意识到,这个现象和医院使用的彩超同属于一个原理,那就是“多普勒效应”。

多普勒效应 (Doppler effect) 是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒(Christian Johann Doppler)而命名的,他于1842年首先提出了这一理论。主要内容为

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。在运动的波源前面,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高(蓝移blue shift);在运动的波源后面时,会产生相反的效应。波长变得较长,频率变得较低(红移red shift);波源的速度越高,所产生的效应越大。

根据波红(或蓝)移的程度,可以计算出波源循着观测方向运动的速度。

原理

多普勒效应指出,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。当观察者移动时也能得到同样的结论。假设原有波源的波长为λ,波速为u,观察者移动速度为v(以下分析方法不适用于光波): 当观察者走近波源时观察到的波源频率为(u+v)/λ,反之则观察到的波源频率为(u-v)/λ。

产生原因:声源完成一次全振动,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,因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数,而观察者听到的声音的音调,是由观察者接受到的频率,即单位时间接收到的完全波的个数决定的。当波源和观察者有相对运动时,观察者接收到的频率会改变.在单位时间内,观察者接收到的完全波的个数增多,即接收到的频率增大.同样的道理,当观察者远离波源,观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少,即接收到的频率减小.

公式

观察者 (Observer) 和发射源 (Source) 的频率关系为(此式不适用于光波,光波的多普勒效应见下文):



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