第3章 移动无线道信道.doc

第三章 移动无线信道 1、概述 信道是任何通信系统所必不可少的部分，当然移动通信也不例外，但移动通信信道有其自身的特点，首先，移动通信是一种无线通信，它的信道是一个开放的空间，这有别于光纤通信等有线通信信道，其次，移动通信至少有一方处于移动状态的，这又有别于微波、广播电视等无线通信。所以无线和移动是我们对移动通信信道的两个基本的认识。正因为移动通信自身的特点使得移动通信的信道是一个非常恶劣的传播环境，移动通信要得以实现，也就必须有相应的技术来克服这些问题。所以我们对移动通信信道的深入理解有助于理解移动通信中象切换、频率复用，交织、分集接收等特有技术，也有助于对编码、调制等基本技术的选择。 移动信道的3个主要特点： 传播的开放性 这是区别于有线信道，有线信道中，电磁波被限定在导线内，而移动通信的信道是一个开放的空间。 接收环境的复杂性 是指接收点地理环境的复杂性与多样性。这与用户所处的位置直接相关，可能是繁华市区，也可能是郊区，有可能是平原，也有可能是山丘、湖泊。 通信用户的随机移动性 作为移动用户，当其通话时，有可能处于室内静止状态，也有可能是室外慢速步行或高速车载状态。 归纳为一句话就是复杂、恶劣的传播环境是移动通信信道的总特征。 2、移动信道电波传播方式 直射波 即没有障碍物的情况下，电磁波在视距范围内直接由基站到达手机。这是一种较为理想的情况，更多情况下，尤其是在复杂的环境下，是存在障碍物的，下面这三种情况就都有可能发生，但其产生机理却有所不同。 反射波 当障碍物的尺寸大于电磁波的波长时，电磁波就会在障碍物的前方发生反射。 绕射波 电磁波绕过障碍物，在障碍物后方形成场强。 散射波 当电磁波遇到粗糙的表面时，反射能量会散布于所有方向，这样就形成了散射波。典型的例子如电线杆和树。 图1 移动信道电波传播方式 3、噪声和干扰 ⑴无线信道噪声分类 噪声的种类很多，也有多种分类方式，若根据噪声的来源进行分类，一般可以分为三类 ①人为噪声 人为噪声是指人类活动所产生的对通信造成干扰的各种噪声。其中包括工业噪声和无线电噪声。工业噪声来源于各种电气设备，如开关接触噪声、工业的点火辐射及荧光灯干扰等。无线电噪声来源于各种无线电发射机，如外台干扰、宽带干扰等。 ②自然噪声 自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源所产生的噪声。 如雷电、磁暴、太阳黑子、银河系噪声、宇宙射线等。可以说整个宇宙空间都是产生自然噪声的来源。 ③内部噪声 内部噪声是指通信设备本身产生的各种噪声。它来源于通信设备的各种电子器件、传输线、天线等。内部噪声又可分为两类： 一类是无源约翰逊噪声，它主要来自于一切无源器件，如电阻、电容、电路板的分子热运动所引起的噪声。其特点之一是任何环境当温度超过热力学温度零度（0K，即－273.16℃）就存在分子的热运动；其特点之二是这类热运动是大量的，统计上遵从中心极限定理的规律，因而其统计特性是正态分布；其特点之三是这类热运动在频域范围足够宽，其谱特性是平坦的。 另一类是有源霰弹噪声，它主要来自于通信设备中有源器件，如电子管、晶体管及各类大规模集成电路中的载流子的起伏变化而产生。其特点与无源噪声类似，所以也可以看成典型的白噪声。它与无源白噪声的唯一差异是在一定激发条件下才产生大量电子发射而形成。 图2 大自然噪声 ⑵移动通信中的噪声 影响移动通信性能的噪声主要是加性高斯白噪声（AWGN）,这并非移动通信所特有，这在大多数通信系统中都存在，其主要来源有两个：一类是无源约翰逊噪声，它主要来自于无源器件，如电阻、电容、电路板的分子布朗运动所引起的噪声，另一类是有源霰弹噪声，它主要来自于有源器件，如电子管、晶体管等 ⑶移动通信中的干扰 ①同频干扰 指相同载频电台之间的干扰。 若频率管理或系统设计不当,就会造成同频干扰；在移动通信系统中，为了提高频率利用率，在相隔一定距离以外，可以使用相同的频率，这称为同信道复用。采用同频复用时，同频复用距离设置不当，会造成同频干扰。 ②邻频干扰 是指相邻的或邻近的频道之间的干扰。 由于发射机的调制边带扩展和边带噪声辐射，离基站近的第K±1频道的MS强信号干扰离基站远的第K频道的MS弱信号。共信道干扰，即干扰分量落在被干扰接收机带内。 ③互调干扰 由传输信道中的非线性电路产生的。它指两个或多个信号作用在通信设备的非线性器件上，产生同有用信号频率相近的组合频率，从而对通信系统构成干扰的现象。 在移动通信系统中， 产生的互调干扰主要有三种： 发射机互调、 接收机互调及外部效应引起的互调。 假定由于输入回路选择性较差，同时有三个载频分别为、、的干扰信号进入接收机高频放大级或混频级，而我们需要接收的信号载频为。一般非线性器件的输出电流ic与输入电压u的关系式为： 式中，是由晶体