移動通信中的無線信道技術(shù)

李志豪 田龍杰

（中國移動通信集團河南有限公司周口分公司 166000）

1 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)發(fā)展起源于20世紀60年代的貝爾實驗室(BellLaboratories)提出的蜂窩概念。經(jīng)過對系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域的頻率復(fù)用和劃分，蜂窩無線通信網(wǎng)的系統(tǒng)容量和頻率利用率得到了很大提高，使得有限的無線頻率資源向廣大的用戶提供了無線通信服務(wù)。從蜂窩概念提出以來，移動通信系統(tǒng)的發(fā)展史經(jīng)歷了第一代(1nGeneration，1G)模擬蜂窩系統(tǒng)、第二代(2G)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)與第三代(3G)寬帶多媒體移動通信系統(tǒng)共三個階段。

移動通信是依靠無線信道來實現(xiàn)的，所以，無線信道環(huán)境的好壞會直接影響通信質(zhì)量的好壞。目前實施的3G 通信和未來Beyond3G 對信號的傳輸誤碼率和傳輸速率要求很高，為提高信號的傳輸速率和頻帶的利用率以及降低信號傳輸誤碼率，必須盡量減少噪聲、信道干擾、ISI（符號間干擾）和衰落等對傳輸信號的影響，來提高信道的容量。

2 無線信道傳播特性

無線信道的電波傳播特性和電波的傳播環(huán)境市密切相關(guān)的。傳播環(huán)境包括：地貌、人工建筑、電磁干擾、氣候特征、使用頻段、通信體移動速度等。而且，隨著無線信道可以利用維度的增加，從時域、頻域到空域.更加需要對無線信道的特性進行全面和深入地認識。

在無線信道中，按視距可以分為視距信道和非視距信道。視距信道信號是直射傳播；非視距信道則是由非直射傳播所引起，非直射傳播包括信號在地面的繞射、散射、反射和對流層的。通常，只在基站天線較高或者某些空曠地區(qū)時可能存在直射傳播路徑，一般情況下，在移動臺和基站之間不存在直射信號，這時接收的信號是發(fā)射信號經(jīng)過若干次反射、散射或繞射后的疊加，這種發(fā)射信號經(jīng)過不同傳播路徑到達接收端的現(xiàn)象被稱為多徑傳播效應(yīng)。通常認為信道具有大尺度衰落和小尺度衰落兩個明顯特征。

2.1 無線信道傳播的大尺度衰落

大尺度衰落模型是預(yù)測平均場強和用于估計發(fā)射機在無線覆蓋范圍內(nèi)的傳播模型，描述的是接收機與發(fā)射機之間長距離的信號強度變化。小尺度傳播模型主要描述非常短的時間或非常短的距離間隔內(nèi)的接收信號強度的迅速變化。大尺度傳播模型簡稱為路徑損失模型，小尺度傳播模型則簡稱為衰落模型，而兩種模型也不是相互獨立的。在同一個無線的信道中，存在大尺度衰落，還存在小尺度衰落。所以，實際的無線信道衰落因子可表示為：N=M·Q（1）

式子(1)中N表示信道的衰落因子，M表示小尺度衰落，Q表示大尺度衰落Qt大尺度衰落不僅與時間有關(guān)系，還和發(fā)射機與接收機之間的載波頻率和距離等因素有關(guān)。基于理論與測試的傳播模型得出，無論是室內(nèi)還是室外信道，平均接收信號功率隨著距離的對數(shù)而衰減。

大尺度衰落主要受到路徑損耗與陰影衰落的影響，路徑損耗則是指電波在自由空間內(nèi)的傳播損耗。陰影衰落則是指電波在傳播路徑上遇到高大的障礙物時會產(chǎn)生電磁場陰影區(qū)，當手機通過不同陰影區(qū)時，就能引起信號場強中值的變化。此種由于傳播環(huán)境的高大建筑物、地形起伏、山丘等障礙物對電波遮擋所造成的電磁渡陰影所引起的衰落，被稱為陰影衰落.它造成平均接收信號場強中值于長時間內(nèi)的緩慢變化，所以也稱為慢衰落。

2.2 無線信道傳播的小尺度衰落

移動臺在移動的時候，接收信號除了其場強中值隨位置與時間發(fā)生慢衰落以外，信號振幅在幾個波長以內(nèi)也有著迅速的變化，其變化范圍可以達到幾十帕。此種衰落是由電波在沿地表傳播中受到各種障礙物的反射、吸收和散射，而實際到達接收天線處的電波，除了來自發(fā)射天線的直射波以外，還存在來自各種物體(包括地面)的散射波和反射波形成的多徑信號。多徑信號如果同相則相加，如果反相則抵消，因此會造成接收端信號相位和幅度的急劇變化。

此外，由于多普勒效應(yīng)造成的相移，讓實際移動臺接收到的場強在相位和振幅上都隨時隨地在急劇變化，被稱為多徑衰落，也稱小尺度衰落和快衰落。小尺度衰落是由與同一傳輸信號沿兩個或多個路徑來傳播，以微小的時間差來到達接收機的信號相互干涉而引起的，這些波被稱為多徑波。接收機天線會將它們合成一個幅度和相位都急劇變化的信號，它的變化程度取決于多徑波的相對傳播時間、強度以及傳輸信號的帶寬。由于多個射波具有隨機分布的相位、幅度和入射角度，經(jīng)過合并以后將引起信號的衰落失真。

小尺度衰落類型主要有平坦衰落、頻率選擇性衰落、快衰落以及慢衰落四種。

小尺度的衰落效應(yīng)的主要表現(xiàn)有：

1)經(jīng)過短時活短距傳播后信號強度的急速變化。

2)多徑傳播時延引起擴展。

3)在不同的多徑信號上，存在時變的多普勒頻移引起的隨機頻率調(diào)制。

4）移動無線信道中多普勒頻移

多普勒頻移是當基站與移動臺有相對運動時，它收到的電波將發(fā)生頻率的變化，也就是

2.3 移動無線信道中的沖激響應(yīng)

無線移動信道的小尺度衰落和沖激響應(yīng)直接有關(guān)，沖激響應(yīng)是寬帶信道之特性，它包含了所有用于分析和模擬信道無線傳播的信息，時變是移動通信信道的特點，此種時間變化是由于接收機在空間的相對運動而引起的，時變信道可用具有時變沖激響應(yīng)的線性濾波器來描述。信道的濾波特性指在任意的時刻多個到達波的幅值與相位的疊加產(chǎn)生的。沖激響應(yīng)是一種很有用的信道特征，可以用它來比較和頂測不同移動通信系統(tǒng)的性能，包括對一個特定的移動信道條件預(yù)測與比較發(fā)射帶寬。多徑信道的接收信號是由發(fā)射信號一系列的衰減時間延遲以及有相位偏移的多徑分量組成的。

圖1 擴容所需信道計算示意圖

3 無線信道配置的調(diào)整原則

根據(jù)移動無線信道的配置原則，完成數(shù)據(jù)的預(yù)處理和加窗后，第一應(yīng)判斷該小區(qū)是需要擴容還是縮容，然后計算出其目標配置無線信道數(shù)(TCH、SDCCtI)。并根據(jù)調(diào)整配置后設(shè)定的目標擁塞率CTBLK(可以是擁塞率考核指標)，采取以下方法計算所需要的無線信道數(shù)。(TCH、SDCCt)，如圖1所示

（一）由小區(qū)當前的等效擁塞率CCBLK和小區(qū)的現(xiàn)有信道數(shù)Nc，根據(jù)愛爾蘭公式求得對應(yīng)的話務(wù)量L；

（二）根據(jù)設(shè)定的目標擁塞率C和L，rBLK，根據(jù)愛爾蘭公式求得所需要的話音信道數(shù)NT。

4 結(jié)束語

無線信道在移動通信中起著關(guān)鍵的作用，對未來PCS 的實現(xiàn)是至關(guān)重要的。本文從無線信道的時變沖激響應(yīng)c（T,t）的功率密度譜函數(shù)和相關(guān)函數(shù)出發(fā)，研究 WSSUS的無線信道的參數(shù)。并對移動無線信道中最復(fù)雜的小尺度多徑衰落進行研究，利用統(tǒng)計的信道參數(shù)對多徑無線衰落信道分類。分析了無線通信中影響移動無線通信信號傳輸質(zhì)量的原因，對提高移動通信質(zhì)量的可行性提供參考。

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