相干带宽与相干时间-程序员宅基地

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1、相干带宽

  相干带宽是描述时延扩展的:相干带宽是表征多径信道特性的一个重要参数,它是指某一特定的频率范围,在该频率范围内的任意两个频率分量都具有很强的幅度相关性,即在相干带宽范围内,多径信道具有恒定的增益和线性相位。通常,相干带宽近似等于最大多径时延的倒数。从频域看,如果相干带宽小于发送信道的带 宽,则该信道特性会导致接收信号波形产生频率选择性衰落,即某些频率成分信号的幅值可以增强,而另外一些频率成分信号的幅值会被削弱。  

        定义相干带宽一般是用来划分平坦衰落信道和频率选择性衰落信道的量化参数。如果信道的最大多径 时延扩展为Tm,那么信道的相干带宽Bc=1/Tm;若发射信号的射频带宽B<Bc,那么认为接收信号经历的是平坦衰落,此时接收信号的包络起伏变 化,但是一般不存在码间串扰,其信号模型为r(t)=h(t)s(t)+n(t),其中h(t)一般为瑞利分布的随机变量;若发射信号的射频带宽B& gt;Bc,那么认为接收信号经历的是频率选择性衰落,此时除了接收信号的包络起伏变化,一般还存在码间串扰,其信号模型为r(t)=h(t- tao0)s(t-tao0)+h(t-tao1)s(t-tao1)+...+n(t),其中tao0、tao1、...等为可分辨多径的时延,每个 h(t-tao)一般为瑞利分布的随机变量。


2、相干时间

       相干时间就是信道保持恒定的最大时间差范围,发射端的同一信号在相干时间之内到达接收端,信号的衰落特性完全相似,接收端认为是一个信号。如果该信号的自 相关性不好,还可能引入干扰,类似照相照出重影让人眼花缭乱。从发射分集的角度来理解:时间分集要求两次发射的时间要大于信道的相干时间,即如果发射时间 小于信道的相干时间,则两次发射的信号会经历相同的衰落,分集抗衰落的作用就不存在了。
        TD-SCDMA每个chip为时间长度为0.78us,也就是码 片之间的相干时间是0.78us,同一信号通过不同路径到达接收端的码片超过这个时间,就有多径分集的效果;否则,形成自干扰。 


3、二者的另一种阐释:

       第一、 无线信道的多径效应导致的频率选择性衰落
       总的来说,这属于“静”,所谓静,就是指发送和接收终端、以及导致电磁波的反射折射等的障 碍物都处于静止的状态,而导致多径效应的是这些多种多样的障碍物形成的静态的空间格局。自由空间中是没有多径效应的,有了这些障碍物,同一时刻从发送天线 出来电磁波就延不同的方向在不同的时间到达接收天线,在天线上场效应进行叠加而产生了多径分量的混合。换句话说,就是这种复杂多样的空间格局形成了综合的 磁波传播环境,这种空间格局具有相应的物理尺寸,对不同频率的电磁波的传播特性是不一样的,所以随着在其中传送的电磁波的频率的变化,其信道响应也不停的 变化,这也就是称作频率选择性的本质原因。信道特性随着电磁波频率变化而变化,这种变化延频率轴来看,有快慢、有大小,根据这个原理而定义出信道的对不同 频率电磁波的传播特性维持“不变”(就是变化较小)的频率宽度,这个频率宽度称作相干带宽,也就是在此带宽内的电磁波在这个复杂的空间格局中获得近似的传 播特性,没有明显的畸变,也就不会导致时域上波形的剧烈变化。
相同地,从时域上来看,造成这种波形变化的原因就是不同的传播路径信号的叠加。以直射到达接收端的信号为参考,最迟到达接收端的信号相对直射信号而产生的延后时间T代表了此移动传播环境的多径时延特征,它的倒数正好对应着相干带宽。这就是多经效应的基本原理。


        第二、 无线信道的多普勒频移导致的时间选择性衰落
        总的来说,这属于“动”,这个动的意思就是指多普勒频移的产生必须以相对运动为前提,比 如接收端相对发送端的运动,反射物相对接收端的运动,反射物相对发送端的运动等等,这些相对运动都会导致接收端接收到的电磁波信号的的频率有所变化。换句 话说,因为运动,所以是随着时间而变化的,这也就是称作时变性、时间选择性的一个原因。理论上来讲,如果存在运动,信道的这种时变性就是存在的,只是变化 有快慢、有大小。由此而定义出信道的冲激响应维持“不变”的时间间隔的统计平均为此信道的相干时间T。如果一个符号的时间长度短于此相干时间,那么整个符 号的波形在传播期间能够得到传播信道较为“一致”的传播,不会发生巨大的畸变。相反则产生时间选择性衰落了。此相干时间的倒数就是最大频偏,其本质意义对 应相对运动的速度导致的频率偏移,而相对运动越快(比如一个坐着汽车打手机的人与一个走路打手机的人做比较),传播信道的特性变化自然就越快,对应的相干 时间T就越小,那么T的倒数就越大,最大频偏就愈大,与多普勒频移原理完全统一。


4、二者更简洁的表达:

随参信道对信号传输的影响有两种情况:
1、多径时延。时延最大值Tm的倒数即是 相干带宽通信论坛|通信社区|3G论坛|NGN论坛|求职|招聘|论文5 q' [# i9 ]/ |7 Q/ \) l1 F
(1)当最大时延远小于码元间隔时,接收端基带信号变化很小,叫做平坦型衰落。
(2)当最大时延接近码元间隔时,会产生很大码间干扰,接收端基带信号变化很大,不同频率分量有不同的衰落,叫做频率选择性衰落。
2、多普勒扩展。最大多普勒频移的倒数就是 相干时间
(1)当最大多普勒频移大于信号符号速率时,产生快衰落; : N/ ?( E8 o' S" Y9 D: z. B
(2)当最大多普勒频移小于信号符号速率时,产生慢衰落。

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