移動通信中的無線信道技術

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 移動通信系統的發展歷史和現狀

現代移動通信系統發展起源于20世紀60年代的貝爾實驗室(BellLaboratories)提出的蜂窩概念。經過對系統服務區域的頻率復用和劃分，蜂窩無線通信網的系統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。從蜂窩概念提出以來，移動通信系統的發展史經歷了第一代(1nGeneration，1G)模擬蜂窩系統、第二代(2G)數字蜂窩系統與第三代(3G)寬帶多媒體移動通信系統共三個階段。

移動通信是依靠無線信道來實現的，所以，無線信道環境的好壞會直接影響通信質量的好壞。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境市密切相關的。傳播環境包括：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射信號經過若干次反射、散射或繞射后的疊加，這種發射信號經過不同傳播路徑到達接收端的現象被稱為多徑傳播效應。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測平均場強和用于估計發射機在無線覆蓋范圍內的傳播模型，描述的是接收機與發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系，還和發射機與接收機之間的載波頻率和距離等因素有關。基于理論與測試的傳播模型得出，無論是室內還是室外信道，平均接收信號功率隨著距離的對數而衰減。

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生電磁場陰影區，當手機通過不同陰影區時，就能引起信號場強中值的變化。此種由于傳播環境的高大建筑物、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生慢衰落以外，信號振幅在幾個波長以內也有著迅速的變化，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。

小尺度的衰落效應的主要表現有：

1)經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，它收到的電波將發生頻率的變化，也就是

2.3 移動無線信道中的沖激響應

無線移動信道的小尺度衰落和沖激響應直接有關，沖激響應是寬帶信道之特性，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生的。沖激響應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的性能，包括對一個特定的移動信道條件預測與比較發射帶寬。多徑信道的接收信號是由發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 無線信道配置的調整原則

根據移動無線信道的配置原則，完成數據的預處理和加窗后，第一應判斷該小區是需要擴容還是縮容，然后計算出其目標配置無線信道數(TCH、SDCCtI)。并根據調整配置后設定的目標擁塞率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。(TCH、SDCCt)，如圖1所示

（一）由小區當前的等效擁塞率CCBLK和小區的現有信道數Nc，根據愛爾蘭公式求得對應的話務量L；

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

4 結束語

無線信道在移動通信中起著關鍵的作用，對未來PCS 的實現是至關重要的。本文從無線信道的時變沖激響應c（T,t）的功率密度譜函數和相關函數出發，研究 WSSUS的無線信道的參數。并對移動無線信道中最復雜的小尺度多徑衰落進行研究，利用統計的信道參數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量的原因，對提高移動通信質量的可行性提供參考。

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