第三章无线信道的统计描述

MIMO信道的统计模型MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）信道是一种在无线通信中使用多个天线进行传输和接收的技术。

MIMO系统可以显著提高通信系统的性能，提供更高的数据传输速率和更好的抗干扰能力。

MIMO信道的统计模型描述了信号在多天线之间传输时的统计特性，以便于系统设计和性能评估。

在MIMO信道的统计模型中，主要包含两个方面的信息：空间相关性和信号传输特性。

1.空间相关性：MIMO信道中的多个天线之间通常存在空间相关性。

这是因为无线信号在传播过程中受到多径效应的影响，信号会经过不同的传播路径到达接收天线，导致信号之间存在相关性。

空间相关性可以用相关矩阵或协方差矩阵来表示，其中的元素表示不同天线之间的相关程度。

2.信号传输特性：MIMO信道的信号传输特性包括信道增益、信道衰落和信噪比等。

信道增益表示信号在信道中的增益或损耗；信道衰落表示信号在传输过程中受到的衰落或干扰；信噪比表示信号与噪声之间的比例，影响了信号的可靠性和性能。

常见的MIMO信道统计模型包括：1.瑞利衰落信道：适用于室内和城市环境下的MIMO信道，其中信号经历了多径传播，信道衰落符合瑞利分布。

2.雷电衰落信道：适用于开阔的地区或农村环境下的MIMO信道，其中信号经历了长程传播，信道衰落符合雷电分布。

3.洛伦兹衰落信道：适用于高速移动通信环境，其中信号受到多径效应和多普勒频移影响，信道衰落符合洛伦兹分布。

4.空间相关MIMO信道：考虑了天线之间的空间相关性，通过相关矩阵或协方差矩阵来描述信道特性。

这些统计模型在无线通信系统的设计、性能分析和信号处理中具有重要作用，可以帮助优化MIMO系统的性能，并提高通信质量和可靠性。

第六章無線通道模型概論6.1 概論：各類訊號從發射端送出之後，在到達接收端之前所經過的所有路徑，我們統稱為通道。

通道對傳送訊號所產生的影響，是各類通訊系統接收機設計的一個關鍵考量。

其中，如果傳送的是無線電訊號，電磁波傳播所經過的路徑，我們特別稱為無線通道。

無線通道可能是很簡單的直線(目視)傳播(Line of Sight, LOS)，也可能會被許多不同的因素所干擾，例如訊號經過建築物、山丘、或者樹葉反射所產生的多重路徑效應(Multipath Effect)，多重路徑效應會造成訊號放大或衰減，最大和最小可以相差30到40 dB；此外，傳送端和接收端的相對運動，會使訊號產生都普勒效應(Doppler Effect)，都普勒效應會使通道的特性隨著時間而改變，增加了訊號品質的不確定性。

對無線通訊系統而言，因為傳播路徑的多樣性與時變性，無線通道的特性便在接收機的設計中，扮演著關鍵的角色。

在無線通訊系統中，無線通道通常是利用通道的統計特性來分析與模擬，各類文獻已經提出相當多的通道模型，一般而言，整個無線通道對訊號所產生的影響，共可分為以下三大部分，它們在一個無線通道中是同時存在的：1.傳播路徑損耗模型(Propagation Path Loss Model)：一般而言，接收訊號的功率或是傳播路徑的損耗，可以視為一個隨機變數，而傳播路徑損耗模型是用來描述接收訊號的平均功率或是傳播路徑的平均損耗，平均功率會隨著傳播距離的增加而減少，而傳播路徑的損耗會隨著距離的增加而增加，因此，這個隨機變數是一個距離的函數，而隨著距離的不同，會有不同的平均值或中間值；2.大尺度傳播模型(Large Scale Propagation Model)：這個模型是用巨觀的角度，來描述訊號在經過較長的距離(或時間)所產生的變化，而此變化是用統計的方式來描述；此模型之中，通常是給定一特定的傳收(Transmitter-Receiver，T-R)距離，然後把接收訊號的強度，當成是一個隨機變數，這個模型通常可以用來估測無線電波的覆蓋區域；3.小尺度傳播模型(Small Scale Propagation Model)：這個模型是用微觀的角度，來描述在很短的距離(或時間)之內，接收訊號功率所呈現快速的變動。

第三章信道与噪声通信原理电子教案第3章信道与噪声学习目标：信道的数学描述方法；恒参信道/随参信道及其传输特性；加性高斯白噪声；信道容量的概念。

重点难点：调制信道模型；编码信道模型；恒参信道对信号传输的影响；加性高斯白噪声；Shannon信道容量公式。

随参信道对信号传输的影响；起伏噪声；噪声等效带宽；连续信道的信道容量“三要素”。

随参信道特性的改善。

课外作业： 3-5，3-11，3-16，3-19，3-20本章共分4讲《通信原理》第九讲知识要点：信道等义、广义信道、狭义信道，调制信道和编码信道。

§3.1 信道定义与数学模型1、信道定义信道是指以传输媒质为基础的信号通道。

信道即允许信号通过，又使信号受到限制和损害。

研究信道的目的：建立传播预测模型；为实现信道仿真器提供基础。

狭义信道仅指信号的传输媒质，这种信道称为狭义信道；广义信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装置，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两类。

有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。

广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。

图3-1 调制信道和编码信道2、信道的数学模型信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性，它对通信系统的分析和设计是十分方便的。

下面我们简要描述调制信道和编码信道这两种广义信道的数学模型。

1. 调制信道模型图3-2 调制信道模型二端口的调制信道模型其输出与输入的关系有一般情况下，可表示为信道单位冲击响应与输入信号的卷积，即或其中，依赖于信道特性。

对于信号来说，可看成是乘性干扰，而为加性干扰。

在实际使用的物理信道中，根据信道传输函数的时变特性的不同可以分为两大类：一类是基本不随时间变化，即信道对信号的影响是固定的或变化极为缓慢的，这类信道称为恒定参量信道，简称恒参信道；另一类信道是传输函数随时间随机快变化，这类信道称为随机参量信道，简称随参信道。