通信技術無線信道

1、第二章 無線信道22.1 電磁波傳播機制2.2 自由空間傳播模型2.3 大尺度衰落模型2.4 小尺度衰落與多徑效應2.5 多徑信道的統(tǒng)計模型3建筑物反射波建筑物反射波繞射波繞射波直達波直達波地面反射波地面反射波42.1 電磁波傳播機制2.1.1 電磁波傳播機制概述n移動無線傳播面臨的是隨時變化的、復雜的環(huán)境。n首先，傳播環(huán)境十分復雜，傳播機理多種多樣。幾乎包括了電波傳播的所有過程，如：直射、繞射、反射、散射。n其次，由于用戶臺的移動性，傳播參數隨時變化，引起接收場強的快速波動。n為此，提出大尺度傳播模型和小尺度傳播模型。52.1 電磁波傳播機制2.1.1 電磁波傳播機制概述電波傳播分為5種形式

2、：1、直射：自由空間傳播2、反射：當電磁波遇到比波長大得多的物體時，發(fā)生反射。反射發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面。3、折射：4、繞射：當發(fā)射機和接收機之間的傳播路由被尖銳的邊緣阻擋時，發(fā)生繞射。62.1 電磁波傳播機制2.1.1 電磁波傳播機制概述5、散射：當電磁波的傳播路徑上存在小于波長的物體、并且單位體積內這種障礙物體的數目非常巨大時，發(fā)生散射。散射發(fā)生在粗糙表面、小物體或其它不規(guī)則物體，如：樹葉、街道標志和燈柱等。移動通信中，1和5項可以合并考慮，不考慮折射。電波傳播損耗習慣分為：1、傳播路徑損耗2、陰影衰落3、多徑衰落7阻擋體阻擋體 反射反射（引起多徑衰落）（引起多徑衰落）比傳輸波長

3、比傳輸波長大的多的物體大的多的物體 繞射繞射尖利邊緣尖利邊緣 散射散射粗糙表面粗糙表面8直射波。在發(fā)射天線周邊無阻擋的空間范圍內，直射波。在發(fā)射天線周邊無阻擋的空間范圍內，發(fā)射電波經直線傳播直接到達接收天線，形成直發(fā)射電波經直線傳播直接到達接收天線，形成直射波射波(又稱直接波又稱直接波)。很顯然，直射波較其他傳播。很顯然，直射波較其他傳播方式傳播距離短、幅度強。方式傳播距離短、幅度強。反射波。當電磁波遇到比波長大得多的物體時，反射波。當電磁波遇到比波長大得多的物體時，發(fā)生反射。反射發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁發(fā)生反射。反射發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面。由于地形地物的復雜性，通常電波的反射表

4、面。由于地形地物的復雜性，通常電波的反射路徑可能不止一條。路徑可能不止一條。9繞射波。當接收機和發(fā)射機之間的無線路徑被地形地物阻擋時，在地繞射波。當接收機和發(fā)射機之間的無線路徑被地形地物阻擋時，在地形地物的背面會形成繞射，即有部分電波繞至阻擋物的背面，此時接形地物的背面會形成繞射，即有部分電波繞至阻擋物的背面，此時接收場強衰減非常迅速，但繞射場依然存在并常常具有足夠的強度。繞收場強衰減非常迅速，但繞射場依然存在并常常具有足夠的強度。繞射波的強度受傳播環(huán)境影響很大，且頻率越高，繞射信號越弱。射波的強度受傳播環(huán)境影響很大，且頻率越高，繞射信號越弱。散射：當電磁波的傳播路由上存在小于波長的物體、并且

5、單位體積內散射：當電磁波的傳播路由上存在小于波長的物體、并且單位體積內這種障礙物體的數目非常巨大時，發(fā)生散射。散射發(fā)生在粗糙表面、這種障礙物體的數目非常巨大時，發(fā)生散射。散射發(fā)生在粗糙表面、小物體或其它不規(guī)則物體，如：樹葉、街道標志和燈柱等。小物體或其它不規(guī)則物體，如：樹葉、街道標志和燈柱等。實際情況下，移動通信電波傳播是直射波、反射波、繞射波、散射波實際情況下，移動通信電波傳播是直射波、反射波、繞射波、散射波等多種傳播方式的合成，即接收信號是經多條傳播路徑到達的幅度和等多種傳播方式的合成，即接收信號是經多條傳播路徑到達的幅度和相位均不相同的多個信號的合成，正因為如此，造成了移動信道具有相位均

6、不相同的多個信號的合成，正因為如此，造成了移動信道具有多徑衰落、陰影效應、多普勒頻移等顯著特征。多徑衰落、陰影效應、多普勒頻移等顯著特征。10衰落多徑衰落多徑環(huán)境環(huán)境時間接收信號強度發(fā)射信號11衰落發(fā)射數據發(fā)射數據-40-35-30-25-20-15-10-50dB接收數據接收數據122.1 電磁波傳播機制2.1.2 電磁波傳播環(huán)境電波傳播受地形結構和人為環(huán)境的影響，無線傳播環(huán)境直接決定傳播模型的選取。影響環(huán)境的主要因素： 自然地形（高山、丘陵、平原、水域） 人工建筑的數量、分布、材料特性 該區(qū)域植被特征 天氣狀況 自然和人為的電磁噪聲狀況132.1 電磁波傳播機制2.1.2 電磁波傳播環(huán)境無

7、線電波受地形和人為環(huán)境的影響很大，高山、丘陵等自然地形，和人工建筑等都影響電波的傳播特性，除此之外天氣和時間因素也是影響電波傳播的因素例如，晚上電離層相對穩(wěn)定，所以短波電臺收音效果好就是一個示例。142.1 電磁波傳播機制2.1.3 地形分類準平滑地形準平滑地形表面起伏平緩，起伏高度小于等于20米的地形不規(guī)則地形不規(guī)則地形除了準平滑地形之外的其余地形，可按狀態(tài)分為：丘陵地形、孤立山岳、傾斜地形、水陸混合地形等RTTR152.2 自由空間傳播模型n什么叫自由空間？自由空間是指充滿均勻、線性、各向同性理想介質的無限大空間，是一種理想情況。如衛(wèi)星的電波傳播就很接近自由空間的傳播條件：無任何衰減、無任

8、何阻擋、無任何多徑的傳播空間。n無線電波在自由空間傳播時，其單位面積中的能量會因為擴散而減少。這種減少，稱為自由空間的傳播損耗。162.3 大尺度衰落模型2.3.1 大尺度衰落模型概述大尺度衰落模型大尺度衰落模型: :T-R 之間大距離主要傳播機制:反射信號強度衰減隨傳播距離而成陰影分布對數正態(tài)陰影模型圍繞一均值緩慢變化172.3 大尺度衰落模型2.3.2 大尺度衰落模型分類n自由空間傳播n地面反射(雙線)n刃形繞射n室外傳播模型n室內傳播模型182.4 小尺度衰落與多徑效應2.4.1小尺度衰落概述小尺度衰落模型T-R之間小距離人口密集城市地區(qū)主要傳播機制:散射多徑,不同時延到達接收機,信號強

9、度衰落 信號幅度的衰減呈 Rayleigh, Ricean分布圍繞均值快速波動192.4 小尺度衰落與多徑效應2.4.1小尺度衰落概述小尺度多徑衰落傳播模型描述移動臺在極小范圍內移動時，短距離或短時間上接收場強的快速變化，用于確定移動通信系統(tǒng)應該采取的技術措施。n小尺度傳播的主要效應：小尺度傳播的主要效應：信號強度的快速變化l時變引起的多普勒頻移l多徑引起的延時擴展202.4 小尺度衰落與多徑效應2.4.2 影響小尺度衰落的因素多徑傳播移動臺的運動速度多普勒頻移環(huán)境物體的運動速度信號的傳輸帶寬信號帶寬大于信道帶寬，接收失真。結論：小尺度信號強度和短距傳輸后信號模糊的可能性與多徑信道的特定幅度、時延和傳輸信號的帶寬有關。2110、無線信道的3類損耗1）路徑傳播損耗2）慢衰落損耗3）快衰落損耗：廣義， 分時間、空間和頻率選擇性11、無線信道4種主要效應1）陰影效應2）遠近效應223）多徑效應：以強壓弱4）多普勒效應：高于70km/h時考慮12、實際移動通信中3類選擇性衰落產生的條件1）第一類多徑干擾