移動(dòng)通信的電波傳輸與干擾

移動(dòng)通信的電波傳輸與干擾1第1頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六第二章移動(dòng)通信的電波傳播與干擾內(nèi)容表征無線電波傳播特征、信道特征電波傳輸特征的估算噪聲、干擾2第2頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六第二章移動(dòng)通信的電波傳播與干擾重點(diǎn)自由空間傳播衰耗噪聲、干擾難點(diǎn)電波傳播衰耗特性的數(shù)字特征任意地形、地物情況下電波傳播衰耗中值的預(yù)測3第3頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六第二章移動(dòng)通信的電波傳播與干擾目的和要求了解電波傳輸特征及信道特征掌握電波傳輸特征的估算了解電波傳輸中的噪聲及干擾4第4頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.1無線電波傳輸特征直射波在自由空間中，電波沿直線傳播而不被吸收，也不發(fā)生反射、折射和散射等現(xiàn)象而直接到達(dá)接收點(diǎn)。自由空間傳播：是指天線周圍為無限大真空時(shí)的電波傳播，為理想傳播條件。電波傳播能量受到損耗，可通過下式來描述5第5頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.1無線電波傳輸特征反射波電波在傳輸過程中，遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面時(shí)，就會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象?？梢詤⒖枷聢D：圖中路徑a與b為反射波路徑，c為直射波路徑。6第6頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.1無線電波傳輸特征障礙物的影響與繞射電波的直射路徑上存在各種障礙物，由障礙物引起的附加傳播損耗稱為繞射損耗。設(shè)障礙物與發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)的相對(duì)位置如圖所示。圖中，x表示障礙物頂點(diǎn)P至直射線TR的距離，稱為菲涅爾余隙。規(guī)定阻擋時(shí)余隙為負(fù)，如圖（a）；無阻擋時(shí)余隙為正，如圖（b）7第7頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.1無線電波傳輸特征大氣中的電波傳播大氣對(duì)電波的折射：大氣折射率引起電波傳播方向發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。視線距離：視線所能到達(dá)的最遠(yuǎn)距離。發(fā)射天線和接收天線高度分別為hT和hR，兩個(gè)天線頂點(diǎn)的連線AB與地面相切于C點(diǎn)?？傻靡暰鄠鞑サ臉O限距離d為：在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下，Re＝8500km，故：8第8頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.2移動(dòng)通信的信道特征多徑衰落由于信號(hào)在傳輸過程中是通過多條路徑實(shí)現(xiàn)的，但是在不同路徑中都有衰落現(xiàn)象，這中衰落稱為多徑衰落。多徑效應(yīng)引起的接收信號(hào)中脈沖寬度擴(kuò)展的現(xiàn)象，稱為時(shí)延擴(kuò)展。兩個(gè)頻率相隔很近的衰落信號(hào)，當(dāng)時(shí)延擴(kuò)展達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，就有可能變得相關(guān)。對(duì)于某一時(shí)延擴(kuò)展值，兩衰落信號(hào)是否相關(guān)取決于兩者的頻率間隔。兩衰落信號(hào)相關(guān)時(shí)的頻率間隔稱為相關(guān)帶寬。9第9頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.2移動(dòng)通信的信道特征陰影效應(yīng)接收的信號(hào)場強(qiáng)會(huì)出現(xiàn)兩種變化：第一種變化是多徑衰落或稱快衰落，在性質(zhì)上屬于微觀變化；第二種變化是隨著車輛的運(yùn)動(dòng)，信號(hào)場強(qiáng)中值也在緩慢地起伏，它起因于建筑物和起伏地形的陰影效應(yīng)，故稱之為地形衰落或慢衰落，服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。隨時(shí)間變化的慢衰落，即由于大氣折射狀況的平緩變化，使得同一地點(diǎn)所收到的中值場強(qiáng)隨時(shí)間而緩慢地變化，服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。10第10頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算地形地物的分類地形的分類準(zhǔn)平滑地形傳播路徑地形剖面圖上，表面起伏高度在20m以下，且起伏緩慢不規(guī)則地形丘陵地形、孤立山岳、傾斜地形、水陸混合地形11第11頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算基站天線有效高度hbhb=htn-hgnhgn：從基站天線架設(shè)點(diǎn)起3～5km距離內(nèi)的平均地面海拔高度Htn：基站天線的海拔高度天線高度均指天線有效高度MS天線有效高度hm有效高度指地面以上的高度12第12頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算地物的分類按地面障礙物的密集程度和屏蔽程度分：開闊地：在電波傳播方向上無高大樹木、建筑物等障礙物，呈開闊狀地面郊區(qū)：移動(dòng)臺(tái)周圍的障礙物不稠密市區(qū)：移動(dòng)臺(tái)周圍的障礙物稠密

13第13頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算準(zhǔn)平滑地形上的電波傳播特性市區(qū)傳播衰減中值的預(yù)測

基本衰耗中值A(chǔ)m(f,d)取決于傳播距離d、工作頻率fAm(f,d)曲線以

hb=200m，hm=3m

為基準(zhǔn)14第14頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六基站天線有效高度增益因子

Hb(hb,d)2.3電波傳播特性的估算15第15頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六MS天線有效高度增益因子

Hm(hm,f)2.3電波傳播特性的估算16第16頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算準(zhǔn)平滑市區(qū)傳播衰減中值L市區(qū)=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)Hb(hb,d)、Hm(hm,f)為增益因子，計(jì)算衰減中值時(shí)取減號(hào)。17第17頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算郊區(qū)、開闊地的衰減中值的預(yù)測郊區(qū)衰減中值的預(yù)測L郊區(qū)=Ls市區(qū)-

Kmr

郊區(qū)修正因子Kmr

18第18頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算開闊地衰減中值的預(yù)測L開闊地=Ls市區(qū)-

Qo(或Qr)Qo為開闊地修正因子Qr為準(zhǔn)開闊地的修正因子

19第19頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算不規(guī)則地形修正因子丘陵地的修正因子地形起伏高度△h：指自接收MS向發(fā)射的基站方向延伸10km的范圍內(nèi)，地形起伏的90%與10%處的高度差丘陵地修正因子分為兩項(xiàng)以△h為參數(shù)而變化的丘陵地修正因子Kh丘陵地微小修正因子Khf主要是考慮在丘陵中，谷底與山峰處的屏蔽作用不同，靠近山峰處，Khf取負(fù)值，靠近山谷處，Khf取正值20第20頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算丘陵地的修正因子21第21頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算孤立山岳的修正因子Kjs電波傳播路徑上有刃形單獨(dú)山岳時(shí)，其背后的場強(qiáng)計(jì)算應(yīng)考慮其繞射衰減繞射衰減修正因子Kjs在山岳高度H為200m時(shí)，以山岳到發(fā)射點(diǎn)的距離d1、到接收點(diǎn)的距離d2為參數(shù)若山岳高度H≠200m，則需乘上高度影響系數(shù)α=0.07，即修正因子變?yōu)椋害罧js22第22頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算孤立山岳的修正因子Kjs23第23頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算斜坡地形的修正因子Ksp在5～10km內(nèi)地形傾斜正斜坡，傾角為+θm負(fù)斜坡，傾角為-θm24第24頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算水陸混合路徑的修正因子KS

以dSR與全距離d的比值為地形參數(shù)水面位于MS一方時(shí)混合路徑修正因子如曲線A(實(shí)線)所示水面位于基站一方時(shí)混合路徑的修正因子如曲線B(虛線)所示當(dāng)水面在傳播路徑中間時(shí)，則取曲線的中間值

25第25頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算水陸混合路徑修正因子KS

26第26頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算其他因素對(duì)電波傳播的影響街道走向修正因子Kaf/Kac

當(dāng)電波傳播方向與街道走向平行在縱向路線上修正因子Kaf為正值，表示場強(qiáng)中值高于基準(zhǔn)場強(qiáng)中值當(dāng)電波傳播方向與街道走向垂直在橫向路線上修正因子Kac為負(fù)值，表示場強(qiáng)中值低于基準(zhǔn)場強(qiáng)中值27第27頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算街道走向修正因子Kaf/Kac28第28頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算建筑物的穿透衰耗Lp各個(gè)頻段的電波穿透建筑物的能力不同不同材料、結(jié)構(gòu)和樓房層數(shù)，其吸收衰耗不同室內(nèi)傳播衰耗：Lb=L0+LpLb為實(shí)際路徑衰耗中值；L0為街心的路徑衰耗中值；Lp為建筑物的穿透損耗Lp隨樓層增高而近似下降29第29頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算植被衰耗由樹木、植被對(duì)電波的吸收作用引起植被衰耗取決于樹木的高度、種類、形狀、分布密度、空氣濕度、季節(jié)變化、工作頻率、天線極化、通過樹林的路徑長度等多方面的因素大片森林對(duì)電波傳播產(chǎn)生的附加衰耗一般垂直極化波比水平極化波的衰耗要稍大些在城市中對(duì)電波傳播引起的衰耗與大片森林不同30第30頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算植被衰耗31第31頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算隧道中的傳播衰耗由于隧道壁的吸收及電波干涉而產(chǎn)生隧道中，中等功率通信設(shè)備間的通信距離，在通常情況下為200m左右，在理想條件下不超過300m當(dāng)通信系統(tǒng)中的一方天線在隧道外時(shí)，通信距離還要大大縮短電波在隧道中的衰耗還與工作頻率有關(guān)頻率越高，衰耗越小當(dāng)隧道出現(xiàn)分支或轉(zhuǎn)彎時(shí)，衰耗會(huì)急劇增加，彎曲度越大，衰耗越嚴(yán)重32第32頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算隧道中的傳播衰耗曲線A為160MHz時(shí)隧道內(nèi)兩半波偶極子天線間傳輸衰耗曲線B為200Ω平衡波導(dǎo)線的衰耗

33第33頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算任意地形地物信號(hào)中值的預(yù)測給定發(fā)射功率，準(zhǔn)平滑市區(qū)接收功率中值PP=Po-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm,f)Po為自由空間傳播條件下的接收信號(hào)功率傳播路徑不是準(zhǔn)平滑的市區(qū)，根據(jù)地形地物修正

Ppe=PP+KT

KT=Kmr+Q0+Qr+Kh+Khf+Kjs+Ksp+Ks根據(jù)地形地物，KT可能是一項(xiàng)或多項(xiàng)

任意地形地物時(shí)，收發(fā)天線間的信號(hào)傳播衰減中值LA=LT+KTLT=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)34第34頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算例1：設(shè)基站天線有效高度為60m，移動(dòng)臺(tái)天線高度為1.5m，工作頻率為900MHz，在準(zhǔn)平滑市區(qū)，通信距離為20km時(shí)，其傳播路徑上的衰減中值為多少？解：自由空間傳播衰耗Lbs=32.45+20lgf+20lgd=32.45+20lg900+20lg20=117.56dB

查圖得Am(f,d)=33dB，Hb(hb,d)=-11dB，Hm(hm,f)=-2.5dB

根據(jù)已知條件，KT=0，則傳播衰耗中值為：

LA=LT=Lbs+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f)

=117.56+33-(-11)-(-2.5)=164.06dB

35第35頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.3電波傳播特性的估算例2：若將例1中的地形改為郊區(qū)，正斜坡地形，且θm=15mrad，其他條件不變，則傳播衰耗中值為多少？解：查圖得Kmr=9dB，Ksp=4dB

根據(jù)地形可得KT=Kmr+Ksp，則傳播衰耗中值為：

LA=LT-Kmr-Ksp

=164.06-9-4=151.06dB36第36頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.4噪聲噪聲的分類及特性來源分類：：內(nèi)部噪聲、自然噪聲和人為噪聲。其中內(nèi)部噪聲是系統(tǒng)設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲；自然噪聲是自然界的噪聲；人為噪聲是人類生產(chǎn)等活動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。噪聲分為六種：①大氣噪聲；②太陽噪聲；③銀河噪聲；④郊區(qū)人為噪聲；⑤市區(qū)人為噪聲；⑥典型接收機(jī)的內(nèi)部噪聲。其中，前五種均為外部噪聲。有時(shí)將太陽噪聲和銀河噪聲統(tǒng)稱為宇宙噪聲。大氣噪聲和宇宙噪聲屬自然噪聲。37第37頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.4噪聲人為噪聲人為噪聲是指各種電氣裝置中電流或電壓發(fā)生急劇變化而形成的電磁輻射，諸如電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、高頻電氣裝置、電氣開關(guān)等所產(chǎn)生的火花放電形成的電磁輻射。人為噪聲主要是車輛的點(diǎn)火噪聲。38第38頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.5干擾同頻道干擾同頻道干擾：所有落在收信機(jī)通頻帶內(nèi)的與有用信號(hào)頻率相同或相近的干擾信號(hào)（非有用信號(hào)）稱為同頻道干擾。射頻保護(hù)比：為減小同頻干擾的影響和保證接收信號(hào)的質(zhì)量，必須使接收機(jī)輸入端的有用信號(hào)電平與同頻道干擾電平之比大于某個(gè)數(shù)值。39第39頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.5干擾同頻道復(fù)用距離

為了提高頻率利用率，在相隔一定距離以外，可以使用同頻道電臺(tái)，稱為同頻道復(fù)用或信道的地區(qū)復(fù)用。同頻道的無線區(qū)相距越遠(yuǎn)，它們之間的空間隔高度越大，同頻道干擾越小，但頻率復(fù)用次數(shù)也隨之降低，即頻率利用率降低。同頻道復(fù)用距離：在進(jìn)行無線區(qū)的頻率分配時(shí)，應(yīng)在滿足一定通信質(zhì)量要求的前提下，確定相同頻率重復(fù)使用的最小距離，該距離稱為同頻道復(fù)用最小安全距離。40第40頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.5干擾同頻道復(fù)用距離

同頻道復(fù)用距離只與以下因素有關(guān)：

1）調(diào)制方式；

2）波傳播特性

3）選用的工作方式?？煞譃橥l單工式或異頻雙工方式；

4）基站覆蓋范圍或小區(qū)半徑r0；

5）要求可靠通信概率。41第41頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.5干擾鄰道干擾鄰頻道干擾：工作在k頻道的接收機(jī)受到工作于頻道的信號(hào)的于擾，即鄰道（頻道）信號(hào)功率落人k頻道的接收機(jī)通頻帶內(nèi)造成的干擾。解決鄰頻道干擾的措施包括：⑴降低發(fā)射機(jī)落人相鄰頻道的干擾功率，即減小發(fā)射機(jī)的帶外輻射；⑵提高接收機(jī)的鄰頻道選擇性；⑶在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，避免相鄰頻道在同一小區(qū)或相鄰小區(qū)內(nèi)使用，以增加同頻道防護(hù)比。42第42頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.5干擾互調(diào)干擾互調(diào)干擾的基本概念及分類

互調(diào)干擾：當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)不同頻率的信號(hào)同時(shí)輸入到非線性電路時(shí)，由于非線性器件的作用，會(huì)產(chǎn)生許多諧波和組合頻率分量，其中與所需信號(hào)頻率ω0相接近的組合頻率分量會(huì)順利地通過接收機(jī)而形成干擾。互調(diào)干擾分為：發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾；接收機(jī)互調(diào)干擾。43第43頁，共47頁，2023年，2月20日，星期六2.5干擾發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾：一部發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)入了另一部發(fā)射機(jī)，并在其末級(jí)