第二章移動通信信道一詳解演示文稿

第二章移動通信信道一詳解演示文稿本文檔共30頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分優(yōu)選第二章移動通信信道一本文檔共30頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分無線電波的傳播機(jī)制自由空間（無阻擋物）：視距傳播LOS

(line-of-sight)存在阻擋物（多條路徑）:反射：當(dāng)電磁波遇到比波長大得多的物體時，會發(fā)生反射繞射：當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時，會發(fā)生繞射散射：當(dāng)波穿行的介質(zhì)中存在小于波長的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個數(shù)非常巨大時，會發(fā)生散射。2.1概述本文檔共30頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.1概述研究傳播特性的基本方法理論分析即用電磁場理論或統(tǒng)計理論分析電波在移動環(huán)境中的傳播特性，并用各種模型來描述移動信道?，F(xiàn)場電波傳播實測即在不同的傳播環(huán)境中，做電波傳播試驗。測試參數(shù)包括接收信號幅度、時延以及其它反映信道特征的參數(shù)。計算機(jī)模擬即利用計算機(jī)強(qiáng)大的計算能力，快速靈活地模擬各種移動環(huán)境。該方法可彌補(bǔ)前兩種方法的不足。

本文檔共30頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.1概述無線信道對傳輸信號作用的三級模型路徑損耗長程范圍(公里)內(nèi)平均信號電平取決于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離陰影效應(yīng)短程范圍內(nèi)平均信號電平在50100波長距離內(nèi)平均得到由地形或人造障礙引起多徑衰落來自不同方向不同長度路徑信號引起的干擾信號包絡(luò)在幾個波長間距內(nèi)的變化幅度可達(dá)30dB小尺度衰落大尺度衰落本文檔共30頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分移動信道中無線傳播分類

大尺度路徑損耗描述收發(fā)信機(jī)之間長距離上的場強(qiáng)變化，其傳播模型用于預(yù)測無線覆蓋范圍。

不同環(huán)境使用不同的傳播模型。描述收發(fā)信機(jī)之間短距離或短時間內(nèi)接收信號快速波動的傳播模型

小尺度衰落本文檔共30頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分第二章移動通信信道2.1 概述2.2 大尺度傳播特性2.3 小尺度傳播特性本文檔共30頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.2大尺度傳播模型何為傳播模型？電波傳播損耗預(yù)測模型作用——預(yù)測接收信號的中值場強(qiáng)(信號覆蓋范圍)影響因素地形環(huán)境特征（地形地貌、建筑物高度和密度、街道分布）信號傳播參數(shù)（信號頻率、天線高度等）本文檔共30頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.2大尺度傳播模型傳播模型類型自由空間傳播模型（視距傳播—直射波，介電系數(shù)為1的均勻無吸收媒質(zhì)）非自由空間傳播模型（有阻擋—反射波、繞射波、散射波）本文檔共30頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.2大尺度傳播模型–自由空間自由空間傳播模型

自由空間均勻無損耗的無限大空間。各向同性。電導(dǎo)率為0，相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率為1。傳播損耗本質(zhì)：球面波在傳播過程中，隨著傳播距離增大，電波能量在擴(kuò)散過程中所引起的球面波擴(kuò)散損耗。接收天線所捕獲的信號功率是發(fā)射天線輻射功率的很小部分。2.2大尺度傳播模型–自由空間本文檔共30頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.2大尺度傳播模型–自由空間模型適用范圍接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間是完全無阻隔的視距路徑LOS。僅當(dāng)視距大于發(fā)射天線遠(yuǎn)場距離時適用。距發(fā)射機(jī)d處天線的接收功率數(shù)學(xué)表達(dá)式（Friis公式）

其中，Pt為發(fā)射功率，亦稱有效發(fā)射功率；Pr(d)是接收功率，為T-R距離的冪函數(shù)；Gt是發(fā)射天線增益；Gr是接收天線增益；d是T-R間距離；L是與傳播無關(guān)的系統(tǒng)損耗因子；λ為波長。（2-9）本文檔共30頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.2大尺度傳播模型–自由空間自由空間傳播模型

距發(fā)射機(jī)d處天線的接收功率物理意義

—與d2成反比→距離越遠(yuǎn)，衰減越大。

—與λ2成正比（與f2成反比）→頻率越高，衰減越大。

—綜合損耗L(L>=1)通常歸因于傳輸線衰減、濾波損耗和天線損耗，L＝1則表明系統(tǒng)硬件中無損耗。本文檔共30頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.2大尺度傳播模型–自由空間自由空間傳播模型

路徑損耗表示信號衰減，單位為dB的正值。為有效發(fā)射功率和接收功率之間的差值，如下表示：自由空間傳播損耗：[Ls]=32.44+20lgd+20lgf本文檔共30頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.2大尺度傳播模型–大氣中1、大氣折射

低層大氣并不是均勻介質(zhì)－折射與吸收當(dāng)一束電波通過折射率隨高度變化的大氣層時，由于不同高度上的電波傳播速度不同，從而使電波射束發(fā)生彎曲。大氣折射對電波傳播的影響，在工程上通常用“地球等效半徑”來表征，也就是認(rèn)為電波依然按直線方向行進(jìn)，只是地球的實際半徑變成了等效半徑。實際半徑是6370km,等效地球半徑為8500km。本文檔共30頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.2大尺度傳播模型–大氣折射2、視線傳播極限距離

本文檔共30頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.2大尺度傳播模型–非自由空間非自由空間下，收發(fā)信機(jī)之間有障礙物，到達(dá)接收機(jī)的信號將受到反射、繞射、散射等多種因素影響，則信號的傳播模型隨不同環(huán)境而不一樣。繞射——需附加繞射損耗(p.17-18)反射、散射——最簡單的例子雙線模型本文檔共30頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.2大尺度傳播模型–非自由空間繞射使得無線電信號可以傳播到阻擋物后面。繞射可用惠更斯原理解釋波前上的所有點(diǎn)可作為產(chǎn)生次級波的點(diǎn)源，這些次級波組合起來形成傳播方向上新的波前。當(dāng)電波到達(dá)阻擋物的邊緣時，由次級波的傳播進(jìn)入陰影區(qū)。繞射損耗：在實際情況下，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。x表示障礙物頂點(diǎn)至直射線的距離，稱為菲涅爾余隙。規(guī)定阻擋時余隙為負(fù)，無阻擋時余隙為正。

2.2.1繞射本文檔共30頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.2大尺度傳播模型–非自由空間菲涅爾區(qū)指從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的次級波路徑長度比總的視距長度大nλ/2的連續(xù)區(qū)域（即圖中的圓環(huán)）。菲涅爾區(qū)中相鄰的同心圓之間的路徑差為λ/2，則兩條路徑的相位差為。從連續(xù)費(fèi)涅爾區(qū)傳播出去的次級波對總的接收信號交替產(chǎn)生增加和減小合成信號的作用。

第n個費(fèi)涅爾區(qū)同心的半徑可用以下公式表示:本文檔共30頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.2大尺度傳播模型–非自由空間x/x1＞0.5時附加損耗為0dB。x/x1<0時損耗急劇增加。x/x1=0時TR射線從障礙物頂點(diǎn)擦過，損耗為6dB。在選擇天線高度時，根據(jù)地形盡可能使服務(wù)區(qū)內(nèi)各處的菲涅爾區(qū)余隙x/x1＞0.5x1即為r1本文檔共30頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.2大尺度傳播模型–非自由空間反射波：當(dāng)電波傳播中遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面時，如果尺寸比電波波大大得多時會產(chǎn)生鏡面反射。θ0hrhtdELOSEiEr=EgT()R()ETOT=ELOS+Egθθ0hrhtdELOSEiEr=EgT(發(fā)射機(jī))R(接收機(jī)ETOT=ELOS+Egiθ0hrhtdELOSEiEr=EgT()R(ETOT=ELOS+Egll本文檔共30頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.2大尺度傳播模型–非自由空間地面反射模型（雙線或兩徑傳播模型）：

視距和地面反射的路徑差Δ為：當(dāng)T－R距離d遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于ht+hr時，上式可使用泰勒級數(shù)進(jìn)行近似簡化：

本文檔共30頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分接收功率近似公式：

接收功率隨T-R之間距離的4次方而衰減。接收信號的強(qiáng)度可以通過增加天線高度而增加。2.2大尺度傳播模型–非自由空間PL(dB)=40logd–(10logGt+10logGr+20loghr+20loght)rtt422rtdhhGGPrp==KPtd4路徑損耗為：

PL(dB)=40logd–K本文檔共30頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分實際移動環(huán)境中，接收信號比單獨(dú)反射和繞射模型預(yù)測的要復(fù)雜，這是因為當(dāng)電波遇到粗糙表面時，發(fā)生散射作用，這就給接收機(jī)提供了額外的能量。大多數(shù)情況都是空間傳播損耗、反射、繞射、散射等多種因素的綜合。不同環(huán)境傳播模型不同(p36-44)預(yù)測接收點(diǎn)的信號場強(qiáng)，即預(yù)測無線信號的覆蓋范圍，是研究傳播模型的主要目的接收信號的概率密度函數(shù)呈對數(shù)正態(tài)分布2.5大尺度傳播模型–特點(diǎn)本文檔共30頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分第二章移動通信信道2.1 概述2.2 大尺度傳播特性2.3 小尺度傳播特性本文檔共30頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分2.3小尺度衰落---多徑傳播特性2.3.1概述

1、移動信道的時變特性

無線電信號通過移動信道時會遭受來自不同途徑的衰減損耗。

自由空間傳播損耗與彌散

陰影衰落系統(tǒng)設(shè)計

多徑衰落抗衰落技術(shù)本文檔共30頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分小尺度衰落的定義：描述無線信號在短時間或短距離傳播時幅度的瞬時變化，以致大尺度路徑損耗的影響可以忽略不計小尺度衰落的成因：由同一傳輸信號沿兩個或多個路徑傳播，以微小的時間差到達(dá)接收機(jī)的信號相互干涉所引起的。

小尺度衰落效應(yīng)短距或短時傳播后信號強(qiáng)度的急速變化。不同多徑信號上，存在時變的多普勒頻移。多徑傳播時延引起的擴(kuò)展（回音）。2.3小尺度衰落---多徑傳播特性多徑傳播是陸地移動通信系統(tǒng)的主要特征。本文檔共30頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分通常在移動通信系統(tǒng)中，基站用固定的高天線，移動臺用接近地面的低天線?；咎炀€通常高30m，可達(dá)90m；移動臺天線通常為2～3m以下。移動臺周圍的區(qū)域稱為近端區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的物體造成的反射是造成多徑效應(yīng)的主要原因。離移動臺較遠(yuǎn)的區(qū)域稱為遠(yuǎn)端區(qū)域，在遠(yuǎn)端區(qū)域，只有高層建筑、較高的山峰等的反射才能對該移動臺構(gòu)成多徑。

2.3小尺度衰落---多徑傳播特性本文檔共30頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分影響小尺度衰落的因素

多徑傳播移動臺的運(yùn)動速度環(huán)境物體的運(yùn)動速度信號的傳輸帶寬

多普勒頻移

成因：路程差造成的接收信號相位變化值，進(jìn)而產(chǎn)生多普勒頻移。后果：信號經(jīng)不同方向傳播，其多徑分量造成接收機(jī)信號的多普勒擴(kuò)展，進(jìn)而增加信號帶寬。2.3小尺度衰落---多徑傳播特性多普勒頻移本文檔共30頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期三\11點(diǎn)49分

數(shù)學(xué)公式由路程差造成的接收信號相位變化值為：

由此可得出頻率變化值，即多普勒頻移fd為：含義：多普勒頻移與移動臺運(yùn)動速度及移動臺運(yùn)動方向與無線電波入射方向之間的夾角有關(guān)。2.3小尺度衰落---多徑傳播特性多普勒頻移本文檔共30頁；當(dāng)前第29頁；編