《无线通信基本原理》ppt课件

1、 无线通讯根本原理无线通讯根本原理 1.无线电波传播的根底实际无线电波传播的根底实际 2.挪动通讯根本原理挪动通讯根本原理 华信邮电咨询设计研讨院华信邮电咨询设计研讨院 无线设计研讨院无线设计研讨院1.1.无线电波传播的根底实际无线电波传播的根底实际无线传播根本原理电波传播方式：无线传播根本原理电波传播方式： Free- space propagati onSi gnal strength decreasesexponenti al l y wi th di stancespecul ar refl ecti ondi ffuse refl ecti on Refl ecti onSpecul

2、 ar Refl ecti onam pl i tude: A - *A ( - pol ari sati on: m ateri al dependant phase shi ftDi ffuse Refl ecti on.am pl i tude: A - *A ( random phasepol ari sati on : randomD 无线传播根本原理电波传播方式：无线传播根本原理电波传播方式： Absor pt i onheavy ampl i t udeat t enuat i on mat er i aldependant phase shi f t sdepol ar i s

3、at i on Di f f r act i onwedge- modelkni f e edgemul t i pl e kni f e edgesAA - 5.30 dB 无线传播根本原理频谱划分无线传播根本原理频谱划分 通常无线电波所指的是从极低频10KHz到极超高频的顶点300GHzGiga Hertz。通常划分成八个区域，参看下表：符号(中译名)频率范围相当米制划分VLF(甚低频)3至30kHz万米波LF(低频)30到300kHz千米波MF(中频)300至3 000kHz百米波HF(高频)3至30MHz十米波VHF(甚高频)30至300MHz米波UHF(超高频)300至3000MHz

4、分米波(十分之一米波)SHF(特高频)3至30GHz厘米波(百分之一米波)EHF(极高频)30至300GHz毫米波(千分之一米波)挪动通讯系统中频段的划分为：挪动通讯系统中频段的划分为：E-GSM900GSM1800CDMA-800885-915MHz(MS)1710-1755MHz(MS)825-835MHz (MS)930-960MHz(BS)1805-1850MHz(BS)870-880MHz (BS)3G-FDD3G-TDD1920-1980MHz (MS)1880-1920MHz 2110-2170MHz (BS)2010-2025MHz 由上表可以看出挪动通讯频段位于由上表可以看出

5、挪动通讯频段位于UHF频段范围内，是以频段范围内，是以空间波的方式进展传输的。空间波的方式进展传输的。无线传播根本原理频谱划分无线传播根本原理频谱划分无线传播根本原理传播途径无线传播根本原理传播途径 在UHF频段，从发射机到接纳机的电磁波的主要传播方式是直射和散射，即视距直线传播以及从建筑物平面反射或从人工、自然物体折射。 在典型的蜂窝挪动通讯环境中，挪动台普通比基站天线矮很多，接纳机与发射机之间的直达途径往往被建筑物或其他物体所妨碍。所以，在蜂窝基站与挪动台之间的通讯不一定是经过直达途径，而是经过许多其他途径完成的。无线传播根本原理传播途径无线传播根本原理传播途径多径多径时间接纳信号强度发射

6、信号无线传播环境信号衰落无线传播环境信号衰落快衰落： 大量传播途径的存在就产生了所谓的多径景象，其合成波的幅度和相位随挪动台的运动产生很大的起伏变化，这就是所谓的快衰落或多径衰落，由于其电场强度概率函数是服从瑞利分布，也称为瑞利衰落。 合成波的振幅和相位随挪动台的运动起伏变化很大 ，衰落的振幅、相位、角度随机。无线传播环境信号衰落无线传播环境信号衰落快衰落无线传播环境信号衰落无线传播环境信号衰落 慢衰落： 挪动台接纳的信号除瞬时出现快速瑞利衰落外，其场强中值随着地域位置改动出现较慢的变化，这就是所谓的慢衰落或阴影衰落，慢衰落的场强中值服从对数正态分布。电波传播途径上遇有高大建筑物、树林、地形起

7、伏等妨碍物的阻挠，就会产生电磁场的阴影。衰落深度与与位置/地点相关，衰落的速度取决于挪动台挪动的速度。无线传播环境信号衰落无线传播环境信号衰落慢衰落无线传播环境信号衰落无线传播环境信号衰落间隔间隔(m)接纳功率接纳功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落 总的来说，在蜂窝环境中有两种影响：第一种是多径，从建筑物外表或其他物体反射、散射而产生的短期衰落；第二种是直接可见途径产生的主要信号强度的缓慢变化，即长期场强变化。也就是说，信道任务于符合瑞利分布的快衰落并叠加有信号幅度满足对数正态分布的慢衰落。无线传播环境信号衰落无线传播环境信号衰落 抗快衰落主要措施分集 时间分

8、集 空间分集 频率分集 极化分集 抑制慢衰落的主要方法是加大发射功率，提高接纳灵敏度，宏观分集等。无线传播环境传播损耗无线传播环境传播损耗 在研讨传播时，特定接纳机功率接纳的信号电平是一个主要特性。由于传播途径和地形干扰，传播信号减小，这种信号减小称为传播损耗。 自在空间的传播损耗可以由下式表示： 其中f为频率(MHz)，d为间隔(km)。上式与间隔d，频率f成反比，当间隔或频率添加一倍时，自在空间的途径损耗添加6dB(信号场强衰减4倍。)log(20)log(204 .32kmMHzpdfL无线传播环境传播损耗无线传播环境传播损耗 当知频率f还可以简化上式： 式中2。称为途径损耗倾斜因子。在

9、实践的信号空间传播中，地形、信号在不同介质上的绕射、反射、穿透都会导致不同的传播损耗，不同环境下的取值范围：)log(100kmpdLL环境路径损耗倾斜因子自由空间2市区蜂窝环境2.73.5市区阴影蜂窝环境35室内视距1.61.8室内非视距46无线传播环境传播损耗无线传播环境传播损耗25 dB/dec30 dB/dec20 dB/dec40 .50 dB/decpath loss 电波传播受地形构造和人为环境的影响，无线传播环境直接决议无线传播方式。影响无线电波传播方式的主要要素有： 自然地形高山、丘陵、平原、水域 人工建筑的数量、分布、资料特性 植被特征 天气情况无线传播环境传播损耗无线传播

10、环境传播损耗无线传播模型和校正无线传播模型和校正 随着网络规模的扩展，对通讯质量要求的提高，网络规划、覆盖预测已不能够靠手工运算来完成。经过计算机运用传播模型就可以很好的处理这一问题。经过模型进展预测可以得到误差在10dB以内的途径损耗的本地均值。 挪动通讯中用到的传播模型有很多,常见的有： Hata-Okumura模型 Walfisch-Ikegami模型 Planet通用模型不同的模型有不同的特点，有各自的适用范围。无线传播模型和校正无线传播模型和校正 PlaNET通用模型由下面的方程确定： L (dB) = PTX - PRX = - K1 - K2 d - K3 (Heff) - K4

11、 (Diffraction)- K5 (Heff) d - K6 (Hmeff) - Kclutter 式中, PRX为接纳功率dBm;PTX为发射功率dBm;K1为偏置常量(dB; K2为间隔衰减常数;K3为基站天线高度补偿修正系数;K4为多重绕射损耗修正系数;K5为 (Heff) d多重修正因子;K6为挪动台天线有效高度增益修整因子;d为基站到挪动台之间的间隔m; Heff为基站天线有效高度m; K4(Diffraction)为有妨碍物阻挠时的绕射途径损耗;Kclutter为地貌衰减系数dB; Hmeff为挪动台天线有效高度.无线传播模型和校正无线传播模型和校正 传播模型用于预测地形、妨碍

12、物及人为环境对传播模型用于预测地形、妨碍物及人为环境对无线电波传播中途径损耗的影响。无线电波传播中途径损耗的影响。 传播模型是挪动通讯网小区规划的根底。采用模传播模型是挪动通讯网小区规划的根底。采用模型的价值就是在保证精度的同时节省了人力、费型的价值就是在保证精度的同时节省了人力、费用和时间。用和时间。2.2.挪动通讯根本原理挪动通讯根本原理一、蜂窝实际二、网络构造三、多址技术四、概念辨析NoImage蜂窝实际蜂窝实际 挪动通讯网是由大区制演化成蜂窝构造的。在大区制条件下，用户少，话务量低，频率相对丰富。大区制的网络由一个基站，功放输出较大功率，覆盖一定的区域。在此区域内，运用信道组f1、f2

13、、f3.fn。蜂窝实际蜂窝实际随用户增多，话务量增大，网络容量的添加，原来信道组f1,f2.fn)不能满足需求，采用的方法是频率复用蜂窝实际蜂窝实际网络无线设计时，将基站发射功率降 低，每一个基站覆盖 范围减少，原 先由一个基站覆盖的区域，如今由多个基站覆盖，整个网络图好像蜂窝普通。蜂窝实际蜂窝实际挪动通讯根本原理挪动通讯根本原理一、蜂窝实际二、网络构造三、多址技术四、概念辨析NoImage网络构造网络构造MSBTSBTSBSCBSSOMCMSC/VLRNMCEIRHLR/AUCDPPSPCSSEMCOSSPSTNISDNPDNNSS网络构造网络构造网络构造网络构造BTSBSCMSC/VLRB

14、SC其它其它MSCBTSBTSBTSA接口接口Abis接口接口Um接口接口1:鉴权2:确认3:登记4:业务权限HLR/AC网络构造网络构造3G3G网络构造网络构造3G3G 功能上，3G网络单元可以分为无线接入网络Radio Access Network，RAN和中心网Core Network，CN。 其中无线接入网络用于处置一切与无线有关的功能，而CN处置UMTS系统内一切的语音呼叫和数据衔接与外部网络的交换和路由。上述的两个单元和用户设备User Equipent，UE一同构成了整个UMTS系统。网络构造网络构造3G3G挪动通讯根本原理挪动通讯根本原理一、蜂窝实际二、网络构造三、多址技术四、

15、概念辨析NoImage挪动通讯系统的多址方式挪动通讯系统的多址方式FDMA TDMA CDMA SDMA 挪动通讯系统必需尽能够有效利用分配的频率。由于频率资源是有限的，将有限的资源为更多的挪动用户效力是挪动通讯技术不断更新开展的主题。挪动通讯系统正在采用或研制 FDMA、TDMA、CDMA和SDMA多址方式。 FDMA FDMA信道每次只能传送一路，假设一个信道每次只能传送一路，假设一个FDMA信道被分信道被分配为话音信道，但没有运用，并且处于空闲形状，它不配为话音信道，但没有运用，并且处于空闲形状，它不能被其他用户运用。能被其他用户运用。 在分配成语音信道后，基站和挪动台就会同时地延续不在

16、分配成语音信道后，基站和挪动台就会同时地延续不断地发射断地发射 FDMA通常是窄带系统，通常是窄带系统，TACS为代表，每信道为代表，每信道25kHz带带宽宽 FDMA比比TDMA简单，同步和组帧比特少，系统开销小简单，同步和组帧比特少，系统开销小 FDMA需求准确的需求准确的RF滤波器，需求双工器单天线滤波器，需求双工器单天线 非线性效应：许多信道共享一个天线，功率放大器的非非线性效应：许多信道共享一个天线，功率放大器的非线性会产生交调频率线性会产生交调频率IM，产生额外的，产生额外的RF辐射辐射时间频率FDMAFDMA：Frequency Division Multiple Access频

17、分多址 TDMA 多个用户共享一个载波频率，分享不同时隙多个用户共享一个载波频率，分享不同时隙 TDMA系统的数据传送是不延续的，是分组发射，可以封系统的数据传送是不延续的，是分组发射，可以封锁不延续发送，可以利用空闲时隙监听其他基站，实现锁不延续发送，可以利用空闲时隙监听其他基站，实现切换处置切换处置 即使运用即使运用FDD方式也无需双工器方式也无需双工器 可以按照不同的用户提供不同的带宽可以按照不同的用户提供不同的带宽 TDMA的效率是指发射的数据中信息所占的百分比的效率是指发射的数据中信息所占的百分比 质量控制经过频率规划来实现质量控制经过频率规划来实现频率时间TDMATDMA：Time

18、 Division Multiple Access时分多址CDMA：Code Division Multiple Access 码分多址频率时间码字CDMA一切用户在同一时间、同一频段上、根据编码获一切用户在同一时间、同一频段上、根据编码获得业务信道得业务信道SDMA(Space Division Multiple Access)：空分多址：空分多址 SDMA 即在一样时隙、一样频率或一样地址码的情况下，可以根据信号不同的中间传播途径而区分。SDMA是一种信道增容方式，例如空分码分多址SD-CDMA。 波束构成天线采用智能天线，基站的智能天线构成多个波束覆盖整个小区，智能天线可定位于每个MS。

19、MSMSMSBTS挪动通讯根本原理挪动通讯根本原理一、蜂窝实际二、网络构造三、多址技术四、概念辨析NoImagea)a)话务量概念话务量概念 话务量的严厉定义应该叫做话务强度，是系统业务多少的度量，它与单位时间普通取忙时1小时内的呼叫次数n及呼叫占用信道的平均时间T成正比。 A=nT/3600 系统忙时话务量A表示系统的忙碌程度，又称话务负荷，单位为爱尔兰Erlang，用符号Erl表示。T以秒为单位。话务量概念话务量概念 平均用户忙时话务量指一天中话务量最忙时间平均每个用户的来话和去话话务量之和。在计算信道数时采用忙时话务量可以保证除忙时以外的其它时间的无线信道呼损率明显低于忙时的目的，这是为

20、了坚持一定的效力质量等级所必需的。 话务量概念爱尔兰话务量概念爱尔兰B B表表在话务实际中，爱尔兰B函数最符合多信道共用系统的实践情况，它有如下假设： 1、系统的信道数N为有限值，用户数MN。 2、单位时间内的呼叫次数与系统的用户数无关，是一个独立常数。 3、用户发出呼叫后，没有空闲信道那么放弃呼叫要求。 4、通话时间长度的概率分布服从指数规律。话务量概念爱尔兰话务量概念爱尔兰B B表表对于这样的系统，N个信道中有K个信道同时被占用的概率为 Pk=(Ak/k!)/(Ai/i!) i从1到N其中k=1,2,3,.,N。当N个信道都被占用时，再呼叫就会呼损，所以N个信道同时被占用的概率就等效为呼损

21、率GOS:Grade of service)，即 PN=(AN/N!)/(Ai/i!)=B i从1到N 上式称为爱尔兰公式话务量概念爱尔兰话务量概念爱尔兰B B表表 根据上式可以得到呼损率B、与话务量A及信道数N之间的关系，得到爱尔兰B表。在爱尔兰B表中，当知话务量和呼损率时，可由该表查出需求的信道数；知信道数N和呼损率时，可由该表求得N个信道所负荷的话务量。话务量概念爱尔兰话务量概念爱尔兰B B表表b) dBb) dB概念引见概念引见 dBmdBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：为：10lgP10lgP功率值功率值/1mw/1mw。 dBi dBi 和和dBddBd dBidBi和和dBddBd