第二章移动通信信道一详解演示文稿

第二章移动通信信道一详解演示文稿本文档共30页；当前第1页；编辑于星期三\11点49分优选第二章移动通信信道一本文档共30页；当前第2页；编辑于星期三\11点49分无线电波的传播机制自由空间（无阻挡物）：视距传播LOS

(line-of-sight)存在阻挡物（多条路径）:反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，会发生反射绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时，会发生绕射散射：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，会发生散射。2.1概述本文档共30页；当前第3页；编辑于星期三\11点49分2.1概述研究传播特性的基本方法理论分析即用电磁场理论或统计理论分析电波在移动环境中的传播特性，并用各种模型来描述移动信道。现场电波传播实测即在不同的传播环境中，做电波传播试验。测试参数包括接收信号幅度、时延以及其它反映信道特征的参数。计算机模拟即利用计算机强大的计算能力，快速灵活地模拟各种移动环境。该方法可弥补前两种方法的不足。

本文档共30页；当前第4页；编辑于星期三\11点49分2.1概述无线信道对传输信号作用的三级模型路径损耗长程范围(公里)内平均信号电平取决于发射机与接收机之间的距离阴影效应短程范围内平均信号电平在50100波长距离内平均得到由地形或人造障碍引起多径衰落来自不同方向不同长度路径信号引起的干扰信号包络在几个波长间距内的变化幅度可达30dB小尺度衰落大尺度衰落本文档共30页；当前第5页；编辑于星期三\11点49分移动信道中无线传播分类

大尺度路径损耗描述收发信机之间长距离上的场强变化，其传播模型用于预测无线覆盖范围。

不同环境使用不同的传播模型。描述收发信机之间短距离或短时间内接收信号快速波动的传播模型

小尺度衰落本文档共30页；当前第6页；编辑于星期三\11点49分第二章移动通信信道2.1 概述2.2 大尺度传播特性2.3 小尺度传播特性本文档共30页；当前第7页；编辑于星期三\11点49分2.2大尺度传播模型何为传播模型？电波传播损耗预测模型作用——预测接收信号的中值场强(信号覆盖范围)影响因素地形环境特征（地形地貌、建筑物高度和密度、街道分布）信号传播参数（信号频率、天线高度等）本文档共30页；当前第8页；编辑于星期三\11点49分2.2大尺度传播模型传播模型类型自由空间传播模型（视距传播—直射波，介电系数为1的均匀无吸收媒质）非自由空间传播模型（有阻挡—反射波、绕射波、散射波）本文档共30页；当前第9页；编辑于星期三\11点49分2.2大尺度传播模型–自由空间自由空间传播模型

自由空间均匀无损耗的无限大空间。各向同性。电导率为0，相对介电常数和相对磁导率为1。传播损耗本质：球面波在传播过程中，随着传播距离增大，电波能量在扩散过程中所引起的球面波扩散损耗。接收天线所捕获的信号功率是发射天线辐射功率的很小部分。2.2大尺度传播模型–自由空间本文档共30页；当前第10页；编辑于星期三\11点49分2.2大尺度传播模型–自由空间模型适用范围接收机和发射机之间是完全无阻隔的视距路径LOS。仅当视距大于发射天线远场距离时适用。距发射机d处天线的接收功率数学表达式（Friis公式）

其中，Pt为发射功率，亦称有效发射功率；Pr(d)是接收功率，为T-R距离的幂函数；Gt是发射天线增益；Gr是接收天线增益；d是T-R间距离；L是与传播无关的系统损耗因子；λ为波长。（2-9）本文档共30页；当前第11页；编辑于星期三\11点49分2.2大尺度传播模型–自由空间自由空间传播模型

距发射机d处天线的接收功率物理意义

—与d2成反比→距离越远，衰减越大。

—与λ2成正比（与f2成反比）→频率越高，衰减越大。

—综合损耗L(L>=1)通常归因于传输线衰减、滤波损耗和天线损耗，L＝1则表明系统硬件中无损耗。本文档共30页；当前第12页；编辑于星期三\11点49分2.2大尺度传播模型–自由空间自由空间传播模型

路径损耗表示信号衰减，单位为dB的正值。为有效发射功率和接收功率之间的差值，如下表示：自由空间传播损耗：[Ls]=32.44+20lgd+20lgf本文档共30页；当前第13页；编辑于星期三\11点49分2.2大尺度传播模型–大气中1、大气折射

低层大气并不是均匀介质－折射与吸收当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，从而使电波射束发生弯曲。大气折射对电波传播的影响，在工程上通常用“地球等效半径”来表征，也就是认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径变成了等效半径。实际半径是6370km,等效地球半径为8500km。本文档共30页；当前第14页；编辑于星期三\11点49分2.2大尺度传播模型–大气折射2、视线传播极限距离

本文档共30页；当前第15页；编辑于星期三\11点49分2.2大尺度传播模型–非自由空间非自由空间下，收发信机之间有障碍物，到达接收机的信号将受到反射、绕射、散射等多种因素影响，则信号的传播模型随不同环境而不一样。绕射——需附加绕射损耗(p.17-18)反射、散射——最简单的例子双线模型本文档共30页；当前第16页；编辑于星期三\11点49分2.2大尺度传播模型–非自由空间绕射使得无线电信号可以传播到阻挡物后面。绕射可用惠更斯原理解释波前上的所有点可作为产生次级波的点源，这些次级波组合起来形成传播方向上新的波前。当电波到达阻挡物的边缘时，由次级波的传播进入阴影区。绕射损耗：在实际情况下，电波的直射路径上存在各种障碍物，由障碍物引起的附加传播损耗。x表示障碍物顶点至直射线的距离，称为菲涅尔余隙。规定阻挡时余隙为负，无阻挡时余隙为正。

2.2.1绕射本文档共30页；当前第17页；编辑于星期三\11点49分2.2大尺度传播模型–非自由空间菲涅尔区指从发射机到接收机的次级波路径长度比总的视距长度大nλ/2的连续区域（即图中的圆环）。菲涅尔区中相邻的同心圆之间的路径差为λ/2，则两条路径的相位差为。从连续费涅尔区传播出去的次级波对总的接收信号交替产生增加和减小合成信号的作用。

第n个费涅尔区同心的半径可用以下公式表示:本文档共30页；当前第18页；编辑于星期三\11点49分2.2大尺度传播模型–非自由空间x/x1＞0.5时附加损耗为0dB。x/x1<0时损耗急剧增加。x/x1=0时TR射线从障碍物顶点擦过，损耗为6dB。在选择天线高度时，根据地形尽可能使服务区内各处的菲涅尔区余隙x/x1＞0.5x1即为r1本文档共30页；当前第19页；编辑于星期三\11点49分2.2大尺度传播模型–非自由空间反射波：当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如果尺寸比电波波大大得多时会产生镜面反射。θ0hrhtdELOSEiEr=EgT()R()ETOT=ELOS+Egθθ0hrhtdELOSEiEr=EgT(发射机)R(接收机ETOT=ELOS+Egiθ0hrhtdELOSEiEr=EgT()R(ETOT=ELOS+Egll本文档共30页；当前第20页；编辑于星期三\11点49分2.2大尺度传播模型–非自由空间地面反射模型（双线或两径传播模型）：

视距和地面反射的路径差Δ为：当T－R距离d远远大于ht+hr时，上式可使用泰勒级数进行近似简化：

本文档共30页；当前第21页；编辑于星期三\11点49分接收功率近似公式：

接收功率随T-R之间距离的4次方而衰减。接收信号的强度可以通过增加天线高度而增加。2.2大尺度传播模型–非自由空间PL(dB)=40logd–(10logGt+10logGr+20loghr+20loght)rtt422rtdhhGGPrp==KPtd4路径损耗为：

PL(dB)=40logd–K本文档共30页；当前第22页；编辑于星期三\11点49分实际移动环境中，接收信号比单独反射和绕射模型预测的要复杂，这是因为当电波遇到粗糙表面时，发生散射作用，这就给接收机提供了额外的能量。大多数情况都是空间传播损耗、反射、绕射、散射等多种因素的综合。不同环境传播模型不同(p36-44)预测接收点的信号场强，即预测无线信号的覆盖范围，是研究传播模型的主要目的接收信号的概率密度函数呈对数正态分布2.5大尺度传播模型–特点本文档共30页；当前第23页；编辑于星期三\11点49分第二章移动通信信道2.1 概述2.2 大尺度传播特性2.3 小尺度传播特性本文档共30页；当前第24页；编辑于星期三\11点49分2.3小尺度衰落---多径传播特性2.3.1概述

1、移动信道的时变特性

无线电信号通过移动信道时会遭受来自不同途径的衰减损耗。

自由空间传播损耗与弥散

阴影衰落系统设计

多径衰落抗衰落技术本文档共30页；当前第25页；编辑于星期三\11点49分小尺度衰落的定义：描述无线信号在短时间或短距离传播时幅度的瞬时变化，以致大尺度路径损耗的影响可以忽略不计小尺度衰落的成因：由同一传输信号沿两个或多个路径传播，以微小的时间差到达接收机的信号相互干涉所引起的。

小尺度衰落效应短距或短时传播后信号强度的急速变化。不同多径信号上，存在时变的多普勒频移。多径传播时延引起的扩展（回音）。2.3小尺度衰落---多径传播特性多径传播是陆地移动通信系统的主要特征。本文档共30页；当前第26页；编辑于星期三\11点49分通常在移动通信系统中，基站用固定的高天线，移动台用接近地面的低天线。基站天线通常高30m，可达90m；移动台天线通常为2～3m以下。移动台周围的区域称为近端区域，该区域内的物体造成的反射是造成多径效应的主要原因。离移动台较远的区域称为远端区域，在远端区域，只有高层建筑、较高的山峰等的反射才能对该移动台构成多径。

2.3小尺度衰落---多径传播特性本文档共30页；当前第27页；编辑于星期三\11点49分影响小尺度衰落的因素

多径传播移动台的运动速度环境物体的运动速度信号的传输带宽

多普勒频移

成因：路程差造成的接收信号相位变化值，进而产生多普勒频移。后果：信号经不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩展，进而增加信号带宽。2.3小尺度衰落---多径传播特性多普勒频移本文档共30页；当前第28页；编辑于星期三\11点49分

数学公式由路程差造成的接收信号相位变化值为：

由此可得出频率变化值，即多普勒频移fd为：含义：多普勒频移与移动台运动速度及移动台运动方向与无线电波入射方向之间的夹角有关。2.3小尺度衰落---多径传播特性多普勒频移本文档共30页；当前第29页；编