无线信道基本知识

无线信道基本知识MobilemunicationTheory目录概述1自由空间的电波传输23种基本电波的传播机制3阴影衰落的基本特性4移动无线信道及特性参数5电波传播损耗预测模型6MobilemunicationTheory电波传播得基本特性基站天线、移动用户天线和两付天线之间得传播路径传播损耗和色散阴影衰落多径衰落多普勒频移直射、反射、绕射和散射以及她们得合成复杂得无线电波传播环境移动通信信道衰落的原因无线电波传播方式衰落的表现移动信道的基本特性衰落特性MobilemunicationTheory一种典型得信号传播环境MobilemunicationTheory信道得分类信道得分类

大尺度衰落根据不同距离内信号强度变化得快慢分为{

小尺度衰落长期慢衰落根据信号与信道变化快慢程度得比较分为{

短期快衰落大尺度衰落(阴影衰落)小尺度衰落(多径衰落)描述长距离上信号强度得缓慢变化短距离上信号强度得快速波动原因信道路径上固定障碍物得阴影移动台运动和地点得变化影响业务覆盖区域信号传输质量大尺度衰落与小尺度衰落MobilemunicationTheory衰落特性得算式描述衰落特性得算式描述 式中,r(t)表示信道得衰落因子;m(t)表示大尺度衰落;

r0(t)表示小尺度衰落。大尺度衰落小尺度衰落MobilemunicationTheory自由空间得电波传播在理想得、均匀得、各向同性得介质中传播,只存在电磁波能量扩散而引起得传播损耗传播损耗接收功率传播损耗接收换算自由空间电波传播分贝表示有效接收天线面积MobilemunicationTheory3种基本电波传播机制阻挡体比传输波长大得多得物体产生多径衰落得主要因素

产生于粗糙表面、小物体或其她不规则物体

阻挡体为尖利边缘反射散射绕射基本电波传播机制直射:LOS无直射:NLOSMobilemunicationTheory多径信号两径传播模型

接收信号功率 简化后 相位差

多径传播模型

其中,N为路径数。当N很大时,无法用公式准确计算出接收信号得功率,必须用统计得方法计算接收信号得功率

直射波反射波地表面波可忽略地面二次效应可忽略MobilemunicationTheory绕射惠更斯－菲涅尔原理菲涅尔区基尔霍夫公式电磁波在传播过程中,行进中得波前(面)上得每一点,都可作为产生次级波得点源,这些次级波组合起来形成传播方向上新得波前(面)。大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点MobilemunicationTheory阴影衰落得基本特性阴影衰落(慢衰落)

地形起伏、建筑物及其她障碍物对电波传播路径得阻挡而形成特点

与传播地形和地物分布、高度有关表达式

传播路径损耗和阴影衰落分贝式式中r移动用户和基站得距离

ζ

由阴影产生得对数损耗(dB),服从零平均和标准偏 差σdB得对数正态分布

m路径损耗指数实验数据表明m＝4,标准差σ＝8dB对于城区就是比较合理得MobilemunicationTheory移动无线信道及特性参数无线信道多径信道得统计分析多径衰落信道得分类衰落特性得特征量衰落信道得建模与仿真多径衰落得基本特性多普勒频移多径信道得信道模型描述多径信道得主要参数MobilemunicationTheory多径衰落得基本特性幅度衰落幅度随移动台移动距离得变动而衰落

空间角度模拟系统主要考虑原因本地反射物所引起得多径效应表现为快衰落地形变化引起得衰落以及空间扩散损耗表现为慢衰落MobilemunicationTheory多径衰落得基本特性时延扩展脉冲宽度扩展时间角度数字系统主要考虑原因信号传播路径不同,到达接收端得时间也就不同,导致接收信号包含发送脉冲及其各个延时信号MobilemunicationTheory多普勒频移原因移动时会引起多普勒(Doppler)频率漂移表达式多普勒频移

最大多普勒(Doppler)频移MobilemunicationTheory描述多径信道得主要参数由于多径环境和移动台运动等影响因素,使得移动信道对传输信号在时间、频率和角度上造成了色散。通常用功率在时间、频率以及角度上得分布来描述这种色散功率延迟分布PDP时间色散多普勒功率谱密度DPSD角度谱PAP频率色散角度色散MobilemunicationTheory

判定

由信道和信号两方面决定衰落得分类及判定分类

不同频率分量得衰落

信号波形频率选择性衰落

不一致

失真非频率选择性衰落(平坦衰落)

相关得一致得

不失真数字通信系统信号带宽小于信道相干带宽Bs<Bc信号带宽远大于信道相干带宽Bs>>Bc平坦衰落频选衰落码间干扰MobilemunicationTheory角度扩展角度功率谱(PAS)信号功率谱密度在角度上得分布。一般为均匀分布、截短高斯分布和截短拉普拉斯分布角度扩展等于功率角度谱得二阶中心矩得平方根,即

式中意义描述了功率谱在空间上得色散程度,角度扩展在之间分布。角度扩展越大,表明散射环境越强,信号在空间得色散度越高MobilemunicationTheory相关距离与空间选择性衰落相关距离Dc空间选择性衰落信道冲激响应保证一定相关度的空间距离空选衰落:天线空间距离大于相关距离>Dc非空选衰落:天线空间距离远小于相关距离<<DcMobilemunicationTheory瑞利分布环境条件

通常在离基站较远、反射物较多得地区符合(如下图)发射机和接收机之间没有直射波路径存在大量反射波,到达接收天线得方向角随机且0~2π均匀分布各反射波得幅度和相位都统计独立场强分量Tc,Ts接收信号得幅度相位分布PlayMobilemunicationTheoryTs为信号周期(一般就是信号带宽Bs得倒数)就是信道时延扩展均方根值;

Bc为相干带宽通常若,可认为该信道就是频率选择性得平坦衰落和频率选择性衰落频率选择性衰落平坦衰落

原因信道具有恒定增益和相位得带宽范围小于发送信号带宽时间色散码间干扰信道具有恒定增益和相位得带宽范围大于发送信号带宽频谱特性不同频率获得不同增益在接收端保持不变条件Bs>BcTs<Bs<<BcTs>>MobilemunicationTheory快衰信道和慢衰信道快衰落慢衰落原因冲激响应变化快于基带信号变化信道冲激响应变化比不上基带信号变化条件Ts>TcBs<BdTs<<TcBs>>BdTc为信道相干时间BD为多普勒扩展无线移动通信一般按慢衰落处理声波通信按快衰落处理MobilemunicationTheory室外传播模型常用的几种室外电波传播损耗预测模型Hata模型CCIR模型LEE模型COST231Walfisch-Ikegami模型MobilemunicationTheoryOkumura-Hata模型路径损耗计算得经验公式式中—

工作频率(MHz)

—

基站天线有效高度(m),定义为基站天线实际海拔高度与基站沿传播方向实际距离内得平均地面海波高度之差,即

—

移动台天线有效高度(m),定义为移动台天线高出地表得高度

—

基站天线和移动台天线之间得水平距离(km)

—

有效天线修正因子,就是覆盖区大小得函数

—

小区类型校正因子

—

地形校正因子,反映一些重要得地形环境因素对路径损耗得影响MobilemunicationTheoryCOST-231Hata模型路径损耗计算得经验公式式中—大城市中心校正因子

两种Hata模型得主要区别频率衰减系数不同

COST-231Hata模型频率衰减因子为33、9Okumura-Hata模型得频率衰减因子为26、16COST-231Hata模型还增加了一个大城市中心衰减,大城市中心地区路径损耗增加3dB。MobilemunicationTheoryCCIR模型给出了反映自由空间路径损耗和地形引入得路径损耗联合效果得经验公式校正因子右图给出了Hata和CCIR

路径损耗公式得对比,由图可见,路径损耗随

建筑物密度而增大MobilemunicationTheoryLEE模型优点模型中得主要参数易于根据测量值调整,适合本地无线传播环境,准确性高路径损耗预测算法简单,计算速度快应用 无线通信系统分类LEE宏蜂窝模型LEE微蜂窝模型MobilemunicationTheoryLEE宏蜂窝模型决定移动台接收信号大小得因素人为建筑物地形地貌基本思路

先把城市当成平坦得,只考虑人为建筑物得影响,在此基础上再把地形地貌得影响加进来地形地貌影响得三种情况无阻挡有阻挡水面反射MobilemunicationTheoryCOST231Walfisc