无线信道基本知识PPT课件

无线通信信道基本概念与技术,.,目录,.,电波传播的基本特性,基站天线、移动用户天线和两付天线之间的传播路径,传播损耗和色散阴影衰落多径衰落多普勒频移,直射、反射、绕射和散射以及它们的合成,复杂的无线电波传播环境,.,一种典型的信号传播环境,.,信道的分类,信道的分类大尺度衰落根据不同距离内信号强度变化的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的比较分为短期快衰落,大尺度衰落与小尺度衰落,.,衰落特性的算式描述,衰落特性的算式描述式中，r(t)表示信道的衰落因子；m(t)表示大尺度衰落；r0(t)表示小尺度衰落。,.,自由空间的电波传播,在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，只存在电磁波能量扩散而引起的传播损耗,分贝表示,有效接收天线面积,.,3种基本电波传播机制,阻挡体比传输波长大的多的物体产生多径衰落的主要因素,产生于粗糙表面、小物体或其它不规则物体,阻挡体为尖利边缘,基本电波传播机制,直射：LOS无直射：NLOS,.,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的功率，必须用统计的方法计算接收信号的功率,直射波,反射波,地表面波可忽略,地面二次效应可忽略,.,绕射,电磁波在传播过程中，行进中的波前(面)上的每一点，都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(面)。,.,阴影衰落的基本特性,阴影衰落（慢衰落）地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波传播路径的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移动用户和基站的距离由阴影产生的对数损耗（dB），服从零平均和标准偏差dB的对数正态分布m路径损耗指数实验数据表明m4，标准差8dB对于城区是比较合理的,.,移动无线信道及特性参数,多径信道的统计分析,多径衰落信道的分类,衰落特性的特征量,衰落信道的建模与仿真,多径衰落的基本特性,多普勒频移,多径信道的信道模型,描述多径信道的主要参数,.,多径衰落的基本特性,幅度衰落幅度随移动台移动距离的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的多径效应表现为快衰落地形变化引起的衰落以及空间扩散损耗表现为慢衰落,.,多径衰落的基本特性,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，到达接收端的时间也就不同，导致接收信号包含发送脉冲及其各个延时信号,.,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,.,描述多径信道的主要参数,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、频率以及角度上的分布来描述这种色散,.,判定由信道和信号两方面决定,衰落的分类及判定,数字通信系统,信号带宽小于信道相干带宽BsBc,平坦衰落,频选衰落,码间干扰,.,角度扩展,角度功率谱（PAS）信号功率谱密度在角度上的分布。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的二阶中心矩的平方根，即式中意义描述了功率谱在空间上的色散程度，角度扩展在之间分布。角度扩展越大，表明散射环境越强，信号在空间的色散度越高,.,相关距离与空间选择性衰落,相关距离Dc,空间选择性衰落,.,瑞利分布,环境条件通常在离基站较远、反射物较多的地区符合（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，到达接收天线的方向角随机且02均匀分布各反射波的幅度和相位都统计独立场强分量Tc，Ts接收信号的幅度相位分布,Play,.,Ts为信号周期（一般是信号带宽Bs的倒数）是信道时延扩展均方根值；Bc为相干带宽通常若，可认为该信道是频率选择性的,平坦衰落和频率选择性衰落,.,快衰信道和慢衰信道,Tc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,.,室外传播模型,Hata模型,CCIR模型,LEE模型,COST231Walfisch-Ikegami模型,.,Okumura-Hata模型,路径损耗计算的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的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的高度基站天线和移动台天线之间的水平距离（km）有效天线修正因子，是覆盖区大小的函数小区类型校正因子地形校正因子，反映一些重要的地形环境因素对路径损耗的影响,.,COST-231Hata模型,路径损耗计算的经验公式式中大城市中心校正因子两种Hata模型的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模型的频率衰减因子为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。,.,CCIR模型,给出了反映自由空间路径损耗和地形引入的路径损耗联合效果的经验公式校正因子右图给出了Hata和CCIR路径损耗公式的对比，由图可见，路径损耗随建筑物密度而增大,.,LEE模型,优点模型中的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,.,LEE宏蜂窝模型,决定移动台接收信号大小的因素人为建筑物地形地貌基本思路先把城市当成平坦的，只考虑人为建筑物的影响，在此基础上再把地形地貌的影响加进来地形地貌影响的三种情况无阻挡有阻挡水面反射,.,COST231Walfisch-Ikegami模型,应用用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境常用于移动通信系统（GSM/PCS/DECT/DCS）设计可以计算基站发射天线高于、等于或低于周围建筑物等不同情况的路径损耗两种情况视距传播情况，路径损耗非视距传播情况，路径损耗式中L0由空间损耗L1由沿屋顶下沿最近的衍射引起的衰落损耗L2沿屋顶的多重衍射（除了最近的衍射）,.,COST231Walfisch-Ikegami模型各参数意义,1式中w