移动信道传播特性PPT学习教案

1、会计学1移动信道传播特性移动信道传播特性第2页/共93页第1页/共93页n第二种是通过在不同的电波传播环境中的实测实验，得出包括接收信号幅度、时延及其他反映信道特征的参数，其不足是费时费力且往往只针对某个特定传播环境；n第三种是通过建立仿真模型，用计算机仿真来模拟各种无线电波传播环境。随着计算技术的发展，计算技仿真方法因能快速模拟出各种移动通信信道而得到越来越多的应用。第3页/共93页第2页/共93页第4页/共93页第3页/共93页第5页/共93页第4页/共93页6.用户需求及应用特点。第6页/共93页第5页/共93页缩写名称频率范围波长名称传播方式目前频率分配情况VLF甚低频30kHz以下万

2、米波(甚长波)天波,地波,以地波传播为主(1020)kHz,主要用于无线电导航,海上移动通信和广播LF低频Low30kHz300kHz千米波(长波)天波,地波,以地波传播为主(2003000)kHz,主要用于广播,无线电导航,海上移动通信,地对空通信MF 中频Medium300kHz3000kHz百米波(中波)主要以地波播,夜间天波亦可传播HF高频High3MHz30MHz十米波(短波)地波传播距离极近,以视距内直线传播为主主要用于定点通信,航海和航空移动通信,广播,热带广播及业余无线电等VHF甚高频Very30MHz300MHz米波(超短波)视距内直线传播(301000)MHz,主要用于电视

3、广播,陆上移动通信,航空移动通信,海上移动通信,定点通信,空间通信和雷达等UHF特高频Ultra300MHz3000MHz分米波(微波)与光的传播特性基本相同SHF超高频Super3GHz30GHz厘米波(微波)1GHz-10GHz,主要用于无线电微波接力系统,其次是定点通信和移动通信业务EHF极高频Extremely30GHz300GHz毫米波(微波)10GHz以上,主要用于无线电中继接力通信,空间通信,雷达,导航,无线电天文学等第7页/共93页第6页/共93页用1.8-2.2GHz的频段（UHF）。目录目录第8页/共93页第7页/共93页第9页/共93页第8页/共93页 发射机天线发出的无

4、线电波，可以从不同的路径到达接收机，它们大体上可归结为直射、反射、绕射和散射等形式，其中反射、绕射和散射是影响移动通信中电波传播的基本形式。典型的传播通路如图2-1所示。第10页/共93页第9页/共93页图图2-1 典型的电波传播通路典型的电波传播通路第11页/共93页第10页/共93页到达接收天线的电波称为绕射波。n发射机天线发出的电波经过上述多种传播路径最终到达接收机，这些来自同一波源的电波信号叠加在一起会产生干涉，即多径衰落现象。第12页/共93页第11页/共93页C；n但存在电波传播损耗（也称衰减）。第13页/共93页第12页/共93页dPTPR第14页/共93页第13页/共93页第1

5、5页/共93页第14页/共93页nd = 发射机和接收机之间的距离(m) 222)4()(dGGPdPRTTRdPTPR第16页/共93页第15页/共93页)(lg20)(lg2044.32)(MHzfkmddBLfs24dPPLRTfs24lg10)(ddBLfs第17页/共93页第16页/共93页80%以上，对于天气和气候有直接的影响。n低层大气并不是均匀介质，它的温度、湿度以及气压均随时间和空间而变化，因此会产生折射和吸收现象，在VHF和UHF波段的折射现象尤为突出，它将直接影响视线传播的极限距离（增大）。第18页/共93页第17页/共93页第19页/共93页第18页/共93页dndh0

6、0011eRk RRdnRdh第20页/共93页第19页/共93页视距传播。n大气折射有利于超视距的传播，但在视线距离内，因为折射现象所产生的折射波会同直射波同时存在，从而也会产生多径衰落。第21页/共93页第20页/共93页 假设A点架设一部发信机，天线的架高是H1，AB是和地球相切的一条射线。若要接收到来波，接收天线的架高必须超出这条切线。CABH1Od1H2d2O第22页/共93页第21页/共93页122etrdddRhh4.12trdhh2212()22eteettetdRhRR hhR h2222()22ereerrerdRhRR hhR h8500eRkm第23页/共93页第22页

7、/共93页n惠更斯原理：波前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。n绕射是由次级波的传播进入阴影区而形成。第24页/共93页第23页/共93页nx表示障碍物顶点至直射线TR的距离，称为菲涅尔余隙。n规定阻挡时余隙为负，无阻挡时余隙为正。第25页/共93页第24页/共93页第26页/共93页第25页/共93页第27页/共93页第26页/共93页第28页/共93页第27页/共93页的能量。第29页/共93页第28页/共93页1m，此时建筑物的表面往往应作为粗糙表面考虑。第30页/共93页第29页/共93页第31页/共93页第30页/共93页 无线电信号通过移动通

8、信信道时会经受不同类型的衰减损耗。若用公式表示，接收信号功率可表示为： ( )( )( )( )P dL dS dR d传播损耗阴影衰落多径衰落d：移动台与基站的距离大尺度衰落小尺度衰落第32页/共93页第31页/共93页1、传播损耗(路径损耗） 电波传播所引起的平均接收功率衰减； 其值由 决定， 为发射机与接收机之间的距离； n为路径衰减因子，自由空间时n=2，一般情况下n=35；描述长程范围内的信号电平变化（几千米量级）。( )nL dd)(dLd第33页/共93页第32页/共93页2、阴影衰落用 表示。由大型障碍物的遮挡引起，包括传播环境中的地形起伏、人造建筑物等。描述短程范围内的信号电

9、平变化（数百波长量级）。)(dS第34页/共93页第33页/共93页3、多径衰落用 表示。主要由多径效应和多普勒效应引起。数十波长量级内的信号电平变化。接收信号场强的瞬时值快速变化，在几个波长间距内的变化幅度可达30dB。是移动通信信道特性中最具特色的部分。)(dR第35页/共93页第34页/共93页 从工程设计的角度看，传播损耗和阴影衰落合并在一起反映了无线信道在大尺度上对传输信号的影响，它们主要影响到无线覆盖范围，合理的设计总可以消除这种不利的影响；而多径衰落严重影响信号传播质量，并且是不可避免的，只能采用抗衰落技术(分集、均衡和扩频等)来减小其影响。第36页/共93页第35页/共93页p

10、 大尺度路径损耗传播模型 描述发射机和接收机之间长距离上平均场强的变化，用于预测平均场强并估计无线覆盖范围。 受到收发距离及地形地貌的影响。p 小尺度多径衰落传播模型 描述移动台在极小范围内移动时，短距离（几个波长）或短时间（秒级）上接收场强的快速变化，用于确定移动通信系统应该采取的抗衰落技术。第37页/共93页第36页/共93页n延长信号到达接收机的时间，引起码间串扰。第38页/共93页第37页/共93页第39页/共93页第38页/共93页(t) 是入射电波与移动台运动方向的夹角。( )cos ( )dvftt第40页/共93页第39页/共93页移动多普勒频移为正值；被向入射波方向移动多普勒

11、频移为负值。第41页/共93页第40页/共93页第42页/共93页第41页/共93页衰落。第43页/共93页第42页/共93页端散射会使不同位置的接收天线经历的衰落不同，从而产生角度扩散，相应地在空间上规定了相干距离性能。空域上波束的角度扩散造成了同一时间、不同地点的信号衰落起伏不一样，即所谓的空间选择性衰落。第44页/共93页第43页/共93页 通常用功率在时间、频率以及角度上的分布来描述多径信道的色散，即用功率时延分布（Power Delay Profile, PDP）描述信道在时间上的色散；用多普勒功率谱密度（Doppler Power Spread Density, DPSD）描述信道

12、在频率上的色散；用功率角度谱（Power Azimuth Spectrum, PAS）描述信道在角度上的色散。定量描述这些色散时，常用一些特定参数来描述，如时延扩展、相关带宽、多普勒扩展、相关时间、角度扩展和相关距离等。第45页/共93页第44页/共93页n当码元速率Rb较小，满足条件Rb200m时，Hb(hb, d) 0dB；反之，当hb200m时，Hb(hb, d)3m时， Hm(hm, f)0dB；反之，当hm3m时， Hm(hm, f)5m时， Hm(hm, f) 不仅与天线高度、频率有关，而且还与环境条件有关。在中小城市，建筑物的平均高度较低，屏蔽作用较小，当hm4m时，随天线高度的

13、增加， Hm(hm, f)明显增大； 在大城市，建筑物的平局高度在15m以上，所以Hm(hm, f)曲线在10m范围内没有出现拐点。第82页/共93页第81页/共93页Okumura模型计算中值路径损耗的思路是： (1) 首先算出对应于基站有效天线高度hb为200米，移动天线高度hm为3米的基本中值损耗。 (2) 然后再根据天线的实际高度加以修正。第83页/共93页第82页/共93页LM(dB)=Lfs+Am(f, d)-Hb(hb, d) -Hm(hm, f)-ks-kh-kA-kis 以准平坦地形中的中值路径损耗作为标准，针对不同传以准平坦地形中的中值路径损耗作为标准，针对不同传播环境和不

14、规则地形中的各种因素，用修正因子加以修正播环境和不规则地形中的各种因素，用修正因子加以修正，就可得到不规则地形及不同环境中的中值路径损耗，可，就可得到不规则地形及不同环境中的中值路径损耗，可用下式表示为：用下式表示为：式中，式中，ks为郊区修正因子；为郊区修正因子；kh为丘陵地形修正因子；为丘陵地形修正因子；kA为斜坡为斜坡地形修正因子；地形修正因子；kis为水陆混合传播路径修正因子。另外，还为水陆混合传播路径修正因子。另外，还有开阔区校正因子、城市道路走向及道路宽度校正因子、孤有开阔区校正因子、城市道路走向及道路宽度校正因子、孤立山丘校正因子和植被校正因子等。立山丘校正因子和植被校正因子等。

15、 第84页/共93页第83页/共93页PR=PT-LM+Gb+Gm-Lb-Lm-Ld 根据已得出的中值路径损耗，可求出移动台接收到的信根据已得出的中值路径损耗，可求出移动台接收到的信号功率为号功率为 式中，式中，PR为接收机收到的中值信号功率为接收机收到的中值信号功率(dBW)；PT为发射机为发射机输出功率输出功率(dBW)；LM为中值路径损耗为中值路径损耗(dBW)；Gb和和Gm分别为分别为基站和移动台天线增益基站和移动台天线增益(dB)；Lb为基站馈线损耗为基站馈线损耗(dB)；Lm为为移动台馈线损耗移动台馈线损耗(dB)；Ld为为基站天线共用器损耗基站天线共用器损耗(dB)。第85页/共

16、93页第84页/共93页【例2.8】某移动通信系统，工作频率为450MHz，基站天线高度为50m，天线增益为6dB，移动台天线高度为3m，天线增益为0dB；在市区工作，传播路径为准平坦地形，通信距离为10km。试求（1）传播路径的中值路径损耗。（2）若基站发射机送至天线的信号功率为10W，不考虑馈线损耗和公用器损耗，求移动台天线接收到的信号功率。第86页/共93页第85页/共93页由图2-22可查得移动台天线高度增益因子32.4420lg20lgfsLfddB5 .10510lg20450lg2044.32dBdfAm27),(dBdhHbb12),(dBfhHmm0),(可得传播路径损耗中值

17、为： 105.527 12144.5MLdB第87页/共93页第86页/共93页RTMbmbmdPPLGGLLL10lg10 144.5 6 0 0 0 0128.598.5dBWdBm 第88页/共93页第87页/共93页为标准，其他地区采用校正公式进行修正。 Hata根据Okumura模型中的各种图表曲线归纳出一个经验公式，称为Hata模型。这种模型在保留Okumura模型风格的基础上，作了下列三点假设，以求简化：第89页/共93页第88页/共93页第90页/共93页第89页/共93页69.5526.16lg( ) 13.82lg()()44.96.55lg()lg( )MbmbLfha hhd中值路径损耗的经验公式为：其中a(hm) 为移动台天线