第3章 移动信道的传播特性.ppt

1、1,第3章 移动信道的传播特性,2,移动通信所用信道是以无线电通信为基础。无线电波如何进行传播？ 具有什么特点？ 大家都见过铁塔式基站，基站如何选址？基站间距离多远合适？建在什么地方？高度如何确定？发射功率多大？ 中国移动在长春有多少个基站？,引言,3,一、无线电波传输特性,一、无线电波传输特性,1、无线电波的划分 3Hz-30KHz VLF (甚低频) 长波 导航、电话、数据终端 3kHz-300KHz LF (低频) 长波 导航、电力线通信 300kHz-3MHz MF (中频) 中波 广播、业余无线电 3MHz-30MHz HF (高频) 短波 广播 30MHz-300MHz VHF (

2、甚高频) 米波 电视、调频广播、 无线寻呼 300MHz-3GHz UHF (超高频) 分米波 电视、移动蜂窝 3GHz-30GHz SHF (特高频) 厘米波 卫星、雷达 30GHz-300GHz EHF (极高频) 毫米波 雷达、射电天文 105GHz-107GHz 光,移动蜂窝网在UHF频段 IS-95 800MHz、GSM 900MHz、DCS 1800MHz、3G 1900MHz UHF主要以直射波、反射波、绕射波为主，分别讨论。,4,无线电波传输特性,2、直射波 在自由空间电波沿直线直接到达接收点的传播方式，称直射波损耗，可看成是自由空间的电波传播损耗。 Lfs=32.44+20l

3、gd+20lgf(dB) 损耗只与d、f有关，由此可以推论，FDD工作方式时，移动台发射功率低使用较低频率、基站发射功率高使用较高频率。 直线传播的距离是有限制的，为什么？ 视线传播极限距离 考虑标准大气折射,地球是圆的。,地面上一米七的人能看多远？ 4.12 =5.3km,16m高的天线基站能传多远？ 4.12 =16.5km,5,无线电波传输特性,3、绕射波 电波直射路径上存在各种障碍物，所引起的损耗，称为绕射损耗。,x/x10.5 附加损耗为0，x/x10.5 附加损耗急剧增加。 所以在选择基站位置高度时，要根据所在地区，尽可能使各处的X0.5X1。,x-菲涅尔余隙 x1=菲涅尔第一余隙

4、,6,无线电波传输特性,4、反射波 电波传播过程中遇到光滑界面时，会产生镜面反射，反射波的相位会发生变化，地面、建筑物都会形成反射波，相位变化模糊不定，直射波和各种反射波合成的场强将随反射系数和路径变化而变化，同相相加，反相抵消，合成波有衰落现象。 5、散射波 电波遇到粗糙表面时，反射散布于各个方向。,7,无线电波传输特性,1.直射波(最强),3.绕射波(次强),2.反射波(次强),4.散射波(最弱),8,二、移动信道的特点,二、移动信道的特点 1、传播的开放性 开放式信息传输，任何人都可以收发，必须采取措施，鉴权和加密。 2、接收环境的复杂性 接收点地理位置环境复杂多样，有3类典型区域。 高

5、楼林立的城市繁华区。 一般建筑物为主体的近郊区。 以山岳、湖泊、平原为主的农村及远郊区。 3、用户的移动性 以移动速度来区别，有3种类型 准静态的室内用户。 慢速步行用户。高速车载用户。,9,三、移动信道的特征,三、移动信道的特征 3类损耗和4种效应 3类损耗 1、路径传播损耗 指电波在自由空间传播时所产生的损耗，反映在传播宏观大范围的空间距离上接收信号电平的变化。 2、慢衰落损耗 指电波在传播路径上受到建筑物等的阻挡所产生的损耗，反映在中等范围的空间距离上接收信号电平的变化。其变化率比传送信息速率慢故称慢衰落。,10,移动信道的特征,3、快衰落损耗 指电波在传播时产生反射或由于用户快速移动而

6、产生的损耗，反映在小范围的空间距离上接收信号电平的变化。其变化率比慢衰落快得多。其在不同的空间、时间、频率上衰落特性是不一样的。 空间选择性衰落 指电波在不同的空间衰落特性是不一样的，是由天线的点波束产生扩散引起的。又称平坦瑞利衰落。 衰落周期 T1/ 其中 -波长 -扩散角度,11,移动信道的特征,频率选择性衰落 指电波在不同的频段上衰落特性是不一样的，由反射形成多径而在时间上产生的扩散而引起的（多径时散）。直射波比反射波先到达，产生时延，时域上的扩散引起接收地点的信号产生频率选择性衰落。 衰落周期 T21/L 其中 L-时散宽度 时间选择性衰落 指电波在不同时间上衰落特性是不一样的，由用户

7、高速移动带来的频偏而引起的，表现在相应时域上信号产生时间选择性衰落。 衰落周期 T3/B 其中 B-频移宽度,12,移动信道的特征,4种效应 阴影效应 由大型建筑物和其他物体的阻挡，在接收区域产生半盲区，类拟太阳光受阻挡后的阴影，信号会相对弱些，是无法解决的效应。,13,移动信道的特征,远近效应 用户与基站之间有近有远，若各移动用户发射的信号功率一样，到达基站的信号强弱不同，离基站近的信号强，离基站远的信号弱，会出现以强压弱的现象。要解决远近效应，必须采用功率控制。,14,移动信道的特征,多径效应 接收信号不仅有直射波的主径信号，还有从不同方向反射及绕射过来的多条不同的路径信号，且它们到达时信

8、号强度、相位都不一样，是矢量和。各径之间产生干扰，称多径干扰，能引起严重的码间串扰。 解决方法：GSM采用均衡技术 IS-95采用Rake接收技术,基站,散射,阴影,散射,直视路径,反射,移动终端,衍(绕)射,15,移动信道的特征,多普勒效应 由于移动台处于高速移动中所引起的传播频率的扩散，其扩散程度与用户运动速率成正比。 这一现象只能产生在高速大于70km/h车载通信时。 多谱勒效应主要影响接收机的误码性能。 解决方法：降低指标,16,四、传输损耗的定量分析,四、传输损耗的定量分析 目的是为了基站选址，确定发射天线高度，增益、发射功率等。 移动通信电波传输是复杂多变的，人们通过大量的实地测量

9、和分析，总结归纳多种经验模型，目前应用较多的是OM模型。 奥村模型 是由奥村等人使用不同的频率、天线高度、距离、不同的地形地貌进行一系列测试，最后绘成的经验曲线而构成的模型，我国在移动通信工程设计中建议使用。,17,传输损耗的定量分析,1、市区传播损耗中值 Am（f，d） 是计算不同地形、地貌传播中值的基准。 路径损耗LT=Lbs+ Am（f，d） d=10km，f=900MHz时的损耗 Lbs=32.44+20lg10+20lg900 =111.52dB Am（f，d）=30dB LT=111.52+30=141.52dB,18,传输损耗的定量分析,若基站天线不是200m，基站天线修正因子

10、Hb（hb，d） 若移动台天线不是3m，移动台天线修正因子 Hm（hm，f）,中小城市建筑物的影响较小，5m增益因子迅速增加，而大城市建筑物高，10m内没有拐点。,19,传输损耗的定量分析,路径损耗 LT=Lbs+ Am（f，d）-Hb（hb，d）-Hm（hm，f） 例：计算d=10km，f=900MHz，hb=50m，hm=1m 时的损耗 Lbs=32.44+20lg10+20lg900=111.52dB Am（f，d）=30dB Hb（hb，d）=-12dB Hm（hm，f）=-4dB LT=111.52+30-(-12)-(-4)=157.52dB,20,传输损耗的定量分析,2、郊区修正

11、因子 Kmr 郊区建筑物一般是分散、低矮的，电波传播条件优于市区，故其损耗中值低于市区。 d=10km，f=900MHz时 Kmr=14dB,21,传输损耗的定量分析,3、开阔地修正因子 Qo、Qr 传播条件优于郊区，只和频率有关。 f=900MHz时 Qr =24dB Qo=29dB 说明改善了29dB，接近自由空间。,22,传输损耗的定量分析,4、不规则地形损耗中值 丘陵地修正因子Kh，Kht 地形参数用地形起伏高度h表示，谷顶谷底用Kht表示,h=200时 Kh=-16dB 谷顶Kht= 14dB （-2dB） 谷底Kht= 14dB （-30dB）,23,传输损耗的定量分析,孤立山岳修

12、正因子Kjs 当电波传播路径上有近似刃形的单独山岳时， 若求山背后的电场强度， 一般从相应的自由空间场强中减去刃峰绕射损耗即可。,d2=2km时损耗最大,h=100m，d110km，d23km时 Kjs=-18dB a=0.0710=0.7 修正后Kjs=-12.6dB,24,传输损耗的定量分析,斜坡地修正因子Ksp 斜坡地形指在510km范围内的倾斜地形。 若在电波传播方向上， 地形逐渐升高， 称为正斜坡， 倾角为+m； 反之为负斜坡， 倾角为-m 。,d10km，m15mrad 上坡Ksp=3dB 下坡Ksp=-12dB,25,传输损耗的定量分析,水陆混合修正因子Ks 在传播路径中如遇有湖

13、泊或其它水域， 接收信号的场强往往比全是陆地时要高。 为估算水陆混合路径情况下的场强中值， 用水面距离dSR与全程距离d的比值作为地形参数。,d10km， dSR6km A：Ks=8dB B：Ks=6dB,26,传输损耗的定量分析,4、任意地形的信号中值 先计算自由空间传播损耗 Lbs=32.44+20lgd+20lgf 准平滑地形的信号中值 损耗中值LT=Lbs+ Am（f，d）-Hb（hb，d）-Hm（hm，f） 信号中值 Pp=PT + Gb + Gm LT 任意地形信号中值 KT=kmr+Qo+Qr+kh+khf+kjs+ksp+ks 损耗中值 LA=LT-KT 信号中值 Ppc=Pp

14、+ KT,27,传输损耗的定量分析,例：中国联通GSM网络在长春市郊区有一基站，小区半径为10km，基站天线高度70m，增益为5dB，移动台天线高度为1.5m，增益为-2dB，移动台接收灵敏度为-102dBm,考虑其它附加损耗约4.48dB，为确保整个小区的移动台都能收到信号，求：基站发射机的发射功率？,PPC=10lgPT+5-2-4.48-140.52=10lgPT-142-102dBm=-132dB,Lfs=32.44+20lg10+20lg900=111.52dB,Hb(hb,d)=-10dB,Hm(hm,f)=-3dB,LT=111.52+ 30-(-10)-(-3)=154.52d

15、B,LA=LT-KT=140.52dB,发射功率为10W,PT=10W,28,传输损耗的定量分析,6、其他因素的影响 街道走向Kai、Kac 电波损耗与街道走向有关，在距基站同一距离时，平行，垂直相差很大，建筑物形成的沟道有利于电波的传播，相当于波导，纵向街道场强高于基准值，横向街道场强低于基准值。,29,传输损耗的定量分析,建筑物穿透损耗Lp 移动台多在室内，会有附加损耗。 各频段电波穿透建筑物的能力不同，波长越短，穿透能力越强，也就是频率越高，穿透损耗越小。 不同的材料、结构和层数，损耗也不同。 砖石结构较小；钢筋混凝土结构较大；钢结构最大。 地面平均穿透损耗在900MHz时，为13dB。

16、 损耗随楼层增高而线性下降，-2.5dB/层。 OM模型是以街心为条件，没有考虑建筑物穿透损耗，在基站设计时需考虑穿透损耗，才能保持良好的可通率。 建筑物信号很差时（如地下室），可自已安装中继器。,30,传输损耗的定量分析,植被损耗Lz 树木、植被对电波有吸收作用，损耗取决于树木高度、种类、形状、分布密度、空气湿度和季节变化等。 还取决于工作频率、天线极化方向、树木路径长度等因素。 f=900MHz时，Lz=0.15dB/m,31,传输损耗的定量分析,隧道传播损耗 电波传播在遇到隧道等地理障碍时，会产生衰落而导致通信中断。 损耗与频率有关，频率越高，损耗越小。 隧道对微波传播可形成波导，在隧道出现分支或转弯时，损耗会急剧增，弯曲度越大，损耗就越