《现代移动通信 第2版 教学课件 ppt 作者 蔡跃明 第02讲 第02章 移动通信信道-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代移动通信 第2版 教学课件 ppt 作者 蔡跃明 第02讲 第02章 移动通信信道-1（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二讲 移动通信信道 - 1,数字移动通信,上次课重点回顾,何谓移动通信？ 移动通信有哪些主要特点？ 常用的移动通信应用系统有哪几种？,无线电信号经历移动通信信道后会发生哪些变化？ 产生这些变化的原因有哪些？ 如何表征移动通信信道特性？,本讲-第4讲要解决的主要问题,2-4,第2章 移动通信信道,内容提要 2.1 陆地无线电波传播特性 2.2 移动通信信道的多径传播特性 2.3 描述多径衰落信道的主要参数 2.4 阴影衰落的基本特性 2.5 电波传播损耗预测模型 2.6 多径衰落信道的建模和仿真,第一次课,第二次课,第三次课,1)深入理解移动通信信道特点； 2)更好地理解经历信道后的信号变化机
2、理。,2-5,为何要研究传播特性？,1.发射机与接收机之间的传播路径非常复杂 接收天线将接收从多条路径传来的信号 移动台的运动 周围环境的变化,2.传播特性直接关系到以下因素 天线高度的确定 预测信号的覆盖范围 需采用何种抗衰落技术 ,2-6,要求与重点 掌握移动通信中电波传播的主要方式，理解两径传播模型的合成场强计算方法。 掌握多径传播的基本特性，理解多径衰落对数字移动通信的影响。 理解描述多径信道的参数，了解小尺度衰落模型。 掌握电波传播损耗的预测。 了解移动通信信道的建模与仿真。,第2章 移动通信信道,本次课要解决的问题及要求,自由空间传播损耗模型？ 电波传播的几种方式？自由空间传播模型
3、和两径传播模型的传播损耗如何计算？ 掌握移动通信中电波传播的主要方式 掌握自由空间电波传播损耗规律 理解两径传播模型的合成场强计算方法及传播损耗规律,重点：典型传播方式及传播损耗规律 难点：两径传播模型的合成场强计算,2-8,一、概述,1、信道分类 按传输媒质分 有线信道 无线信道 根据信道特性参数随时间变化的快慢 恒参信道：传输特性随时间变化速度极慢，或者说在足够长的时间内，其参数基本不变。 变参信道：传输特性随时间的变化较快。,移动通信信道是典型的无线变参信道。,2-9,一、概述,2、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
4、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 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。,概述,2-10,2-11,3、目前典型移动通信使用频段 （1）150 MHz （VHF） （2）450 MHz （UHF） （3）900 MHz （UHF） （4）1800MHz （UHF） （5）2000MHz （UHF） （6）4G将使用3.5GHz、5.2GHz、.,VHF/UHF频段电波传播有哪些特性呢？,一、概述,2-12,2.1 陆地无线电波传播特性,2.1.1 电波传播方式 2.1.2
5、 直射波 2.1.3 大气中的电波传播 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 2.1.5 反射波 2.1.6 散射波,2-13,二、电波传播方式,VHF与UHF频段，典型传播方式 1、直射 2、反射 3、散射 4、绕射,问题情境：附近GSM基站发射的电波信号如何到达本教室？,2-14,2.1.1 电波传播方式 2.1.2 直射波 2.1.3 大气中的电波传播 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 2.1.5 反射波 2.1.6 散射波,2.1 陆地无线电波传播特性,2-15,三、直射波,1、传播模型 自由空间传播模型 （1）几点讨论 自由空间传播模型的定义 均匀无损耗的无限大空间 各向同性 电导率
6、为0，相对介电常数和相对磁导率为1。,2-16,三、直射波,自由空间传播模型的特性 不存在电波的反射、折射、绕射、色散和吸收等现象 电波的传播速率等于真空中光速C 自由空间传播损耗的本质 球面波在传播过程中，随着传播距离增大，球面单位面积上的能量减小了。 接收天线的有效截面积一定，故接收天线所捕获的信号功率减小。,2-17,三、直射波,（2）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 实际情况中，只要地面上空的大气层是各向同性的均匀媒质，其相对介电常数和相对磁导率为1，传播路径上没有障碍物的阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计，这样情况下，电波可视作在自由空间传播。,
7、2-18,三、直射波,2、接收功率计算公式 距发射机d 处天线的接收功率： PT = 发射功率 (W) GT = 发射天线增益 GR = 接收天线增益 = c/f 波长(m)，c = 光速 (3108 m/s) d = 发射机和接收机之间的距离(m),单位面积上的电波功率密度,接收天线的有效面积,2-19,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2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，L1则表明系统硬件中无损耗。,三、直射波,2-20,三、直射波,3、自由空间传播损耗计算 自由空间传播损耗的
8、定义：(不考虑天线增益) 以dB计，得到： 或 前提条件：天线增益为1，综合损耗=1，单位以dB计。,2-21,自由空间传播损耗： 只与工作频率和传输距离有关 当距离或频率增加一倍，路径损耗增加约6dB,三、直射波,思考题：已知近地距离d0点接收功率Pr(d0)，如何求解实际距离d的接收功率Pr(d) ？,三、直射波,2-23,2.1.1 电波传播方式 2.1.2 直射波 2.1.3 大气中的电波传播 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 2.1.5 反射波 2.1.6 散射波,2.1 陆地无线电波传播特性,四、大气中的电波传播,1、出现折射现象的原因 在实际移动信道中，电波在低层大气中传播。
9、地球上的空气处于重力场中，且大气的气压和温度随着高度分布不均，其密度随高度而变化。 大气折射率随密度减小而减小。 思考：电磁波在大气中传播时，会发生什么现象？,电磁波在传播过程中，通过一层层密度不同的大气，在各层的分界面处会发生折射，使电波射束发生弯曲。,四、大气中的电波传播,2、折射现象示意图 电磁波从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象叫做折射。 3、折射对电波传播的影响 有利：存在折射，可使极限视线传播的距离增大 不利：吸收等因素会消耗电磁波能量,四、大气中的电波传播,4、介质折射率 与电波传播速度 间的关系 介质折射率 大气的相对介电系数 与温度、湿度和气压有关 大气的高度
10、不同，相对介电常数不同 电波传播速度与介质折射率成反比,四、大气中的电波传播,5、超视距传输 大气折射的弯曲程度取决于大气折射率n的垂直梯度 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。,四、大气中的电波传播,5、超视距传输 标准大气情况下，等效地球半径系数k=4/3。地球实际半径是6370km, 地球等效半径为8500km。 思考：等效半径变大意味着什么？ 大气折射的结果是传播距离比极限视距更远了，即所谓的超视距传播。,四、大气中的电波传播,6、视线传播极限距离的计算,2-30,2.1.1 电波传播方式
11、2.1.2 直射波 2.1.3 大气中的电波传播 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 2.1.5 反射波 2.1.6 散射波,2.1 陆地无线电波传播特性,五、障碍物的影响与绕射损耗,1、绕射现象 绕射：电磁波能够绕过长度不大于波长的障碍物传播 绕射使得无线电信号可以传播到阻挡物后面 思考：哪个波段的电磁波绕射能力最强？,障碍物,频率越低，传播损耗越小，绕射能力越强！,五、障碍物的影响与绕射损耗,2、绕射产生机理 绕射可用惠更斯原理解释,波前上的所有点均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。,五、障碍物的影响与绕射损
12、耗,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，障碍物会带来的一定的传播损耗，这种附加传播损耗称为绕射损耗。,3、绕射对电波传播的影响,五、障碍物的影响与绕射损耗,3、绕射对电波传播的影响,绕射损耗与菲涅尔余隙有关。 菲涅尔余隙x：障碍物顶点至直射线TR的距离。 阻挡时余隙为负 无阻挡时余隙为正,五、障碍物的影响与绕射损耗,4、计算绕射损耗的计算,绕射损耗由第一费涅尔半径 x1决定：,x1有什么用处？,五、障碍物的影响与绕射损耗,x/x10.5时,附加损耗约为0dB。 x0时，附加损耗急剧增加。 x=0时，TR射线从障碍物顶点擦过，附加损耗约为6dB。 在选择天线高度时，根据地形尽
13、可能使服务区内各处的菲涅尔区余隙x/x10.5 。,图2-4 绕射损耗与余隙的关系,4、绕射损耗的计算,五、障碍物的影响与绕射损耗,5、实际无线基站勘测中的考虑 在无线基站勘测时，要注意其覆盖范围内是否有大于第一菲涅尔区半径的障碍物。 应保证第一菲涅尔区0.6倍焦距内无阻挡物 。,低频段中影响通信的某些障碍物，在高频段可能不再影响通信。,2-37,【例2-1】：设图（a）所示的传播路径中，菲涅尔余隙x=-82m，d1=5km，d2=10km，f=150MHz，求传播损耗。 计算说明： （1）传播损耗=自由空间传播损耗+附加绕射损耗 （2）频率与波长的互换,五、障碍物的影响与绕射损耗,解：（1）
14、自由空间传播损耗 （2）求第一菲涅尔区半径为 查图24得： 附加绕射损耗为16.5dB 所以，实际损耗为：,五、障碍物的影响与绕射损耗,2-40,2.1.1 电波传播方式 2.1.2 直射波 2.1.3 大气中的电波传播 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 2.1.5 反射波 2.1.6 散射波,2.1 陆地无线电波传播特性,2-41,反射波：当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如果尺寸比电波波长大得多时会产生镜面反射。,六、反射波,2-42,1、地面反射模型（双线或两径传播模型）：,双线地面反射模型是基于几何光学的非常有用的传播模型。 按平面波处理，引入反射系数R描述。其中R定义为反射
15、波场强与入射波场强的比值；镜面反射时，R=-1。 适用范围：几千米范围的大尺度信号和城区视距内的微蜂窝环境。,六、反射波,2-43,2、接收场强计算 （1） 反射波与直射波二径合成表达式 若E0为距离发射机d0处电场，则dd0处的电场为 合成场强为 （2）具体推导 步骤：路径差=路径差引起的相位差=接收场强,六、反射波,2-44,1）反射波与直射波的路径差为： 在 ，上式中每个根号都可以用二项式定理展开，当只取展开式中的前两项，且 时可得：,六、反射波,2-45,2）由路径差引起的相位差 3）合成场强幅度 在T-R距离很大的情况下， dLOS与dg相差很小，两者近似等于d，此时有 ：,六、反射
16、波,2-46,可见： i）合成场强随相位差的变化而变化，造成衰落现象； ii）合成场强幅度近似随距离的2次方衰减； iii）对应的传播损耗：,六、反射波,与自由空间传播损耗有何区别？,2-47,2.1.1 电波传播方式 2.1.2 直射波 2.1.3 大气中的电波传播 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 2.1.5 反射波 2.1.6 散射波,2.1 陆地无线电波传播特性,七、散射波,1、散射产生的原理 粗糙的表面会向所有方向散射电磁波。 2、散射对电波传播的影响 散射造成实际中接收信号强度比单独考虑绕射和反射模型时预测的要强。,七、散射波,3、散射和反射的区别 物体表面的光滑程度及物体大小与波长的比较决定了对电波进行散射还是反射。 远大于波长的平滑表面 反射模型。 小于波长的粗糙表面 散射模型。,对于陆地移动通信，树叶、街道标志和灯柱等会引发散射。,2-50,小结,无线
