《现代移动通信第2版教学作者蔡跃明第04讲第02章节移动通信信道3课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代移动通信第2版教学作者蔡跃明第04讲第02章节移动通信信道3课件（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四讲 移动通信信道 - 3,数字移动通信,上次课重点回顾,什么是电波传播三级模型？ 多径传播对接收信号有何影响？如何定量描述？ 多普勒扩展对接收信号有何影响？如何定量描述？ 描述信道特性的关键参数有哪些？ 多径衰落信道有哪些分类？,多径时延扩展时间色散频率选择性衰落 多普勒扩展 频率色散时间选择性衰落,第2章 移动通信信道,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,本次课的要求与重难点,要求与重点 1. 理解阴影
2、衰落的起因和对信号传输的影响。 2. 掌握电波传播损耗预测模型。 3. 了解多径信道的建模与仿真 重点：电波传播损耗预测模型 难点：模型修正方法,本次课需要解决的主要问题,什么是阴影衰落？如何减小？ 如何进行地形分类？ 如何利用Okumura模型预测电波传播损耗？ Hata模型适用于什么环境？ 多径信道如何建模？,一、阴影衰落的基本特性,1、阴影衰落的概念 定义：移动台运动中通过不同障碍物的阴影时，接收天线处场强中值发生的变化称为阴影衰落。 障碍物：起伏地形、建筑物、植被（高大的树林）,阴影衰落属于大尺度衰落，信号电平起伏相对缓慢 。,二、阴影衰落的基本特性,2、 抗阴影衰落的方法 工程设计中
3、，采用留有足够衰落余量的方法。 衰落余量：为了防止因衰落引起通信中断，必须为信号电平留有足够的余量（衰落余量），保证中断率R小于规定指标。 衰落余量的大小由地形、地物、工作频率和要求的通信可靠性指标决定。,2.5.1 地形环境分类 2.5.2 Okumura模型 2.5.3 Hata模型 2.5.4 扩展Hata模型 2.5.5 室内路径损耗模型（自学） 2.5.6 IMT-2000模型（自学）,2.5 电波传播损耗预测模型,二、电波传播损耗预测方法,设计无线通信系统时，在给定条件下算出接收信号的场强中值非常重要。 在此基础上，可进一步设计其它参数和指标。 天线高度 位置 工作频率 收发信机距
4、离,二、电波传播损耗预测方法,1、 预测模型的分类 基于理论的模型 基于实测数据的经验模型 理论与经验结合的混合模型,二、电波传播损耗预测方法,2、使用理论与经验结合的方法 先以自由空间传播为基础 再分别考虑各种地形、地物对电波传播的影响，并逐一予以必要的修正,目标：中值损耗=自由空间损耗+地形损耗+修正,前提：由大量测试数据获得的图表、公式,3、基准电压和基准功率 在无线通信领域中，为了计算方便，电压或功率通常用分贝表示，其中电压以dBV作基准，功率以dBm作基准。 换算关系：,二、电波传播损耗预测方法,二、电波传播损耗预测方法,3、基准电压和基准功率 dBm用于表示功率大小的绝对值 如果发
5、射功率为2W，则 dB用于表征功率的相对比值,2.5.1 地形环境分类 2.5.2 Okumura模型 2.5.3 Hata模型 2.5.4 扩展Hata模型 2.5.5 室内路径损耗模型（自学） 2.5.6 IMT-2000模型（自学）,2.5 电波传播损耗预测模型,三、地形环境分类,1. 地形特征定义 2. 地形分类 3. 传播环境分类,1、地形特征定义,（1）地形波动高度h 在平均意义上描述了电波传播路径中地形变化的程度。,定义：沿通信方向，距接收地点10km范围内，10高度线和90高度线的高度差。 10高度线是指在地形剖面图上有10的地段高度超过此线的一条水平线。,1、地形特征定义,（
6、2）移动台天线有效高度hm 定义：移动台天线距地面的实际高度。,（3）基站天线有效高度hb 定义：沿电波传播方向，距基站天线315km的范围内平均地面高度以上的天线高度。,2、地形分类,（1）如何进行地形分类 从电波传播角度，根据地形波动高度大小分类： 准平坦地形（准平滑地形、中等起伏地形） 不规则地形,2、地形分类,（2）准平坦地形 地形波动高度在20m以内，而且起伏缓慢。 （3）不规则地形 除准平坦地形之外的其它地形。 不规则地形按其形态，又可分为若干类，如丘陵地形、孤立山峰、斜坡和水陆混合地形等。,2、地形分类,3、传播环境分类,（1）传播环境的分类 根据地物的密集程度对传播环境进行分类
7、 开阔地区 郊区 城区 中小城市地区 大城市地区,3、传播环境分类,（2）开阔地区 在电波传播方向上没有建筑物或高大树木等障碍的开阔地带。 （3） 郊区 有12层楼房，但分布不密集，还可有小树林等。,3、传播环境分类,（4） 中小城市地区 建筑物较多，有高层建筑，但数量较少，街道比较宽。 （5）大城市地区 建筑物密集，街道较窄，高层建筑较多。,3、传播环境分类,工程设计中，通常按照穿透损耗的大小分类 如IS-95 CDMA二期将地域类型分成 密集城区 一般城区 郊区 农村,km,3、传播环境分类,2.5.1 地形环境分类 2.5.2 Okumura模型 2.5.3 Hata模型 2.5.4 扩
8、展Hata模型 2.5.5 室内路径损耗模型（自学） 2.5.6 IMT-2000模型（自学）,2.5 电波传播损耗预测模型,四、Okumura模型,日本科学家奥村（Okumura）于1962年、1965年在日本东京及其周围的100km范围内，使用不同频率（200、453、922、1310、1430及1920MHz）、不同天线高度、选择不同距离进行一系列测试，并对实测结果进行总结得出相应的曲线。 Okumura模型是根据测试结果绘成的经验曲线所构成的模型。,四、Okumura模型,1、Okumura模型适用条件 工作频率范围：VHF、UHF频段 基站天线有效高度hb：30200m 移动台天线高
9、度hm：110m 通信距离d ：120km,四、Okumura模型,2、Okumura模型的使用方法 以准平坦（中等起伏）地形的大城市市区（基站有效天线高度hb为200米，移动天线高度hm为3米）的路径损耗中值（或场强中值）为基础。 第一步：计算自由空间传播损耗； 第二步：得到基准中值或基本中值损耗； 第三步：根据天线高度、地形、环境等，增加校正因子。,四、Okumura模型,Lfs ：自由空间传输损耗； Am(f,d) ：准平坦地形大城市地区，基站天线高度为200m，移动台天线高度为3m时相对于自由空间的中值损耗，又称为基本中值损耗； Hb(hb ,d)、Hm(hm , f) ：天线高度增益
10、因子。,3、准平坦地形大城市的中值路径损耗的计算,四、Okumura模型,3、准平坦地形大城市的中值路径损耗的计算,第一步：计算自由空间传输损耗,四、Okumura模型,第二步：查图得到Am (f,d) 基本中值损耗 与频率和距离有关系； 是以自由空间传播损耗为0dB情况下的相对值； 在hb=200m，hm=3m条件下得到。,3、准平坦地形大城市的中值路径损耗的计算,思考：其它天线高度时怎么办？,四、Okumura模型,3、准平坦地形大城市的中值路径损耗的计算,第三步：根据天线高度和距离进行修正,基站天线高度增益,移动台天线高度增益,四、Okumura模型,3、准平坦地形大城市的中值路径损耗的
11、计算,第三步：根据天线高度和距离进行修正,基站天线高度增益因子Hb(hb,d) 与天线高度和距离有关。,-,四、Okumura模型,移动台天线高度增益因子Hm(hm,f) 与天线高度、频率和传播环境有关 大城市增益小,3、准平坦地形大城市的中值路径损耗的计算,第三步：根据天线高度和距离进行修正,4、不规则地形/不同环境下中值路径损耗的计算,四、Okumura模型,增加其它修正因子,LM（dB）=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb, d) -Hm(hm,f)-ks-kh-kA-kis,传播路径 损耗中值,自由空间 传播损耗,准平坦地传播损耗中值,移动台天线高度增益因子,基站天线高度增益因子,郊区
12、修正因子,丘陵地形修正因子,斜坡地形修正因子,水陆混合传播路径修正因子,此外，还有开阔区校正因子、城市道路走向及道路宽度校正因子、孤立山丘校正因子和植被校正因子等。,PR=PT-LM+Gb+Gm-Lb-Lm- Ld,接收机收到的中值信号功率(dBW),发射机输出功率(dBW),中值路径损耗(dB),移动台天线增益(dB）,基站天线增益(dB),基站馈线损耗(dB),移动台馈线损耗(dB),基站天线共用器损耗(dB),四、Okumura模型,5、信号接收功率实例分析,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；
13、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，不考虑馈线损耗和共用器损耗，求移动台天线接收到的信号功率。,四、Okumura模型,5、信号接收功率实例分析,（1） 求传播路径的中值路径损耗 第一步：计算自由空间传播损耗Lfs,四、Okumura模型,5、信号接收功率实例分析,（1） 求传播路径的中值路径损耗,第二步：查市区基本中值损耗,四、Okumura模型,5、信号接收功率实例分析,（1） 求传播路径的中值路径损耗,第三步：查天线修正因子,基站天线高度增益因子,移动台天线高度增益因子,四、Okumu
14、ra模型,5、信号接收功率实例分析,-,（1） 求传播路径的中值路径损耗 可得传播路径损耗中值为：,（2）中等起伏地市区中接收信号的功率中值为：,四、Okumura模型,对于例题的扩展：举一反三 例题中已知基站、移动台的天线参数，发射功率等，求解接收功率。 扩展1： 若已知移动台所需接收功率的大小，基站、移动台的参数，能求解出基站至少需要多大的发射功率吗？ 扩展2： 若已知基站的发射功率、移动台的接收功率，传播距离以及移动台的天线高度，能求解出基站天线至少需要架设多高吗？,四、Okumura模型,对于例题的扩展：举一反三 扩展3： 若已知基站的发射功率、移动台的接收功率，传播距离以及基站的天线
15、高度，能求解出移动台天线至少需要架设多高吗？ 扩展4： 若已知基站的发射功率、移动台的接收功率，基站以及移动台的天线高度，能求解出基站与移动台之间至多能相距多少米吗？,四、Okumura模型,2.5.1 地形环境分类 2.5.2 Okumura模型 2.5.3 Hata模型 2.5.4 扩展Hata模型 2.5.5 室内路径损耗模型（自学） 2.5.6 IMT-2000模型（自学）,2.5 电波传播损耗预测模型,五、 Hata 模型与扩展Hata 模型,1、使用Hata模型的必要性 使用Okumura模型，需要查找其给出的各种曲线，不利于计算机进行预测。 Hata根据Okumura的基本中值场
16、强预测曲线，通过曲线拟合，提出了传播损耗的经验公式，即Okumura-Hata模型，简称Hata模型。 以城市市区的传播损耗公式作为基准，其它地区采用校正公式进行修正。,五、 Hata 模型与扩展Hata 模型,2、Hata 模型适用条件 工作频率范围：VHF、UHF频段； 基站天线有效高度：30200m； 移动台天线高度：110m； 通信距离：120km。,五、 Hata 模型与扩展Hata 模型,中值路径损耗的经验公式 a(hm) 为移动台天线修正因子，以1.5m为基准 f 以 MHz 为单位 hm 以 m 为单位 d 以 km 为单位,3、Hata 模型的路径损耗计算,移动台天线修正因子a(hm) 中小城市修正因子 大城市修正因子（建筑物平均高度超过15 m）,五、 Hata 模型与扩展Hata 模型,3、Hata 模型的路径损耗计算,4、扩展Hata 模型,对较高频段的Okumura传播曲线进行分析得到 适用频率达到2GHz 中值路径损耗公式为：,中等城市和郊区,市中心,五、 Hata 模型与扩展Hata 模型,六、
