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1、电控学院 综合楼823,第二章 移动通信信道,电控学院 综合楼823,描述的是发射机与接收机之间长距离上的场强变化(几百米或几千米),描述短距离或短时间内的接收场强的快速波动(几个波长)（ms级）,统计特性主要参数建模与仿真,通过本章学习，着重解决以下问题：,电控学院 综合楼823,概述,思考题,电控学院 综合楼823,通俗地说，是指以传输媒质为基础的信号通路 信道的作用是传输信号 它提供通路让信号通过，同时又给信号加以限制和损害,2.1概述,信道,电控学院 综合楼823,电控学院 综合楼823,电波传播和信道,2.1概述,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
2、移动台的运动周围环境的变化,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为实现优质可靠的通信需采用何种抗衰落技术,电控学院 综合楼823,路径损耗随信号传播距离变化而导致的传播损耗和弥散 阴影衰落由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电磁波的遮蔽所引起的衰落,多径衰落无线电波到达接收端时是从多条路径传来的多个信号叠加，这种多径传播所引起的信号在接收端幅度、相位和到达时 间的随机变化导致严重的衰落,电波传播的衰落的表现,多普勒效应由于移动台的运动使得接收信号在频域扩展，多谱勒频移产生附加的调频噪声，出现信号失真,2.1概述,电控学院 综合楼823,信道衰落模型,2.1概述,
3、具体分析,电控学院 综合楼823,衰落的算式描述 信道的衰落因子 大尺度衰落 小尺度衰落,接收功率,图 无线信道中的大尺度和小尺度衰落,t,2.1概述,电控学院 综合楼823,2.2 电波传播特性,电波传播方式,视距传输,发射天线增益,2.2 电波传播特性,直射（自由空间模型）,自由空间,在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，电波传播不发生反射、折射、绕射、散射和吸收现象，只存在电磁波能量扩散而引起的传播损耗。,接收信号功率,发射功率为PT半径d的球面上单位面积功率,接收电波功率密度,接收天线处的功率,接收天线增益,天线的增益,电控学院 综合楼823,自由空间的直射传播损耗,2.2 电波传播
4、特性,与距离平方成正比,电控学院 综合楼823,折射,当一束电波通过大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，从而使电波射束发生弯曲（折射率随高度变化）。,低层大气不是均匀介质,绝对折射率,相对折射率,2.2 电波传播特性,电控学院 综合楼823,折射,2.2 电波传播特性,在工程上通常用“地球等效半径”来表示，认为电波依然按直线方向进行，只是地球的实际半径 （6.37*105）变为等效半径 ，其间关系如下,电控学院 综合楼823,反射,2.2 电波传播特性,当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如果界面尺寸比电波波长大得多时会产生镜面反射。,如果电磁波传输到理想介质表面（反射表面平滑）
5、，则能量都将反射回来,电控学院 综合楼823,2.2 电波传播特性,接收天线的极化方式同被接收的电磁波的极化形式一致时，才能有效地接收到信号，否则将产生极化失配,反射系数,入射波场强与反射波场强的比值,绕射,惠更斯-菲涅尔原理（略）,2.2 电波传播特性,当直射路径上存在各种障碍物，围绕阻挡体也产生波的弯曲，无线电信号可以传播到阻挡物后面,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）,绕射由次级波的传播进入阴影区而形成。阴影区绕射波场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和,在P点处的次级波前中，只有夹角为的次级波前能到达接收点
6、R每个点均有其对应的角， 的变化决定了到达R辐射能量的大小若经由 P点的间接路径比经由P 点的直接路径d长/2，信号抵消,电控学院 综合楼823,菲涅尔区,从发射点到接收点次级波路径长度比总的视距路径长度大n/2的连续区域,2.2 电波传播特性,n为奇数时，两信号抵消n为偶数时，两信号叠加,接收点信号的合成,菲涅尔区同心半径,在接收点处第一菲涅尔区的场强是全部场强的一半,第一菲涅尔区( ),r1 是第一菲涅尔区在P点横截面的半径,电控学院 综合楼823,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由障碍物引起的附加损耗,菲涅尔余隙x障碍物顶点到直射线的距离,规定阻挡时余隙为负(a)，
7、无阻挡时余隙为正(b)。,2.2 电波传播特性,-,+,电控学院 综合楼823,绕射损耗与余隙的关系曲线,x/r10.5时附加损耗为0dB。X 0.5,2.2 电波传播特性,电控学院 综合楼823,2.2 电波传播特性,例：设如图a所示的传播路径中，菲涅尔余隙x=-25m，d1=0.5km，d2=1km,工作频率为900MHz，试求出电波传播损耗。,解：,先求出自由空间传播损耗,第一菲涅而区半径为,由上页图查附加绕射损耗（x/r1= -2）为23dB，所以电波传播损耗为,电控学院 综合楼823,散射,产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体，如树叶、灯柱等,表面光滑度的判定：,表面平整度的参数高
8、度 平面上最大的突起高度,2.2 电波传播特性,反射一般产生于光滑表面,散射损耗系数,表面高度的标准差,电控学院 综合楼823,2.3移动无线信道及其特性,信道特性分析,自由空间,固定发送、接收天线,自由空间,移动性天线,反射墙,固定发送、接收天线,反射墙,移动性天线,信道环境,路径损耗,路径损耗+多普勒频移,路径损耗+多径,路径损耗+多径+多普勒扩频,信道特性,回顾,2.3移动无线信道及其特性,自由空间,固定发送、接收天线,直射,2.3移动无线信道及其特性,自由空间,直射+移动,路径损耗,移动性天线,多谱勒频移,2.3移动无线信道及其特性,直射+反射,反射墙,固定发送、接收天线,路径损耗,多
9、径,相关距离,时延扩展,相关带宽,2.3移动无线信道及其特性,直射+反射+移动,反射墙,移动性天线,路径损耗,多径,多普勒频移1,多普勒频移2,多普勒频普扩展,多普勒,2.3移动无线信道及其特性,电控学院 综合楼823,多谱勒频移,表达式,发射机与接收机之间存在相对运动，路程差造成的接收信号相位变化，使接收机接收到的信号频率与发射机发出的信号频率之间产生一个差值,由路程差造成的接收信号相位变化值为由此可得频率变化值，即多普勒频移fd为,2.3移动无线信道及其特性,电控学院 综合楼823,2.3移动无线信道及其特性,Doppler频移fd与移动台运动方向、速度以及无线电波入射方向之间的夹角有关若
10、移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正（接收信号频率上升）反之，若移动台背向入射波方向运动，多普勒频移为负（接收信号频率下降）信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩散，因而增加了信号带宽,特点,演示,电控学院 综合楼823,两径接收天线的接收信号功率为：,直射波,反射波,地表面波,感应场地面二次效应,多径效应,散射、绕射,2.3移动无线信道及其特性,考虑N条路径时，上式可推广为,两路径相位差,电控学院 综合楼823,阴影衰落,当电波在传播路径上遇到起伏地形、建筑物等障碍物阻挡时，会产生电磁场的阴影。移动台通过不同障碍物的阴影时，就构成接收天线处场强中值的变化，从而引起衰落
11、,特点,大尺度衰落衰落的信号电平起伏是相对缓慢的衰落与无线电传播地形和地物的分布、高度有关,2.3移动无线信道及其特性,电控学院 综合楼823,移动无线信道的衰落特性,2.3移动无线信道及其特性,多径衰落在数十波长范围内，接收信号场强快速变化阴影衰落在数百波长区间内，短区间中值出现缓慢变动特征自由空间传播损耗在公里范围内，长区间中值随距离变化而变化,电控学院 综合楼823,由于多径环境和移动台运动等因素，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、频率及角度上的分布来描述这种色散,功率延迟分布PDP,时间色散,多普勒功率谱密度DPSD,角度谱PAP,频率色散,角度色散,2
12、.4描述多径信道的主要参数,电控学院 综合楼823,时间色散参数和相关带宽,时间色散,发射端发送一个窄脉冲时，由于多径传播，发射信号沿各个路径到达接收天线的时间不一样，接收信号由多个时延信号叠加，产生时延扩展,发射脉冲,接收脉冲,2.4 描述多径信道的主要参数,多径传播引起,电控学院 综合楼823,功率延迟分布（PDP，power delay profile）,由不同时延的信号分量具有的平均功率所构成在市区环境中近似为指数分布,T是常数，为多径时延的平均值,描述时间色散的重要参数,2.4 描述多径信道的主要参数,电控学院 综合楼823,典型的归一化时延（功率）谱,平均时延（一阶矩）,rms时延
13、扩展,最大附加时延扩展(XdB),2.4 描述多径信道的主要参数,多径能量从初值衰落到低于最大能量(XdB)处的时延，即定义了高于某特定门限的多径分量的时间范围,电控学院 综合楼823,相关（干）带宽,考虑一个问题，信号中不同频率分量通过多径衰落信道后所受到的衰落是否相同,相关带宽指一特定频率范围，在该范围内，两个频率分量有很强的幅度相关性即所有频率分量几乎具有相同的增益及线性相位。,从时延扩展角度说明相关带宽,两径情况 多径情况,2.4描述多径信道的主要参数,电控学院 综合楼823,接收信号,等效网络传递函数,信道的幅频特性,当 时，信号同相叠加，出现峰点；当 时，信号反相相减，出现谷点 ，
14、出现了合成波的干涉现象,2.4 描述多径信道的主要参数,图 两径信道模型,两径情况,图 信道幅频特性,演示,电控学院 综合楼823,多径情况,两径时延 转变为rms时延扩展 是随时间变化的合成信号的振幅的谷点和峰点的位置也随时间变化，很难准确分析,通常考虑信号包络的相关性来确定相关带宽,根据包络的相关系数,令 来测度相关带宽，得,2.4 描述多径信道的主要参数,电控学院 综合楼823,根据频率与衰落关系分类,频率选择性衰落,传输信道对信号不同的频率成分有不同的随机响应，信号中不同频率分量衰落不一致,非频率选择性衰落(平坦衰落),信号经过信道后，各频率分量衰落是相关的，具有一致性,2.4 描述多径信道的主要参数,2.7,电控学院 综合楼823,判定方法,由信道和信号特性两方面决定，对于移动信道，存在一个固有的相关带宽,数字通信系统,信号带宽远小于信道相关带宽BsBc,平坦衰落,频选衰落,码间干扰,2.4 描述多径信道的主要参数,相关带宽表征的是衰落信号中两个频率分量基本相关的频率间隔实际上是对移动信道传输具有一定带宽信号能力的统计度量,电控学院 综合楼823,通过图的动态变化我们可以看出：在信号带宽范围内，各频点的幅度有基本相同的增益，也就是说，发送信号的频谱基本保持不变信道的增益是随着时间变化的，也就是接收端信号的功率是不断变化的，这种信号忽大忽小的变化就是衰落,
