第二章第一次课超级经典 移动通信教案.ppt

内容回顾重点各个频段的收发频率间隔中国移动营运商频率分配蜂窝移动通信系统的组成移动通信技术的发展趋势相关概念POCSAG码格式知识点各个无线通信系统的概况模拟和数字移动通信网集群通信方式及基本组成移动卫星通信系统发展第二章第二章 移动信道移动信道电波传播特性是研究任何无线电通信首先要研究的问题。传播特性直接关系到通信设备的能力，天线的高度的确定，通信范围的计算，以及为实现优质，可靠的通信所必须采用的技术措施等一系列系统设计的问题。与其他通信信道相比，移动信道是 最为复杂的一种。复杂，恶劣的传播条件是移动通信的特性，这是由于在运动中进行通信这一方式本身所决定的。要在这样的传播条件下保持可以接受的传输质量，就必须采用各种措施来抵消衰落的不利影响。而研究移动信道中的数字传输技术，首要的工作便是深入的了解信道本身的特性。本章着重讨论陆地移动信道的特征和场强的计算。结论：复杂恶劣的传播条件时移动信道特征研究开发移动信道中的数字传播技术第一步：认识移动信道本身特征第二步：给出精确的数字描述三种统计模型基本方法-1 理论分析 用电磁场理论和统计学各种数字模型分析-2 现场电波传播实测-3 移动信道计算机模拟2.1 移动信道的电波传播特性现代移动信道广泛使用VHF,UHF频段，VHF,UFH频段典型的传播路径如图。它有三种传播方式：从发射天线直接到接受天线 直射波发射天线发出的电波经地面发射到天线地面发射波沿地球表面传播的电波 地表面波由于地面波的损耗随频率升高而急剧增大，因此在分析移动信道时，主要考虑直射波和地面反射波的传播特性。本节先讨论直射波和反射波的传播特性。典型移动信道电波传播路径2.1.1 直射波1 自由空间传播损耗自由空间是指信号在理想的 均匀的各种同性的介质中传播，不发生反射，折射，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的空间。-1 直射波接收功率若 发射点处的发射功率为 以球面波辐射，接受的功率为 工作波长发射天线增益 接收天线增益发射和接受天线之间距离 得出结论自由空间传播损耗只与工作频率f和传播距离d有关。-2 视距传播2.1.2 反射波多经传播理论模型1 两经传播模型实际多经传播环境是非常复杂的。在研究传播问题时往往将其简化，并且从最简单的情况入手。仅考虑从基站到移动台以及地面反射波的两经传播模型是最简单的传播模型，在开阔地带，两经传播模型很接近实际移动信道。两经传播模型结论：接收点的信号强度与距离的4次方成反比多经传播模型当存在建筑物和起伏地形时，接收信号将包含建筑物等反射的电波，此时，可用三经，四经等多经传播模型来形容移动信道。2.2 移动信道的衰落特性在实际移动信道中，散射体很多，所以接收信号是由多个电波合成的。直射波，反射波或散射波在接收地点形成干涉场，使得信号产生深度大且快速的衰落快衰落局部场强中值：在局部的时间内，信号电平大于或者小于它的时间各为50。由于移动台的 不断移动，电波传播路径上的地形，地物是不断变化的，因而局部中值也是变化的。这种变化所造成的衰落比多经衰落效应引起的快衰落要慢的多，故为慢衰落。2.2.1 快衰落1 快衰落的概念快衰落的概念陆地移动信道的主要特征是多经传播。传播过程中遇到各种建筑物，树木，植被以及起伏的地形，会引起能量的吸收和穿透以及电波的反射，散射和绕射等，这样移动信道是充满了反射波的传播环境。由于电波通过各个路径的距离不同，因而各个路径传来的反射波到达的时间不同，相位也不同。不同相位的多个信号在接收段叠加，有时同相叠加而增强，有时反相叠加而减弱。这样接收信号幅度可能急剧减小，即产生了衰落。这种衰落是由于多经现象所产生的，称为多经衰落。由于多经产生的衰落。衰落速度 30-40次/s衰落深度 30dB这样的衰落为快衰落快衰落移动通信中，基站用固定 高的天线，移动台用接近地面的低天线。例如，基站天线30-90m；移动台2-3m，这样引起多经的主要原因是移动台周围的建筑物和各种反射体，包括车辆甚至行人。移动台周围的区域称为 近端区域，该区域内的物体造成的反射是形成多经效应的主要原因。离移动台较远的区域为远端区域。在远端区域只有高层建筑物的反射才能对移动台构成多经。所谓近，远端区域对某个移动台而言，并没有严格的界限划分。而且在移动台运动的过程中，近端和远端都在变化的。不过有一点是确定的：离移动台越近的物体低多经效应的贡献越大，而在较远区域，影响小，其原因是移动台天线是近地面的低天线多经衰落，可从空间和时间两个方面描述和测量从空间角度看，沿移动台运动方向，接收信号的幅度随时间变动呈现衰减。从时域角度看，各个路径的长度不同，因而信号到达时间就不同。这样，若从基站发出一个脉冲信号，则接收信号中不但包括该脉冲信号，而且还包括它的各个时延信号，这种由于多经效应引起在接收信号中的脉冲宽度扩散的现象，称为时延扩展。一般来说：模拟无线通信中主要考虑多经效应所引起的接收信号的幅度变化。而数字无线通信中主要考虑多经效应引起脉冲时延信号的时延扩展。这是因为，时延扩展将引起码间串绕，严重影响数字信号的传输质量。2 快衰落的统计特性快衰落的统计特性在实际移动环境中，由于存在各种建筑物，接收信号中包含大量反射波。可以证明这种情况下接收信号的幅度服从瑞利分布，因而多经衰落通常又为瑞利衰落。为了对多经信号进行数学描述，首先给以下假设-1 在收发信机之间无直射波-2 有大量反射波存在，且到达接收天线方向角和相位都是随机的，在全角度均匀分布-3 各个反射波的幅度和相位都是独立统计的2.2.2 慢衰落1.慢衰落的概念慢衰落的概念所谓慢衰落是指接收天线处的场强中值随移动台运动时周围地形，建筑物等的变化而出现的波动，其变化速率较为缓慢。慢衰落的衰落相对与快衰落而言是宏变化，是以较大的宏观尺度来度量。相比之下，快衰落是微观变化。慢衰落的衰落速率与频率无关，这一点与快衰落不同，慢衰落的衰落速率主要取决与传播环境。慢衰落的深度，即局部电平变化的幅度取决与信号频率与障碍勿状况。频率较高的信号比较容易穿透建筑物，频率较低的信号比较容易绕射的能力。气象条件的变化也会引起信号中值电平的变化。电波折射系数，大气相对介电常数都会变化2 慢衰落的统计特慢衰落的统计特性性慢衰落的特性与环境密切相关，可用现场测试方法来找出其统计规律。现场实测时，将同一类地形，地物环境的区域作为一个测试区。方法：1 规划一个大的测试区2 划分出多个小样本区3 测试接收信号电平，并求出其均值4 对大量数据求出其变化的统计规律结论是：近似服从对数正态分布（慢衰落）3 衰落储备衰落储备为防止因衰落而引起的通信中断，在信道设计中，必须考虑信号电平留有足够的余量，以使中断率R小于规定的指标，这种电平的余量称为衰落储备。衰落储备的大小取决于地形，地物，工作频率和要求通信可靠性指标。通信可靠性称为可通率 T 中断率 R关系是 T1-R学会查看图2.9作业：P 47 1P 48 2 ，5