第2章-移动通信的基本概念xinppt课件.ppt

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1、1第第2 2章章 移动通信的基本概念移动通信的基本概念授课人：李玲香授课人：李玲香2引言引言l研究任何无线电通信系统的总体，必须首先对电波传播路径作研究任何无线电通信系统的总体，必须首先对电波传播路径作分析，因为它直接关系到通信设备能力和天线高度的确定；分析，因为它直接关系到通信设备能力和天线高度的确定；l关系到通信距离的计算和频道的选择；关系到通信距离的计算和频道的选择；l关系到如何实现优化可靠的信道的技术措施和系统指标的确定。关系到如何实现优化可靠的信道的技术措施和系统指标的确定。3教学目标教学目标l掌握信道及无线信道的结构；掌握信道及无线信道的结构；l熟悉熟悉VHF、UHF电波传播特性电

2、波传播特性；l掌握掌握移动信道的特征移动信道的特征；l掌握任意地形地区的传播损耗中值的估算；掌握任意地形地区的传播损耗中值的估算；l掌握移动通信系统的组成；掌握移动通信系统的组成；l了解全国蜂窝系统的网络结构，了解移动通信网络的了解全国蜂窝系统的网络结构，了解移动通信网络的区域、号码、地址与识别区域、号码、地址与识别。学习完本课程，你将能够：学习完本课程，你将能够：4第第2 移动通信基础知识移动通信基础知识l2.1 2.1 无线电波的传播特性无线电波的传播特性l2.2 2.2 移动信道的特征移动信道的特征 l2.3 2.3 陆地信道的场强估计与损耗陆地信道的场强估计与损耗l2.4 2.4 蜂窝

3、系统工作原理蜂窝系统工作原理l2.5 2.5 移动通信系统的基本网络结构移动通信系统的基本网络结构 51、什么叫无线电波？、什么叫无线电波？l无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。2.1 无线电波的传播特性一、无线电磁波一、无线电磁波62、电磁波的传播、电磁波的传播电场电场电场电场电场电场振子振子电波传输方向电波传输方向磁场磁场磁场磁场2.1 2.1 无线电波的传播特性无线电波的传播特性73、无线电波传播特点、无线电波传播特点 无

4、线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。无线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播时波会减弱。l无线电波在空气中的传播速度略小于光速，通常我们就认无线电波在空气中的传播速度略小于光速，通常我们就认为它等于光速。为它等于光速。2.1 2.1 无线电波的传播特性无线电波的传播特性83、波长、频率和传播速度的关系、波长、频率和传播速度的关系l可用式可用式 / 表示。其中，表示。其中，为速度，单位为米为速度，单位为米/秒；秒； 为频率，单位为赫兹；为频率，单位为赫兹；为波长，单位为米。为波长，单位为米。波长波长2.1 2.1 无线电波的传播特性无线电波的传播特性94、无线电波频段的划分、无线电波频

5、段的划分频段名称频段名称频率范围频率范围波长范围波长范围长波长波30300KHz100010000m中波中波3003000KHz1001000m短波短波330MHz10100m超短波超短波30300MHz（VHF）110m微波微波0.33GHz（UHF）10 cm1m330GHz110cm30300GHz110mm2.1 2.1 无线电波的传播特性无线电波的传播特性105、VHF、UHFlVHF：甚高频（：甚高频（30MHz300MHz）。目前使用情况：）。目前使用情况：150MHzl UHF：特高频（：特高频（300MHz3000MHz）。目前使用情况：）。目前使用情况：450MHz、800

6、MHz、 900MHz、1800MHz、1900MHz、2000MHz2.1 2.1 无线电波的传播特性无线电波的传播特性为何移动通信通信主要使用为何移动通信通信主要使用VHF和和UHF频段？频段？ （1）VHF/UHF频段适合于移动通信：频段适合于移动通信： 从从VHF/UHF频段电波的传播特频段电波的传播特性来看，主要是视距范围内，一般为几十公里，而大部分车辆的日常移动性来看，主要是视距范围内，一般为几十公里，而大部分车辆的日常移动半径在几十公里范围内，因此，这个频段适合于移动通信。半径在几十公里范围内，因此，这个频段适合于移动通信。 （2）天线长度决定波长，这个频段信号发射和接收时，所使

7、用的无线）天线长度决定波长，这个频段信号发射和接收时，所使用的无线较短便于移动。较短便于移动。 （3）抗干扰能力强：）抗干扰能力强：VHF/UHF频段，可以使用较小的发射功率获得及频段，可以使用较小的发射功率获得及爱好的信噪比。爱好的信噪比。116、超短波的传播、超短波的传播l目前目前GSM和和CDMA移动通信使用的频段都属于移动通信使用的频段都属于UHF（特（特高频）超短波，其高端属于微波。高频）超短波，其高端属于微波。l超短波和微波又称空间波，空间波一般只能沿直线方向超短波和微波又称空间波，空间波一般只能沿直线方向传播到直接可见的地方传播到直接可见的地方。l 超短波和微波均属于视距传播。超

8、短波和微波均属于视距传播。 2.1 2.1 无线电波的传播特性无线电波的传播特性127、电波传播方式、电波传播方式 l发射机天线发出的无线电波，可依不同的路径到达接收机，发射机天线发出的无线电波，可依不同的路径到达接收机，当频率当频率f30 MHz时，典型的传播通路如图所示。时，典型的传播通路如图所示。发射天线接收天线2.1 2.1 无线电波的传播特性无线电波的传播特性13二、直射波二、直射波 l直射波传播可按直射波传播可按自由空间传播自由空间传播来考虑。来考虑。 所谓所谓自由空间自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播，传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。它是

9、理想传播条件。l特点：特点：电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。吸收，也不会产生反射或散射。l产生原因：由于辐射能量的扩散而引起的。产生原因：由于辐射能量的扩散而引起的。直射波传播损耗直射波传播损耗可看成自由空间的电波传播损耗：可看成自由空间的电波传播损耗：)(201)(20144.32)(zfsMHgfkmgddBLl结论：结论：自由空间电波传播损耗只与工作频率自由空间电波传播损耗只与工作频率f和传播距离和传播距离d有有关。当关。当f或或d增大一倍时，增大一倍时，Lfs将分别增大将分别增大6dB。2.1 2.1

10、无线电波的传播特性无线电波的传播特性14l自由空间传播模型一般用于预测接收机和发射机之自由空间传播模型一般用于预测接收机和发射机之间完全无阻挡的视距路径是接受的场强，比如卫星间完全无阻挡的视距路径是接受的场强，比如卫星通信系统和微波视距通信的无线链路就是典型的自通信系统和微波视距通信的无线链路就是典型的自由空间传播。由空间传播。l结论：结论：自由空间电波传播损耗只与工作频率自由空间电波传播损耗只与工作频率f和传播距离和传播距离d有有关。当关。当f或或d增大一倍时，增大一倍时，Lfs将分别增大将分别增大6dB。l自由空间传播导致大部分发射信号大部分都散失在空间中，自由空间传播导致大部分发射信号大

11、部分都散失在空间中，从而需要增加发射台的发射功率提高移动台的接收灵敏度。从而需要增加发射台的发射功率提高移动台的接收灵敏度。15三、大气中的电波传播三、大气中的电波传播 l特点：折射、能量吸收特点：折射、能量吸收 l由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象，称为大气由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象，称为大气对电波的折射。对电波的折射。l结论：结论：大气折射有利于超视距的传播，但在视线距离内，因大气折射有利于超视距的传播，但在视线距离内，因为由折射现象所产生的折射波会同直射波同时存在，从而也为由折射现象所产生的折射波会同直射波同时存在，从而也会产生多径衰落。会产生多径衰落。l障碍物会

12、带来绕射损耗。障碍物会带来绕射损耗。2.1 2.1 无线电波的传播特性无线电波的传播特性16四、反射波四、反射波产生反射的条件：产生反射的条件：l两种不同介质的光滑界面两种不同介质的光滑界面l界面尺寸比波长大得多界面尺寸比波长大得多TaobcRhrd1d2ht2.1 2.1 无线电波的传播特性无线电波的传播特性17结论结论：反射波与直射波的合成场强随反射系数反射波与直射波的合成场强随反射系数R和路径差和路径差d变化。有时同相相加，有时反相抵消，因此造成了合成变化。有时同相相加，有时反相抵消，因此造成了合成波的衰落现象。波的衰落现象。故在固定选址中，尽量减弱地面反射。故在固定选址中，尽量减弱地面

13、反射。 2.1 2.1 无线电波的传播特性无线电波的传播特性18五、视距传播的极限距离五、视距传播的极限距离 l由于地球是球形的，凸起的地表面会挡住视线。由于地球是球形的，凸起的地表面会挡住视线。l视线所能到达的最远距离称为视线所能到达的最远距离称为视线距离视线距离d0（见下图）。（见下图）。 2.1 2.1 无线电传的播特性无线电传的播特性19l已知地球半径为已知地球半径为R= 6370km，设发射天线和接收天线高度分，设发射天线和接收天线高度分别为别为hT和和hR（单位为（单位为m），理论上可得视距传播的极限距离），理论上可得视距传播的极限距离d d0 0为为: :l实际上，当考虑了空气的

14、不均匀性对电波传播轨迹的影响实际上，当考虑了空气的不均匀性对电波传播轨迹的影响后，在标准大气折射情况下，等效地球半径后，在标准大气折射情况下，等效地球半径R= 8500km，可得修正后的视距传播的极限距离可得修正后的视距传播的极限距离d d0 0为：为：l由此可见，视距决定于收、发天线的高度。天线架设越高，由此可见，视距决定于收、发天线的高度。天线架设越高，视线距离越远视线距离越远。2.1 2.1 无线电传的播特性无线电传的播特性)()()(57. 30kmmhmhdRT)()()(12. 40kmmhmhdRT20六、绕射损耗六、绕射损耗 l在实际情况下，除了考虑在自由空间中的视距传输损耗外

15、，还应考虑各种在实际情况下，除了考虑在自由空间中的视距传输损耗外，还应考虑各种障碍物对电波传输所引起的损耗。通常将这种损耗称为绕射损耗。障碍物对电波传输所引起的损耗。通常将这种损耗称为绕射损耗。l设障碍物与发射点、接收点的相对位置如图所示，图中设障碍物与发射点、接收点的相对位置如图所示，图中x x表示障碍物顶点表示障碍物顶点P P至直线至直线TR之间的垂直距离，在传播理论中之间的垂直距离，在传播理论中x x称为菲涅尔余隙。称为菲涅尔余隙。 图图 菲涅尔余隙菲涅尔余隙（a）中所示的）中所示的x被定义为负值。被定义为负值。 （b）中所示的）中所示的x被定义为正值。被定义为正值。 21p根据菲涅尔绕

16、射理论，可得到障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙之根据菲涅尔绕射理论，可得到障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系如图间的关系如图2-42-4所示。横坐标为所示。横坐标为x x/ /x x1 1，x x1 1称菲涅尔半径（第一菲涅尔称菲涅尔半径（第一菲涅尔半径），且有：半径），且有： p由图由图2-6可见，当横坐标可见，当横坐标x/x10.5时，则障碍物对直射波的传播基时，则障碍物对直射波的传播基本上没有影响。本上没有影响。p当当x = 0时，时，TR直射线从障碍物顶直射线从障碍物顶点擦过时，绕射损耗约为点擦过时，绕射损耗约为6dB，当当x0时，时，TR直射线低于障碍物直射线低于障碍物顶点，

17、损耗急剧增加顶点，损耗急剧增加。21211ddddx22l例例2-1 设图设图 2-3(a)所示的传播路径中，所示的传播路径中， 菲涅尔余隙菲涅尔余隙x=-82m, d1=5km, d2=10km, 工作频率为工作频率为150MHz。 试试 求出电波传求出电波传播损耗。播损耗。 解：先由式解：先由式( (2-13) )求出自由空间传播的损耗求出自由空间传播的损耗L Lf f s s为为： Lf s = 32.45+20lg(5+10)+20lg 150 = 99.5dB 由式由式( (2- 16) )求第一菲涅尔区半径求第一菲涅尔区半径x1为：为： mddddx7.81101510101052

18、33321211式中，式中，=c/f, , c为光速，为光速，f为频率为频率。 2.1 2.1 无线电波的传播特性无线电波的传播特性查得附加损耗查得附加损耗( (x/x1-1) )为为16.5dB, , 因此电波传播的损耗因此电波传播的损耗L L为为 L = Lfs+16.5 = 116.0dB23一、信道分类一、信道分类按信道特性参数的变化状态分类：按信道特性参数的变化状态分类：（1）恒参信道：指传输信道特性的变化量极微且变化速度）恒参信道：指传输信道特性的变化量极微且变化速度极慢。即，在足够长的时间内，其参数基本不变。极慢。即，在足够长的时间内，其参数基本不变。 （2）变参信道：指传输特性

19、的参数随时间变化极快。）变参信道：指传输特性的参数随时间变化极快。l 移动信道即为典型的移动信道即为典型的“变参信道变参信道”。2.2 2.2 移动通信的特征移动通信的特征242.2 2.2 移动通信的特征移动通信的特征镜面发射：反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面，当电磁波遇到比镜面发射：反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面，当电磁波遇到比其波长大的多的物体时就会发生反射。反射是产生多径衰落的主要因素。其波长大的多的物体时就会发生反射。反射是产生多径衰落的主要因素。漫反射：漫反射产生于粗糙表面、小物体或其它不规则物体。在实际的漫反射：漫反射产生于粗糙表面、小物体或其它不规则物体。在实际的移动

20、通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等都会引发散射。移动通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等都会引发散射。绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时会发生绕绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时会发生绕射。当发射机和接收机之间不存在视距路径（射。当发射机和接收机之间不存在视距路径（LOSLOS，Line of sightLine of sight）（视距路径是指移动台可以看见基站天线；非视距（视距路径是指移动台可以看见基站天线；非视距（NLOSNLOS）（非视距是）（非视距是指移动台看不见基站天线），围绕阻挡体也产生波的弯曲。指移动台看不见基站天线），围绕阻挡体也产生波的

21、弯曲。二、传播路径与信号衰落二、传播路径与信号衰落 在移动信道中，仅出现镜面发射和漫发射的情况，被认在移动信道中，仅出现镜面发射和漫发射的情况，被认为视距传播，而绕射则被称为非视距传播。为视距传播，而绕射则被称为非视距传播。l在移动通信系统中，影响传播的三种最基本的传播机制为反在移动通信系统中，影响传播的三种最基本的传播机制为反射、绕射和散射。射、绕射和散射。25建筑物反射波建筑物反射波 绕射波绕射波 直达波直达波 地面反射波地面反射波1、多径传播模型、多径传播模型2.2 2.2 移动通信的特征移动通信的特征262、多径效应与瑞利衰落：、多径效应与瑞利衰落：l在陆地移动通信系统中，移动台往往受

22、到各种障碍物和其他在陆地移动通信系统中，移动台往往受到各种障碍物和其他物体的影响，以致到达移动台的信号是来自不同传播路径的物体的影响，以致到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和。其合成波的幅度和相位随移动台的运动产生很大信号之和。其合成波的幅度和相位随移动台的运动产生很大的起伏变化的起伏变化 ，这种衰落称之为快衰落或瑞利衰落。，这种衰落称之为快衰落或瑞利衰落。3、阴影效应与慢衰落：、阴影效应与慢衰落：l电波传播路径上遇有高大建筑物、树林、地形起伏等障碍物电波传播路径上遇有高大建筑物、树林、地形起伏等障碍物的阻挡，就会产生电磁场的阴影。当移动台通过不同障碍物的阻挡，就会产生电磁场的阴影。当

23、移动台通过不同障碍物阻挡所造成的电磁场阴影时，其局部中值电平随地点、时间阻挡所造成的电磁场阴影时，其局部中值电平随地点、时间以及移动台速度做比较平缓的变化，以及移动台速度做比较平缓的变化， 称为慢衰落。称为慢衰落。 在蜂窝移动通信中，信道工作于符合瑞利分布的快衰落在蜂窝移动通信中，信道工作于符合瑞利分布的快衰落并叠加有信号幅度满足对数正态分布的慢衰落。并叠加有信号幅度满足对数正态分布的慢衰落。2.2 2.2 移动通信的特征移动通信的特征27三、多普勒频移三、多普勒频移 l当移动台在运动中通信时，接收信号频率会发生变化，称为当移动台在运动中通信时，接收信号频率会发生变化，称为多 普 勒 效 应

24、。 由 此 引 起 的 附 加 频 移 称 为 多 普 勒 频 移多 普 勒 效 应 。 由 此 引 起 的 附 加 频 移 称 为 多 普 勒 频 移（Doppler Shift），可用下式表示：），可用下式表示： iyxSi(t)基站天线2.2 2.2 移动通信的特征移动通信的特征28二二 多普勒频移多普勒频移 l由于移动台移动而产生的由于移动台移动而产生的 频率偏移现象称为频率偏移现象称为多普勒效应多普勒效应。l式中，式中，v为车速，为车速，为波长，为波长，fm为为i=0时的最大多普勒频移。时的最大多普勒频移。l影响：使工作频率产生小范围的影响：使工作频率产生小范围的“晃动晃动”，对采用

25、载波提取，对采用载波提取方式进行解调的接收机有影响。方式进行解调的接收机有影响。2.2 2.2 移动通信的特征移动通信的特征coscosmDfvf29l多普勒频移与移动台运动的方向、速度以及无线电波入射方多普勒频移与移动台运动的方向、速度以及无线电波入射方向之间的夹角有关。向之间的夹角有关。l若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正（接收信若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，则多普号频率上升）；反之若移动台背向入射波方向运动，则多普勒频移为负（接收信号频率下降）。勒频移为负（接收信号频率下降）。l信号经过不同方向传播，其多径分量

26、造成接收机信号的多普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。勒扩散，因而增加了信号带宽。说明：说明：2.2 2.2 移动通信的特征移动通信的特征30三、多径效应三、多径效应时间接收信号强度发射信号发射信号接收技术无线环境接收技术无线环境- -多径效应多径效应2.2 2.2 移动通信的特征移动通信的特征311、衰落、衰落距离距离(m)接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落2.2 2.2 移动通信的特征移动通信的特征l 在无线通信的信道传输过程中，由于大气及地面的影响而在无线通信的信道传输过程中，由于大气及地面的影响

27、而发生传播损耗及传播延时随时间变化的现象叫做发生传播损耗及传播延时随时间变化的现象叫做衰落衰落322、衰落有什么影响？、衰落有什么影响？l衰落影响之一：接收电平降低，无法保证正常通信。衰落影响之一：接收电平降低，无法保证正常通信。l衰落影响之二：接收波形畸变，产生严重的误码。衰落影响之二：接收波形畸变，产生严重的误码。l衰落影响之三：传播延时变化，破坏与时延有关的同步。衰落影响之三：传播延时变化，破坏与时延有关的同步。l衰落影响之四：在快衰落情况下，由于电平变化迅速，影衰落影响之四：在快衰落情况下，由于电平变化迅速，影响某些跟踪过程。响某些跟踪过程。l所以，对抗衰落是无线通信必需认真解决的问题

28、。所以，对抗衰落是无线通信必需认真解决的问题。333、如何对抗衰落？、如何对抗衰落？l频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状况与频率有关，频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状况与频率有关，即传输信道对信号中不同频率分量有不同的随机响应。由即传输信道对信号中不同频率分量有不同的随机响应。由于信号中不同频率分量衰落不一致，所以衰落信号波形将于信号中不同频率分量衰落不一致，所以衰落信号波形将产生失真。产生失真。l非频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状况与频率无非频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状况与频率无关，即信号经过传输后，各频率分量所遭受的衰落具有一关，即信号经过传输后，各频率分量所遭受

29、的衰落具有一致性，即相关性，因而衰落信号的波形不失真。致性，即相关性，因而衰落信号的波形不失真。l对于移动信道来说，存在一个相关带宽，当信号的带宽小对于移动信道来说，存在一个相关带宽，当信号的带宽小于相关带宽时，发生非频率选择性衰落；当信号带宽大于于相关带宽时，发生非频率选择性衰落；当信号带宽大于相关带宽时，发生频率选择性衰落。相关带宽时，发生频率选择性衰落。343、如何对抗衰落？、如何对抗衰落？352、信号快衰落、信号快衰落 l快衰落快衰落：（信号传播多路径引起的）直射波，反射波和散射：（信号传播多路径引起的）直射波，反射波和散射波在接收地点产生干涉场，使信号产生波在接收地点产生干涉场，使信

30、号产生快速快速且且深度深度的衰落。的衰落。在典型的移动信道中，在典型的移动信道中，瑞利深度可达瑞利深度可达30dB，衰落速率约为，衰落速率约为30-40次次/ /秒（很快）秒（很快）。 l多径衰落的信号多径衰落的信号包络服从瑞利分布，相位服从均匀分布包络服从瑞利分布，相位服从均匀分布，故，故把这种多径衰落称为把这种多径衰落称为瑞利衰落瑞利衰落。l快衰落产生原因：快衰落产生原因：多径效应多径效应。l抗多径衰落的措施：抗多径衰落的措施：分集技术。分集技术。2.2 2.2 移动通信的特征移动通信的特征36四、阴影效应四、阴影效应 l阴影衰落阴影衰落是移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑是移动无

31、线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波传播路径的阻挡而形成的电磁场阴影物及其它障碍物对电波传播路径的阻挡而形成的电磁场阴影效应。效应。l阴影衰落阴影衰落的信号电平起伏起是相对缓慢的，又称为的信号电平起伏起是相对缓慢的，又称为慢衰落慢衰落。l特点特点是衰落与无线电传播地形和地物的分布、高度有关。是衰落与无线电传播地形和地物的分布、高度有关。l慢衰落速率主要决定于传播环境，即移动台周围地形，包括慢衰落速率主要决定于传播环境，即移动台周围地形，包括山丘起伏，建筑物的分布与高度，街道走向，基站天线的位山丘起伏，建筑物的分布与高度，街道走向，基站天线的位置与高度，移动台行进速度等，而与

32、频率无关。置与高度，移动台行进速度等，而与频率无关。2.2 2.2 移动通信的特征移动通信的特征37l针对慢衰落特性，因为它的变化速度十分慢，通常可以通过调针对慢衰落特性，因为它的变化速度十分慢，通常可以通过调整设备参量（如调整发射功率）来弥补。整设备参量（如调整发射功率）来弥补。l为了防止因衰落为了防止因衰落( (包括快衰落和慢衰落包括快衰落和慢衰落) )引起的通信中断，在信引起的通信中断，在信道设计中，道设计中， 必须使信号的电平留有足够的余量，以使中断率必须使信号的电平留有足够的余量，以使中断率R R小于规定指标。这种电平余量称为小于规定指标。这种电平余量称为衰落储备衰落储备。 l衰落储

33、备的实现方法：减少通信距离；增加发送功率；调整天衰落储备的实现方法：减少通信距离；增加发送功率；调整天线高度；选择合适路由，降低噪声系数及对归一化信噪比的要线高度；选择合适路由，降低噪声系数及对归一化信噪比的要求等。求等。2.2 2.2 移动通信的特征移动通信的特征38五、远近效应与功率控制五、远近效应与功率控制l每个用户对于其他用户都相当于每个用户对于其他用户都相当于干扰，远近效应会严重影响系统干扰，远近效应会严重影响系统容量。容量。l采用功率控制技术减少了相互采用功率控制技术减少了相互之间的干扰，提高了系统整体之间的干扰，提高了系统整体容量。容量。PowerfPowerf远近效应：近端无用

34、信号压制远端有用信号产生的干扰。远近效应：近端无用信号压制远端有用信号产生的干扰。2.2 2.2 移动通信的特征移动通信的特征391 1、时延扩展、时延扩展 六、多径时散和相关带宽六、多径时散和相关带宽40l时延扩展的大小可以直观地理解为在一串接收脉冲中，最时延扩展的大小可以直观地理解为在一串接收脉冲中，最大传输时延和最小传输时延的差值，记为大传输时延和最小传输时延的差值，记为。如果发送的。如果发送的窄脉冲宽度为窄脉冲宽度为T T，则接收信号宽度为，则接收信号宽度为T T + +。l对于模拟移动通信系统来说，多径效应引起接收对于模拟移动通信系统来说，多径效应引起接收 信号的幅信号的幅度变化；对

35、于数字移动通信系统来说，多径效应引起脉冲度变化；对于数字移动通信系统来说，多径效应引起脉冲信号的时延扩展，时延扩展将引起码间串扰（信号的时延扩展，时延扩展将引起码间串扰（Inter Symbol Interference，ISI），严重影响数字信号的传输质量。），严重影响数字信号的传输质量。411、时延扩展、时延扩展l值越小，时延扩展就越轻微；反之，值越大，时延扩展就越严重。l表2-2给出时延扩展的一些典型实测数据。 422、 相关带宽相关带宽 l根据衰落与频率的关系，可将衰落分为两种：频率选择性衰根据衰落与频率的关系，可将衰落分为两种：频率选择性衰落与非频率选择性衰落，后者又称为平坦衰落。落

36、与非频率选择性衰落，后者又称为平坦衰落。l频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状况与频率有关，频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状况与频率有关，即传输信道对信号中不同频率分量有不同的随机响应。即传输信道对信号中不同频率分量有不同的随机响应。 l非频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状况与频率无关，非频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状况与频率无关，即信号经过传输后，各频率分量所遭受的衰落具有一致性，即信号经过传输后，各频率分量所遭受的衰落具有一致性，即相关性，因而衰落信号的波形不失真。即相关性，因而衰落信号的波形不失真。l对于移动信道来说，存在一个相关带宽，当信号的带宽小于对于移动信道来说

37、，存在一个相关带宽，当信号的带宽小于相关带宽时，发生非频率选择性衰落；当信号带宽大于相关相关带宽时，发生非频率选择性衰落；当信号带宽大于相关带宽时，发生频率选择性衰落。带宽时，发生频率选择性衰落。43结论结论l相关带宽是移动信道的一个特性；相关带宽是移动信道的一个特性；l相关带宽表征的是信号两个频率分量基本相关的频率间隔；相关带宽表征的是信号两个频率分量基本相关的频率间隔；l相关带宽实际上是对移动信道对具有一定带宽信号传输能力统计的度相关带宽实际上是对移动信道对具有一定带宽信号传输能力统计的度量。量。l当码元速率较低，信号带宽远小于信道带宽时，信号通过信道传输当码元速率较低，信号带宽远小于信道

38、带宽时，信号通过信道传输 失失真，后各频率分量的变化具有一致性，则信号波形不失真，无码间串真，后各频率分量的变化具有一致性，则信号波形不失真，无码间串扰，此时出现的衰落为非选择性衰落；当码元速率较高，信号带宽大扰，此时出现的衰落为非选择性衰落；当码元速率较高，信号带宽大于相关带宽时，信号通过信道后各频率分量的变化不一致的，将引起于相关带宽时，信号通过信道后各频率分量的变化不一致的，将引起波形失真，造成码间串扰，此时出现的衰落为频率选择性衰落。波形失真，造成码间串扰，此时出现的衰落为频率选择性衰落。l在实际应用中，对于多个频率分量的的信号，相关带宽为最带时延在实际应用中，对于多个频率分量的的信号

39、，相关带宽为最带时延TmTm的倒数，即的倒数，即B=1/Tm44l例：某市区实测最带时延例：某市区实测最带时延Tm3.5usTm3.5us，其相关带宽为：，其相关带宽为：B=1/Tm=280KHzB=1/Tm=280KHzl对于带宽为对于带宽为25Hz25Hz的窄带数字信号，其衰落为非频率选择性的窄带数字信号，其衰落为非频率选择性衰落。衰落。l总之，窄带信号通过移动信道是将引起非频率选择性衰落；总之，窄带信号通过移动信道是将引起非频率选择性衰落；宽带扩频信号通过移动信道是将引起频率选择性衰落宽带扩频信号通过移动信道是将引起频率选择性衰落。45移动信道特征小结移动信道特征小结l传播路径为传播路径

40、为多路径多路径，信号存在衰落信号存在衰落l多路径传播产生多路径传播产生多径衰落多径衰落，也称，也称瑞利衰落瑞利衰落，也是，也是快衰落快衰落，一，一般可以采用般可以采用分集接收分集接收加以解决。加以解决。l地形、地物、气象条件等因素引起地形、地物、气象条件等因素引起阴影效应阴影效应产生产生慢衰落慢衰落，工，工程中均采用程中均采用衰落储备衰落储备加以解决加以解决l频率选择性衰落可采用频率选择性衰落可采用GSM跳频技术和跳频技术和CDMA扩频技术扩频技术解决解决l由于移动台移动会产生由于移动台移动会产生多普勒效应。多普勒效应。l信号存在严重的信号存在严重的远近效应远近效应现象，采用现象，采用功率控制

41、功率控制加以解决。加以解决。2.2 2.2 移动通信的特征移动通信的特征462.3 2.3 陆地移动信道的场强估算与损耗陆地移动信道的场强估算与损耗 l设计无线通信系统时，首要的问题是在给定条件下如何算设计无线通信系统时，首要的问题是在给定条件下如何算出接收信号的场强，或接收信号中值。出接收信号的场强，或接收信号中值。l这些给定条件包括发射机天线高度、位置、工作频率、接这些给定条件包括发射机天线高度、位置、工作频率、接收天线高度、收发信机之间距离等。收天线高度、收发信机之间距离等。l这就是电波传播的路径损耗预测问题，又称为信号中值预这就是电波传播的路径损耗预测问题，又称为信号中值预测。这里的信

42、号中值是长区间中值。测。这里的信号中值是长区间中值。47一、地形、地物分类一、地形、地物分类l不同地形和传播环境条件下的电波传播特性是不同的饿，不同地形和传播环境条件下的电波传播特性是不同的饿，一般通过对地形和传播环境分类进行电波船工的估算，即一般通过对地形和传播环境分类进行电波船工的估算，即估算移动信道中信号电场强度中值。估算移动信道中信号电场强度中值。l实际地形虽然千差万别，但从电波传播的角度考虑，可分实际地形虽然千差万别，但从电波传播的角度考虑，可分为两大类，即为两大类，即准平坦地形准平坦地形和和不规则地形。不规则地形。l除了地形加以分类外，不同地物环境的条件也不同，可根除了地形加以分类

43、外，不同地物环境的条件也不同，可根据地物的密集程度，把传播环境分为四类：据地物的密集程度，把传播环境分为四类： 开阔地区开阔地区 郊区郊区 中小城市和大城市地区中小城市和大城市地区 隧道区隧道区2.3 2.3 陆地移动信道的场强估算与损耗陆地移动信道的场强估算与损耗 48二、二、 中等起伏地形上传播损耗的中值中等起伏地形上传播损耗的中值 l移动通信中电波传播的实际情况复杂多变的。人们通过大量的移动通信中电波传播的实际情况复杂多变的。人们通过大量的实测和分析，总结归纳除了多种经验模型和公式，在一定的条实测和分析，总结归纳除了多种经验模型和公式，在一定的条件下，使用这些模型对移动通信电波传播特性进

44、行估计，都能件下，使用这些模型对移动通信电波传播特性进行估计，都能得到比较准确的预测结果。得到比较准确的预测结果。lOkumura模型提供的数据较齐全，应用较广泛，适用于模型提供的数据较齐全，应用较广泛，适用于VHF和和UHF频段。频段。l该模型的特点是：以准平坦地形大城市地区的场强中值路径损该模型的特点是：以准平坦地形大城市地区的场强中值路径损耗作为基准，对于不同的传播环境和地形条件等因素用校正因耗作为基准，对于不同的传播环境和地形条件等因素用校正因子加以修正。子加以修正。 2.3 2.3 陆地移动信道的场强估算与损耗陆地移动信道的场强估算与损耗 491、市区传播损耗的中值、市区传播损耗的中

45、值 l准平坦地形大城市地区的中值路径损耗准平坦地形大城市地区的中值路径损耗, ,okumura模型中准模型中准平坦地形大城市地区的中值路径损耗（平坦地形大城市地区的中值路径损耗（dB）由下式给出）由下式给出: : LT = Lbs+Am(f,d ) l在考虑了基站天线高度修正因子与移动台天线高度修正因子在考虑了基站天线高度修正因子与移动台天线高度修正因子的情况下，准平滑地形，市区路径损耗中值应该为的情况下，准平滑地形，市区路径损耗中值应该为: : LT = Lbs+Am(f,d) Hb(hb,d) Hm(hm, f)2.3 2.3 陆地移动信道的场强估算与损耗陆地移动信道的场强估算与损耗 50

46、l式中，式中，Lbs为自由空间路径损耗，由计算公式给出；为自由空间路径损耗，由计算公式给出；Am(f，d)为在大城市地区当基站天线高度为在大城市地区当基站天线高度 hb=200m、移动台天线高度、移动台天线高度hm=3m时相对于自由空间的中值损耗，又称基本中值损耗；时相对于自由空间的中值损耗，又称基本中值损耗；lHb(hb，d)为基站天线高度增益因子（为基站天线高度增益因子（dB），即实际基站天线），即实际基站天线高度相对于以标准天线高度高度相对于以标准天线高度hb=200m的增益，为距离的函数；的增益，为距离的函数；lHm(hm，f)为移动台天线高度增益因（为移动台天线高度增益因（dB），即

47、实际移动台），即实际移动台天线高度相对于以标准天线高度天线高度相对于以标准天线高度hm =3m的增益为频率的函数。的增益为频率的函数。 2.3 2.3 陆地移动信道的场强估算与损耗陆地移动信道的场强估算与损耗 说明：说明：51 准平坦地形市区相对于自准平坦地形市区相对于自由空间的基本中值损耗。由空间的基本中值损耗。 2.3 2.3 陆地移动信道的场强估算与损耗陆地移动信道的场强估算与损耗 52图（图（a）基站天线高度增益因子）基站天线高度增益因子 图（图（b）移动台天线高度增益因子）移动台天线高度增益因子 2.3 2.3 陆地移动信道的场强估算与损耗陆地移动信道的场强估算与损耗 53例例2-3

48、-1：计算准平滑地形，城市地区的路径衰耗中值：计算准平滑地形，城市地区的路径衰耗中值 。已知：已知：hb=200m,hm=3m, d=10km, f=900MHz 。解：首先求得自由空间的传播衰耗中值解：首先求得自由空间的传播衰耗中值L Lbsbs为：为：fdLbslg20lg2045.32900lg2010lg2045.32)(5 .111dB查教材图查教材图2-152-15，可求得，可求得Am(f,d)，即，即)(30)10,900(),(dBAdfAmm城市街道地区的传播衰耗中值：城市街道地区的传播衰耗中值： )(5 .141305 .111),(dBdfALLmbsT54若若hb=50

49、m,hm=2m，其他条件不变，求损耗中值，其他条件不变，求损耗中值。)(12)10,50(),(dBHdhHbbb)(2)900, 2(),(dBHfhHmmm),(),(),(fhHdhHdfALLmmbbmbsT查图查图2-16得得查图查图2-17得得 在上题结果的基础上，要再加入基站和移动台的高度增益在上题结果的基础上，要再加入基站和移动台的高度增益因子因子。则修正后的路径衰耗中值为：则修正后的路径衰耗中值为：)900,2()10,50(5 .141mbHH)(5 .155)2()12(5 .141dB552不规则地形及不同环境中的中值路径损耗不规则地形及不同环境中的中值路径损耗 2.3

50、 2.3 陆地移动信道的场强估算与损耗陆地移动信道的场强估算与损耗 （1）计算自由空间的传播衰耗）计算自由空间的传播衰耗Lbs为：为：)(lg20)(lg2045.32MHZfkmdLbs（2 2）计算准平滑地形市区的信号中值）计算准平滑地形市区的信号中值 ),(),(),(fhHdhHdfALLmmbdmbsT（3 3）计算任意地形地物情况下的信号中值计算任意地形地物情况下的信号中值 K KT T为地形地物修正因子为地形地物修正因子TTAKLL0sspjshfhrmrTkkkkkQQkK56式中：式中：Kmr：郊区修正因子；：郊区修正因子；Q0，Qr：开阔区，准开阔区修正因子；：开阔区，准开