第2章无线传播环境PPT讲稿.ppt
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1、第第2 2章无线传播环境章无线传播环境第1页,共78页,编辑于2022年,星期一 无线信道基本传播特性无线信道基本传播特性2.1 无线信号的大尺度传播特性无线信号的大尺度传播特性2.2 无线信号的小尺度传播特性无线信号的小尺度传播特性2.3 小 结 2.4第2页,共78页,编辑于2022年,星期一 本章内容本章内容无线信道基本传播特性无线信道基本传播特性无线信号的大尺度传播特性无线信号的大尺度传播特性无线信号的小尺度传播特性无线信号的小尺度传播特性第3页,共78页,编辑于2022年,星期一 本章重点本章重点电磁信号基本传播机制电磁信号基本传播机制多径传播与多普勒频移多径传播与多普勒频移统计多径
2、信道模型统计多径信道模型第4页,共78页,编辑于2022年,星期一 学习本章目的和要求学习本章目的和要求了解无线信道基本传播特性了解无线信道基本传播特性掌握无线信号的大尺度传播特性掌握无线信号的大尺度传播特性了解多径传播与多普勒频移的基本特了解多径传播与多普勒频移的基本特性性第5页,共78页,编辑于2022年,星期一 2.1 2.1 无线信道基本传播特性无线信道基本传播特性无线信道定义为基站天线与移动台天无线信道定义为基站天线与移动台天线之间的电磁传播路径,包括发射与接收线之间的电磁传播路径,包括发射与接收天线本身以及两付天线之间的传播介质,天线本身以及两付天线之间的传播介质,在移动通信中传播
3、介质通常为大气。在移动通信中传播介质通常为大气。第6页,共78页,编辑于2022年,星期一 总体来讲,无线传播路径分为视距传总体来讲,无线传播路径分为视距传播(播(Line-of-sight,LOS)和非视距传播)和非视距传播(Non-line-of-sight,NLOS)。)。第7页,共78页,编辑于2022年,星期一 2.1.1自由空间传播模型自由空间传播模型自由空间传播模型通常可以用于预测自由空间传播模型通常可以用于预测传播路径上无任何遮挡与反射物的传播路径上无任何遮挡与反射物的LOS信信号传播条件下的接收信号强度。号传播条件下的接收信号强度。第8页,共78页,编辑于2022年,星期一
4、自由空间传播模型假设发射天线和接自由空间传播模型假设发射天线和接收天线都放置在均匀无限大的传播空间中,收天线都放置在均匀无限大的传播空间中,且接收天线处于发射天线辐射的远场区域,且接收天线处于发射天线辐射的远场区域,即在此远场区域中的任意一点电场方向、即在此远场区域中的任意一点电场方向、磁场方向和电磁波传播方向两两互相垂直。磁场方向和电磁波传播方向两两互相垂直。第9页,共78页,编辑于2022年,星期一 设设d为发送天线与接收天线间的距离,那么,为发送天线与接收天线间的距离,那么,接收信号的功率接收信号的功率Pr(d)可以用如下公式表达可以用如下公式表达式中:式中:Pt是发射功率;是发射功率;
5、Gt是发射天线增益;是发射天线增益;Gr是是接收天线增益;接收天线增益;L是与无线传播无关的系统损耗因子是与无线传播无关的系统损耗因子(L1););是波长。是波长。第10页,共78页,编辑于2022年,星期一 发射和接收天线的增益都是天线本身发射和接收天线的增益都是天线本身的设计参数,通常与天线的大小、天线单的设计参数,通常与天线的大小、天线单元的间距与相位设计,以及发送和接收天元的间距与相位设计,以及发送和接收天线之间的连线与天线主瓣之间的夹角有关。线之间的连线与天线主瓣之间的夹角有关。第11页,共78页,编辑于2022年,星期一 2.1.2电磁信号基本传播方式电磁信号基本传播方式在实际移动
6、通信传播环境中,反射、在实际移动通信传播环境中,反射、绕射和散射是无线信号三种主要的传播方绕射和散射是无线信号三种主要的传播方式。式。第12页,共78页,编辑于2022年,星期一 (1)反射:)反射:当电磁波遇到比波长大得多的物体时当电磁波遇到比波长大得多的物体时发生反射,反射发生于地球表面、建筑物发生反射,反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面。和墙壁表面。第13页,共78页,编辑于2022年,星期一 (2)绕射:)绕射:当接收机和发射机之间的无线路径被当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射。尖利的边缘阻挡时发生绕射。第14页,共78页,编辑于2022年,星期一 (3)散射:
7、)散射:当波穿行的介质中存在小于波长的物当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时,发生散射。时,发生散射。第15页,共78页,编辑于2022年,星期一 1信号的反射信号的反射2信号的绕射信号的绕射3信号的散射信号的散射第16页,共78页,编辑于2022年,星期一 2.2 2.2 无线信号的大尺度传播特性无线信号的大尺度传播特性在无线通信中,将由发射与接收天线在无线通信中,将由发射与接收天线间距、收发天线之间的地形、建筑物、植间距、收发天线之间的地形、建筑物、植被等导致的信号功率衰减称为无线信号的被等导致的信号功率衰减称为无线信号
8、的大尺度传播特性。大尺度传播特性。第17页,共78页,编辑于2022年,星期一 大尺度传播特性主要包括路径损耗和大尺度传播特性主要包括路径损耗和阴影衰落。路径损耗主要是由收发天线间阴影衰落。路径损耗主要是由收发天线间距、传播信号载频和地形因素导致;而阴距、传播信号载频和地形因素导致;而阴影衰落主要是由于建筑物或地形遮挡导致影衰落主要是由于建筑物或地形遮挡导致某些区域接收信号突然下降。某些区域接收信号突然下降。第18页,共78页,编辑于2022年,星期一 确定某一特定地区的大尺度传播环境确定某一特定地区的大尺度传播环境的主要因素有:的主要因素有:(1)自然地形(高山、丘陵、平原、)自然地形(高山
9、、丘陵、平原、水域等);水域等);(2)人工建筑的数量、高度、分布)人工建筑的数量、高度、分布和材料特性;和材料特性;第19页,共78页,编辑于2022年,星期一 (3)该地区的植被特征;)该地区的植被特征;(4)天气状况;)天气状况;(5)自然和人为的电磁噪声状况。)自然和人为的电磁噪声状况。第20页,共78页,编辑于2022年,星期一 通常,在无线网络规划中对大尺度传通常,在无线网络规划中对大尺度传播特性采取经验模型与确定模型相结合的播特性采取经验模型与确定模型相结合的方法。方法。第21页,共78页,编辑于2022年,星期一 所谓经验模型就是根据大量实地测试所谓经验模型就是根据大量实地测试
10、的结果进行统计建模分析得到的近似计算的结果进行统计建模分析得到的近似计算公式,而确定模型是在获得网络规划场景公式,而确定模型是在获得网络规划场景中具体传播环境参数后直接用电磁传播理中具体传播环境参数后直接用电磁传播理论对大尺度传播特性进行计算,常用的计论对大尺度传播特性进行计算,常用的计算方法有射线跟踪法、几何绕射法等。算方法有射线跟踪法、几何绕射法等。第22页,共78页,编辑于2022年,星期一 以下是本书中所用到的主要参数的定以下是本书中所用到的主要参数的定义:义:hm移动台天线高度;移动台天线高度;rm移动台到最近的建筑物之间的距移动台到最近的建筑物之间的距离;离;h0建筑物的典型高度(
11、一般取平均建筑物的典型高度(一般取平均高度);高度);hb基站天线高度;基站天线高度;第23页,共78页,编辑于2022年,星期一 d基站到移动台之间的距离(基站到移动台之间的距离(m););D=d 10 3基站到移动台之间的距基站到移动台之间的距离(离(km););f载波频率(载波频率(Hz););fc=f 10 6载波频率(载波频率(MHz););自由空间中波长(自由空间中波长(m)。)。第24页,共78页,编辑于2022年,星期一 2.2.1路径损耗与阴影衰落路径损耗与阴影衰落1路径损耗路径损耗路径损耗(单位路径损耗(单位dB)通常可以表达为)通常可以表达为n:路径损耗指数;路径损耗指数
12、;d0是离基站足够近的是离基站足够近的路径参考点。路径参考点。第25页,共78页,编辑于2022年,星期一 2阴影衰落阴影衰落在实际传播环境中,即使两个移动台在实际传播环境中,即使两个移动台与基站之间的路径损耗相同,其各自的能与基站之间的路径损耗相同,其各自的能量衰减也可能有很大差异,而这一差异就量衰减也可能有很大差异,而这一差异就是由阴影衰落引起的。是由阴影衰落引起的。第26页,共78页,编辑于2022年,星期一 式中:式中:X 服从均值为服从均值为0、方差为、方差为 的正的正态分布,态分布,根据系统所处的不同传播环境而根据系统所处的不同传播环境而不同,多是根据实地测量数据而确定,其不同,多
13、是根据实地测量数据而确定,其典型值为典型值为5dB10dB。第27页,共78页,编辑于2022年,星期一 2.2.2常用室外传播预测模型常用室外传播预测模型1宏蜂窝的传播模型宏蜂窝的传播模型宏蜂窝小区(宏蜂窝小区(macrocell)的覆盖半径)的覆盖半径大多为大多为1km25km,多用于解决大面积的,多用于解决大面积的覆盖问题。覆盖问题。第28页,共78页,编辑于2022年,星期一 (1)奥村模型()奥村模型(Okumura-HataModel)Okumura模型为预测城区信号时使用模型为预测城区信号时使用最广泛的模型。应用频率在最广泛的模型。应用频率在150MHz1920MHz之间(可扩展
14、到之间(可扩展到3000MHz),),距离为距离为1km100km之间,天线高度在之间,天线高度在30m1000m之间。之间。第29页,共78页,编辑于2022年,星期一 该种模型的主要缺点是对城区和郊区该种模型的主要缺点是对城区和郊区快速变化的反应较慢。预测和测试的路径快速变化的反应较慢。预测和测试的路径损耗偏差为损耗偏差为10dB14dB。这种方法包括按照地形地貌将预测区这种方法包括按照地形地貌将预测区域分为不同的类别:即开阔地、郊区和城域分为不同的类别:即开阔地、郊区和城区。区。第30页,共78页,编辑于2022年,星期一 (2)COST231-Hata模型模型该模型是针对中小城市的,适
15、用于工该模型是针对中小城市的,适用于工作频率在作频率在1500MHz2000MHz之间,之间,hb在在30m200m之间,之间,hm在在1m10m之间,之间,d在在1km20km之间。之间。第31页,共78页,编辑于2022年,星期一 2微蜂窝的传播模型微蜂窝的传播模型微蜂窝小区(微蜂窝小区(microcell)是在宏蜂窝)是在宏蜂窝小区的基础上发展起来的一门技术,它的小区的基础上发展起来的一门技术,它的覆盖半径大约为覆盖半径大约为30m300m。在微蜂窝中,。在微蜂窝中,基站天线的高度通常与街道的灯柱等高,基站天线的高度通常与街道的灯柱等高,一般在地平面以上一般在地平面以上3m6m。第32页
16、,共78页,编辑于2022年,星期一 此时,其主要传播机制是自由空间传此时,其主要传播机制是自由空间传播加上小区覆盖范围内的多次反射和散射,播加上小区覆盖范围内的多次反射和散射,以及建筑物的侧面和屋顶的绕射影响。以及建筑物的侧面和屋顶的绕射影响。经验模型经验模型双斜率经验模型(双斜率经验模型(Dual-SlopeEmpiricalModel)第33页,共78页,编辑于2022年,星期一 2.2.3常用室内传播预测模型常用室内传播预测模型研究室内电波传播,建立有实用意义研究室内电波传播,建立有实用意义的室内电波传播模型,可以为室内无线通的室内电波传播模型,可以为室内无线通信系统的设计提供最佳网站
17、配置的依据。信系统的设计提供最佳网站配置的依据。第34页,共78页,编辑于2022年,星期一 室内无线信道有两个方面不同于传统室内无线信道有两个方面不同于传统的移动无线信道的移动无线信道覆盖距离更小,环境覆盖距离更小,环境的变动更大。室内的电波传播不受气候因的变动更大。室内的电波传播不受气候因素(如雨、雪和云等)的影响,但要受建素(如雨、雪和云等)的影响,但要受建筑物的大小、形态、结构、房间布局及室筑物的大小、形态、结构、房间布局及室内陈设的影响,最重要的是建筑材料的影内陈设的影响,最重要的是建筑材料的影响。响。第35页,共78页,编辑于2022年,星期一 室内无线传播同室外具有同样的方式:室
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