路径损耗和阴影衰落ppt课件.ppt
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1、篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第2章 路径损耗和阴影衰落无线信道的挑战:可靠、高速通信?噪音、干扰和其他信道因素影响用户移动和信道动态变化随时间随机变化讨论:路径损耗和阴影效应接收信号功率随距离变化的规律篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统路径损耗路径损耗:由发射功率的辐射扩散及信道的传播特性造成一般认为对于相同收发距离,路径损耗相同阴影效应阴影效应:由发射机和接收机之间的障碍物造成障碍物通过吸收、反射、散射和绕射等方式衰减信号功率,甚至严重时阻
2、断信号。cf:路径损耗引起在长距离上;而阴影引起在障碍物尺寸 的距离上功率变化(室外:10m-100m,室内更小)篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统大尺度传播效应:两者在相对较大距离上引起的功率变化(cf.小尺度传播效应)小尺度传播效应:如:多径信号干涉,在波长数量级距离上引起功率变化。在路径损耗、阴影效应和多径传播下:X的分贝值:xlog10 x篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.1 无线电波传播无线电波传播发展历史:物理发现通信技术1864年
3、J.C.Maxwell建立的电磁波传播理论预言无线电波存在1887年H.Hertz证实了电磁波物理存在 他认为声波频率非常低且电磁波传播特性差,无法携带语音1894年O.Lodge 第一个无线通信系统,距离150m1897年G.Marconi把无线电信号从怀特岛发到18英里外的拖船1901年Marconi无线通信系统能横跨大西洋篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.1 无线电波传播无线电波传播发展历史:电波信号通信1906年Fessenden使用幅度调制第一次进行了语音和音乐传送:低频信号调制到高频电磁波上传输突破Her
4、tz的低频传播限制今天各种无线通信系今天各种无线通信系统普遍适用方法统普遍适用方法电磁波传播:墙壁、地面、建筑物等反射、散射和绕射反射、散射和绕射篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.1 无线电波传播电磁波传播:电波传播:求解带边界条件的Maxwell方程边界条件:表征障碍物的物理特征求解:计算复杂,参数难以得到近似方法:描述传播特性、避免求解复杂的Maxwell方程常见近似方法:射线跟踪技术:忽略Maxwell方程散射效应射线跟踪模型:两径模型、经验模型、统计模型等等篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定
5、胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.2 发送和接收信号模型发送信号和接收信号的表示:接收与发送信号:实信号(vs.复数信道建模)发送和接收信号表示成复信号的实部发送信号:u(t)为s(t)的等效基带信号接收信号:篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.2 发送和接收信号模型多普勒频移:当发射机和接收机中有一方在移动时,接收信号会有一个多普勒频移 :入射波相对于移动方向角度 v:接收机沿移动方向移动速度 :信号波长篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统
6、是一种得分类型的系统2.2 发送和接收信号模型多普勒频移:篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.2 发送和接收信号模型多普勒频移:接收机朝发送机方向移动 正值发送信号s(t)的功率为Pt,接收信号r(t)功率Pr信道的路径损耗真值信道的路径损耗真值:发送功率和接收功率的比值。信道的路径损耗信道的路径损耗:路径损耗真值的分贝数 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.2 发送和接收信号模型信道是无源的,只能衰减信号,用分贝表示的路径损耗一般都是非负值路
7、径增益分贝值路径增益分贝值:路径损耗分贝值的负数(通常负值)篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.3 自由空间的路径损耗视距(视距(LOSLOS)信道)信道:假设信号经过自由空间到达距离d处的接收机,发射机和接收机之间没有任何障碍物,信号沿直线传播。相应的接收信号:LOS信号或直射信号自由空间路径损耗使接收信号相对于发送信号引入了一个复数因子,产生接收信号:篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.3 自由空间的路径损耗 :视距方向上发射天线和接收天线
8、的增益之积 :由传播距离d引起的相移 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.3 自由空间的路径损耗发送信号s(t)功率Pt则有:接收功率与收发天线间距离d的平方成反比(其他模型中随d下降的更快)接收功率与波长的平方成正比载波频率越高接收功率越小接收功率与波长有关是因为:接收天线的有效面积和波长有关。(如采用定向天线,接收功率也可能随着频率增加而增加)篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.3 自由空间的路径损耗自由空间路径损耗定义为:自由空间模型下的
9、路径损耗自由空间路径增益为:篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.3 自由空间的路径损耗eg1eg1:有一室内WLAN,载波频率fc=900MHz,小区半径10m,使用全向天线。自由空间路径损耗模型下,如果要求小区所有终端的最小接收功率为10W,问接入点发射功率应该是多大?如果工作频率变成5GHz,相应所需的发射功率又是多少?Tips:全向天线Gl=1 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4 射线跟踪反射、绕射和散射:从固定发射机发出的无线电信号
10、在其传播环境中会遇到许多物体,从而发生经由反射、绕射和散射到达接收机的信号分量:多径信号分量 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4 射线跟踪接收端收到多径信号cf直射信号:功率衰减、时延、相移及频移多径信号和直射信号在接收端叠加信号失真信号失真Q:考虑有限个反射体,if位置和介电性质已知适当边界条件求解Maxwell方程多径传播路径计算复杂,不适于通用建模方法射线跟踪法:简单几何方程取代Maxwell方程,近似反射、绕射和散射对波前的影响。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计
11、时计分系统是一种得分类型的系统2.4 射线跟踪射线跟踪法建模特点:接收机距最近反射体数个波长、所有反射体大小相对于波长足够大且相当平滑近似误差最小cf.经验数据:在乡村地区、发射机和接收机都很靠近地面的街道、适当调整了射线系数的室内环境能精确建模接收信号功率除接收功率变化外,并不能有效反映多径时延扩展等其他传播特性。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4 射线跟踪射线跟踪法建模:如发射机、接收机和反射体都静止多个信号路径特性是固定的如发射机或接收机是运动的,路径特性时变的如果反射体数量、位置和特性在任何时间已知已知确定
12、的时变信道否则随机时变信道统计模型统计模型如反射体数量很大或者表面不光滑统计模型统计模型 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4 射线跟踪射线跟踪模型:包含直射、反射、绕射和散射等各种衰落分量衰落分量(需要知道发射机和接收机周围所有物体物体的几何和介电特性)几种射线跟踪模型:两径模型:地面反射波+直射波少量反射体的固定区域只需知道天线高度十径模型:适于街道、走廊天线高度/街道、走廊宽度通用模型:任意传播环境还需反射体、绕射体、散射体几何和介电特性 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比
13、赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4.1 两径模型两径模型:用于在单一的地面反射波在多径效应中起主导作用的情形 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4.1 两径模型接收信号:经自由空间到达接收端的直射分量+经过地面反射到达接收端的反射分量直射分量 反射分量?反射路径:x&x:x+x接收信号:反射波相对于直射波的时延 直射方向上发射和接收天线增益的乘积,R地面反射系数 x方向上发送天线和x方向上接收天线增益乘积 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的
14、系统2.4.1 两径模型时延扩展(delay spread):反射路径相对于直射路径的时延,即:1.如果发射信号相对于时延扩展是窄带的:窄带信号的接收功率:直射信号和反射信号的相位差 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4.1 两径模型d收发天线的水平距离 ht发送天线高度,hr接收天线高度,由几何关系得到:当d ht+hr当地面反射系数:r是 大地的介电常数 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4.1 两径模型当d充分大时,接收功率:当d充分
15、大,接收功率与d4成反比,且与波长无关(接收功率并没有随着频率增大而单调减小)篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4.1 两径模型功率随距离变化曲线 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4.1 两径模型临界距离dc:=dc=4hthr/临界距离用于系统设计:若蜂窝系统的电波符合两径模型:dc 小区半径小区半径Eg2:请计算城市微小区(ht=10m,hr=3m)和室内微小区(ht=3m,hr=2m)两径模型的临界距离,发射频率fc=2GHz.Ti
16、ps:dc=4hthr/小区内信号随d2下降,邻小区干扰随d4下降现在的微小区为了保证容量,半径更小蜂窝系统电波传播很少符合两径模型 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4.2 十径模型(介电峡谷)城市微小区模型:假定方方正正的城市,街道两边是建筑物,发射天线和接收天线高度接近地面,两旁排列着建筑物的街道对于无线电信号相当于介电峡谷介电峡谷经由建筑物反射至接收机的射束有无限个,每次反射能量衰减经过三次以上反射的路径可忽略不计 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种
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