无线通信基本原理.pptx
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1、无线传播基本原理无线传播基本原理电波传播方式:电波传播方式:第1页/共51页无线传播基本原理无线传播基本原理电波传播方式:电波传播方式:第2页/共51页无线传播基本原理无线传播基本原理频谱划分频谱划分通常无线电波所指的是从极低频10KHz到极超高频的顶点300GHz(Giga Hertz)。通常划分成八个区域,参看下表:第3页/共51页移动通信系统中频段的划分为:由上表可以看出移动通信频段位于UHF频段范围内,是以空间波的方式进行传输的。无线传播基本原理无线传播基本原理频谱划分频谱划分第4页/共51页无线传播基本原理无线传播基本原理传播途径传播途径在UHF频段,从发射机到接收机的电磁波的主要传
2、播模式是直射和散射,即视距直线传播以及从建筑物平面反射或从人工、自然物体折射。在典型的蜂窝移动通信环境中,移动台一般比基站天线矮很多,接收机与发射机之间的直达路径往往被建筑物或其他物体所阻碍。所以,在蜂窝基站与移动台之间的通信不一定是通过直达路径,而是通过许多其他路径完成的。第5页/共51页无线传播基本原理无线传播基本原理传播途径(多径)传播途径(多径)时间接收信号强度发射信号第6页/共51页无线传播环境无线传播环境信号衰落信号衰落快衰落:大量传播路径的存在就产生了所谓的多径现象,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,这就是所谓的快衰落或多径衰落,因为其电场强度概率函数是服从瑞
3、利分布,也称为瑞利衰落。合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大,衰落的振幅、相位、角度随机。第7页/共51页无线传播环境无线传播环境信号衰落信号衰落快衰落第8页/共51页无线传播环境无线传播环境信号衰落信号衰落 慢衰落:移动台接收的信号除瞬时出现快速瑞利衰落外,其场强中值随着地区位置改变出现较慢的变化,这就是所谓的慢衰落或阴影衰落,慢衰落的场强中值服从对数正态分布。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。衰落深度与与位置/地点相关,衰落的速度取决于移动台移动的速度。第9页/共51页无线传播环境无线传播环境信号衰落信号衰落慢衰落第10页/共51页无
4、线传播环境无线传播环境信号衰落信号衰落距离距离(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 总的来说,在蜂窝环境中有两种影响:第一种是多径,从建筑物表面或其他物体反射、散射而产生的短期衰落;第二种是直接可见路径产生的主要信号强度的缓慢变化,即长期场强变化。也就是说,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。第11页/共51页无线传播环境无线传播环境信号衰落信号衰落 抗快衰落主要措施分集 时间分集 空间分集 频率分集 极化分集 克服慢衰落的主要方法是加大发射功率,提高接收灵敏度,宏观分集等。第12页/共51页无线传播环境无线
5、传播环境传播损耗传播损耗在研究传播时,特定接收机功率接收的信号电平是一个主要特性。由于传播路径和地形干扰,传播信号减小,这种信号减小称为传播损耗。自由空间的传播损耗可以由下式表示:其中f为频率(MHz),d为距离(km)。上式与距离d,频率f成反比,当距离或频率增加一倍时,自由空间的路径损耗增加6dB(信号场强衰减4倍)。第13页/共51页无线传播环境无线传播环境传播损耗传播损耗当已知频率f还可以简化上式:式中2。称为路径损耗倾斜因子。在实际的信号空间传播中,地形、信号在不同介质上的绕射、反射、穿透都会导致不同的传播损耗,不同环境下的取值范围:第14页/共51页无线传播环境无线传播环境传播损耗
6、传播损耗第15页/共51页 电波传播受地形结构和人为环境的影响,无线传播环境直接决定无线传播方式。影响无线电波传播方式的主要因素有:自然地形(高山、丘陵、平原、水域)人工建筑的数量、分布、材料特性 植被特征 天气状况无线传播环境无线传播环境传播损耗传播损耗第16页/共51页无线传播模型和校正无线传播模型和校正 随着网络规模的扩大,对通信质量要求的提高,网络规划、覆盖预测已不可能靠手工运算来完成。通过计算机应用传播模型就能够很好的解决这一问题。通过模型进行预测能够得到误差在10dB以内的路径损耗的本地均值。移动通信中用到的传播模型有很多,常见的有:Hata-Okumura模型 Walfisch-
7、Ikegami模型 Planet通用模型不同的模型有不同的特点,有各自的适用范围。第17页/共51页无线传播模型和校正无线传播模型和校正PlaNET通用模型由下面的方程确定:L(dB)=PTX-PRX=-K1-K2 d-K3(Heff)-K4(Diffraction)-K5(Heff)d-K6(Hmeff)-Kclutter 式中,PRX为接收功率(dBm);PTX为发射功率(dBm);K1为偏置常量(dB);K2为距离衰减常数;K3为基站天线高度补偿修正系数;K4为多重绕射损耗修正系数;K5为(Heff)d多重修正因子;K6为移动台天线有效高度增益修整因子;d为基站到移动台之间的距离(m);
8、Heff为基站天线有效高度(m);K4(Diffraction)为有障碍物阻挡时的绕射路径损耗;Kclutter为地貌衰减系数(dB);Hmeff为移动台天线有效高度.第18页/共51页无线传播模型和校正无线传播模型和校正 传播模型用于预测地形、障碍物及人为环境对无线电波传播中路径损耗的影响。传播模型是移动通信网小区规划的基础。采用模型的价值就是在保证精度的同时节省了人力、费用和时间。第19页/共51页2.2.移动通信基本原理一、蜂窝理论二、网络结构三、多址技术四、概念辨析第20页/共51页蜂窝理论蜂窝理论 移动通信网是由大区制演变成蜂窝结构的。在大区制条件下,用户少,话务量低,频率相对丰富。
9、大区制的网络由一个基站,功放输出较大功率,覆盖一定的区域。在此区域内,使用信道组f1、f2、f3.fn。第21页/共51页蜂窝理论蜂窝理论随用户增多,话务量增大,网络容量的增加,原来信道组(f1,f2.fn)不能满足需要,采用的办法是频率复用第22页/共51页蜂窝理论蜂窝理论网络无线设计时,将基站发射功率降 低,每一个基站覆盖 范围缩小,原 先由一个基站覆盖的区域,现在由多个基站覆盖,整个网络图如同蜂窝一般。第23页/共51页蜂窝理论蜂窝理论第24页/共51页移动通信基本原理一、蜂窝理论二、网络结构三、多址技术四、概念辨析第25页/共51页网络结构网络结构第26页/共51页网络结构网络结构第2
10、7页/共51页网络结构网络结构BTSBSCMSC/VLRBSC其它MSCBTSBTSBTSA接口Abis接口Um接口1:鉴权2:确认3:登记4:业务权限HLR/AC第28页/共51页网络结构网络结构3G3G第29页/共51页网络结构网络结构3G3G功能上,3G网络单元可以分为无线接入网络(Radio Access Network,RAN)和核心网(Core Network,CN)。其中无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能,而CN处理UMTS系统内所有的语音呼叫和数据连接与外部网络的交换和路由。上述的两个单元和用户设备(User Equipent,UE)一起构成了整个UMTS系统。第30页/
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