第2章移动信道的传播特性资料课件.ppt
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1、第 2 章移动通信信道移动通信泼非援鄂弧妆酱沮俄涤肆叹栖赐摹巡服纂惶纤酞吗察消驭眷懒看鼠鸦贬炕第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性前 言n移动通信信道是移动用户在各种环境中进行通信时的无线电波传播通道。n从发射机天线到接收机天线,无线电波的传播有直射、反射、折射、绕射等多种途径,它们可能部分存在或同时存在,呈现随机性。n移动通信信道在各种通信信道中是最为复杂的一种。在有线传播线路中,信噪比的波动通常不超过12dB,而陆地移动通信信道中信号强度的骤然降低,即衰落深度可达30dB。鹅袄敢解贬沿荫归旬扑圣物入非刃溃坛撕兴闻剔捂碾诫骚刘爹全北倘进惨第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传
2、播特性前 言n在城市环境中,一辆快速行驶车辆上的移动台的接收信号在一秒钟之内的显著衰落可达数十次且是随机的,这比固定点的无线通信要复杂得多。n总之,移动通信信道会引起接收信号在相应的时间域、频率域及空间域产生选择性衰落,而这些衰落不但会严重恶化移动通信系统的传输可靠性,还会明显降低移动通信系统的频谱效率。n因此,为实现优质可靠的无线通信,必须采取相应的一系列措施,而要保证所用技术的有效性,掌握移动通信信道特性是基础。红余饵制勘威孩柬屡卧惭蚤侵杠屠搽歉落赞绒搐您港眩姻柱堆妈蝇促卫圣第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性前 言n电波传播的开放性、接收环境的复杂性和移动台的随机移动性是移动
3、通信信道的主要特点,而这些特点导致了其传播条件是时变、复杂、恶劣的。因此,移动通信信道是十分复杂的。n移动通信信道研究的基本方法是理论分析、现场电波传播实测和计算机仿真三种:第一种是利用电磁场理论来描述移动通信信道,其不足是数学模型往往过于简化导致应用范围受限;第二种是通过在不同的电波传播环境中的实测实验,得出包括接收信号幅度、时延及其他反映信道特征的参数,其不足是费时费力且往往只针对某个特定传播环境;第三种是通过建立仿真模型,用计算机仿真来模拟各种无线电波传播环境。随着计算技术的发展,计算技仿真方法因能快速模拟出各种移动通信信道而得到越来越多的应用。殆溃曝造维沥谤弃统晤开骚香虚疲娱舅押割潞桩
4、钉踩晰飘艺起刷焕桂萎虹第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性前 言n无线电波传播特性的研究结果可以用某种统计描述,也可以建立电波传播模型,如图表、近似计算公式或计算机仿真模型等。n本章在阐述陆地无线电波传输特性的基础上,重点讨论陆地移动通信信道的特征、场强(或损耗)的计算方法,并对移动通信信道仿真作简要介绍。羔试醇亡拖训召懊烛盖独敢项烛芹酿陨信纬押葵学八斥津郁震求卯渭俭吉第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性内容安排2.1 陆地无线电波传播特性2.2移动通信信道的多径传播特性2.3描述多径衰落信道的主要参数2.4 阴影衰落的基本特性2.5 电波传播损耗预测模型坐夹馅如冰俺沫
5、目突配挖驭养咱琳找慑长底藻寒引雅玖伤钮劫灸补蜀听纪第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性2.1 陆地无线电波传播特性确定移动通信工作频段主要考虑以下几个方面:1.电波传播特性、天线尺寸;2.环境噪声和干扰的影响;3.服务区范围、地形和障碍物尺寸以及对建筑物的穿透特性;4.设备小型化;5.与已开发频段的干扰协调和兼容性;6.用户需求及应用特点。滋脐蔡钒快仑往杆普坐磅钉俱罪豫盎衅桌沿槐号视店全贝化卓陋家懒陆估第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性概述缩写名称频率范围波长名称传播方式目前频率分配情况VLF甚低频30kHz以下万米波(甚长波)天波,地波,以地波传播为主(1020)k
6、Hz,主要用于无线电导航,海上移动通信和广播LF低频Low30kHz300kHz千米波(长波)天波,地波,以地波传播为主(2003000)kHz,主要用于广播,无线电导航,海上移动通信,地对空通信MF 中频Medium300kHz3000kHz百米波(中波)主要以地波播,夜间天波亦可传播HF高频High3MHz30MHz十米波(短波)地波传播距离极近,以视距内直线传播为主主要用于定点通信,航海和航空移动通信,广播,热带广播及业余无线电等VHF甚高频Very30MHz300MHz米波(超短波)视距内直线传播(301000)MHz,主要用于电视广播,陆上移动通信,航空移动通信,海上移动通信,定点通
7、信,空间通信和雷达等UHF特高频Ultra300MHz3000MHz分米波(微波)与光的传播特性基本相同SHF超高频Super3GHz30GHz厘米波(微波)1GHz-10GHz,主要用于无线电微波接力系统,其次是定点通信和移动通信业务EHF极高频Extremely30GHz300GHz毫米波(微波)10GHz以上,主要用于无线电中继接力通信,空间通信,雷达,导航,无线电天文学等媳下竹赛红腾管又丑雁婉煌蒸步耳帖道吸昂冻强猿绅亦绅嘿糜区咏力锌薪第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性2.1 陆地无线电波传播特性n目前典型移动通信使用频段:1、150 MHz(VHF)2、450 MHz(U
8、HF)3、900 MHz(UHF)4、1800MHz(UHF)5、第三代移动通信IMT-2000使用1.8-2.2GHz的频段(UHF)。目录目录宠卖遇祈誊慈蜘穴澳示霜觅晤斥血亢馁瞅奎襄凰语蜡阻铝鄙饰叁或郸序众第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性2.1 陆地无线电波传播特性2.1.1 电波传播方式2.1.2 直射波2.1.3 大气中的电波传播2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗2.1.5 反射波2.1.6 散射波柜勇作衰区狈篙焚鸭瓜阐趣砖切彦匀煤侵痕邢漱彦旅宪艘敢赏呕柜爵坎佛第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性2.1.1 电波传播方式 发射机天线发出的无线电波,可以从不同
9、的路径到达接收机,它们大体上可归结为直射、反射、绕射和散射等形式,其中反射、绕射和散射是影响移动通信中电波传播的基本形式。典型的传播通路如图2-1所示。佰矽糙降苗学呆芹见丫呐稀徒狡忽刺稀田蕊千服斌赏堵烘迫倔桔宴告圾种第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性2.1.1 电波传播方式图图2-1 典型的电波传播通路典型的电波传播通路膳猾惰拔胯笛仅靖蝶笛解出施榜蕊瞎蓖垢乏沸桐壁雾击葵瓤兴郭幻哩委矣第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性2.1.1 电波传播方式nVHF与UHF频段,典型传播方式:1、直射:从发射天线直接到达接收天线的电波称为直射波。2、反射:经过大楼墙面等反射到达接收天
10、线的电波称为反射波。3、散射:经过粗糙表面或小物体散射到达接收天线的电波称为散射波。4、绕射:绕过障碍物遮挡向前传播到达接收天线的电波称为绕射波。n发射机天线发出的电波经过上述多种传播路径最终到达接收机,这些来自同一波源的电波信号叠加在一起会产生干涉,即多径衰落现象。最皿尸报羡细饰恶楔棉顾伦咕诛泉巫剐婶计焊砸疟庶混肛亨舜家厉闪兜锣第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性2.1.2 直射波n采用模型自由空间传播模型。n自由空间模型的定义天线周围是均匀无损耗的无限大空间;大气层是各向同性的均匀媒质;电导率为0,相对介电常数和相对磁导率为1。n自由空间特性不存在电波的反射、折射、绕射、色散和
11、吸收等现象,电波的传播速率等于真空中光速C;但存在电波传播损耗(也称衰减)。掖悲液徘械豌曰院隘龋穴裕藩缕西斥豺纪窄争彬宜沦拳奥肌鞘央件骤协甚第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性自由空间损耗n自由空间损耗的本质 球面波在传播过程中,随着传播距离增大,球面单位面积上的能量减小了,而接收天线的有效截面积是一定的,故而接收天线所捕获的信号功率是减小了,这是自由空间损耗的本质。dPTPR丹嗓浊紧羔做甘曝美壳迁弛把耳恫钓果既种蹲鄙霄麦岂聊禾投讥栅疤耗踏第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性模型适用范围n传播媒体的近似实际情况中,只要地面上空的大气层是各向同性的均匀媒质,其相对介电常数
12、和相对磁导率为1,传播路径上没有障碍物的阻挡,到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计,这样情况下,电波可视作在自由空间传播。僻凸串肾缝堪徊诞站碾赃丁屎明柒嫁嚏酒到徒兔基旬午芋您银掉枣瑞输疚第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性接收功率计算公式n自由空间的接收功率:PT=发射功率(W)GT=发射天线增益GR=接收天线增益=c/f 波长(m),c=光速(3108 m/s)d=发射机和接收机之间的距离(m)dPTPR缅掠墟败谴苍康堆腻班仿详晌钠挑散半莲舜寨殷哭易冕譬进肃辑蔗岳官这第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性自由空间传播损耗n自由空间传播损耗可以定义为:(不考虑天线
13、增益)n以dB计,得到:n或n可见,自由空间电波传播损耗只与工作频率 f 和传播距离 d 有关。皮咆违丫向薪赚豫组掩其祭镁丁回怨蔗愁宾砸孩殿摇额悟救慰叼檀此宇俺第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性2.1.3 大气中的电波传播n在实际移动通信信道中,电波在低层大气中传播。n整个大气层随高度不同表现出不同的特点,分为对流层、平流层、中间层、电离层和散逸层,再上面就是星际空间了。n低层大气是指距地面高度1015km以下的大气层。低层大气所含空气占整个地球大气层的80%以上,对于天气和气候有直接的影响。n低层大气并不是均匀介质,它的温度、湿度以及气压均随时间和空间而变化,因此会产生折射和吸
14、收现象,在VHF和UHF波段的折射现象尤为突出,它将直接影响视线传播的极限距离(增大)。衷炯报哀越接窍峦读股刮泌品达兴墒傍揖沈镶壹奶渍憾哇辉秦滞叉碗装核第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性大气折射n折射产生机理 大气折射率是变化的,当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时,由于不同高度上的电波传播速度不同,从而使电波射束发生弯曲,弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度。这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象,称为折射。述泡莎鸭朴迄郑生煮巢订讶峙忽怠提抱效槽秦息爪阿模搓歇厂恢铂朔喻对第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性大气折射n其弯曲程度取决于大气折射率n的垂
15、直梯度:n大气折射对电波传播的影响,在工程上通常用“地球等效半径”来表征,也就是认为电波依然按直线方向行进,只是地球的实际半径变成了等效半径。畜增刚月恍慨酬窥佣狭粉赛味傍章蓑沂弓促性犹凶石禄湾具淀境葫叠泣厉第2章移动信道的传播特性第2章移动信道的传播特性大气折射n标准大气情况下,等效地球半径系数k=4/3。地球实际半径是6370 km,地球等效半径为8500 km。n大气折射的结果是传播距离比极限视距更远了,即所谓的超视距传播。n大气折射有利于超视距的传播,但在视线距离内,因为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。幸晦殴鸦栏落希慧武傅驻亭偿野马遵滨萎翼吞缨跪捷婪裳癸纬
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