第3章移动信道中的传播特性.ppt

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1、第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 第第3 3章章 移动信道中的传播特性移动信道中的传播特性 3.1 3.1 无线电波传播特性无线电波传播特性 3.2 3.2 移动信道的特征移动信道的特征 3.3 3.3 陆地移动信道的传输损耗陆地移动信道的传输损耗 3.4 3.4 移动信道中的传播模型移动信道中的传播模型 第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 信道信道传输媒质传输媒质有线信道（架空明线、电缆、光纤）有线信道（架空明线、电缆、光纤）无线信道无线信道信道特性信道特性参数随外参数随外界变化界变化恒参信道恒参信道变参信道变参信道中长波地表面传播中长波地表面传播短波电离层反射传播短波电离

2、层反射传播超短波和微波直射传播超短波和微波直射传播散射传播散射传播第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 为何较早的移动通信系统主要使用为何较早的移动通信系统主要使用VHFVHF和和UHFUHF频段。频段。(1)VHF(1)VHFUHFUHF频段适合于移动通信频段适合于移动通信 (2)(2)天线长度决定于波长，这个频段信号天线长度决定于波长，这个频段信号发射和接收时，所使用的天线较短便于移动发射和接收时，所使用的天线较短便于移动。(3)(3)抗干扰能力强抗干扰能力强 第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 3.1 VHF、UHF电波传播特性电波传播特性 3.1.1 电波传播方式电波传播

3、方式 图图 3 1 典型的传播通路典型的传播通路 第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 3.1.2 直射波直射波 直直射射波波传传播播可可按按自自由由空空间间传传播播来来考考虑虑。所所谓谓自自由由空空间间传传播播系系指指天天线线周周围围为为无无限限大大真真空空时时的的电电波波传传播播，它它是是理理想想传传播播条条件件。电电波波在在自自由由空空间间传传播播时时，其其能能量量既既不不会会被被障障碍碍物物所所吸吸收收，也不会产生反射或散射。也不会产生反射或散射。第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 3.1.3 大气中的电波传播大气中的电波传播 在在实实际际移移动动信信道道中中，电电波波在

4、在底底层层大大气气中中传传播播，底底层层大大气气并并不不是是均均匀匀介介质质，因因此此会会产产生生折折射射及及吸吸收收现现象象，在在VHFVHF、UHFUHF波波段段的的折折射射现现象象尤尤为为突突出出，它它将将直直接接影影响响视视线线传播的距离传播的距离。第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗障碍物的影响与绕射损耗 图图 3 3 障碍物与余隙障碍物与余隙(a)负余隙；负余隙；(b)正余隙正余隙 第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 图图 3 4 绕射损耗绕射损耗与余隙关系与余隙关系第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 3.1.5 反射波反射

5、波 图图 3 5 反射波与直射波反射波与直射波 第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 3.2 移动信道的特征移动信道的特征 3.2.1 传播路径与信号衰落传播路径与信号衰落 图图 3 6 3 6 移动信道的传播路径移动信道的传播路径D1D1为地面反射波，为地面反射波，D2D2为散射波，为散射波，D3D3为直射波为直射波 第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 使使接受接受信号产生深度且快速的衰落如下图所示信号产生深度且快速的衰落如下图所示典型信号衰落特性典型信号衰落特性第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 3.2.2 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落 图图 3-8 移动台接

6、收移动台接收N条路径信号条路径信号 到达接收端的信号是来自不同传播路径信号之和。到达接收端的信号是来自不同传播路径信号之和。第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 多多径径衰衰落落的的信信号号包包络络服服从从瑞瑞利利分分布布，故故把这种多径衰落称为把这种多径衰落称为瑞瑞利衰落利衰落。通通过过分分析析和和大大量量实实测测表表明明，多多径径效效应应使使接接收收信信号号包包络络变变化化接接近近于于瑞瑞利利分分布布。在在典典型型的的移移动动信信道道中中，衰衰落落深深度度达达到到30dB30dB左左右右，衰衰落落速速度度（等等于于每每秒秒钟钟信信号号包包络络经经过过中中值值电电平平次数的一半）约为次

7、数的一半）约为30304040次。次。第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 3.2.3 3.2.3 慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备 大大量量统统计计测测试试表表明明：在在信信号号电电平平发发生生快快衰衰落落的的同同时时，其其局局部部中中值值电电平平还还随随时时间间、地地点点以以及及移移动动台台速速度度作作比比较较缓缓慢慢的的变变化化，其其衰衰落落周周期期以以秒秒级级计计，称称作作慢慢衰衰落落或或长长期期衰衰落落。慢衰落近似服从对数正态分布慢衰落近似服从对数正态分布。第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 为为了了防防止止因因衰衰落落(包包括括快快衰衰落落和和慢慢衰衰落落)引

8、引起起的的通通信信中中断断，在在信信道道设设计计中中，必必须须使使信信号号的的电电平平留留有有足足够够的的余余量量，以以使使中中断断率率R R小小于于规规定定指指标标。这这种种电电平平余余量量称称为为衰衰落落储储备备。衰衰落落储储备备的的大大小小决决定定于于地地形形、地地物、工作频率和要求的通信可靠性指标物、工作频率和要求的通信可靠性指标。第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 3.2.4 多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽 1.多径时散多径时散 多多径径效效应应在在时时域域上上会会造造成成数数字字信信号号的的波形展宽。波形展宽。因因多多径径传传播播造造成成信信号号时时间间扩扩散散的的现

9、现象象，称为称为多径时散多径时散。第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 34图图 3 14 多径时散示例多径时散示例 基站天线21第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 图图 3-15 时变多径信道响应示例时变多径信道响应示例(a)N=3;(b)N=4;(c)N=5 t=t0t1t1+11t1+12t=t0+t2t2+22 t2+23t2+21t3t3+34t=t0+（a）（b）（c）第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 2.2.相关带宽相关带宽 从频域观点而言，多径时散现象将导致频率选择性衰落，从频域观点而言，多径时散现象将导致频率选择性衰落，即信道对不同频率成分有不同的响应。若信号带宽过大，就会即信道对不同频率成分有不同的响应。若信号带宽过大，就会引起严重失真。下图以两条射线的情况为例进行分析引起严重失真。下图以两条射线的情况为例进行分析图图 3 17 双射线信道等效网络双射线信道等效网络 r(t)Si(t)He（,t )S0(t)21 第 3 章 移动信道中的电波传播与分集接收 图图318 318 双射线信道的幅频特性双射线信道的幅频特性