移动通信信道解析.pptx

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1、1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础按传输介质有线信道无线信道按信道特性参数与外界的关系恒参信道变参信道 恒参信道：信道特性不随时间变化或变化很缓慢（随参信道）若传输媒介是基本不随时间变化的，所构成的广义信道通常属于恒参信道例如：由架空明线、电缆、中长波地波传播、超短波及微波视距传播、人造卫星中继、光导纤维以及光波视距传播等传输媒介构成的广义信道第1页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础 随参信道：信道特性随时间随机快速变化若传输媒介随时间随机快速变化，则构成的广义信道通常属于随参信道例如：陆地移动信道、短波电离层反射信道、超短波流星余迹散射信道、超短波及微波对流层散

2、射信道、超短波电离层散射以及超短波视距饶射等信道随参信道的传输媒介具有以下三个特点：（1）信号的衰耗随时间随机变化（2）信号传输的时延随时间随机变化（3）多径传播第2页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础一、电波传播特性电波的分类按传播方式的不同分为5种：（1）直射波：电波从发射天线到接收天线的方式（2）反射波：在传播过程中会在物体表面发生反射，形成反射波（3）绕射波：电波在传播过程中被尖锐的边缘阻挡时，由阻挡表面产生（4）散射波：电波遇到阻碍物表面粗糙或体积小，但数目多时，会反射常发生于地表，墙壁等二次波散布于空间，甚至到达阻挡体的背面，这称绕射波在其表面发生散射，形成散射

3、波（5）地表面波：沿地球表面传播 忽略不计第3页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础直射波反射波绕射波第4页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础二、VHF、UHF电波传播特性1、使用VHF、UHF的原因：（1）、适合于移动通信VHF、UHF传播主要在视觉范围内，一般为几十公里，大部分车（2）、天线较短便于移动天线长度决定于波长，移动台中最多使用的是 的线状天线辆日常移动半径为几十公里（3）、抗干扰能力强较小发射功率有较好信噪比900MHZ 8.3CM450MHZ 17CM第5页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础当频率大于30MHZ时，典型

4、的传播方式如图：直射波：是VHF,UHF频段的主要传播方式 反射波 地表面波第6页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础2.直射波分析（按自由空间传播来考虑）自由空间：天线周围无限大的真空理想传播条件自由空间传播损耗：与频率和传输距离有关传播路径上没有障碍物阻挡，电波可视作在自由空间传播自由空间传播损耗常用的计算公式：注：d-km 收发天线之间的距离f-MHZ 工作频率当f提高一倍或减少一半时，损耗增加6dB当d增加一倍时，损耗也增加6dB第7页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础直射波传播的最大距离由收发天线高度，地球曲率半径及大气折射共同决定当地球半径为6

5、.37106m时，视距传播的极限距离公式为：ht、hr分别为发射天线与接收天线的高度 实际上，在超过极限距离下也能收到较强的信号，这种现象叫超视距传播，引 起它的原因是大气折射第8页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础超视距传播的极限距离公式为：在实际情况下，电波的直射路径上存在各种障碍物，由障碍物引起的附加传播损耗称为绕射损耗。所以，电波传播损耗应为：第9页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础图1.2-1障碍物与余隙(a)负余隙；(b)正余隙x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离，称为菲涅尔余隙。规定阻挡时余隙为负，如图(a)；无阻挡时余隙为正，如图(b)。

6、设障碍物与发射点和接收点的相对位置如图 1.2-1 所示。第10页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系如图 1.2-2所示。图1.2 2 绕射损耗与余隙关系 第11页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础图中纵坐标为绕射引起的附加损耗，即相对于自由空间传播损耗的分贝数横坐标为x/x1,其中x1是第一菲涅尔区在P点横截面的半径它由下列关系式可求得：当x/x10.5 时，附加损耗约0dB，即障碍物对直射波传播基本没影响 为此，在选择天线高度时，根据地形尽可能使服务当x0时，即直射线低于障碍物顶点时，损耗急剧增加 当x=0时，

7、即TR直射线从障碍物顶点擦过时，附加损耗约为 6dB由图知：区内各处的菲涅尔余隙x0.5x1第12页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础 例1：设图 1.2-1(a)所示的传播路径中，菲涅尔余隙x=-82m,d1=5km,d2=10km,工作频率为150MHz。试求出电波传播损耗。解：先求出自由空间传播的损耗Lfs为 Lfs=32.44+20lg(5+10)+20lg 150=99.5dB 求第一菲涅尔区半径x1为 由图 1.2-2查得附加损耗(x/x1-1)为16.5dB,因此电波传播的损耗L为L=Lfs+16.5=116.0dB第13页/共45页1.2 移动通信信道第1章

8、 移动通信技术基础2.反射波分析两种不同介质的光滑界面界面尺寸比电波波长大得多反射的条件大地和大气是不同的介质，所以入射波会在界面上产生反射，如图：图 1.2-3反射波与直射波 第14页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础反射波与直射波的路径差为：从发射天线到接收天线的电波包括直射波和反射波因为电波传播速度为常数，因此有时延差t相位差可换算为对信号产生严重影响：当=（2n+1）时，直射波与反射波反相相互抵消当=2n时，直射波与反射波同相叠加有利于正常通信 实际上，外界条件不稳定，d与 会随机变化，直射波和反射波有时同相叠加，有时反相抵消，造成合成波衰落现象第15页/共45页1

9、.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础合成波衰落直射波合成波反射波第16页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础三、移动信道特征1、多径效应与快衰落多径衰落使得信号电平中值在短时间快速下降，产生瞬间的衰落尖峰。合成信号振幅发生深度且快速的起伏，所以称之为快衰落。因为多径衰落的信号包络服从瑞利分布，因此又被称为瑞利衰落。多径衰落=快衰落=瑞利衰落2、阴影效应与慢衰落 由于MS不断移动，电波传播路径上的地形，地物不断变化，它造成的衰落比多径效应引起的快衰落要慢的多，所以叫慢衰落产生慢衰落的原因：阴影效应（主要的）大气折射慢衰落的信号包络服从对数正态分布。所谓对数正态分布，是指以

10、分贝数表示的信号电平为正态分布。第17页/共45页快衰落与慢衰落 接收信号瞬时值的场强中值随移动台位置改变而较慢变动，称之为慢衰落。1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础第18页/共45页3、多普勒频移移动台在运动中通信时，相对速度引起的频移。说明：（1）当运动方向朝向基站时，fD为正，反之为负（2）最大值为v/注意（1）若车速不高，此值可忽略，但对于高速移动的物体必须考虑（2）固定通信中不存在多普勒频移1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础第19页/共45页只要有移动多普勒频移快衰落多径衰落阴影效应有移动台移动慢衰落引起引起 为了防止因衰落（包括快衰落和慢衰落）引起的通信中断，在

11、信道设计中，必须使信号的电平留有足够的余量，以使中断率 R小于规定指标，这种电平余量称为衰落储备4.衰落储备影响因素：地形、地物、工作频率、通信可靠性指标（可通率）1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础第20页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础图 1.2-4衰落储备量 第21页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础由图 1.2 4可查得必需的衰落储备例：可通率T为90%，市区，频率900MHZ衰落储备12.2dB可通率T为95%，郊区，丘陵地，频率1500MHZ衰落储备18.2dB第22页/共45页1、移动通信信道是何类型信道？2、VHF、UHF波段主

12、要以何种传播方式传播?3、什么是自由空间电波传播？自由空间电波传播损耗和什么参量有关？天线周围无限大的真空；自由空间传播损耗与频率和传输距离有关4、什么是多径衰落？什么是快衰落？其包络服从什么分布？多径衰落使得信号电平中值在短时间快速下降，产生瞬间的衰落尖峰。合成信号振幅发生深度且快速的起伏，所以称之为快衰落。因为多径衰落的信号包络服从瑞利分布，因此又被称为瑞利衰落。多径衰落=快衰落=瑞利衰落随参信道直射波第23页/共45页5、什么是阴影效应？由阴影效应引起的衰落为什么叫慢衰落？其包络服 从什么分布？由于MS不断移动，电波传播路径上的地形，地物不断变化，它造成的衰落比多径效应引起的快衰落要慢的

13、多，所以叫慢衰落慢衰落的信号包络服从对数正态分布。阴影效应指当电波在传播路径上遇到起伏地形、建筑物、植被（高大的树林）等障碍物的阻挡时，存在阴影区（盲区），使得电波被吸收或被反射导致移动台接收不到信息。第24页/共45页6、什么是衰落储备？影响因素是什么？为了防止因衰落（包括快衰落和慢衰落）引起的通信中断，在信道设计中，必须使信号的电平留有足够的余量，以使中断率 R小于规定指标，这种电平余量称为衰落储备影响因素：地形、地物、工作频率、通信可靠性指标（可通率）第25页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础四、移动信道的传播损耗1、地形、地物分类（1）、地形的分类与定义准平坦地形：

14、地面起伏高度不超过20m，且起伏缓慢，峰点与谷点之间的水平距离大于起伏高度如：丘陵、孤立山丘、斜坡、水路混合地形等不规则地形：除准平坦地形之外的地形b20maab时为准平坦地形注：传播基准为准平坦地形：第26页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础天线有效高度：a、基站天线有效高度：hb=hts-hga 天线架设在高度不同的地形上，有效高度不同。例如：架设在地面和几十层高的楼顶上，通信效果不同hts天线顶点的海拔高度hga沿电波传播方向3Km到15Km之间的平均海拔高度注：传播距离不足15Km时，则hga为3Km到实际距离间的平均海拔高度第27页/共45页1.2 移动通信信道第

15、1章 移动通信技术基础b、移动台天线有效高度：hm指天线在当地地面上的高度它是随机变化的，例如：放在口袋约1m，放在耳边约1.5m（2）、地物（地区）的分类与定义开阔地：无高大树木、建筑物等。如农田、荒野、广场、沙漠等郊区：有障碍物但不稠密。如有少量的低层房屋或小树林等市区：有较密集的建筑物和高层楼房。注：不同地物间有过渡区，其传播情况可大致作出估计第28页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础2、场强预测模型（1）Hata模型 Hata模型是针对由Okumura用图表给出的路径损耗数据的经验公式，该公式适用于1501500 MHz频率范围。Hata将市区的传播损耗表示为一个标

16、准的公式和一个应用于其他不同环境的附加校正公式 在市区的中值路径损耗的标准公式为(CCIR采纳的建议)：Lurban(dB)=69.55+26.16lgfc-13.82lghb-a(hb)+(44.9-6.55lghb)lgdfc是在1501500MHz内的工作频率hb是基站发射机的有效天线高度（单位为m，适用范围30200 m），d是收发天线之间的距离（单位为km，适用范围110km）；a(hb)是基站发射机的有效天线高度修正因子 第29页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础（2）COST-231WalfishIkegami模型 欧洲研究委员会COST-231在Walfis

17、h和Ikegami分别提出的模型的基础上，对实测数据加以完善而提出了COST-231WalfishIkegami模型。这种模型考虑到了自由空间损耗、沿传播路径的绕射损耗以及移动台与周围建筑屋顶之间的损耗。COST-231模型已被用于微小区的实际工程设计该模型适用的范围：频率f：8002000MHz；距离d：0.025km；基站天线高度hb：450m；移动台天线高度hm：13m。第30页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础3、中等起伏地形上传播损耗的中值（1）、市区传播损耗的中值 在计算各种地形、地物上的传播损耗时，均以中等起伏地上市区记为Am(f,d)单位 dBf-MHZ d

18、-kmf、d Am(f,d)Am(f,d)0 沟道效应：建筑物形成的沟道有利于电波的传播 天线为非基准天线高度：需要用天线高度增益因子修正 天线为基准天线高度：hb=200m hm=3m现象纵向路线：平行于传播方向有利于传播横向路线：垂直于传播方向不利于传播的损耗中值或场强中值作为基准，因而把它称作基准中值或基本中值第31页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础图 1.2-5 给出了典型中等起伏地上市区的基本中值Am(f,d)与频率、距离的关系曲线图 1.2-5 中等起伏地上市区基本损耗中值 第32页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础 图 1.2-6天线高度

19、增益因子(a)基站Hb(hb,d);(b)移动台Hm(hm,f)第33页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础图 1.2-7 街道走向修正曲线第34页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础(2)、郊区和开阔地损耗的中值 准开阔地修正因子:Qr0 开阔地修正因子：Q00 郊区修正因子：郊区场强中值与基准场强中值之差 记为Kmr 与d,f有关，传播条件优于市区 f Kmr d Kmr准开阔地是开阔地与郊区间的过渡区显然，开阔地的传播条件优于市区，郊区及准开阔地第35页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础图 1.2-8 郊区修正因子第36页/共45页

20、1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础图 1.2-9 开阔地、准开阔地修正因子 第37页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础传播损耗中值比市区传播损耗中值要小的市区传播损耗中值，然后再减去由图 1.2-8 或图 1.2 9 查得由图可知，郊区场强中值大于市区场强中值。或者说，郊区的为了求出郊区、开阔地及准开阔地的损耗中值，应先求出相应的修正因子即可第38页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础 不规则地形有：丘陵、孤立山丘、斜坡及水路混合等地形，其损（4）、任意地形地区的传播损耗的中值.中等起伏地市区中接收信号的功率中值PP（3）、不规则地形上传播损耗的

21、中值 耗中值有各自的修正因子，这里不一一介绍PP=P0-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm(hm,f)P0为自由空间传播条件下的接收信号的功率第39页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础式中：PT发射机送至天线的发射功率；工作波长；d收发天线间的距离；Gb基站天线增益；Gm移动台天线增益。.任意地形地区接收信号的功率中值PPC 任意地形地区接收信号的功率中值以中等起伏地市区接收信号的功率中值PP为基础，加上地形地物修正因子KTPPC=PP+KT dBKT=Kmr+Qo+Qr +Kh+Khf +Kjs+Ksp+KS地物修正因子地形修正因子第40页/共45页1.2 移动通信信

22、道第1章 移动通信技术基础 LA=LT-KT.任意地形地区的传播损耗中值LA式中：Kmr 郊区修正因子 Qo、Qr 开阔地或准开阔地修正因子Kh、Khf 丘陵地修正因子及微小修正因子 Kjs 孤立山岳修正因子 Ksp 斜坡地形修正因子 KS 水陆混合路径修正因子LT为中等起伏地市区传播损耗中值LT=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb,d)Hm(hm,f)第41页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础例 3-2 某一移动信道，工作频段为450MHz，基站天线高度为50m，(2)若基站发射机送至天线的信号功率为 10W，求移动台天线得到的(1)传播路径损耗中值；天线增益为6dB，移

23、动台天线高度为3m，天线增益为 0dB；在市区工作，传播路径为中等起伏地，通信距离为 10km。试求：信号功率中值解:(1)根据已知条件，路径为中等起伏地，则 KT=0,所以LA=LT，所以自由空间传播损耗：Lfs=32.44+20lg f+20lgd=32.44+20lg450+20lg10=105.5 dB第42页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础查得市区基本损耗中值：Am(f,d)=27dB查得基站天线高度增益因子：Hb(hb,d)=-12dB查得移动台天线高度增益因子:Hm(hm,f)=0dB可得传播路径损耗中值为:LA=LT=Lfs+Am(f,d)-Hb(hb,d)Hm(hm,f)=105.5+27+12=144.5dB第43页/共45页1.2 移动通信信道第1章 移动通信技术基础(2)中等起伏地市区中接收信号的功率中值第44页/共45页感谢您的观看！第45页/共45页