第二章 移动通信信道(一)
时,会发生反射
绕射(衍射Diffraction):当接收机和发射机之间的无
线路径被尖利的边缘阻挡时,会发生绕射
散射(scattering):当波穿行的介质中存在小于波长的物
体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时,会发生散射。
概述(3)
研究传播特性的基本方法 理论分析
即用电磁场理论或统计理论分析电波在移动环境中的 传播特性,并用各种模型来描述移动信道。
2.2.2、多普勒频移
影响小尺度衰落的因素
多径传播 移动台的运动速度 环境物体的运动速度 信号的站天线
多普勒频移
成因:路程差造成的接收信号相位变化值,进而产生 多普勒频移。 后果:信号经不同方向传播,其多径分量造成接收机 信号的多普勒扩展,进而增加信号带宽。
自由空间传播模型
模型适用范围
接收机和发射机之间是完全无阻隔的视距路径LOS 。 仅当视距大于发射天线远场距离时适用。 数学表达式( Friis公式) Pt Gt Gr 2 Pr (d ) (4 ) 2 d 2 L
距发射机d处天线的接收功率
(3.1)
其中,Pt为发射功率,亦称有效发射功率; Pr(d)是接收功 率,为T-R距离的幂函数;Gt是发射天线增益;Gr是接收天线增益; d是T-R间距离;L是与传播无关的系统损耗因子;λ为波长。
第2章 移动信道
现代移动通信
BSS
MS Um OMC-R 操作维护中心 BTS 基站 BTS 收发信机 BTS基站 收发信机 基站 收发信机
MS
BSC 基站 控制器
A接口
MSC 移动交换中心
MS
Abis
第2章 移动信道
通过本章学习,着重解决以下问题:
大尺度传播特性
大尺度传播模型:描述的是发射机与接收机之间(T-R) 长距离(几百米或几千米)上的场强变化
概述(5)
一般的三级模型
路径损耗
长程范围内平均信号电平 取决于发射机与接收机之间的距离
阴影
短程范围内平均信号电平 在50 100波长距离内平均得到 由地形或人造障碍引起
多径衰落
来自不同方向不同长度路径信号引起的干扰 信号包络在几个波长间距内的变化幅度可达30dB
2.1 电波传播特性
R2 p(r )dr 1 exp( ) 2 2
Rayleigh分布的平均值为:
rmean E[r ] rp(r )dr
0
2
1.2533
1、瑞利分布
Rayleigh分布的均方值,它表示信号包络的功率。表 示为:
E[r ] r 2 p(r )dr 2 2
1、大气折射
低层大气并不是均匀介质-折射与吸收
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。 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。 实际半径是6370km,等效地球半径为8500km。
自由空间传播模型
自由空间传播模型
距发射机d处天线的接收功率
物理意义
—与d2成反比→距离越远,衰减越大。
—与λ2成正比(与f2成反比)→频率越高,衰减越大。
—综合损耗L(L>=1)通常归因于传输线衰减、滤波损耗和
天线损耗,L=1则表明系统硬件中无损耗。
自由空间传播模型
自由空间传播模型
路径损耗
r r2 exp( 2 ) P(r ) 2 2 0 0r r0
其中,r表示包络信号电平,σ是包络检波之前所接收 的信号功率的rms值,是包络检波之前的接收信号的时 间平均功率。不超过某特定值R的接收信号的包络的概 率。
p( R) Pr (r R)
R 0
适用条件: d ht hr
2 2
2.1.6 散射
实际移动环境中,接收信号比单独绕射和反射 模型预测的要强,这是因为当电波遇到粗糙表 面时,发生散射作用,这就给接收机提供了额 外的能量。 大多数情况都是空间传播损耗、反射、绕射、 散射等多种因素的综合。
2.2 移动信道的多径传播特性
2.2.1 概述
接收天线将接收从多条路径传来的信号 移动台的运动 周围环境的变化
天线高度的确定 预测信号的覆盖范围 为实现优质可靠的通信需采用何种抗衰落技术 ……
传播特性直接关系到以下因素
概述(2)
无线电波的传播机制
自由空间(无阻挡物):视距传播LOS (line-of-sight) 存在阻挡物(多条路径): 反射(Reflection):当电磁波遇到比波长大得多的物体
2.1.1 电波传播方式:
直射波
自由空间传播
反射波
绕射 散射
2.1.2 直射波
自由空间传播模型
自由空间
均匀无损耗的无限大空间。 各向同性。
电导率为0,相对介电常数和相对磁导率为1。
传播损耗
本质:球面波在传播过程中,随着传播距离增大,电波 能量在扩散过程中所引起的球面波扩散损耗。 接收天线所捕获的信号功率是发射天线辐射功率的很小 部分 。
1、移动信信道的时变特性
无线电信号通过移动信道时会遭 受来自不同途径的衰减损耗。
自由空间传播损耗与弥散
阴影衰落 系统设计
多径衰落 抗衰落技术
P( d ) d
n
S ( d ) R (d )
2.2、移动环境下的多径传播
多径传播是陆地移动通信系统的主要特征。 小尺度衰落的定义:是指无线信号在经过短时间或短距传播后 其幅度快速变化,以致大尺度路径损耗的影响可以忽略不计, 小尺度衰落又简称衰落。 小尺度衰落的成因:由同一传输信号沿两个或多个路径传播, 以微小的时间差到达接收机的信号相互干涉所引起的。 小尺度衰落效应 短距或短时传播后信号强度的急速变化。 不同多径信号上,存在时变的多普勒频移。 多径传播时延引起的扩展(回音)。
rn nd1 d 2 d1 d 2
2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗
x/x1>0.5时附加损耗为 0dB。 x/x1<0时 损耗急剧增 加。 x/x1=0时 TR射线从障 碍物顶点擦过,损耗为 6dB。 在选择天线高度时,根 据地形尽可能使服务区 内各处的菲涅尔区余隙 x/x1>0.5 x1即为r1 r1 d d
小尺度传播特性
小尺度传播模型:描述短距离(几个波长)或短时间 (秒级)内的接收场强的快速波动的传播模型 统计特性 主要参数
对移动信道 有一个全面 深入的理解
建模与仿真
第2章 移动信道
本次课教学目的:
理解移动通信的电波传播特性
初步掌握多径传播特性
概述(1)
为何要研究传播特性 发射机与接收机之间的传播路径非常复杂
Sr (t ) ai cos(ct i )
i 1 N
Tc (t ) cos ct Ts (t )sin ct
Tc (t ) ai cos( i )
i 1 N
Ts (t ) ai sin(i )
i 1
N
1、瑞利分布 ( Rayleigh)
RayIeigh分布的概率密度函数(Pdf)为:
1 2
-4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
x / x1
d1 d 2
2.1.5 反射波
反射波:当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面
时,如果尺寸比电波波长大得多时会产生镜面反射。
l X v Y
2.2.3 多径接收信号的统计特性
瑞利分布-假设条件
在发信机与收信机之间没有直射波通路; 有大量反射波存在,且到达接收天线的方向角是随机的, 相位也是随机的,且在0~2л内均匀分布: 各个反射波的幅度和相位都是统计独立的。 离基站较远,反射物较多
移动台收到第l条路径的信号可表示为 s(t ) al cos(ct 2 f Dt l )
2.2、移动环境下的多径传播
通常在移动通信系统中,基站用固定的高 天线,移动台用接近地面的低天线。 基站天线通常高30 m,可达90 m;移动台 天线通常为2~3 m以下。 移动台周围的区域称为近端区域,该区域 内的物体造成的反射是造成多径效应的主 要原因。 离移动台较远的区域称为远端区域,在远 端区域,只有高层建筑、较高的山峰等的 反射才能对该移动台构成多径。
2.2.2 多普勒频移
数学公式
由路程差造成的接收信号相位变化值为:
2l
2vt
cos
S(源)
由此可得出频率变化值,即多普勒频移fd为:
1 v fd cos 2 t
含义:多普勒频移与移动台运 动速度及移动台运动方向与无 线电波入射方向之间的夹角有 关。
表示信号衰减,单位为dB的正值。
为有效发射功率和接收功率之间的差值,如下表示: