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移动通信-第4讲-移动信道2
基站天线 1
2
图 3-14 多径时散示例
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3 4
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3.2.3 小尺度衰落(快衰落)
(4) 多径时散
t = t0
(a)
t1 t1+τ11 t1+τ12
t=t0+α
(b)
t2
t2+τ22 t2+τ23
t2+τ21
t=t0+β
t3
(c)
t3+τ34
图 3-15 时变多径信道响应示例
(a) N=3; (b) N=4; (c) N=5
(3) 多普勒效应
多普勒频移使接收频率变为: fR= f0+ fi 若移动台 入射波方向, 则 fi 为正,fR 若移动台 入射波方向,则 fi 为负, fR
信号经不同方向传播,多径分量造成接收信号多普勒扩散, 因而造成频率调制。
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3.2.3 小尺度衰落(快衰落)
(4) 多径时散:多径效应在时域上造成信号时间扩散的现象 。
从频域的观点来看:多径时散将导致频率选择性衰落,即信 道对不同频率有不同的频率响应。这是因为信号带宽大于信 道带宽。
多径时间延迟引起的频率选择性衰落导致符号间干扰,造成 移动系统不可减少的误码率。
这一点要搞清楚
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3.2.4 慢衰落特性和衰落储备
慢衰落(长期衰落):当信号电平发生快衰落的同时,其局 部中值电平还随地点、时间以及移动台速度作比较平缓的变化, 其衰落周期以秒级计,称为慢衰落或长期衰落。
3.2.3 小尺度衰落(快衰落)
(3) 多普勒效应
多普勒频移:由图看出由路程差造成的接收信号相位变化为:
2l 2vt cos 由此可得出频率变化值 , 即多普勒频移:
i
fi
与移动台速度
fi
v
,及2运1动 方t向与v入射co波s夹i 角
θi
有关。
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3.2.3 小尺度衰落(快衰落)
衰落速率:每秒钟信号包络经过中值电平次数的一半。
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3.2.3 小尺度衰落(快衰落)
(1) 小尺度衰落(快衰落)
d2
hb
d
¦È
d1
¦È
图 3-6 移动信道的传播路径
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hm 2020/4/4
3.2.3 小尺度衰落(快衰落)
(2) 快衰落的三个主要效应表现
经过短距离或短时间传播的信号幅度急速变化; 不同多径信号存在时变多普勒(Doppler)引 起的随机频率
调制; 多径传播时延引起的时延扩展。
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3.2.3 小尺度衰落(快衰落)
(3) 多普勒效应
移动台以速率 v 在长度为 d 的路径上运动,信号电波从源 S 出发,在 x 点和 y 点分别被移动台接收时的路径差为:
Δl=dcosθ= vΔtcosθ
S
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l
x vd
y
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❖ 分析:了解各因素的影响,以自由空间传播为基础; ❖ 统计:大量实验,各种地形、地物下传播损耗、频率、天 线高度之间的关系; ❖ 修正
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3.3 陆地移动信道的场强估算
3.3.1 接收机输入电压、功率与场强的关系 3.3.2 地形、地物分类 3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中值 3.3.4 不规则地形上传播损耗的中值 3.3.5 任意地形地区的传播损耗中值
市区:有较密集的建筑物和高层楼房。
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中 值
(1) 市区传播损耗中值
基准中值 (基本中值): 中等起伏地上市区的损 耗中值或场强中值。
测试条件: 基站天线高度 hb=200m 移动台天线高度 hm=3m
图 3-23 中等起伏地上市 区基本损耗中值
慢衰落产生的原因:由于移动台的不断运动,电波传播路径上的地形、 地物是不断变化的,因而局部中值也是变化的。这种变化造成的衰落比 多经效应引起的快衰落要慢的多,所以称作慢衰落。
慢衰落特性:近似服从对数正态分布。
对数正态分布:以分贝数表示的信号电平为正态分布。
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3.2.4 慢衰落特性和衰落储备
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第三章 移动信道中的电波传播与分集接收
3.1 无线电波传播 3.2 移动信道特征 3.3 陆地移动信道的场强估算 3.4 其它移动信道的传输特点 3.5 分集接收ຫໍສະໝຸດ 第3页2020/4/4
3.2 移动信道特征
3.2.1 传播路径与信号衰落 3.2.2 多径效应与瑞利衰落 3.2.3 慢衰落特性和衰落储备 3.2.4 多径时散与相关带宽
可通率T:代表通信的可靠性 .
可通率与中断率R的关系:
T=1-R
衰落储备:为防止因衰落引起
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
的指标,这种电平余量称为衰
落储备。
图 3.13 衰落储备量
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3.3 陆地移动信道的传输损耗
移动信道电波传播条件十分恶劣 计算场强的方法:分析和统计相结合
(2) 郊区和开阔地损耗的中值
开阔地修正因子Ko: 开阔地场强中值与基 准场强中值之差。
准开阔地修正因子Kr: 准开阔地场强中值与基 准场强中值之差。
移
环境条件有关。例如大城市和中小城市的差别。
动
信
道
的
场
强
估
算
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中 值
(1) 市区传播损耗中值
影响市区场强中值的 其它因素:街道走向
(相对于电波传播方向 )。纵向路线(与电波 传播方向平行)明显小 于横向路线(与传播方 向垂直)的损耗中值。
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3.2.2 多径效应与瑞利衰落
图 3.9 瑞利分布的概率密度
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3.2.2 多径效应与瑞利衰落
包络 r 的中值:
1
rmid
2
p(r)dr
0
得到 r 的中值:rmedian=1.177σ
而 r 的平均值: rmean=1.532σ
power
因此,瑞利衰落信号的平均
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中 值
(1) 市区传播损耗中值
基站天线增益 因子 Hb(hb,d): hb>200m时, Hb(hb,d)>0dB hb<200m时, Hb(hb,d)<0dB
图 3.24 天线高度增益因子
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中 值
值与中值仅相差0.55dB。
这一点要搞明白
short term fading
long term fading
t
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3.2.2 多径效应与瑞利衰落
上述分析和大量实测表明:多径效应使接收信号包络变化接 近瑞利分布。在典型移动信道中:
衰落深度达30dB 左右; 衰落速率约30-40次/秒。
(1) 市区传播损耗中值
移动台天线增益 因子 Hm(hm,f): hm>3m时, Hm(hm,f)>0 dB hm<3m时, Hm(hm,f)<0 dB
图 3-24 天线高度增益因子
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中 值
3.3 (1) 市区传播损耗中值
陆
地 影响移动台天线增益的其它因素:高度>5m时,Hm(hm,f)还与
离不到15km)
hb = hts - hga
移动台的有效高度hm:天线在当地地面上的高度。
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3.3.2 地形、地物分类
(2) 地物(地区)分类
开阔地:在电波传播的路径上无高大树木、建筑物等障碍物, 呈开阔状地面,如农田、 荒野、广场、沙漠和戈壁滩等;
郊区:在靠近移动台近处有些障碍物但不稠密,例如,有少 量的低层房屋或小树林等;
Kal—纵向路线修正值 Kac—横向路线修正值
图 3-25 街道走向修正曲线
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中 值
(2) 郊区和开阔地损耗的中值
郊区修正因子 Kmr: 郊区场强中值与基准 场强中值之差。
图 3-26 郊区修正因子
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中 值
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3.3.1 接收机输入电压、功率与场强的关系
(1) 接收机输入电压
天线上感应的信号电势Us = 接收机的输入电压;? 接收机输入端的端电压U;
Us = 2U 以分贝计的电压和功率
电压以1μV作基准: [Us]=20lg Us +120 (dBμV)
功率以1mW作基准:
Us
E
E— V / m, — m,Us 8V
U
s
E
20
lg
(dBV )
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3.3.2 地形、地物分类
(1) 地形的分类
中等起伏地形(传播基准):在传播路径的地形剖面图上, 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。
不规则地形:丘陵、孤立山岳、斜坡和水陆混合地形等。