第三章无线移动通信信道.ppt

第三章无线移动通信信道 概述电波传播特性及其研究 自由空间的电波传播 三种基本电波（反射、绕射、散射）的传播机制 阴影衰落的基本特性 多径衰落的基本特性 电波传播损耗预测模型 3.1 概 述 3.1.1 引 言 无线信道的电波传播特性与电波传播环境密切相关，这些环境包括地貌、人工建筑、气候特征、电磁干扰情况、通信体移动速度情况和使用的频段，它们直接关系到无线通信设备要采用的无线传输技术，关系到无线通信系统的通信能力和服务质量。 无线移动通信信道是一种电波传播环境很复杂的无线信道，电波在不同的地形地貌和移动速度的环境条件下传播。有三种研究无线移动通信信道的基本方法： 理论分析。用电磁场理论和统计理论分析电波在移动环境中的传播特性，并用数学模型来描述移动信道。 现场电波实测。在不同的传播环境中，做电波实测实验，验证和校正理论分析结果。 计算机模拟。灵活快速地模拟各种移动环境。 3.1.2 无线移动通信信道 根据不同距离内信号强度变化的快慢分为{ 3.1.2 无线移动通信信道 无线移动通信信道是由长期慢衰落和短期快衰落效应来表征的。忽略热噪声时，接收机接收的信号可以表示为衰落特性的算式描述 式中，r(t)表示信道的衰落因子；m(t)表示长期慢衰落,即本地或对数正态衰落分量；r0(t)表示短期快衰落，即多径或瑞利衰落分量。 3.1.2 无线移动通信信道 长期慢衰落是由移动通信信道路径上的固定障碍物（建筑物、山丘、树林等）的阴影引起的,衰减特性一般服从d-n律，平均信号衰落和关于平均衰落的变化具有对数正态分布的特征。利用不同测试环境下的移动通信信道的长期慢衰落中值计算公式，可以计算移动通信系统的业务覆盖区域。从无线系统工程的角度看，传播的衰落主要影响到无线区的覆盖。 短期快衰落是由移动台运动和地点的变化而产生的。其中，多径产生时间扩散，引起信号符号间干扰；运动产生多普勒效应，引起信号相位变化。不同的测试环境有不同的短期快衰落特性。而多径衰落严重影响信号传输质量，并且是不可避免的，只能采用抗衰落技术来减少其影响。 3.2 自由空间的无线电传播 自由空间的传播 无线传输的一个基本概念是全向天线----在所有方向等发射的天线，在实际应用中，全向天线是不存在的，所有天线都有一定的方向性。但全向天线仍可作为与其他天线进行比较的参照物，说明天线的相关基础概念。 考虑一个全向辐射源，它在所有方向的发射功率均为PT(W),每单位面积的功率或功率通量密度为 即信源每单位时间辐射能量一定分布在包围信源的球面上 接收功率 式中，Pt为发射功率，以球面波辐射 , ,λ为工作波长，Gt，Gr分别表示发射天线和接收天线增益，d为发射天线和接收天线间的距离。 自由空间的传播损耗 当Gt=Gr=1时， 分贝式 传播损耗与接收功率关系 在移动通信系统中，接收电平的动态范围很大，常用dBW或dBm为单位表示接收电平。 Pr(dBm)=10lgPr(mW); Pr(dBW)=10lgPr(W) 0 dBW=30 dBm 例： 2W 换算dBW、dBm为多少？ 3 dBW=33dBm 其中Pr、PT为接收、发射功率，L为传播损耗,Gb、 Gm为BS、MS天线增益。 上式是基本链路预算方程，说明了考虑无线链路传输特性时接收功率与发射功率之间的关系。闭合链路要求上式右边为接收机提供足够的功率，以便可靠检测发射机所发射的信息，即右边必须大于接收机灵敏度。 例 题 若发射机发射功率20W, f=900MHz,Gt=1, Gr=1,求自由空间100m处接收功率为多少dBm?10km处接收功率为多少dBm? 解: 3.3 阴影衰落传播的基本特性 阴影衰落是长期衰落（大尺度衰落），是移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电波传播路径的阻挡而形成的电磁场阴影效应。 3.3 阴影衰落传播的基本特性 阴影衰落一般表示为电波传播距离r的m次幂与表示阴影损耗的正态对数分量的乘积。移动用户和基站之间的距离为r时，传播路径损耗和阴影衰落可以表示为 式中，ζ是由于阴影产生的对数损耗（单位符号：dB），服从零平均和标准偏差σdB的对数正态分布。当用dB表示时，上式变为 衰落 衰落 阴影衰落的基本特性 阴影衰落（慢衰落） 移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对