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實習單元一、實習目的： 本實習單元之主要目的，在於WiMAX通訊系統的設計需要考量其提供服務地區的通道情形，因此我們需要一個準確的模型來預估無線通道的各種特性，因此對於傳播通道的模型化是分析的重要工作，目前有些學者是採用射線追蹤(ray tracing)的模式，然而以電磁波理論所發展出來的實體電磁傳播模型(physical EM propagation models)，計算將會十分繁瑣而且相當耗時不易應用，在工程的角度較不實用。因此，簡單的統計模型(statistical propagation models)將會是WiMAX通訊系統的較佳選擇。、背景知識 電磁波的無線電波強度深受於路徑長度、天線高度、頻率範圍、地形起伏及如建築物、汽車、樹林等之障礙物的影響。路徑損失之傳播模型，以傳播範圍大小可區分為Megacell、Macrocell、Microcell及Picocell等四類。Megacell適用於衛星通訊，其範圍最大可至數百公里；Macrocell適用地面通訊，範圍在數公里至數十公里；Microcell則適用在範圍一公里以下；最後，Picocell適用於室內環境，其範圍最小。若以傳播模型建立之方法來區分，則可分成經驗模型 (empirical model) 和物理模型 (physical model)。經驗模型乃經過多次之實際量測並由統計之方法求得，其優點為簡單而且在相似環境之下會有不錯之結果；其缺點為參數適用範圍限定在當初量測時所使用的範圍，不得經由外推法強求限定範圍外之結果，另外，對於環境通常並不能很明確地區分。相較於經由統計而來之經驗模型，物理模型則較具有物理意義，其精確度較高但計算之複雜度也較高。路徑損失，顧名思義即訊號強度隨著傳播路徑增加而衰減，為發射天線至接收天線之間的功率差值。路徑損失，在無線通訊領域中不若在有線通訊領域一般的易於預測。無線電波強度深受於路徑長度、天線高度、頻率範圍、地形起伏以及如建築物、汽車、樹林等之障礙物的影響。電波的傳播機制有反射(reflection)，透射(refraction)，散射(scattering)、繞射(diffraction)等現象，加上移動速度造成的杜卜勒位移(Doppler shift)效應，這些將造成訊號產生快速衰落(fast fading)的現象。另外，由建築物或地形產生的遮蔽情形也會使訊號暫時性的下降，此現象稱為慢速衰落(slow fading)或遮蔽(shadowing)。圖1顯示接收訊號包含上述的三種成分。 圖1 接收訊號包含的三種成分 在窄頻通道(narrowband channel)中，多重路徑衰落(multipath fading)導因於來自鄰近手機(mobile)反射體(scatterers)的平面波間具有微小路徑差(path length differences)，而這些微小的路徑差(大約是幾個波長)將導致顯著相位差(phase differences)。再者，當手機與有相對的移動，訊號將變化的相當快速以致於只能用統計的方法來估測。這變化的現象是時間選擇性衰落(time selective fading)，或稱窄頻衰落(narrowband fading)。整體而言，所有的平面波都在大致相同的時間到達；所以，一個寬頻訊號的各個頻率成份都將受到大致相同的衰落。(Doppler shift)，又稱為都卜勒展延（Doppler spread）。如果接收端向著發射端方向運動，頻率將會升高，若是背離發射端方向，頻率則會降低。 另一方面，若手機與基地台(base)間之大圓路徑(great circle path)上，無有效的反射物體(strong scatterers) 存在，則各路徑到達之時間差將會非常巨大。假如，相對延遲時間遠比在通道內傳送資料的基本單位(通常為字符或位元)來的大，訊號將會遭受嚴重的失真。這失真會隨著通道的頻率而改變，稱之為頻率選擇性衰落(frequency selective fading)，或稱寬頻衰落(wideband fading)。因此，這種通道被稱為寬頻通道(見圖2)。 圖的範例顯示：到達手機之訊號是由具有不同延遲時間之平面波所組成之兩組光束(beams)。每一光束包是由幾個具有大致相同延遲時間，但不同相位之平面波所組成；這是由於障礙物粗糙表面的特性(rough scattering characteristics)所造成，且當手機移動時訊號將因而衰落。顯而易見地，寬頻通道是由許多遭受窄頻衰落的路徑組合而成，而這些路徑都具有不同的延遲時間。此外，由於每一路徑來自各不相同且間隔好幾個波長的反射體，因此這些路徑通常被假設為無關聯性(uncorrelated)圖 對通道脈衝響應(CIR)作傅利葉轉換即可得通道頻率響應(CFR)