电波传播与信道模型.ppt

移动环境下的电波传播、天线与信道模型 为什么研究移动环境的电波传播？ 通信是通过信道来传送信息的，任何通信系统首先必须分析和掌握信道的特点和实质，围绕着通信传输的数量与质量，进行不断的优化。才能针对存在的问题对症下药，给出相应的技术解决方案。 移动信道属于无线信道，是开放式的客观存在的变参量信道，且通信用户具有随机移动性的特点。移动通信中所采用的各种技术，都是针对移动通信的信道特点，以解决移动通信中的有效性、可靠性和安全性为目标而设计的。分析移动环境的电波传播是解决移动通信关键问题的前提，是移动通信中各种新技术的源泉和动力。 电磁场的波动现象 Maxwell建立了宏观电磁场现象的统一理论，奠定了无线电技术理论基础。在时变电磁场中，变化的磁场激发旋涡电场；而变化的电场同样可以激发涡旋磁场。电场与磁场之间的相互激发可以脱离电荷和电流而发生。电场与磁场的相互联系， 相互激发，时间上周而复始，空间上交链重复， 这一过程预示着波动是电磁场的基本运动形态。 他的这一预言在Maxwell去世后（1879年）不到10 年的时间内，由德国科学家Hertz通过实验证实。 从而证明了Maxwell的假设和推广的正确性。 无线电波有点象一个池塘上的波纹，在传播过程中波会减弱。 无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用Ｃ＝３０００００公里／秒表示。在媒质中的传播速度为：Ｖε＝Ｃ/ ，式中ε为传播媒质的介电常数。空气的介电常数与真空的很接近，略大于１。 无线电波的波长、频率和传播速度的关系 三者的关系用式λ＝V/f 描述。 其中中，V为速度，单位为米/秒；f为频率，单位为赫兹；λ为波长，单位为米。 由上述关系式不难看出，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。 移动通信研究的对象为：λ＝10～100cm (分米波）,f=300~3000MHz，UHF （特高频）频段，属于微波频段。 以空间波LOS传播为主 传播受地平线限制 受反射、绕射和散射影响 无线电通信 电视频道等... 无线电波传播方式 电磁场的三个区域及其特点 在天线近区场中（ ），源直接产生的静态电磁场远大于电磁场相互激发所产生的电磁场。 场点与源区的距离大约在一个波长的数量级（ ），在这个范围中，源直接产生的静态场与变化电磁场相互激发所产生的电磁场同时并存，量级上相当。这一区域也称为感应区。 场点远离源区（ ）。源直接激发的静态场远小于电磁场相互激发而形成的电磁场。电磁场主要以波动形式将源的能量辐射出去。这一区域称为远场区，或者称为辐射区域。 远场区的判断条件：Fraunhofer（弗朗荷费）距离： d 2 /λ并且d D且d λ （其中D为天线最大尺寸，d为与天线的距离）。 例如：GSM900，天线长2米，远区条件为： d 2 /λ=2×4/0.333=24m并考虑d D，远区条件应在50m以上。 dB和dBm的概念 如前文所说：无线电波传播的实质是一种能量传输的形式。 功率P＝??W(或mW、kW) 有量纲（瓦、毫瓦、千瓦） 功率传输系数(增益或损耗）A＝??倍 无量纲（0～∞） 输出功率Pout=AΣ×Pin 级联系统传输系数AΣ＝A1×A2×A3×……×An（非线性） 无线电信号在传播路径损耗上是路径的幂函数，具有对数线性。 功率增益（或损耗）A(dB)=10lgA（单位为dB或分贝 无量纲 ） 例：某功率放大器放大倍数200倍，则功率增益＝10lg200=23dB 级联系统传输系数AΣ (dB)=10lg（A1×A2×A3×……×An） = 10lgA1+10lgA2+10lgA3+……+10lgAn （单位为dB） 功率的对数标度定义： P(dBm)=10lgP （单位为dBm/dB毫瓦 有量纲 ）例：100mW=20dBm 0dBKW=30dBW=60dBm 自由空间的电波传播1 自由空间功率通量密度（W/ ）： 通过球表面积的辐射功率密度： 不考虑天线增益。 在此覆盖区域范围内，接收机天线“捕获”此通量的一小部分。 自由空间的电波传播2 Fraunhofer（弗朗荷费）距离： d 2 /λ（满足远场条件）。 天线增益和天线孔径： G为接收机天线增益，与Ae（天线孔径）和波长有关。 天线孔径，直观地为垂直于通量的天线面积 接收功率( Pr) = 功率通量密度( Pd) ×Ae 自由空间的电波传播3 在距离d处，接收信号功率为： 通过球表面积的辐射功率 功率传输系数