[信息与通信]第二章移动通信电波传播与传播预测模型.ppt

第三章 第二章 移动通信电波传播与传播预测模型 学习重点和要求 理解无线通信的电波传播环境的特点 理解无线信道中信号经历多径衰落的基本特性；掌握阴影效应、多径效应和多普勒效应；掌握多普勒扩展和相关时间以及多径时延扩展与相干带宽的关系 掌握描述信道衰落特性的特征量 掌握无线信道的模型、表征及分类 了解链路分析和传播损耗及其计算方法,了解电波传播损耗预测模型（自学） 主要内容 无线移动通信信道概述 为什么研究无线信道的电波传播特性？ 如何研究无线移动通信信道？ 无线移动通信信道的基本特征是什么？ 如何解释多径衰落现象？ 无线信道电波传播的基本特点包括哪些? 无线信道的电波传播特性 自由空间传播 阴影衰落传播 多径传播信道 多径衰落的基本特性 多谱勒频移、瑞利衰落分布、莱斯衰落分布、功率谱、时延扩展、相干带宽及衰落特性的表征 2.1 概述 为什么研究无线信道的电波传播特性？ 如何研究无线移动通信信道？ 无线移动通信信道的基本特征是什么？ 如何解释多径衰落现象？ 无线信道电波传播的基本特点包括哪些？ 2.1 概述 为什么研究无线信道的电波传播特性？ 无线信道与有线信道的根本区别 决定了无线通信可能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 如何研究无线移动通信信道？ 理论分析：用数学模型描述 现场电波预测：实验测量、验证、校正 计算机模拟 2.1 概述 无线移动通信信道的基本概念 r(t)=m(t)×r0(t) 长期慢衰落：m(t) 由信道路径上的固定障碍物的阴影产生， ∝ d-n 短期快衰落：r0(t) 由移动台的运动和环境变化产生 移动信道环境(图示) 移动信道环境(图示) 近端区域物体的反射导致多径衰落 2.1 概述 长期慢衰落和短期快衰落的图示 2.1 概述 多径衰落 在移动通信环境中，发射的电波经历了不同路径； 电波通过各个路径的距离不同，导致传播时间和相位均不相同。多个不同相位的信号在接收天线处叠加，时而同相叠加增强，时而反相叠加减弱。 接收信号的幅度在较短时间内急剧变化，产生了衰落，由于它由多径引起，称之为多径衰落。 (下面是图示说明多径衰落现象的本质) 2.1 概述 多径衰落现象的本质 2.1 概述 多径衰落现象的本质 2.1 概述：多径衰落现象的本质 移动通信环境存在大量的 反射：当电波信号传播碰撞到远远大于信号波长的障碍物时发生反射。 散射：当电波信号传播碰撞到小于信号波长障碍物或多面体时发生散射 绕射：信号能量绕过障碍物传播的机制称为绕射,也称衍射 2.1 概述 无线移动通信信道的基本特点 以地波形式传播 同时受电波传播时的衍(绕)射、反射、散射和吸收等现象影响 从观察时间的角度，可分为长期慢衰落效应和短期快衰落效应 对接收信号的主要影响是多径衰落 可从时间和空间描述、测试多径衰落 (下面是图示) 2.1 概述 从时间和空间两个角度描述衰落现象 移动通信环境的几个效应 空间传播损耗---Path loss 阴影效应：由地形结构引起，表现为慢衰落 多径效应：由移动体周围的局部散射体引起的多径传播，表现为快衰落 多普勒效应：由于移动体的运动速度和方向引起多径条件下多普勒频谱展宽 2.2 自由空间的无线电传播 自由空间电波传播 在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，无反射、折射、绕射、散射和吸收现象，只存在电磁波能量扩散引起的传播损耗 2.2 自由空间的无线电传播 自由空间电波传播 发射天线远离地球，或没有阻挡物；发射天线具有增益Gt ；发射功率为Pt ； 接收天线与发射天线的距离为d；接收天线的增益为Gr; 接收天线接收到的信号功率 Pr= Pt GtGr(l/4pd)2, Frris自由空间模型 （2.2） (Friis H.T.,Proc. IRE,1946) Ar=l2Gr/4p 称为天线接收的有效面积。 2.2 自由空间的无线电传播 传播损耗，也称为路径损失表示为 L=Pt /Pr 当Gt = Gr=1时，自由空间的传播损耗为 L=(4pd /l)2 L(dB)=32.45+20lgf+20lgd 注意： f的单位为MHz，d的单位为Km; 2.3 阴影衰落传播的基本特性 什么是阴影衰落？ 长期衰落（大尺度衰落），由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电波路径的阻挡而形成的电磁场阴影效应 特点： 慢，电平起伏相对缓慢 衰落与地形、地物的分布和高度有关 2.3 阴影衰落传播的基本特性 阴影衰落与传播距离、阴影损耗的关系 l (r, z)=rm×10z /10 z由阴影产生的对数损耗(dB)，服从零均值和标准离差s dB的对数正态分布； 10lgl (r, z)=10mlgr+z 2.4 多径衰