第2章-移动通信基本技术和原理.ppt

第2章 移动通信基本技术及原理 2.1 电波传播特性与信道建模技术 移动信道是一个时变的随参信道，这是由于一方面移动通信双方都有可能处于高速移动状态，另一方面移动通信收发信机之间的传播环境处于动态变化中，最终使无线传播路径复杂多变，整个无线信道参数处于时变状态。移动通信中的各类新技术，都是针对移动信道的动态时变特性，为解决移动通信中的有效性、可靠性和安全性的基本指标而设计的。因此，分析移动信道的特点是解决移动通信关键技术的前提，也是产生移动通信中各类新技术的源泉 。 2.1.1无线电波传播特性 无线电波传播有天波、地波、视距传播等主要方式，而在移动通信系统中，由于受到不同的环境影响，如城区的高层建筑、郊区的山体、其他电磁辐射影响等干扰，使得无线电波传播出现明显的多径效应，引起多径衰落。 移动环境下信号场强实测 发射机天线发出的无线电波，可由不同的路径到达接收机，当频率f30MHz时，典型的传播通路如图2-1所示。直射、反射、绕射是主要形式，有时穿透直射波与散射波的影响也需要适当考虑。 大尺度衰落与小尺度衰落 对无线电波传播模型的研究，传统上集中于距发射机一定距离处平均接收信号场强的预测，以及特定位置附近信号场强的变化。对于预测平均信号场强并用于估计无线覆盖范围的传播模型，由于它们描述的是发射机与接收机之间长距离（T-R）长距离（几百米或是几千米）上的信号场强变化，所以称为大尺度传播模型；另一方面，描述无线电信号在短距离或短时间传播后其幅度、相位或多径时延快速变化的称为小尺度衰落传播模型。当移动台在极小范围内移动时，可能引起瞬时接收场强的快速波动，即小尺度衰落，其原因是接收信号由不同方向信号合成。 小尺度衰落也称为快衰落。由于小尺度衰落变化速度较快，以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略不计。这种衰落是由于同一传播信号沿两个或多个路径传播，以微小的时间差到达接收机的信号相互干扰所引起的。 2.1.2 移动信道特征 1．传播特征 ⑴ 传播的开放性。无线信道都是基于电磁波在空间的传播来实现开放式信息传输的。它不同于固定的有线通信，是基于全封闭式的传输线来实现信息传输的。 ⑵ 接收环境的复杂性。接收点地理环境的复杂多样，一般可将接收点地理环境分为高楼林立的城市繁华区、以一般性建筑为主的近郊区、以山区和湖泊等为主的农村及远郊区。 ⑶ 通信用户的随机移动性。用户通信一般有3种状态：准静态的室内用户通信、慢速步行用户通信、高速车载用户通信。。 3种损耗 ⑴ 路径损耗：即电波在空间中传播产生的损耗。它反映出电波在宏观范围内的空间距离上接收信号电平平均值的变化趋势。 ⑵ 慢衰落损耗：主要是指电波在传播路径上受到建筑物等阻挡所产生阴影效应时的损耗。它反映出电波在中等范围内的接收信号点评平均值起伏变化趋势。 ⑶ 快衰落损耗：它是反映微观小范围接收电平平均值的起伏变化趋势。其电平幅度分布一般遵从瑞利分布、莱斯分布和纳卡伽米分布，变化速度比慢衰落快，因此称为快衰落。快衰落还可分为：空间选择性衰落、频率选择性衰落和时间选择性衰落。 4种效应 ⑴ 阴影效应：由于大型建筑物和其他物体遮挡，在电波传播的接收区域产生传播半盲区。 ⑵ 远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站之间的距离也在随机的变化，若各种移动用户发射信号的功率一样，那么到达基站时信号的强弱将不同，离基站近的信号强，反之则弱。 ⑶ 多径效应：由于接收者所处地理环境复杂性，使得接收到的信号不仅有直射波的主径信号，还有从不同建筑物反射及绕射过来的多条不同路径信号，而且它们到达时的信号强度、到达时间及到达时的载波相位都不一样。所接收到的信号实际上是各路径信号的矢量和。多径效应是移动信道中较主要干扰。 ⑷ 多普勒效应：它是由于接收用户处于高速移动中，比如车载通信时传播频率的扩散而引起的，其扩散程度与用户运动速度成正比。这一现象只在高速车载通信时出现。 2．主要快衰落 3．多普勒频移 2.1.3移动信道建模技术 移动通信信道模型作为推动整个移动通信发展的关键技术之一，也是移动无线系统设计中关键点与难点。国内外都对它做了大量的研究，并得到了一些成果，已建立的移动信道模型从建模方法上分为几何模型、经验模型与概率模型3类（参见8.3节），从研究角度分为空域模型、时域模型和时空域模型3类。在移动通信发展初期，接收天线大都只考虑接收信号的平均功率，对信道模型，对其研究时主要是考虑电磁波在传播过程中的损耗，以便预测基站的无线覆盖范围，用于频率规划设计。随移动通信业务的迅猛发展，用户数量急剧增加，要求移动通信在有限的频率资源上极大地提高系统容量，于是便引进了分析接收信号幅度分布情况（即衰落分布情况）、多普勒频移情况，模型要能更多地描述传播信道的空时特性，以便寻找更多的应对措施（新技术）