2.1-移動(dòng)信道的傳播特性ppt課件

1、1張燕張燕zy29209163第三章第三章 移動(dòng)信道的傳播特性移動(dòng)信道的傳播特性2補(bǔ)充：補(bǔ)充：dB、dBm、dBW dB是一個(gè)純計(jì)數(shù)單位是一個(gè)純計(jì)數(shù)單位XdBlg10例例 甲功率比乙功率大一倍，那么甲功率比乙功率大一倍，那么10lg(甲功甲功率率/乙功率乙功率)=10lg2=3dB。也就是說，甲的功。也就是說，甲的功率比乙的功率大率比乙的功率大3 dB。常用于兩個(gè)量的比值，表示兩個(gè)量的相對(duì)常用于兩個(gè)量的比值，表示兩個(gè)量的相對(duì)大小關(guān)系。大小關(guān)系。3dBm是一個(gè)表示功率絕對(duì)值的值，是以是一個(gè)表示功率絕對(duì)值的值，是以1mW功率為基準(zhǔn)的一個(gè)比值，計(jì)算公式功率為基準(zhǔn)的一個(gè)比值，計(jì)算公式 mW1lg10功

2、率值dBmmWmWmW011lg101例例 發(fā)射功率為發(fā)射功率為1mW，換算成，換算成dBm就是就是dBmmWmWW50110100lg101003例例 100W功率，換算成功率，換算成dBm就是就是4dBW也是一個(gè)表示功率絕對(duì)值的值，是以也是一個(gè)表示功率絕對(duì)值的值，是以1W功率為基準(zhǔn)的一個(gè)比值，計(jì)算公式功率為基準(zhǔn)的一個(gè)比值，計(jì)算公式 W1lg10功率值dBWWWW011lg101例例 發(fā)射功率為發(fā)射功率為1W，換算成，換算成dBW就是就是dBmmWmWWdBW30110lg10103換算成換算成dBm就是就是5例如，輸入功率為例如，輸入功率為50mW，相對(duì)，相對(duì)1mW而言，而言，輸入功率為輸

3、入功率為dBWW1311050lg103如果緊接著在鏈路上損耗了如果緊接著在鏈路上損耗了10dB，則鏈路，則鏈路輸出的絕對(duì)功率為輸出的絕對(duì)功率為17-10=7dBm。如果相對(duì)如果相對(duì)1W而言，則輸入功率為而言，則輸入功率為dBmmWmWlg1715010鏈路損耗鏈路損耗10dB，則鏈路輸出的絕對(duì)功率為，則鏈路輸出的絕對(duì)功率為-13-10=-23dBW。6移動(dòng)無線信道概述移動(dòng)無線信道概述移動(dòng)信道的衰落特性取決于無線電波傳播移動(dòng)信道的衰落特性取決于無線電波傳播環(huán)境環(huán)境不同的環(huán)境，其傳播特性不盡相同。不同的環(huán)境，其傳播特性不盡相同。 復(fù)雜、惡劣的傳播條件是移動(dòng)信道的特征復(fù)雜、惡劣的傳播條件是移動(dòng)信道

4、的特征這是由在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行無線通信這一方式本這是由在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行無線通信這一方式本身所決定的身所決定的 采用理論分析，場(chǎng)強(qiáng)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)模采用理論分析，場(chǎng)強(qiáng)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)模擬三種方法描述移動(dòng)無線信道擬三種方法描述移動(dòng)無線信道7主要內(nèi)容主要內(nèi)容3.1 無線電波傳播特性無線電波傳播特性3.2 移動(dòng)信道的特征移動(dòng)信道的特征3.3 陸地移動(dòng)信道的傳輸損耗陸地移動(dòng)信道的傳輸損耗思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題83.1 無線電波傳播特性無線電波傳播特性3.1.1 電波傳播方式電波傳播方式 直射波直射波地面反射波地面反射波地表面波地表面波9直射波反射波繞射波散射波10 1) 直射波直射波 電波傳播過程中沒有遇到任何

5、的障礙物電波傳播過程中沒有遇到任何的障礙物, 直接到達(dá)接收端的電波直接到達(dá)接收端的電波, 稱為直射波。直射稱為直射波。直射波更多出現(xiàn)于理想的電波傳播環(huán)境中。波更多出現(xiàn)于理想的電波傳播環(huán)境中。 2) 反射波反射波 電波在傳播過程中遇到比自身的波長電波在傳播過程中遇到比自身的波長大得多的物體時(shí)大得多的物體時(shí), 會(huì)在物體表面發(fā)生反射會(huì)在物體表面發(fā)生反射, 形成反射波。形成反射波。 反射常發(fā)生于地表、建筑物反射常發(fā)生于地表、建筑物的墻壁表面等。的墻壁表面等。 11 3) 繞射波繞射波 電波在傳播過程中被尖利的邊緣阻擋時(shí)電波在傳播過程中被尖利的邊緣阻擋時(shí), 會(huì)由阻擋表面產(chǎn)生二次波會(huì)由阻擋表面產(chǎn)生二次波,

6、 二次波散布于空間二次波散布于空間, 那些到達(dá)阻擋體背面的電波就稱為繞射波。那些到達(dá)阻擋體背面的電波就稱為繞射波。由于地球表面的彎曲性和地表物體的密集性由于地球表面的彎曲性和地表物體的密集性, 繞射波在電波傳播過程中起到了重要作用。繞射波在電波傳播過程中起到了重要作用。 4) 散射波散射波 電波在傳播過程中遇到障礙物表面粗糙電波在傳播過程中遇到障礙物表面粗糙或者體積小但數(shù)目多時(shí)或者體積小但數(shù)目多時(shí), 會(huì)在其表面發(fā)生散射會(huì)在其表面發(fā)生散射, 形成散射波。散射波可能散布于許多方向形成散射波。散射波可能散布于許多方向, 因因而電波的能量也被分散于多個(gè)方向。而電波的能量也被分散于多個(gè)方向。 12直射波

7、直射波直射波可按自由空間傳播來考慮。直射波可按自由空間傳播來考慮。所謂自由空間傳播，是指天線周圍為無限所謂自由空間傳播，是指天線周圍為無限大真空時(shí)的電波傳播，它是理想傳播條件。大真空時(shí)的電波傳播，它是理想傳播條件。 電波在自由空間傳播時(shí)，其能量既不會(huì)被電波在自由空間傳播時(shí)，其能量既不會(huì)被障礙物所吸收，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。障礙物所吸收，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。自由空間傳播模型用于預(yù)測(cè)接收機(jī)和發(fā)射自由空間傳播模型用于預(yù)測(cè)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間是完全無阻擋的視距路徑時(shí)的接收機(jī)之間是完全無阻擋的視距路徑時(shí)的接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)。信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)。13雖然電波在自由空間里傳播不受阻擋，不雖然電波在自由空間里傳播不受阻擋，不

8、產(chǎn)生反射、折射、繞射、散射和吸收，但產(chǎn)生反射、折射、繞射、散射和吸收，但是，當(dāng)電波經(jīng)過一段路徑傳播之后，能量是，當(dāng)電波經(jīng)過一段路徑傳播之后，能量仍會(huì)受到衰減，這是由輻射能量的擴(kuò)散而仍會(huì)受到衰減，這是由輻射能量的擴(kuò)散而引起的。引起的。假設(shè)發(fā)送方全向天線的輻射功率為假設(shè)發(fā)送方全向天線的輻射功率為PT瓦，瓦，距離距離d米的接收天線獲取的功率為米的接收天線獲取的功率為PR瓦，瓦，自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗(衰落衰落) Lfs為為RTfsPPL 14 由電磁場(chǎng)理論推導(dǎo)，自由空間傳播損耗由電磁場(chǎng)理論推導(dǎo)，自由空間傳播損耗(衰落衰落) Lfs可定義為可定義為 fdLfslg20lg2044.32式中，

9、式中，d為傳播距離，單位為為傳播距離，單位為km， f為工作頻率，單位為為工作頻率，單位為MHz。24dGGPPLRTRTfs以以dB為單位，為單位，GT=1，GR=1時(shí)，時(shí)，Lfs為為15 從上式可看出從上式可看出 傳播距離傳播距離d越遠(yuǎn)，自由空間路徑損耗越遠(yuǎn)，自由空間路徑損耗Lfs越越大，當(dāng)傳播距離大，當(dāng)傳播距離d加大一倍時(shí)，自由空間加大一倍時(shí)，自由空間路徑損耗路徑損耗Lfs就增加就增加6dB。 電波頻率電波頻率f 越高，自由空間路徑損耗越高，自由空間路徑損耗Lfs就就越大，當(dāng)電波頻率越大，當(dāng)電波頻率f 提高一倍時(shí)，自由空提高一倍時(shí)，自由空間傳播損耗間傳播損耗Lfs就增加就增加6 dB。

10、在無線電傳播中，自由空間傳播是最簡單在無線電傳播中，自由空間傳播是最簡單的形式。當(dāng)討論其他傳播方式時(shí)，常用自的形式。當(dāng)討論其他傳播方式時(shí)，常用自由空間傳播作為參考。由空間傳播作為參考。 16反射波反射波由發(fā)射點(diǎn)發(fā)出的電波分別經(jīng)過直射線與地由發(fā)射點(diǎn)發(fā)出的電波分別經(jīng)過直射線與地面反射路徑到達(dá)接收點(diǎn)，由于兩者的路徑面反射路徑到達(dá)接收點(diǎn)，由于兩者的路徑不同，從而會(huì)產(chǎn)生附加相移。不同，從而會(huì)產(chǎn)生附加相移。 TaobcRhrd1d2ht17繞射繞射在實(shí)際陸地?zé)o線通信中，發(fā)射與接收之間在實(shí)際陸地?zé)o線通信中，發(fā)射與接收之間的傳播路徑上，往往有山丘、建筑物、樹的傳播路徑上，往往有山丘、建筑物、樹木等障礙物存在。

11、此時(shí)，電波根據(jù)繞射原木等障礙物存在。此時(shí)，電波根據(jù)繞射原理越過障礙物的，由此而引起的損耗稱為理越過障礙物的，由此而引起的損耗稱為繞射損耗。繞射損耗。繞射損耗與障礙物頂點(diǎn)至直射線的距離繞射損耗與障礙物頂點(diǎn)至直射線的距離x ,障礙物與發(fā)射點(diǎn)的距離障礙物與發(fā)射點(diǎn)的距離d1，與接收點(diǎn)的距，與接收點(diǎn)的距離離d2，以及電波的波長，以及電波的波長都有關(guān)系。都有關(guān)系。18圖圖3-3 障礙物與余隙障礙物與余隙(a) 負(fù)余隙；負(fù)余隙； (b) 正余隙正余隙19圖圖34 繞射損耗與余隙關(guān)系繞射損耗與余隙關(guān)系 20散射散射實(shí)際移動(dòng)無線環(huán)境中，接收信號(hào)和單獨(dú)繞實(shí)際移動(dòng)無線環(huán)境中，接收信號(hào)和單獨(dú)繞射和反射模型預(yù)測(cè)的不同。

12、這是因?yàn)楫?dāng)電射和反射模型預(yù)測(cè)的不同。這是因?yàn)楫?dāng)電波遇到粗糙表面或體積小但數(shù)目多的障礙波遇到粗糙表面或體積小但數(shù)目多的障礙物時(shí)，反射能量由于散射而散布于所有方物時(shí)，反射能量由于散射而散布于所有方向。例如樹木。向。例如樹木。實(shí)際移動(dòng)信道中，散射體很多，因此接收實(shí)際移動(dòng)信道中，散射體很多，因此接收信號(hào)是由多個(gè)電波合成的。信號(hào)是由多個(gè)電波合成的。21建筑物的穿透?jìng)鞑ソㄖ锏拇┩競(jìng)鞑グl(fā)射機(jī)在建筑物外部時(shí)發(fā)射機(jī)在建筑物外部時(shí), 電磁波可能會(huì)在電磁波可能會(huì)在穿透建筑物后繼續(xù)傳播穿透建筑物后繼續(xù)傳播, 稱為穿透?jìng)鞑ァ７Q為穿透?jìng)鞑?。穿透?jìng)鞑?huì)造成穿透損耗。穿透損耗可定穿透?jìng)鞑?huì)造成穿透損耗。穿透損耗可定義為建筑

13、物室外場(chǎng)強(qiáng)與室內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)之比義為建筑物室外場(chǎng)強(qiáng)與室內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)之比(用用dB表示表示)。影響穿透損耗的幾點(diǎn)要素有建筑物結(jié)構(gòu)影響穿透損耗的幾點(diǎn)要素有建筑物結(jié)構(gòu)(磚石、鋼筋混凝土、土等磚石、鋼筋混凝土、土等)和建筑物厚度、和建筑物厚度、電波頻率、樓層高度、進(jìn)入室內(nèi)的深度等。電波頻率、樓層高度、進(jìn)入室內(nèi)的深度等。 22簡單來說簡單來說鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穿透損耗大于磚石或土鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穿透損耗大于磚石或土結(jié)構(gòu)的穿透損耗；結(jié)構(gòu)的穿透損耗；電波頻率越高，穿透能力越強(qiáng)越有利于在電波頻率越高，穿透能力越強(qiáng)越有利于在建筑物內(nèi)部傳播；建筑物內(nèi)部傳播；同一建筑物，高樓層比低樓層信號(hào)損耗小，同一建筑物，高樓層比低樓層信號(hào)損耗

14、小，地下室信號(hào)損耗較大地下室信號(hào)損耗較大; 近窗口處的損耗一般小于遠(yuǎn)離窗口的地方近窗口處的損耗一般小于遠(yuǎn)離窗口的地方;建筑物內(nèi)的損耗隨電波穿透深度建筑物內(nèi)的損耗隨電波穿透深度(即進(jìn)入室即進(jìn)入室內(nèi)的深度內(nèi)的深度)而增大。而增大。23900M信號(hào)的穿透損耗參數(shù)表信號(hào)的穿透損耗參數(shù)表 隔墻阻擋：隔墻阻擋：520dB樓層阻擋：樓層阻擋：20dB，室內(nèi)損耗值是樓層高度的函數(shù)，室內(nèi)損耗值是樓層高度的函數(shù)，-1.9dB/層層家具和其它障礙物的阻擋：家具和其它障礙物的阻擋： 215dB厚玻璃：厚玻璃： 610dB火車車廂的穿透損耗為：火車車廂的穿透損耗為：1530dB 電梯的穿透損耗：電梯的穿透損耗： 30d

15、B左右左右茂密樹葉損耗：茂密樹葉損耗：10dB24移動(dòng)通信電波傳播路徑損耗和多徑衰落移動(dòng)通信電波傳播路徑損耗和多徑衰落 253.2 移動(dòng)信道的特征移動(dòng)信道的特征空間中電波的傳播由于阻擋、距離等多種空間中電波的傳播由于阻擋、距離等多種因素使得其必然存在傳播損耗，移動(dòng)臺(tái)接因素使得其必然存在傳播損耗，移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)的強(qiáng)度隨移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生隨機(jī)變收信號(hào)的強(qiáng)度隨移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生隨機(jī)變化，即衰落化，即衰落 。這種變化的周期從幾分之一。這種變化的周期從幾分之一秒至幾小時(shí)不等。因此移動(dòng)通信電波傳播秒至幾小時(shí)不等。因此移動(dòng)通信電波傳播中的衰落又常分為慢衰落和快衰落兩種。中的衰落又常分為慢衰落和快衰落兩種。其中，

16、接收信號(hào)強(qiáng)度曲線的中值呈現(xiàn)慢速其中，接收信號(hào)強(qiáng)度曲線的中值呈現(xiàn)慢速變化，稱為慢衰落；曲線的瞬時(shí)值呈快速變化，稱為慢衰落；曲線的瞬時(shí)值呈快速變化，稱快衰落。變化，稱快衰落。 26圖圖3-7 典型信號(hào)衰落特性典型信號(hào)衰落特性 快衰落快衰落慢衰落慢衰落273.2.1 快衰落快衰落 快衰落快衰落(也稱短期衰落或多徑衰落也稱短期衰落或多徑衰落)指的指的是接收信號(hào)強(qiáng)度隨機(jī)變化較快，具有幾秒鐘是接收信號(hào)強(qiáng)度隨機(jī)變化較快，具有幾秒鐘或幾分鐘的短衰落周期。有兩種效應(yīng)都會(huì)導(dǎo)或幾分鐘的短衰落周期。有兩種效應(yīng)都會(huì)導(dǎo)致這種信號(hào)幅度快速波動(dòng)。致這種信號(hào)幅度快速波動(dòng)。 第一種稱為多徑衰落它是由于沿不同路第一種稱為多徑衰落它

17、是由于沿不同路徑到達(dá)的信號(hào)相加而產(chǎn)生的。徑到達(dá)的信號(hào)相加而產(chǎn)生的。 第二種稱為多普勒效應(yīng)，它是由于移動(dòng)第二種稱為多普勒效應(yīng)，它是由于移動(dòng)終端朝著或背向基站發(fā)送器運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。終端朝著或背向基站發(fā)送器運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。281、多徑衰落、多徑衰落無線電波在傳輸過程中會(huì)受到地形、地物的影無線電波在傳輸過程中會(huì)受到地形、地物的影響而產(chǎn)生反射、繞射、散射等響而產(chǎn)生反射、繞射、散射等, 從而使電波沿著從而使電波沿著各種不同的路徑傳播各種不同的路徑傳播, 這稱為多徑傳播。這稱為多徑傳播。多徑傳播使得接收端接收到的信號(hào)是在幅度、多徑傳播使得接收端接收到的信號(hào)是在幅度、相位、頻率和到達(dá)時(shí)間上都不盡相同的多條路相位、

18、頻率和到達(dá)時(shí)間上都不盡相同的多條路徑上信號(hào)的合成信號(hào)徑上信號(hào)的合成信號(hào), 不同相位的多個(gè)信號(hào)在接不同相位的多個(gè)信號(hào)在接收端疊加，有時(shí)同相疊加而增強(qiáng)，有時(shí)反相疊收端疊加，有時(shí)同相疊加而增強(qiáng)，有時(shí)反相疊加而減弱。這樣，接收信號(hào)的幅度將急劇變化，加而減弱。這樣，接收信號(hào)的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生了衰落，稱為多徑衰落，或稱多徑效應(yīng)。即產(chǎn)生了衰落，稱為多徑衰落，或稱多徑效應(yīng)。29yxSi(t)基站天線i圖圖3-8 3-8 移動(dòng)臺(tái)接收移動(dòng)臺(tái)接收N N條路徑信號(hào)條路徑信號(hào)30當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間沒有視距傳播路徑當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間沒有視距傳播路徑時(shí)，多徑效應(yīng)使接收信號(hào)包絡(luò)變化接近瑞時(shí)，多徑效應(yīng)使接收信號(hào)包絡(luò)變

19、化接近瑞利分布，這種多徑衰落稱為瑞利衰落。在利分布，這種多徑衰落稱為瑞利衰落。在典型移動(dòng)信道中，衰落深度達(dá)典型移動(dòng)信道中，衰落深度達(dá)30dB左右，左右，衰落速率衰落速率(每秒鐘信號(hào)包絡(luò)經(jīng)過中值電平每秒鐘信號(hào)包絡(luò)經(jīng)過中值電平的來回次數(shù)的來回次數(shù))約約3040次次/秒。秒。當(dāng)兩者之間有一條視距傳播路徑，而且信當(dāng)兩者之間有一條視距傳播路徑，而且信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，接收信號(hào)的包絡(luò)服從萊斯分布。號(hào)很強(qiáng)時(shí)，接收信號(hào)的包絡(luò)服從萊斯分布。多徑效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展和頻率選多徑效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展和頻率選擇性衰落現(xiàn)象。擇性衰落現(xiàn)象。31(a) 多徑時(shí)散多徑時(shí)散多徑效應(yīng)在時(shí)域上將造成數(shù)字信號(hào)波形的多徑效應(yīng)在時(shí)域上將

20、造成數(shù)字信號(hào)波形的展寬，這種因多徑傳播造成信號(hào)時(shí)間擴(kuò)散展寬，這種因多徑傳播造成信號(hào)時(shí)間擴(kuò)散的現(xiàn)象，稱為多徑時(shí)散。的現(xiàn)象，稱為多徑時(shí)散。圖圖3-14 多徑時(shí)散示例多徑時(shí)散示例32所謂時(shí)延擴(kuò)展是指由于電波傳播存在多條不所謂時(shí)延擴(kuò)展是指由于電波傳播存在多條不同的路徑，路徑長度不同，且傳輸路徑隨移同的路徑，路徑長度不同，且傳輸路徑隨移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)而不斷變化，因而可能導(dǎo)致發(fā)射動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)而不斷變化，因而可能導(dǎo)致發(fā)射端一個(gè)較窄的脈沖信號(hào)，在到達(dá)接收端時(shí)變端一個(gè)較窄的脈沖信號(hào)，在到達(dá)接收端時(shí)變成了由許多不同時(shí)延脈沖構(gòu)成的一組信號(hào)。成了由許多不同時(shí)延脈沖構(gòu)成的一組信號(hào)。時(shí)延擴(kuò)展可直觀地理解為在一串接受脈沖中，時(shí)延

21、擴(kuò)展可直觀地理解為在一串接受脈沖中，最大傳輸時(shí)延和最小傳輸時(shí)延的差值，即最最大傳輸時(shí)延和最小傳輸時(shí)延的差值，即最后一個(gè)可分辨的延時(shí)信號(hào)與第一個(gè)延時(shí)信號(hào)后一個(gè)可分辨的延時(shí)信號(hào)與第一個(gè)延時(shí)信號(hào)到達(dá)時(shí)間的差值，記為到達(dá)時(shí)間的差值，記為 。實(shí)際上，。實(shí)際上， 就就是脈沖展寬的時(shí)間。是脈沖展寬的時(shí)間。嚴(yán)格意義上，時(shí)延擴(kuò)展嚴(yán)格意義上，時(shí)延擴(kuò)展可以用實(shí)測(cè)信號(hào)的可以用實(shí)測(cè)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)平均的方法來定義。統(tǒng)計(jì)平均的方法來定義。33圖圖 3 - 16 多徑時(shí)延信號(hào)強(qiáng)度多徑時(shí)延信號(hào)強(qiáng)度 0omax0 dB30 dB相對(duì)強(qiáng)度 / dBt(相對(duì)時(shí)延時(shí)間)E(t)34多徑時(shí)散的影響多徑時(shí)散的影響在數(shù)字傳輸中，由于時(shí)延擴(kuò)展，接

22、收信號(hào)在數(shù)字傳輸中，由于時(shí)延擴(kuò)展，接收信號(hào)中一個(gè)碼元的波形會(huì)擴(kuò)展到其他碼元周期中一個(gè)碼元的波形會(huì)擴(kuò)展到其他碼元周期中，引起碼間串?dāng)_中，引起碼間串?dāng)_(ISI)(ISI)。 為了避免碼間串?dāng)_，應(yīng)使碼元周期大于多為了避免碼間串?dāng)_，應(yīng)使碼元周期大于多徑效應(yīng)引起的時(shí)延擴(kuò)展徑效應(yīng)引起的時(shí)延擴(kuò)展。或者等效地說。或者等效地說碼元速率碼元速率RbRb小于時(shí)延擴(kuò)展的倒數(shù)。即小于時(shí)延擴(kuò)展的倒數(shù)。即1bR35 時(shí)延大小主要取決于地形和地物時(shí)延大小主要取決于地形和地物(如高大如高大建筑建筑)的影響。一般情況下，市區(qū)的時(shí)延要比的影響。一般情況下，市區(qū)的時(shí)延要比郊區(qū)大。也就是說，從多徑時(shí)散考慮，市區(qū)郊區(qū)大。也就是說，從多徑

23、時(shí)散考慮，市區(qū)傳播條件更惡劣。傳播條件更惡劣。表表3-1 多徑時(shí)散參數(shù)典型值多徑時(shí)散參數(shù)典型值 參數(shù)參數(shù)市區(qū)市區(qū)郊區(qū)郊區(qū)平均時(shí)延平均時(shí)延 / s對(duì)應(yīng)路徑距離差對(duì)應(yīng)路徑距離差 /m1.52.54507500.12.0300600時(shí)延擴(kuò)展時(shí)延擴(kuò)展 / s1.03.00.22.0最大時(shí)延最大時(shí)延 max / s5.0123.07.036(b) 頻率選擇性衰落頻率選擇性衰落根據(jù)衰落與頻率的關(guān)系，可將衰落分為兩根據(jù)衰落與頻率的關(guān)系，可將衰落分為兩種：非頻率選擇性衰落種：非頻率選擇性衰落( (又稱為平坦衰落又稱為平坦衰落) )與頻率選擇性衰落。與頻率選擇性衰落。 所謂非頻率選擇性衰落是指信號(hào)中各分量所謂非

24、頻率選擇性衰落是指信號(hào)中各分量的衰落狀況與頻率無關(guān)，即信號(hào)經(jīng)過傳輸?shù)乃ヂ錉顩r與頻率無關(guān)，即信號(hào)經(jīng)過傳輸后，各頻率分量所遭受的衰落具有一致性，后，各頻率分量所遭受的衰落具有一致性，即相關(guān)性，因而衰落信號(hào)的波形不失真。即相關(guān)性，因而衰落信號(hào)的波形不失真。37所謂頻率選擇性衰落是指信號(hào)中各分量的所謂頻率選擇性衰落是指信號(hào)中各分量的衰落狀況與頻率有關(guān)，即傳輸信道對(duì)信號(hào)衰落狀況與頻率有關(guān)，即傳輸信道對(duì)信號(hào)中不同頻率成分有不同的隨機(jī)的響應(yīng)。由中不同頻率成分有不同的隨機(jī)的響應(yīng)。由于信號(hào)中不同頻率分量衰落不一致，因此于信號(hào)中不同頻率分量衰落不一致，因此衰落信號(hào)波形將產(chǎn)生失真。衰落信號(hào)波形將產(chǎn)生失真。 從頻域觀

25、點(diǎn)而言，多徑時(shí)散現(xiàn)象將導(dǎo)致頻從頻域觀點(diǎn)而言，多徑時(shí)散現(xiàn)象將導(dǎo)致頻率選擇性衰落，即信道對(duì)不同頻率成分有率選擇性衰落，即信道對(duì)不同頻率成分有不同的響應(yīng)。若信號(hào)帶寬過大，不同的響應(yīng)。若信號(hào)帶寬過大， 就會(huì)引就會(huì)引起嚴(yán)重的失真。起嚴(yán)重的失真。38對(duì)于移動(dòng)信道來說，存在一個(gè)相關(guān)帶寬對(duì)于移動(dòng)信道來說，存在一個(gè)相關(guān)帶寬BcBc當(dāng)信號(hào)的帶寬小于相關(guān)帶寬時(shí)，發(fā)生非頻當(dāng)信號(hào)的帶寬小于相關(guān)帶寬時(shí)，發(fā)生非頻率選擇性衰落。率選擇性衰落。當(dāng)信號(hào)帶寬大于相關(guān)帶寬時(shí)，發(fā)生頻率選當(dāng)信號(hào)帶寬大于相關(guān)帶寬時(shí)，發(fā)生頻率選擇性衰落。擇性衰落。實(shí)際上，由于移動(dòng)信道的復(fù)雜性，很難準(zhǔn)實(shí)際上，由于移動(dòng)信道的復(fù)雜性，很難準(zhǔn)確地分析相關(guān)帶寬的大小

26、。實(shí)際中，常用確地分析相關(guān)帶寬的大小。實(shí)際中，常用最大時(shí)延最大時(shí)延maxmax的倒數(shù)來規(guī)定相關(guān)帶寬，的倒數(shù)來規(guī)定相關(guān)帶寬，即即 max1cB392、多普勒效應(yīng)、多普勒效應(yīng) 多普勒效應(yīng)指出，波在波源移向觀察者時(shí)多普勒效應(yīng)指出，波在波源移向觀察者時(shí)頻率變高頻率變高,而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)頻率變低。而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)頻率變低。 在移動(dòng)通信中，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)移向基站時(shí)，接在移動(dòng)通信中，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)移向基站時(shí)，接收頻率變高，遠(yuǎn)離基站時(shí)，頻率變低收頻率變高，遠(yuǎn)離基站時(shí)，頻率變低 。 頻率的變化值即多普勒頻移頻率的變化值即多普勒頻移fd為為cosvfd40多普勒效應(yīng)會(huì)引起接收功率譜的展寬，稱多普勒效應(yīng)會(huì)引起接收功率譜

27、的展寬，稱為多普勒頻展。為多普勒頻展。用用FDFD表示多普勒頻展的寬度，將其倒數(shù)定表示多普勒頻展的寬度，將其倒數(shù)定義為相關(guān)時(shí)間：義為相關(guān)時(shí)間：DcFT1多普勒頻展和時(shí)間選擇性衰落多普勒頻展和時(shí)間選擇性衰落 相關(guān)時(shí)間表征的是時(shí)變信道對(duì)信號(hào)的衰相關(guān)時(shí)間表征的是時(shí)變信道對(duì)信號(hào)的衰落節(jié)拍，這種衰落在時(shí)域具有選擇性，落節(jié)拍，這種衰落在時(shí)域具有選擇性，稱為時(shí)間選擇性衰落。稱為時(shí)間選擇性衰落。41對(duì)于移動(dòng)信道對(duì)于移動(dòng)信道當(dāng)發(fā)送信號(hào)的持續(xù)時(shí)間當(dāng)發(fā)送信號(hào)的持續(xù)時(shí)間TTcTTc，則會(huì)產(chǎn)生時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生時(shí)間選擇性衰落，快衰落。間選擇性衰落，快衰落。當(dāng)當(dāng)TTcTTc，產(chǎn)生慢衰落。，產(chǎn)生慢衰落。當(dāng)當(dāng)TTc TTc ，多普

28、勒擴(kuò)展可不考慮。，多普勒擴(kuò)展可不考慮。時(shí)間選擇性衰落對(duì)數(shù)字信號(hào)的誤碼性能有時(shí)間選擇性衰落對(duì)數(shù)字信號(hào)的誤碼性能有明顯影響，為了減少其影響，要求碼元速明顯影響，為了減少其影響，要求碼元速率遠(yuǎn)大于衰落節(jié)拍的速率。率遠(yuǎn)大于衰落節(jié)拍的速率。時(shí)間選擇性衰落時(shí)間選擇性衰落423.2.2 慢衰落慢衰落慢衰落指的是接收信號(hào)強(qiáng)度隨機(jī)變化緩慢，慢衰落指的是接收信號(hào)強(qiáng)度隨機(jī)變化緩慢，具有十幾分鐘或幾小時(shí)的長衰落周期。具有十幾分鐘或幾小時(shí)的長衰落周期。慢衰落產(chǎn)生的原因：慢衰落產(chǎn)生的原因：障礙物阻擋電磁波產(chǎn)生的陰影區(qū)，因此慢障礙物阻擋電磁波產(chǎn)生的陰影區(qū)，因此慢衰落也被稱為陰影衰落。主要受地形地物衰落也被稱為陰影衰落。主要

29、受地形地物的影響。的影響。天氣變化、障礙物和移動(dòng)臺(tái)的相對(duì)速度、天氣變化、障礙物和移動(dòng)臺(tái)的相對(duì)速度、電磁波的工作頻率等有關(guān)。電磁波的工作頻率等有關(guān)。43慢衰落速率主要決定于傳播環(huán)境，即移動(dòng)慢衰落速率主要決定于傳播環(huán)境，即移動(dòng)臺(tái)周圍地形，包括山丘起伏，建筑物的分臺(tái)周圍地形，包括山丘起伏，建筑物的分布與高度，街道走向，基站天線的位置與布與高度，街道走向，基站天線的位置與高度，移動(dòng)臺(tái)行進(jìn)速度等。高度，移動(dòng)臺(tái)行進(jìn)速度等。慢衰落的特性可用電場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法找出其慢衰落的特性可用電場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法找出其統(tǒng)計(jì)規(guī)律。統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 通常把同一類地形、地物中某通常把同一類地形、地物中某一段距離作為樣本區(qū)間，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。一段

30、距離作為樣本區(qū)間，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。慢衰落近似服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。慢衰落近似服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。440.110.015 102030 50 708090 95 9999.999.99信號(hào)強(qiáng)度超出縱軸值的概率 / %(a)201001020相對(duì)電平 / dB201001020ABA：453 MHzB：920 MHz 對(duì)數(shù)正態(tài)分布5 dB圖圖3-11(a) 市區(qū)信號(hào)慢衰落特性曲線市區(qū)信號(hào)慢衰落特性曲線 450.110.015 102030 50 708090959999.999.99信號(hào)強(qiáng)度超出縱軸值的概率 / %(b)201001020相對(duì)電平 / dB201001020ABB： d1030 km 對(duì)數(shù)

31、正態(tài)分布7 dB453 MHzd10 kmA：圖圖3-11(b) 郊區(qū)信號(hào)慢衰落特性曲線郊區(qū)信號(hào)慢衰落特性曲線 46圖圖 3 - 12 慢衰落中值標(biāo)準(zhǔn)偏差慢衰落中值標(biāo)準(zhǔn)偏差 12108642100200300500100070020003000頻率 f / MHz標(biāo)準(zhǔn)偏差 / dB市區(qū)郊區(qū)丘陵473.2.3、衰落儲(chǔ)備、衰落儲(chǔ)備為了防止因衰落為了防止因衰落(包括快衰落和慢衰落包括快衰落和慢衰落)引引起的通信中斷，在信道設(shè)計(jì)中，必須使信起的通信中斷，在信道設(shè)計(jì)中，必須使信號(hào)的電平留有足夠的余量，以使中斷率號(hào)的電平留有足夠的余量，以使中斷率R小于規(guī)定指標(biāo)。這種電平余量稱為衰落儲(chǔ)小于規(guī)定指標(biāo)。這種電平

32、余量稱為衰落儲(chǔ)備。衰落儲(chǔ)備的大小決定于地形、地物、備。衰落儲(chǔ)備的大小決定于地形、地物、工作頻率和要求的通信可靠性指標(biāo)。通信工作頻率和要求的通信可靠性指標(biāo)。通信可靠性也成為可通率，用可靠性也成為可通率，用T表示，它與中表示，它與中斷率斷率R的關(guān)系是的關(guān)系是T=1-R。48圖圖3-13 衰落儲(chǔ)備量衰落儲(chǔ)備量 493.3 陸地移動(dòng)信道的傳輸損耗陸地移動(dòng)信道的傳輸損耗由于移動(dòng)信道中電波傳播的條件十分惡劣由于移動(dòng)信道中電波傳播的條件十分惡劣和復(fù)雜，因而通常采用分析和統(tǒng)計(jì)相結(jié)合和復(fù)雜，因而通常采用分析和統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法計(jì)算傳播損耗。的方法計(jì)算傳播損耗。在陸地移動(dòng)通信信道中，我們先以自由空在陸地移動(dòng)通信信道

33、中，我們先以自由空間傳播為基礎(chǔ)，再分別考慮各種地形、地間傳播為基礎(chǔ)，再分別考慮各種地形、地物對(duì)電波傳播的實(shí)際影響，并逐一予以必物對(duì)電波傳播的實(shí)際影響，并逐一予以必要的修正。并在信道設(shè)計(jì)中保留足夠的衰要的修正。并在信道設(shè)計(jì)中保留足夠的衰落儲(chǔ)備。落儲(chǔ)備。50地形的分類和定義地形的分類和定義實(shí)際地形雖然千差萬別，但從電波傳播的實(shí)際地形雖然千差萬別，但從電波傳播的角度考慮，可分為兩大類，即中等起伏地角度考慮，可分為兩大類，即中等起伏地形和不規(guī)則地形，并以中等起伏地形作傳形和不規(guī)則地形，并以中等起伏地形作傳播基準(zhǔn)。播基準(zhǔn)。 所謂中等起伏地形，是指在傳播路徑的地所謂中等起伏地形，是指在傳播路徑的地形剖面圖

34、上，地面起伏高度不超過形剖面圖上，地面起伏高度不超過20m，且，且起伏緩慢，峰點(diǎn)與谷點(diǎn)之間的水平距離大起伏緩慢，峰點(diǎn)與谷點(diǎn)之間的水平距離大于起伏高度。于起伏高度。其它地形如丘陵、其它地形如丘陵、 孤立山岳、孤立山岳、 斜坡和水陸斜坡和水陸混合地形等統(tǒng)稱為不規(guī)則地形?；旌系匦蔚冉y(tǒng)稱為不規(guī)則地形。51地物分類地物分類不同地物環(huán)境其傳播條件不同，不同地物環(huán)境其傳播條件不同， 按照地物按照地物的密集程度不同可分為三類地區(qū)：的密集程度不同可分為三類地區(qū)：開闊地。在電波傳播的路徑上無高大樹木、開闊地。在電波傳播的路徑上無高大樹木、建筑物等障礙物，呈開闊狀地面，如農(nóng)田、建筑物等障礙物，呈開闊狀地面，如農(nóng)田、

35、荒野、廣場(chǎng)、沙漠和戈壁灘等。荒野、廣場(chǎng)、沙漠和戈壁灘等。郊區(qū)。在靠近移動(dòng)臺(tái)近處有些障礙物但不郊區(qū)。在靠近移動(dòng)臺(tái)近處有些障礙物但不稠密，例如，有少量的低層房屋或小樹林稠密，例如，有少量的低層房屋或小樹林等。等。 市區(qū)。有較密集的建筑物和高層樓房。市區(qū)。有較密集的建筑物和高層樓房。52中等起伏地形上市區(qū)傳播損耗的中值中等起伏地形上市區(qū)傳播損耗的中值在計(jì)算各種地形、在計(jì)算各種地形、 地物上的傳播損耗時(shí)，地物上的傳播損耗時(shí)， 均以中等起伏地上市區(qū)的損耗中值或場(chǎng)強(qiáng)均以中等起伏地上市區(qū)的損耗中值或場(chǎng)強(qiáng)中值作為基準(zhǔn)，因而把它稱作基準(zhǔn)中值或中值作為基準(zhǔn)，因而把它稱作基準(zhǔn)中值或基本中值?；局兄怠?37060d

36、 / km5040302010100200 30050070010002000 30001009080706050403020105321d / km1009080706050403020105321頻率 / MHz市區(qū)hb200 mhm3 m基本損耗中值 Am(f, d) / dB圖圖 3 - 23 中等起伏地上市區(qū)基本損耗中值中等起伏地上市區(qū)基本損耗中值 542000100070040020010010020040010001075321505101520市區(qū)移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子 Hm(hm , f) / dB移動(dòng)臺(tái)天線高度 hm / m中等城市400 MHz200 MHz(MHz)市區(qū)

37、hb200 m基站天線高度增益因子 Hb(hb , d) / dB3040201053110080705060203050 70 100200300 500700 1000基站天線有效高度 hb / m20100102030d / km70100604020110d / km(a)大城市(b)圖圖 3 - 24 天線高度增益因子天線高度增益因子(a) 基站基站Hb(hb, d); (b) 移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)臺(tái)Hm(hm, f)55100705030201075864202468距離 d / km縱向線路修正值 Kal /dB橫向線路修正值 Kac / dB(b) Kac(a) Kal(a)為縱向路線K

38、al； (b)為橫向路線Kac圖圖 3 - 25 街道走向修正曲線街道走向修正曲線56200010007005003002001000510152025郊區(qū)修正因子 Kmr / dB頻率 f / MHzd 1 km5 km10 km20 km圖圖 3 - 26 郊區(qū)修正因子郊區(qū)修正因子Kmr57Qo：開闊地Qr：準(zhǔn)開闊地3530252015100200300500 700 10002000頻率 f / MHz開闊地修正因子 Qo / dB準(zhǔn)開闊地修正因子 Qr / dBQrQo圖圖 3 - 27 開闊地、準(zhǔn)開闊地修正因子開闊地、準(zhǔn)開闊地修正因子Qo、Qr581001020301020 3050

39、 70100200300 500h / m丘陵地修正因子 Kh / dB基站發(fā)射dm10 kmhh的定義10%90%10203050 70100200300 50001020h / m微小修正值 Khf / dBh地形起伏與電場(chǎng)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系電場(chǎng)變化按 (a)修正后的中值地形起伏 Khf Khf(a)(b)圖圖 3 - 28 丘陵地場(chǎng)強(qiáng)中值修正因子丘陵地場(chǎng)強(qiáng)中值修正因子(a) 修正因子修正因子Kh; (b) 微小修正因子微小修正因子Khf592010010200246810孤立山岳至移動(dòng)臺(tái)的距離 d2 / km孤立山岳修正因子 Kjs / dBA曲線： d160 kmB曲線： d130 kmC

40、曲線： d115 kmABC孤立山岳典型地形T(基站)(基站)T3 10 13kmd1d2HR(移動(dòng)臺(tái))H200 m圖圖 3 - 29 孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子Kjs 60201001020201001020斜坡地形修正因子 Ksp / dB平均傾角m / mradd60 kmd30 kmd30 kmd30 km基站發(fā)射mm圖圖 3 - 30 斜坡地形修正因子斜坡地形修正因子Ksp 61100806040200101520水面距離與全距離的比率( dSR / d ) / %水陸混合路徑修正因子 KS / dBd30 kmd60 kmAABB移動(dòng)臺(tái)RdSRddSRd(A) 實(shí)線T移動(dòng)臺(tái)R

41、(B) 虛線5基站T基站圖圖3-31 水陸混合路徑修正因子水陸混合路徑修正因子KS 62任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值任意地形地區(qū)的傳播損耗的中值任意地形地區(qū)接收信號(hào)的功率中值任意地形地區(qū)接收信號(hào)的功率中值PP等于等于 PP=P0-Am(f,d)+KP0是由空間傳播條件下的接收信號(hào)功率是由空間傳播條件下的接收信號(hào)功率Am(f, d)是中等起伏地市區(qū)的基本損耗中值是中等起伏地市區(qū)的基本損耗中值K是各種天線增益和地形地物修正因子之和是各種天線增益和地形地物修正因子之和任意地形地區(qū)的傳播損耗中值任意地形地區(qū)的傳播損耗中值LA則等于則等于 LA=Lfs+ Am(f,d)-K63Am(f, d)中等起伏地

42、上市區(qū)基本損耗中值，圖中等起伏地上市區(qū)基本損耗中值，圖3-23;Hb(hb, d)基站天線高度增益因子，圖基站天線高度增益因子，圖3-24(a);Hm(hm, f)移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子，圖移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子，圖3-24(b);Kal、Kac街道走向，縱向或橫向路徑的修正值，街道走向，縱向或橫向路徑的修正值，圖圖3-25;Kmr郊區(qū)修正因子，圖郊區(qū)修正因子，圖3-26；Qo、Qr開闊地或準(zhǔn)開闊地修正因子，圖開闊地或準(zhǔn)開闊地修正因子，圖3-27；Kh、Khf丘陵地修正因子及微小修正因子丘陵地修正因子及微小修正因子, 圖圖3-28;Kjs孤立山岳修正因子，圖孤立山岳修正因子，圖3-29;Ksp斜坡地形修正因子，圖斜坡地形修正因子，圖3-30;KS水陸混合路徑修正因子，圖水陸混合路徑修正因子，圖3-31。64例例3-2 某一移動(dòng)信道，工作頻段為某一移動(dòng)信道，工