移動(dòng)信道特性與抗衰落技術(shù)演示文稿

本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分（優(yōu)選）移動(dòng)信道特性與抗衰落技術(shù)本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分2、信道的類型本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分有線信道舉例本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分無(wú)線信道舉例地面站地球地面站本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分調(diào)制器發(fā)轉(zhuǎn)換器媒質(zhì)收轉(zhuǎn)換器解調(diào)器調(diào)制信道編碼信道狹義廣義廣義信道舉例本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分2.1移動(dòng)信道的電波傳播特性

電波傳播受地形結(jié)構(gòu)和人為環(huán)境的影響，無(wú)線傳播環(huán)境直接決定傳播模型的選取。影響無(wú)線傳播環(huán)境的主要因素

自然地形（高山、丘陵、平原、水域）人工建筑的數(shù)量、分布、材料特性(人為環(huán)境)

該區(qū)域植被特征天氣狀況自然和人為的電磁噪聲狀況移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)速度使用頻段本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分當(dāng)前陸地移動(dòng)通信主要使用的頻段VHF和UHF,即150MHz、450MHz、900MHz、1800MHz。其頻率收發(fā)間隔分別為：5.7MHz、10MHz、45MHz、95MHz。移動(dòng)通信中傳播的方式主要有直射波、反射波、繞射波、散射波和地表面波等傳播方式。在分析移動(dòng)通信信道時(shí)，主要考慮直射波和反射波的影響。本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分直射波及地面反射波（最一般的傳播形式）對(duì)流層反射波（傳播具有很大的隨機(jī)性）山體繞射波（陰影區(qū)域信號(hào)來(lái)源）電離層反射波（超視距通訊途徑）傳播途徑本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分2.1.1直射波直射波：電波傳播過(guò)程中沒(méi)有遇到任何的障礙物,直接到達(dá)接收端的電波,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。自由空間傳播損耗視距傳播本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分1、自由空間的傳播損耗自由空間是指信號(hào)在理想的，均勻的各向同性的介質(zhì)中傳播，不發(fā)生反射、折射、散射和吸收的現(xiàn)象，只存在電磁波能量擴(kuò)散而引起的傳播損耗的空間。無(wú)線電波在自由空間傳播時(shí)，其單位面積中的能量會(huì)因?yàn)閿U(kuò)散而減少。這種減少，稱為自由空間的傳播損耗。本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分

對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)而言,其自由空間路徑損耗Lfs僅與傳輸距離d和電波頻率f有關(guān),而與收、發(fā)天線增益無(wú)關(guān)?？捎孟率絹?lái)表示:

Lfs=32.45+20lgd+20lgf

式中,傳輸距離d的單位為km,電波頻率f的單位為MHz，Lbs單位為dB。

本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分例題：試計(jì)算工作頻率為900mhz，通信距離分別為10km和20km時(shí)的自由空間傳播損耗？當(dāng)d＝10km時(shí)，L＝111.53db；當(dāng)d=20km時(shí)，距離增加一倍，衰耗增大6db。L=117.53db本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分2、視距傳播視線所能到達(dá)的最遠(yuǎn)距離稱為視線距離d0。已知地球半徑為R=6370km，設(shè)發(fā)射天線和接收天線高度分別為hT和hR(單位m)，理論上可得視距傳播的極限距離為：本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分當(dāng)考慮空氣的不均勻性對(duì)電波傳播軌跡的影響后，等效為地球半徑R=8500km，可得修正后的視距傳播的極限距離：本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分2.1.2反射波反射波：電波在傳輸過(guò)程中，遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面時(shí)，就會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象。

電波在傳播過(guò)程中遇到比自身的波長(zhǎng)大得多的物體時(shí),會(huì)在物體表面發(fā)生反射,形成反射波。反射常發(fā)生于地表、建筑物的墻壁表面等。兩徑傳播模型多徑傳播模型推導(dǎo)見(jiàn)書上P22本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分圖反射波和直射波

本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分2.2移動(dòng)信道的衰落特性距離(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分2.2.1快衰落多徑衰落的含義產(chǎn)生多徑衰落的原因快衰落(也稱短期衰落或多徑衰落)指的是接收信號(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。衰落速率每秒30~40次，衰落深度30dB左右本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分2.2.2慢衰落陰影衰落——由于電波傳播遇到建筑物等的阻擋，形成電波陰影區(qū)，陰影區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度弱。陰影效應(yīng)——慢衰落慢衰落(也稱長(zhǎng)期衰落)指的是接收信號(hào)強(qiáng)度隨機(jī)變化緩慢,甚至具有十幾分鐘或幾小時(shí)的長(zhǎng)衰落周期。本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分慢衰落的統(tǒng)計(jì)特性衰落儲(chǔ)備——為了防止因衰落而引起的通信中斷，在信道設(shè)計(jì)中，必須使信號(hào)留有足夠的余量，以防止中斷率R小于規(guī)定的指標(biāo)。本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分時(shí)間接收信號(hào)強(qiáng)度發(fā)射信號(hào)多徑傳播2.3數(shù)字信號(hào)的多徑傳播特性本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分時(shí)延擴(kuò)展所謂時(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(zhǎng)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)射端一個(gè)較窄的脈沖信號(hào)s0(t)=a0δ(t)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)。本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分時(shí)延擴(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Δ,Δ就是脈沖展寬的時(shí)間。Δ越小，時(shí)延擴(kuò)展就越輕微，Δ越大，時(shí)延擴(kuò)展就越嚴(yán)重本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分相關(guān)帶寬——移動(dòng)信道的一個(gè)特征；表征信號(hào)中兩個(gè)頻率分量基本相關(guān)的頻率間隔。當(dāng)信號(hào)帶寬小于相關(guān)帶寬，發(fā)生非頻率選擇性衰落；當(dāng)信號(hào)帶寬大于相關(guān)帶寬，發(fā)生頻率選擇性衰落；本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分2.4電波傳播路徑損耗的預(yù)測(cè)2.4.1地形地物的分類1、地形特征地形波動(dòng)高度△h天線有限高度2、地形分類準(zhǔn)平滑地形不規(guī)則地形3、地物分類開闊地、郊區(qū)、市區(qū)本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分2.4.2移動(dòng)信道上傳播損耗的估算經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵苿?dòng)通信中電波傳播特性：自由空間傳播損耗陰影衰落多徑效應(yīng)多普勒效應(yīng)本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分一、準(zhǔn)平滑地形上的傳播損耗中值1、市區(qū)傳播損耗中值2、郊區(qū)和開闊地的損耗中值本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分⒈市區(qū)傳播損耗中值在城市街道地區(qū)，電波傳播衰耗取決于傳播距離d、工作頻率f、基地站天線有效高度hb、移動(dòng)臺(tái)天線高度hm以及街道的走向和寬度等。準(zhǔn)平滑地形，市區(qū)的傳播衰耗中值又稱其為基本衰耗中值（或基準(zhǔn)衰耗中值）。OM模型中，給出了準(zhǔn)平滑地形，市區(qū)傳播衰耗中值的預(yù)測(cè)曲線族，如下圖所示。圖中是在基地站天線有效高度hb=200m，移動(dòng)臺(tái)天線高度hm=3m，以自由空間傳播衰耗為基準(zhǔn)(0dB)，求得的衰耗中值的修正值A(chǔ)m(f,d）本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分圖1準(zhǔn)平滑地形大城市基本衰耗中值A(chǔ)m(f,d)

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圖2基地站天線高度增益因子

本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分圖3移動(dòng)臺(tái)天線高度增益因子

本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第35頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分由曲線上查得的基本衰耗中值A(chǔ)m(f,d)加上自由空間的傳播衰耗Lbs才是實(shí)際路徑衰耗LT

。若基地站天線有效高度不是200m，可利用圖2查出修正因子Hb（hb，d），對(duì)基本衰耗中值加以修正，稱為基站天線高度的增加因子。若移動(dòng)臺(tái)天線高度不等于3m時(shí)，可利用圖3查出修正因子Hm（hm，f），對(duì)基本衰耗中值進(jìn)行修正，稱為移動(dòng)臺(tái)天線高度的增益因子。在考慮基站天線高度因子與移動(dòng)臺(tái)天線高度因子的情況下，市區(qū)路徑傳播衰耗中值應(yīng)為：

本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第36頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分例：計(jì)算準(zhǔn)平滑地形，城市地區(qū)的路徑衰耗中值。已知：hb=200m,hm=3m,d=10km,f=900MHz

。解：首先求得自由空間的傳播衰耗中值Lbs為：

查圖可求得Am(f,d)，即利用式(2.27)就可以計(jì)算出準(zhǔn)平滑地形，城市街道地區(qū)傳播衰耗中值：本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第37頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分若hb=50m,hm=2m，其他條件不變，求損耗中值。查圖2-15得查圖2-16得在上題結(jié)果的基礎(chǔ)上，要再加入基站和移動(dòng)臺(tái)的高度增益因子。則修正后的路徑衰耗中值為：本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第38頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分2、郊區(qū)和開闊區(qū)的傳播損耗中值市區(qū)衰耗中值與郊區(qū)衰耗中值之差稱為郊區(qū)修正因子kmr，kmr為增益因子。它隨工作頻率和傳播距離的變化關(guān)系如圖2-17所示。開闊區(qū)，準(zhǔn)開闊區(qū)（開闊區(qū)與郊區(qū)之間的過(guò)渡地區(qū)）的衰耗中值相對(duì)于市區(qū)衰耗中值的修正曲線，如圖5所示。Q0為開闊區(qū)修正因子；Qr為準(zhǔn)開闊區(qū)修正因子。在求郊區(qū)或開闊區(qū)，準(zhǔn)開闊區(qū)的傳播衰耗中值時(shí)，應(yīng)在市區(qū)衰耗中值的基礎(chǔ)上，減去由圖2-17或2-18查得的修正因子。本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第39頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分圖2-17郊區(qū)修正因子

本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第40頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分圖2-18開闊區(qū)、準(zhǔn)開闊區(qū)修正因子

本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第41頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分二、不規(guī)則地形上的傳播衰耗中值⑴丘陵地的修正因子⑵孤立山岳地形的修正因子⑶斜坡地形的修正因子⑷水陸混合地形的修正因子本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第42頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分三、任意地形的信號(hào)中值預(yù)測(cè)⑴計(jì)算自由空間的傳播衰耗⑵計(jì)算準(zhǔn)平滑地形市區(qū)的信號(hào)中值

⑶計(jì)算任意地形地物情況下的信號(hào)中值

KT為地形地物修正因子本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第43頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分例：某一移動(dòng)電話系統(tǒng)，工作頻率為450MHZ，基地站天線高度為70m，移動(dòng)臺(tái)天線高度為1.5m，在市區(qū)工作，傳播路徑為準(zhǔn)平滑地形，通信距離為20km，求傳播路徑的衰耗中值?本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第44頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分其他傳播環(huán)境上的傳播損耗⑴街道走向的影響電波傳播的衰耗中值與街道的走向（相對(duì)于電波傳播方向）有關(guān)。在縱向街道上衰耗較小，橫向街道上衰耗較大。本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第45頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分市區(qū)街道走向修正值

本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第46頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分2、建筑物的穿透衰耗一般來(lái)說(shuō)波長(zhǎng)越短，穿透能力越強(qiáng)。各個(gè)建筑物對(duì)電波的吸收也是不同的。式中Lb為實(shí)際路徑衰耗中值，L0在街心的衰耗中值，Lp為建筑物的穿透衰耗。本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第47頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分3、植被損耗在傳播路徑上，由樹木、植被引起的附加損耗不僅取決于樹木的高度、種類、形狀、分布密度、空氣濕度及季節(jié)變化，還取決于工作頻率、天線極化、通過(guò)樹木的路徑長(zhǎng)度等多方面因素。一般來(lái)說(shuō)，垂直極化波比水平極化波的衰耗稍大些。本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第48頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分4、隧道中的傳播衰耗空間電波在隧道中傳播時(shí)，由于隧道壁的吸收及電波的干涉作用而受到較大的衰耗。電波在隧道中的衰耗還與工作頻率有關(guān)，頻率越高，衰耗越小。當(dāng)隧道出現(xiàn)分支或轉(zhuǎn)彎時(shí)，衰耗會(huì)急劇增加，彎曲度越大，衰耗越嚴(yán)重。本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第49頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分某移動(dòng)電話系統(tǒng)，工作頻率為1800MHZ，基地站天線高度為80m，移動(dòng)臺(tái)天線高度為1.5m，在市區(qū)工作，傳播路徑為準(zhǔn)平滑地形，通信距離為20km，求傳播路徑的衰耗中值?本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第50頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分抗衰落技術(shù)1.分集技術(shù)2.自適應(yīng)均衡技術(shù)3.RAKE接收技術(shù)本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第51頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分分集技術(shù)包括有兩個(gè)方面的內(nèi)容：分散傳輸，使接收到的多徑信號(hào)分離成獨(dú)立的，攜帶同一信息的多路信號(hào)；集中處理，將接收到的這些多路分離性好的能量按一定規(guī)則合并起來(lái)(包括選擇與組合)，使接收的有用信號(hào)能量最大，以降低衰落的影響。要求：只有被分集的幾個(gè)合成信號(hào)之間是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，合并后才能使系統(tǒng)性能改善。本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第52頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分分集接收：顯分集：空間分集、頻率分集、時(shí)間分集、極化分集、隱分集：交織本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第53頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分1）空間分集本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第54頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分2）頻率分集本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第55頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分

3)時(shí)間分集將同一信號(hào)在不同的時(shí)間區(qū)間多次重發(fā)，只要各次發(fā)送的時(shí)間間隔足夠大，則各次發(fā)送信號(hào)所出現(xiàn)的衰落將是相互獨(dú)立的。接收機(jī)將重復(fù)收到的同一信號(hào)進(jìn)行合并，就能夠減小衰落的影響。時(shí)間分集主要用于在衰落信道中傳輸數(shù)字信號(hào)。此外，時(shí)間分集也有利于克服移動(dòng)信道中由多普勒效應(yīng)引起的信號(hào)衰落現(xiàn)象。本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第56頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分4)極化分集●理論依據(jù)是兩個(gè)在同一地點(diǎn)極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號(hào)具有不相關(guān)的衰落特性?！窬唧w來(lái)講,在發(fā)射端的同一地點(diǎn)分別裝上垂直極化天線和水平極化天線,在接收端的同一位置也分別裝上垂直極化天線和水平極化天線,就可得到兩路衰落特性不相關(guān)的信號(hào)?！駱O化分集實(shí)際上是空間分集的特殊情況——分集支路只有兩路且相互正交。本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第57頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分5)場(chǎng)分量分集根據(jù)電磁場(chǎng)理論，電磁波的E場(chǎng)和H場(chǎng)載有相同的消息，其反射機(jī)理是不同的。在移動(dòng)通信中，多個(gè)E波和H波疊加，結(jié)果表明EZ、HX、HY的分量是互不相關(guān)的，因此，通過(guò)接收三個(gè)場(chǎng)分量，也可以獲得分集的效果。本文檔共64頁(yè)；當(dāng)前第58頁(yè)；編輯于星期一\18點(diǎn)13分分集