CW01-3-無(wú)線傳播理論.ppt

1、無(wú)線傳播理論,張海濤,日期：2011-04,中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司,中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司,課程總覽,第 2 頁(yè),課程目標(biāo),通過(guò)學(xué)習(xí)此課程，您應(yīng)該能夠： 了解自由空間傳播模型 了解大尺度衰落的傳播機(jī)制 了解陰影衰落與覆蓋面積百分比 了解小尺度衰落的統(tǒng)計(jì)特性 了解小尺度衰落的產(chǎn)生機(jī)制,第 3 頁(yè),目錄,概述 自由空間傳播模型 大尺度衰落 小尺度衰落 總結(jié),概 述,描述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間（T-R）長(zhǎng)距離（幾百米或幾千米）上的場(chǎng)強(qiáng)變化的傳播模型稱為大尺度衰落模型； 描述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間（T-R）短距離（幾個(gè)波長(zhǎng)）或短時(shí)間（秒級(jí)）內(nèi)的接收?qǐng)鰪?qiáng)快速波動(dòng)的傳播模型稱為小尺度衰落模型。,目

2、錄,概述 自由空間傳播模型 大尺度衰落 小尺度衰落 總結(jié),自由空間傳播模型,電磁波在自由空間的傳播方式是最基本、最簡(jiǎn)單的一種,Pt：發(fā)射功率； Pr：接收功率； Gt：發(fā)射天線增益 Gr：接收天線增益 d：T-R間距離； ：波長(zhǎng),目錄,概述 自由空間傳播模型 大尺度衰落 小尺度衰落 總結(jié),三種傳播機(jī)制之反射,在不同性質(zhì)的介質(zhì)交界處，電磁波會(huì)有一部分發(fā)生反射 ; 反射波和傳輸波的電場(chǎng)強(qiáng)度取決于反射系數(shù)（）。反射系數(shù)是材料的函數(shù)，并與極性、入射角和頻率有關(guān); 下圖所示的雙線地面反射模型是基于幾何光學(xué)的的傳播模型,總的接收?qǐng)鰪?qiáng)為直接視距成分和地面反射成分的合成。,三種傳播機(jī)制之繞射（1/3）,因?yàn)槔@

3、射，電磁波信號(hào)能夠繞物體曲線表面?zhèn)鞑サ阶钃跷锖竺妫?由Huygen原理解釋繞射現(xiàn)象：波前上的所有點(diǎn)可以作為產(chǎn)生次級(jí)波的點(diǎn)源，次級(jí)波的傳播進(jìn)入陰影區(qū)而形成繞射場(chǎng)。陰影區(qū)繞射波場(chǎng)強(qiáng)為圍繞阻擋物所有次級(jí)波的矢量疊加。,三種傳播機(jī)制之繞射（2/3）,繞射損耗是路徑差的函數(shù)，可以用費(fèi)涅爾區(qū)解釋。 費(fèi)涅爾區(qū)表示從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)次級(jí)波路徑長(zhǎng)度比總的視距路徑長(zhǎng)度大n/2（n為正整數(shù)）的連續(xù)區(qū)域 ； 下圖是一個(gè)位于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的平面，其上的同心圓環(huán)叫做費(fèi)涅爾區(qū)； 同心圓的半徑與平面的位置有關(guān)。這說(shuō)明遮擋效應(yīng)不僅對(duì)頻率敏感，而且對(duì)阻擋物的位置敏感。,三種傳播機(jī)制之繞射（3/3）,當(dāng)由單個(gè)物體引起遮擋時(shí)，一般

4、通過(guò)把阻擋體當(dāng)作繞射刃形邊緣來(lái)預(yù)測(cè)繞射損耗； 傳播路徑上可能不只一個(gè)阻擋，這時(shí)可以用一個(gè)等效阻擋體代替一系列阻擋體的方法來(lái)預(yù)測(cè)繞射損耗；,三種傳播機(jī)制之散射,當(dāng)電磁波遇到粗糙表面時(shí)，反射能量由于散射而散布于所有方向； 表面的粗糙程度經(jīng)常產(chǎn)生不同的傳播效果，一般使用瑞利（Rayleigh）原則表征表面粗糙程度，其中定義了給定入射角的表面平整度的參考高度。,陰影衰落（1/2）,由于電磁波在傳播路徑障礙物阻擋而在障礙物后面形成電波陰影區(qū)，造成接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)中值的緩慢隨機(jī)衰落，這種現(xiàn)象稱為陰影效應(yīng)； 陰影效應(yīng)也叫對(duì)數(shù)正態(tài)陰影，指的是在特定T-R距離的測(cè)試信號(hào)電平是公式預(yù)測(cè)值為平均值的高斯（正態(tài)）分布；

5、接收信號(hào)電平超過(guò)某一特定值的概率可以由累積概率密度函數(shù)計(jì)算：,陰影衰落（2/2）,由于隨機(jī)陰影效應(yīng)，覆蓋區(qū)內(nèi)一些位置的接收電平低于設(shè)定的閥值，因此計(jì)算邊界內(nèi)覆蓋面積的百分率是非常有意義的； 與覆蓋面積百分率相關(guān)的一個(gè)概念就是邊緣覆蓋概率，指在覆蓋區(qū)邊緣上，接收信號(hào)強(qiáng)度大于接收門(mén)限的時(shí)間百分比 ； 達(dá)到某個(gè)覆蓋面積百分率或者邊緣覆蓋概率時(shí)，對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)強(qiáng)度門(mén)限與接收信號(hào)中值的差值叫做陰影衰落余量。陰影衰落余量廣泛應(yīng)用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈路預(yù)算和計(jì)算機(jī)仿真中 。,目錄,概述 自由空間傳播模型 大尺度衰落 小尺度衰落 總結(jié),小尺度衰落信道統(tǒng)計(jì)特性,如果將小尺度衰落信道看作一個(gè)線性時(shí)變系統(tǒng)，其沖激響應(yīng)就是一

6、個(gè)隨機(jī)過(guò)程，研究小尺度衰落信道統(tǒng)計(jì)特性，就是研究此隨機(jī)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)特性； 若傳播環(huán)境是NLOS環(huán)境，各多徑波分量均來(lái)自物體的反射、繞射、散射等，沒(méi)有一條多徑波占優(yōu)，則接收信號(hào)的包絡(luò)服從Rayleigh分布； 當(dāng)接收點(diǎn)有一個(gè)較強(qiáng)的直射波（LOS）到達(dá)，其強(qiáng)度明顯大于其他各種路徑分量，此時(shí)接收信號(hào)包絡(luò)服從Ricean分布。,多徑傳播之基本概念（1/3),多徑傳播的概念：無(wú)線信道中反射物的存在，導(dǎo)致信號(hào)經(jīng)過(guò)反射由多條路徑到達(dá)接收機(jī)，各條路徑傳播距離的差異導(dǎo)致信號(hào)幅度、相位及時(shí)間的變化； 多徑傳播可以使信號(hào)基帶部分到達(dá)接收機(jī)所用的時(shí)間延長(zhǎng)，由于碼間干擾引起信號(hào)衰落和信號(hào)失真。,多徑傳播之相干帶寬（2/3

7、),相干帶寬是對(duì)移動(dòng)信道傳輸具有一定帶寬信號(hào)能力的統(tǒng)計(jì)度量，是一定范圍內(nèi)頻率的統(tǒng)計(jì)測(cè)量值，表征的是信號(hào)中兩個(gè)頻率分量基本相關(guān)的頻率間隔； 相干帶寬的意義是，在相干帶寬內(nèi)，信號(hào)可以順利傳輸，沒(méi)有大的失真；若信號(hào)帶寬超過(guò)相干帶寬，信號(hào)將發(fā)生大的失真。,多徑傳播之衰落效應(yīng)（3/3),多徑特性引起的時(shí)間色散，導(dǎo)致發(fā)射的信號(hào)產(chǎn)生平坦衰落或頻率選擇性衰落； 接收信號(hào)就會(huì)經(jīng)歷平坦衰落過(guò)程的條件如下： 移動(dòng)無(wú)線信道帶寬大于發(fā)送信號(hào)的帶寬 ； 移動(dòng)無(wú)線信道在帶寬范圍內(nèi)有恒定增益及線性相位； 接收信號(hào)就會(huì)經(jīng)歷頻率選擇性衰落過(guò)程的條件為：信道具有恒定增益和線性相位的帶寬范圍小于發(fā)射信號(hào)帶寬。,平坦衰落信道特征,頻率

8、選擇性衰落信道特征,多普勒頻移之基本概念（1/3),多普勒頻移的概念：由于移動(dòng)臺(tái)與基站的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)多徑波都經(jīng)歷了明顯的頻移過(guò)程。移動(dòng)引起的接收機(jī)信號(hào)頻移； 多普勒頻移。它與移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方向以及接收機(jī)多徑波的入射角有關(guān)。,多普勒頻移之相干時(shí)間（2/3),相干時(shí)間Tc用于在時(shí)域描述信道頻率色散的時(shí)變特性，是多普勒擴(kuò)展在時(shí)域的表示； 相干時(shí)間是信道沖激響應(yīng)維持不變的時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)平均值； 相干時(shí)間與多普勒頻移成反比，即：,多普勒頻移之衰落效應(yīng)（3/3),根據(jù)發(fā)射信號(hào)與信道變化快慢程度的比較，信道可以分為快衰落信道和慢衰落信道； 信號(hào)經(jīng)歷快衰落的條件是：信號(hào)帶寬的倒數(shù)大于相干時(shí)間（信號(hào)帶寬小于多普勒擴(kuò)展）； 信號(hào)經(jīng)歷慢衰落的條件是：信號(hào)帶寬的倒數(shù)小于相干時(shí)間（信號(hào)帶寬大于多普勒擴(kuò)展）。,目錄,概述 自由空間傳播