無(wú)線通信課件chapter2

1、無(wú)線通信基礎(chǔ) 無(wú)線通信基礎(chǔ)無(wú)線通信基礎(chǔ) 學(xué)科組學(xué)科組 內(nèi)容 第第1章章 無(wú)線通信概論無(wú)線通信概論 （1，2） 第第2章章 無(wú)線信道傳播機(jī)制無(wú)線信道傳播機(jī)制 （3，4） 第第3章章 無(wú)線信道的統(tǒng)計(jì)描述無(wú)線信道的統(tǒng)計(jì)描述（5） 第第4章章 寬帶和方向性信道的特性寬帶和方向性信道的特性 （6） 第第5章章 信道模型信道模型（7） 第第6章章 數(shù)字調(diào)制解調(diào)數(shù)字調(diào)制解調(diào)（10，11，12） 第第7章章 信道編碼信道編碼 （14） 第第8章章 分集分集（13） 第第9章章 均衡均衡 （16） 第第10章章 擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)擴(kuò)展頻譜系統(tǒng) （18） 第第11章章 正交頻分復(fù)用正交頻分復(fù)用 （19） 第第12章章

2、多天線系統(tǒng)多天線系統(tǒng)（20） 注：括號(hào)中為原書章 第第2章章 無(wú)線信道傳播機(jī)制無(wú)線信道傳播機(jī)制 p直射 p反射與透射 p繞射 p粗糙表面的散射 p系統(tǒng)的噪聲和干擾 p系統(tǒng)的鏈路預(yù)算 無(wú)線通信的空間 電磁波的傳輸方式 p主要有五種傳輸方式: n直射 n反射 n透射 n繞射 n散射 地面 直射 p定義 n電磁波的直射傳播(direct wave propagation)，是 指無(wú)線通信接收機(jī)天線能直接看到無(wú)線通信發(fā)射機(jī)的 天線(LOS：Light Of Sight)，無(wú)線通信發(fā)射機(jī)發(fā)射的 電磁波直接傳播到無(wú)線通信接收機(jī)。 p應(yīng)用 n衛(wèi)星通信 n微波通信 n移動(dòng)通信 直射 p發(fā)射功率、接收功率 p發(fā)

3、射天線、接收天線 p自由空間損耗 功率 p發(fā)射功率 為發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào),單位為瓦(Watts，簡(jiǎn)稱為W)。 p接收功率 為接收機(jī)接收信號(hào),單位為瓦(Watts，簡(jiǎn)稱為W)。 p工程常用dBm來(lái)表示功率的大小 /2 2 /2 1 lim( ) T R T T Prt dt T ( )r t ( ) 1000 ()10log() 1 130 R R Pw P dBm mw wdBm /2 2 /2 1 lim( ) T TX T T Ptt dt T ( )t t 2? 3? 5? wdBm wdBm wdBm p方向性圖 p波瓣寬度 p天線增益 p全向有效輻射功率 ( , )E 天線方向性的主要參

4、數(shù) max ( , ) ( , ) E f E p方向性圖 方向性因子 p波瓣寬度(波束寬度) n在主瓣最大輻射方向上，天線 輻射信號(hào)功率密度降低一半 (3dB)的任兩點(diǎn)的夾角中，最 大的夾角定義為波瓣寬度(HP: Half Power eamwidth)。 p波瓣寬度越窄，表明方向圖 越尖銳，輻射的能量越集中， 作用距離越遠(yuǎn)，能力越強(qiáng)。 天線方向性的主要參數(shù) 仰角 方向角 p天線增益 n發(fā)射天線：在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想全向輻射 天線在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。 n接收天線：理想全向輻射天線發(fā)射的無(wú)線信號(hào)，在空間同一點(diǎn)處， 實(shí)際天線與理想全向輻射天線所接收到的信號(hào)

5、功率之比。 n一般來(lái)說(shuō)，同一付天線，作為發(fā)射天線或接收天線時(shí)，其天線增 益是相同的。 天線方向性的主要參數(shù) 天線方向性的主要參數(shù) p全方向性天線(isotropic antenna) p 偶極子天線(dipole antenna) 垂直方向圖水平方向圖 天線方向性的主要參數(shù) p增益定義 n以全向天線為參考 p單位dBi n以偶極子天線為參考 p單位dBb p計(jì)算 輸入功率相同 比全向天線增加功率 n 拋物線天線 n 偶極子天線： 2 4 iso A 全向天線接收面積 天線有效接收面積 0.55 eff AA A 展開(kāi)的物理面積 其中： 2 1.64 4 eff A n 偶極子天線有2.15dB

6、i增益 eff iso A G A p全向有效輻射功率(EIRP: Effective Isotropic Radiated Power) 無(wú)線通信接收機(jī)收到的信號(hào)，不僅與發(fā)射機(jī)天線的輸入功率有關(guān)， 而且與發(fā)射機(jī)天線增益有關(guān)。 為發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率， 為發(fā)射天線的天線增益。 TXTX EIRPP G TX P TX G 天線方向性的主要參數(shù) 自由空間損耗 2 2 2 2 ( ) 4 4 ( ) 4 4 TX RXRXTX RXRX RXTXTXRX free P PdA G d GA PdP G G d d L 自由空間損耗因子 Stutzman and thiele1997 p福利斯(Frii

7、s)定律 2 2 4 ()10 lg 4 ()10 lg32.420 lg20 lg () x=randint(1,N);%Source s=x*2-1; L=length(s); n=sigma*randn(1,L); %產(chǎn)生正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)乘以標(biāo)準(zhǔn)差 r=s+n 0 2 0 /10 /()() 1 /2 1 2 10 b b SNR ENdBSNR dB E N 第第2章章 無(wú)線信道傳播機(jī)制無(wú)線信道傳播機(jī)制 p直射 p反射與透射 p繞射 p粗糙表面的散射 p系統(tǒng)的噪聲和干擾 p系統(tǒng)的鏈路預(yù)算 系統(tǒng)的鏈路預(yù)算 p衰落余量 n無(wú)線系統(tǒng)所面對(duì)的是空間和時(shí)間均在變化的傳輸信道 n即使距離不變，接收

8、功率也可能隨著時(shí)間或移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)(移動(dòng)中 d不變)而發(fā)生變化，計(jì)算得到的接收功率只是平均值 n如果用它作鏈路預(yù)算則只有約50%的時(shí)間和位置上的傳輸質(zhì)量可 以超過(guò)這一門限 n必須追加一個(gè)衰落余量，以確保在所有接收情況中至少比如90% 的情況超過(guò)最小接收功率。 n衰落余量的數(shù)值依賴于衰落的幅度統(tǒng)計(jì)量。 p中斷概率 正確接收 系統(tǒng)的鏈路預(yù)算 p衰落余量 n 采取措施容忍更多路徑損耗 接收到的功率 接收機(jī)靈敏度 實(shí)際 PL0 允許 實(shí)際 衰落余量0 接收到的功率=接收機(jī)靈敏度 （或接收機(jī)最小接收功率Pmin） 保證接收到的功率 =接收機(jī)靈敏度+衰落余量 衰落余量=0 損耗 接收到的功率 接收機(jī)靈敏度

9、系統(tǒng)的鏈路預(yù)算 p有效各向同性輻射 功率(EIRP) p鏈路斷點(diǎn)模型 系統(tǒng)的鏈路預(yù)算 p例3.1: GSM系統(tǒng)下行鏈路，載波頻率950MHz，接收靈敏度-102dBm， 發(fā)射機(jī)輸出功率30W,發(fā)射天線增益為10dB，連接器/合并器等損耗5dB， 衰落余量為12dB，斷點(diǎn)在距離100m處，那么覆蓋的距離是多少？ TX: 發(fā)送功率: 30W 45dBm 發(fā)送天線增益: 10 10dB 連接器/合路器損耗: -5dB 有效各向同性輻射功率: 50dBm 斷點(diǎn)100米處路徑損耗 72dB 斷點(diǎn)100米處接收功率 -22dBm RX: 接收機(jī)靈敏度: -102dBm 衰落余量: 12 dB 最小接收功率

10、 -90dBm 斷點(diǎn)以外的路徑損耗 68dB 2 ( /4) d 68/(10 ) cov ( )()() 902210lg() 3.5100 108.8 n RXRXbreak break n break n d PdPd d d dBmdBm d ndmkm 系統(tǒng)的鏈路預(yù)算 p例3.2:載波頻率為950MHz,帶寬為25kHz,僅受熱噪聲的影響(Te=300k).發(fā) 射機(jī)和接收機(jī)的天線增益分別是8dB和-2dB,發(fā)射機(jī)線纜和合并器的損耗為 2dB.接收機(jī)噪聲系數(shù)為7dB,信號(hào)的3dB帶寬為25kHz.所需的工作信噪比為 18dB,期望覆蓋范圍是2km.斷點(diǎn)在距離10m處,斷點(diǎn)以外,路徑損耗

11、指數(shù)為 3.8,衰落余量為10dB. 最小發(fā)射功率是多少? 噪聲功率譜密度: KT -174dBm/Hz 帶寬: 10lg(B) 44dBHz 接收端熱噪聲功率: -130dBm 接收機(jī)附加噪聲: 7dB 所需信噪比: 18dB 所需接收功率: -105dB 從10m到2km距離上的路徑損耗: (2003.8) 87dB 發(fā)射機(jī)到10m斷點(diǎn)處的路徑損耗: 52dB 移動(dòng)臺(tái)天線增益: -(-2dB) 衰落余量: 10dB 所需EIRP: 46dB 發(fā)射天線增益: -8dB 發(fā)端線纜/合路器損耗: 2dB 所需發(fā)射功率: 40dBm 2 ( /4) d 系統(tǒng)的鏈路預(yù)算 系統(tǒng)的鏈路預(yù)算 p干擾受限 系統(tǒng)的鏈路預(yù)算 p例（問(wèn)題3.5）： n假定某傳播環(huán)境具有n=4的 傳播指數(shù)，中值和10%十 分位之間，以及中值和 90%十分位之間的衰落余 量各為10dB.設(shè)系統(tǒng)正常工 作的信干比是為8dB.要使 位于小區(qū)邊界的移動(dòng)臺(tái)在 90%的時(shí)間里都獲得足夠 的信干比，提供服務(wù)的BS 和干擾BS必須相聚多遠(yuǎn)？ 請(qǐng)按最不利的情況做出估計(jì)。 p解： n有用信號(hào)和干擾的容限和是 20dB,考慮