第二之二電波傳播特性

1、1移動(dòng)通信第二課移動(dòng)信道的電波傳播特性移動(dòng)信道的電波傳播特性 2主 要 內(nèi) 容研究移動(dòng)通信信道的意義和方法研究移動(dòng)通信信道的意義和方法無線電波傳播特性分析無線電波傳播特性分析移動(dòng)信道的特征移動(dòng)信道的特征移動(dòng)信道的傳播模型移動(dòng)信道的傳播模型噪噪 聲聲 與與 干干 擾擾3目的目的方法方法確定傳播環(huán)境的主要因素確定傳播環(huán)境的主要因素本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容45 傳播損耗采用實(shí)驗(yàn)圖表計(jì)算法：傳播損耗采用實(shí)驗(yàn)圖表計(jì)算法：67 89室外傳播模型室外傳播模型Hata模型模型CCIR模型模型LEE模型模型COST 231 Walfisch-Ikegami 模型模型 10Okumura-Hata 模型模型11中 工作頻

2、率（MHz） 基站天線有效高度（ m ），定義為基站天線實(shí)際海拔高度與基 站沿傳播方向?qū)嶋H距離內(nèi)的平均地面海波高度之差。 移動(dòng)臺(tái)天線有效高度（m），定義為移動(dòng)臺(tái)天線高出地表的高度。 d 基站天線和移動(dòng)臺(tái)天線之間的水平距離 （km） 有效天線修正因子，是覆蓋區(qū)大小的函數(shù) 小區(qū)類型校正因子 地形校正因子，反映一些重要的地形環(huán)境因素對路徑損耗的影響 MHz300f97. 4h75.11log2 . 3MHz300f1 . 1h54. 1log29. 88 . 0flog56. 1h7 . 0flog11. 1hc2rec2recrecre大大城城市市、郊郊區(qū)區(qū)、鄉(xiāng)鄉(xiāng)村村中中小小城城市市 鄉(xiāng)村鄉(xiāng)村郊區(qū)

3、郊區(qū)城市城市98.40flog33.18flog78. 44 . 528flog20Cc2c2ccellcftehreh reh cellCterrainCOkumura-Hata 模型路徑損耗計(jì)算公式模型路徑損耗計(jì)算公式 terraincellteretecpCCdloghlog55. 69 .44hhlog82.13flog16.2655.69dBL 12COST-231 Hata模型模型 Mterraincellteretec50CCCdloghlog55. 69 .44hhlog82.13flog9 .333 .46dBL 市市中中心心大大城城中中等等城城市市和和郊郊區(qū)區(qū)dB3dB0C

4、MMC13兩種兩種Hata模型的主要區(qū)別模型的主要區(qū)別 COST-231Hata模型頻率衰減因子為33.9 Okumura-Hata模型的頻率衰減因子為26.16COST-231Hata模型還模型還增加增加了一個(gè)大城市中心衰減，大城市了一個(gè)大城市中心衰減，大城市中心地區(qū)路徑損耗增加中心地區(qū)路徑損耗增加3dB。14COST-231 Walfisch-Ikegami模型模型歐洲研究委員會(huì)歐洲研究委員會(huì)COST-231在在Walfisch和和Ikegami分別提出的分別提出的模型的礎(chǔ)基上，對實(shí)測數(shù)據(jù)加以完善而提出模型的礎(chǔ)基上，對實(shí)測數(shù)據(jù)加以完善而提出Walfisch-Ikegami 模型。模型。 這

5、種模型考慮到了自由空間損耗、沿傳播路徑的繞射損耗以及移動(dòng)臺(tái)與周圍建筑屋頂之間的損耗。15COST 231 Walfisch-Ikegami 模型模型應(yīng)用應(yīng)用用于建筑物高度近似一致的郊區(qū)和城區(qū)環(huán)境常用于移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM/PCS/DECT/DCS）設(shè)計(jì)可以計(jì)算基站發(fā)射天線高于、等于或低于周圍建筑物等不同情況的路徑損耗兩種情況兩種情況中 L0 自由空間損耗 L1 由沿屋頂下沿最近的衍射引起的衰落損耗 L2 沿屋頂?shù)亩嘀匮苌洌ǔ俗罱难苌洌ゝdLlog20log266 .42210LLLL 111log20log10log109 .16LhhfwLmR blogflogkdlogkkLLfda9

6、212 16COST 231 Walfisch-Ikegami 模型參數(shù)意義模型參數(shù)意義hB 發(fā)射天線高度， b相鄰行建筑物中心距離 9055551114.04553535075.05 .23503571.01011 LblogflogkdlogkkLLfda9212 111201010916Lhhlogflogwlog.LmR RBRBRBhh,hh,hhlogL011821 kmdhhhhdkmdhhhhhhkRBRBRBRBRBa5 . 0,4 . 0545 . 0,8 . 054,54并且并且并且并且 RBRRBRBdhhhhhhhk,1518,18 大大城城市市中中等等城城市市和和郊

7、郊區(qū)區(qū),19255 . 1,19257 . 04ffkf 17室外傳播模型的使用室外傳播模型的使用18 城區(qū)城區(qū)/郊區(qū)郊區(qū)/鄉(xiāng)鄉(xiāng)村村1501500分分LOS和和NLOS0.025km分分LOS和和NLOS19 基站和移動(dòng)臺(tái)之間水平距離基站和移動(dòng)臺(tái)之間水平距離d（km） fAfAffAAtAlosDdDdDDddhdLlog4log20(4log20, 自自由由空空間間傳傳播播損損耗耗） 宏蜂窩模型宏蜂窩模型d5 d55 有實(shí)測數(shù)據(jù)并得到LEE模型參數(shù)和距離衰減因子d磚石和土木結(jié)構(gòu) 損耗隨穿透深度而增大 樓層越高，損耗越小 頻率低的損耗大，頻率高的損耗相對小29很多研究表明，室內(nèi)路徑損耗遵從對數(shù)

8、距離路徑損耗模型，公式： PL(d)表示收發(fā)設(shè)備間距離為d時(shí)的路徑損耗； PL(d0)表示近距離d0（一般取為1m）時(shí)的參考路徑損耗； n為路徑損耗指數(shù)，表示路徑損耗隨距離增長的速率，依賴于周圍環(huán)境和建筑物類型； X是標(biāo)準(zhǔn)偏差為的正態(tài)隨機(jī)變量， 一般取值3.0-14.1dB。30 圖圖 多重?cái)帱c(diǎn)室內(nèi)路徑損耗模型多重?cái)帱c(diǎn)室內(nèi)路徑損耗模型 31應(yīng)用應(yīng)用：適用于建筑物內(nèi)的傳播預(yù)測。包含了建筑物類型影響以適用于建筑物內(nèi)的傳播預(yù)測。包含了建筑物類型影響以及阻擋物引起的變化，靈活性強(qiáng)。及阻擋物引起的變化，靈活性強(qiáng)。衰減因子模型衰減因子模型1. 同層建筑物同層建筑物 其中 表示同層測試的指數(shù)值 2. 多層建

9、筑物多層建筑物其中 表示基于測試的多樓層路徑損耗指數(shù)室內(nèi)路徑損耗等于自由空間損耗加上附加損耗因子，并隨著距離成指數(shù)增長 修改后為 其中 為信道衰減常數(shù)，單位為dB/m 0 100( )()10logdBdBSFdBdPL dPL dFAFdSF0 100( )()10logdBdBMFdPL dPL ddMF0100( )()20 logdBdBdBdPL dPL ddFAFd32目的目的：使傳播模型適應(yīng)新的無線傳播環(huán)境：使傳播模型適應(yīng)新的無線傳播環(huán)境步驟步驟1. 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行車載路測，并記錄收集本地的測試信號的場強(qiáng)數(shù)據(jù)。2. 路測數(shù)據(jù)后處理路測數(shù)據(jù)后處理對車載測試數(shù)據(jù)進(jìn)行后

10、處理，得到可用于傳播模型校正的本地路徑損耗數(shù)據(jù)。3. 模型校正模型校正根據(jù)后處理得到的路徑損耗數(shù)據(jù)，校正原有的傳播模型中各個(gè)數(shù)的系數(shù)，使模型的預(yù)測值和實(shí)測值的誤差最小。33 圖圖 傳播模型校正的步驟傳播模型校正的步驟 實(shí)測導(dǎo)頻實(shí)測導(dǎo)頻路徑損耗數(shù)據(jù)路徑損耗數(shù)據(jù)傳播模型校正傳播模型校正原始傳播模型：原始傳播模型：系數(shù)地物修正系數(shù)地物修正校正后傳播模型系數(shù)校正后傳播模型系數(shù)(變化變化)地物修正（變化）地物修正（變化）電子地圖電子地圖基基站站/扇區(qū)扇區(qū)/天線數(shù)據(jù)天線數(shù)據(jù)車載測試車載測試測試數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)GPS調(diào)整調(diào)整第一步：第一步：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)備第二步：第二步：數(shù)據(jù)后處理數(shù)據(jù)后處理第三步：第三步：傳播

11、模型校正傳播模型校正34噪噪 聲聲 與與 干干 擾擾35主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容p 噪聲噪聲p 鄰道干擾與同頻道干擾鄰道干擾與同頻道干擾p 互調(diào)干擾互調(diào)干擾p 碼間干擾碼間干擾 36噪聲噪聲p乘性噪聲乘性噪聲k(t) ：依賴于網(wǎng)絡(luò)的特性：依賴于網(wǎng)絡(luò)的特性p加性噪聲加性噪聲n(t) ：不依賴于網(wǎng)絡(luò)的特性，簡稱噪聲：不依賴于網(wǎng)絡(luò)的特性，簡稱噪聲37加性噪聲加性噪聲p加性噪聲與信號相互獨(dú)立，且始終存在。加性噪聲與信號相互獨(dú)立，且始終存在。p實(shí)際中只能采取措施減小加性噪聲的影響，而實(shí)際中只能采取措施減小加性噪聲的影響，而不能徹底消除加性噪聲。不能徹底消除加性噪聲。p 因此，加性噪聲不可避免地會(huì)對通信造成

12、危害。因此，加性噪聲不可避免地會(huì)對通信造成危害。38信道內(nèi)的噪聲（干擾）信道內(nèi)的噪聲（干擾）p按噪聲來源區(qū)分按噪聲來源區(qū)分 人為噪聲人為噪聲 自然噪聲自然噪聲 內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲p按噪聲性質(zhì)區(qū)分按噪聲性質(zhì)區(qū)分 脈沖干擾脈沖干擾 起伏噪聲起伏噪聲39美美ITT公司的分類公司的分類p大氣噪聲、太陽噪聲、銀河噪聲、郊區(qū)人為噪聲、大氣噪聲、太陽噪聲、銀河噪聲、郊區(qū)人為噪聲、市區(qū)人為噪聲、典型接收機(jī)的內(nèi)部噪聲市區(qū)人為噪聲、典型接收機(jī)的內(nèi)部噪聲40p定義定義:各種電氣裝置中電流和電壓發(fā)生急劇變化各種電氣裝置中電流和電壓發(fā)生急劇變化而形成的電磁輻射。而形成的電磁輻射。 移動(dòng)通信信道中的噪聲移動(dòng)通信信道中的噪聲

13、人為噪聲人為噪聲41人為噪聲人為噪聲42環(huán)境噪聲和多徑傳播環(huán)境噪聲和多徑傳播p多徑效應(yīng)對接收質(zhì)量的影響與火花干擾類似。多徑效應(yīng)對接收質(zhì)量的影響與火花干擾類似。 接收機(jī)性能惡化量接收機(jī)性能惡化量 最低保護(hù)電平：最低保護(hù)電平：min()vASddB V43發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的噪聲與寄生輻射發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的噪聲與寄生輻射1 發(fā)射機(jī)邊帶噪聲發(fā)射機(jī)邊帶噪聲發(fā)射機(jī)噪聲主要由振蕩器的噪聲、倍頻器次數(shù)及發(fā)射機(jī)噪聲主要由振蕩器的噪聲、倍頻器次數(shù)及調(diào)制器串入的雜音等所決定。調(diào)制器串入的雜音等所決定。 442 寄生輻射寄生輻射 減小的措施：減小的措施： 盡量減少倍頻次數(shù)盡量減少倍頻次數(shù) 各級倍頻器應(yīng)具有良好的濾波性能各級倍頻器

14、應(yīng)具有良好的濾波性能 各級倍頻器之間應(yīng)屏蔽隔離，防止電磁耦合與泄漏各級倍頻器之間應(yīng)屏蔽隔離，防止電磁耦合與泄漏 發(fā)射機(jī)的輸出回路應(yīng)具有良好的濾波性能，以抑制寄生分量發(fā)射機(jī)的輸出回路應(yīng)具有良好的濾波性能，以抑制寄生分量發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的噪聲與寄生輻射發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的噪聲與寄生輻射45通信中常見的幾種噪聲通信中常見的幾種噪聲1. 高斯噪聲高斯噪聲概率密度函數(shù)滿足正態(tài)分布。 在分析通信系統(tǒng)的抗噪聲性能時(shí)，常用誤差函數(shù)erf(x)表示分布函數(shù)F(x)。2. 白噪聲白噪聲功率譜密度在整個(gè)頻域內(nèi)都是均勻分布的噪聲，它是理想的寬帶過程。463. 高斯白噪聲高斯白噪聲噪聲的概率密度函數(shù)滿足正態(tài)分布的統(tǒng)計(jì)特性，同時(shí)它的功

15、率譜密度函數(shù)是常數(shù)。4. 窄帶高斯噪聲窄帶高斯噪聲指其頻帶寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其中心頻率的過程。5. 余弦信號加窄帶高斯噪聲余弦信號加窄帶高斯噪聲通信系 統(tǒng)中的接收信號是信號和噪聲的合成波。通信中常見的幾種噪聲通信中常見的幾種噪聲47p干擾干擾指無線電臺(tái)間的相互干擾指無線電臺(tái)間的相互干擾 鄰道干擾鄰道干擾 共共(同同)頻道干擾頻道干擾 互調(diào)干擾互調(diào)干擾 近端信號對遠(yuǎn)端信號干擾近端信號對遠(yuǎn)端信號干擾干擾干擾48鄰道干擾鄰道干擾p 載波與鄰道邊帶輻射功率比載波與鄰道邊帶輻射功率比鄰道干擾抑制比鄰道干擾抑制比 鄰道干擾抑制比（鄰道干擾抑制比（S1）：）： S1=Pm/Pd Pm:載波功率 Pd :邊帶輻射功

16、率49p鄰道干擾鄰道干擾1. 過調(diào)制造成鄰道干擾（邊帶輻射）過調(diào)制造成鄰道干擾（邊帶輻射）2. 接收機(jī)選擇性造成鄰道干擾接收機(jī)選擇性造成鄰道干擾p解決方案解決方案1. 降低發(fā)射機(jī)落入相鄰頻道的干擾功率，即減小發(fā)射機(jī)降低發(fā)射機(jī)落入相鄰頻道的干擾功率，即減小發(fā)射機(jī)帶外輻射；帶外輻射；2. 提高接收機(jī)的鄰頻道選擇性；提高接收機(jī)的鄰頻道選擇性；3. 在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，避免相鄰頻道在同一小區(qū)或相鄰小區(qū)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，避免相鄰頻道在同一小區(qū)或相鄰小區(qū)內(nèi)使用。內(nèi)使用。 鄰道干擾鄰道干擾50p同頻道干擾原因同頻道干擾原因1.頻率復(fù)用頻率復(fù)用 2.頻率相同但無用的信號產(chǎn)生干擾頻率相同但無用的信號產(chǎn)生干擾同頻道干擾同頻

17、道干擾與射頻防護(hù)比與射頻防護(hù)比p射頻防護(hù)比射頻防護(hù)比為減小同頻道干擾為減小同頻道干擾的影響，保證接收的影響，保證接收信號質(zhì)量，使接收信號質(zhì)量，使接收機(jī)輸入端的有用信機(jī)輸入端的有用信號電平與同頻道干號電平與同頻道干擾電平之比達(dá)到的擾電平之比達(dá)到的數(shù)值。數(shù)值。 511 再用再用/復(fù)用的定義復(fù)用的定義2 影響因素影響因素調(diào)制制度調(diào)制制度電波傳播特性電波傳播特性基站覆蓋范圍或小區(qū)半徑基站覆蓋范圍或小區(qū)半徑通信工作方式：同頻單工通信和異頻雙工方式通信工作方式：同頻單工通信和異頻雙工方式要求的可靠通信概率要求的可靠通信概率 3 再用距離再用距離同頻道干擾：同頻道干擾：同頻道再用距離同頻道再用距離52p互調(diào)

18、干擾的互調(diào)干擾的產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因非線性電路：發(fā)射機(jī)非線性電路：發(fā)射機(jī) 接收機(jī)接收機(jī) 1）發(fā)射機(jī)末級）發(fā)射機(jī)末級 2）接收機(jī)的高放級，混頻級）接收機(jī)的高放級，混頻級 3）金屬接觸不良的非線性）金屬接觸不良的非線性 互調(diào)干擾互調(diào)干擾53 2 非線性頻率組合非線性頻率組合 1）輸入為）輸入為2個(gè)信號個(gè)信號出現(xiàn)的頻率組合出現(xiàn)的頻率組合1/2 2）輸入為）輸入為3個(gè)信號個(gè)信號出現(xiàn)的頻率組合出現(xiàn)的頻率組合230123.ciaa ua ua ucoscosABuAtBt,ABABcoscoscosABCuAtBtCt,ABCABCBAC互調(diào)干擾互調(diào)干擾54 p每個(gè)數(shù)字系統(tǒng)均是有限的每個(gè)數(shù)字系統(tǒng)均是有限的有限帶寬有限帶寬p具有一定的頻率響應(yīng)失真（與帶寬有關(guān)）具有一定的頻率響應(yīng)失真（與帶寬有關(guān)）1 有限帶寬有限帶寬/頻率響應(yīng)失真的實(shí)際系統(tǒng)頻率響應(yīng)失真的實(shí)際系統(tǒng)出現(xiàn)脈沖展寬出現(xiàn)脈沖展寬/碼元重疊現(xiàn)象碼元重疊現(xiàn)象碼間干擾碼間干擾2 傳輸時(shí)延擴(kuò)展