移動通信理論與實戰(zhàn)第2章-無線電波傳播與天饋系統(tǒng)課件

1、第2章 無線電波傳播與天饋系統(tǒng)第2章 無線電波傳播與天饋系統(tǒng)課程內(nèi)容無線電波的傳播特性無線信道的損耗與效應(yīng)信道傳播模型天饋系統(tǒng)課程內(nèi)容無線電波的傳播特性移動無線信道為什么研究無線信道的電波傳播特性？無線信道與有線信道的根本區(qū)別決定了無線通信可能采用的無線傳輸技術(shù)關(guān)系到無線通信系統(tǒng)的通信能力和服務(wù)質(zhì)量需要研究無線信道的哪些特性呢？在某個特定的頻段和特定的環(huán)境下，電波傳播和信號衰落的特點是什么？無線信號在空間中傳播的過程中，功率上的路徑損耗是多大？最終接收到的信號幅度、相位、多徑分量的到達時間和功率分布是如何變化的？移動無線信道為什么研究無線信道的電波傳播特性？移動無線信道如何研究無線通信信道？理

2、論分析：用數(shù)學模型描述；現(xiàn)場電波實測：實驗測量、驗證、校正；無線信道的研究成果會有哪些呢？預測傳播模型 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計；信道仿真?zhèn)鬏敿夹g(shù)及網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化的研究和開發(fā)移動無線信道如何研究無線通信信道？無線電波的傳播方式由于高大建筑物或遠處高山等阻擋物的存在，電磁波傳播路徑可分為直射傳播和非直射傳播 直射波f L，則Gt、Gr可以補償這些損耗；無線電波的傳播方式由于高大建筑物或遠處高山等阻擋物的存在，電移動無線信道多徑反射波：指從不同建筑物或其他物體反射后到達接收點的傳播信號，其信號強度次之。透射波（折射波）：當電磁波到達兩種不同介質(zhì)界面時，部分能量透射到第二種介質(zhì)中（即透射波或折射波）。繞射波

3、：從較大的山丘或建筑物繞射后到達接收點的傳播信號，其強度與反射波相當。散射波：由空氣中離子受激后二次發(fā)射所引起的慢反射后到達接收點的傳播信號，其信號強度最弱。無線信道中的電磁波就是上述信號的疊加。一般來說，直射信號最強，反射、透射信號次之，繞射信號再次之，散射信號最弱。移動無線信道多徑反射波：指從不同建筑物或其他物體反射后到達接課程內(nèi)容無線電波的傳播特性無線信道的損耗與效應(yīng)信道傳播模型天饋系統(tǒng)課程內(nèi)容無線電波的傳播特性多徑效應(yīng)接收端接收到的信號是來自直射、反射、折射、繞射、散射等多條不同路徑傳播過來的信號的矢量之和。一般來說，直射信號最強，反射、透射信號次之，繞射信號再次之，散射信號最弱。多徑

4、效應(yīng)接收端接收到的信號是來自直射、反射、折射、繞射、散射多徑效應(yīng)兩徑傳播的疊加（加強和減弱）解決方案：時域均衡、OFDM、Rake接收 由于多徑現(xiàn)象引起的干擾稱為多徑干擾或多徑效應(yīng)，產(chǎn)生的衰落稱為多徑衰落。多徑效應(yīng)兩徑傳播的疊加（加強和減弱）解決方案： 由于多陰影效應(yīng)由移動無線通信信道傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及其它障礙物對電波路徑的阻擋而形成的接收區(qū)域的半盲區(qū)/盲區(qū)補盲室內(nèi)分布系統(tǒng)陰影效應(yīng)由移動無線通信信道傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及其它遠近效應(yīng)用戶設(shè)備和基站間距離不同，則信號就具有不同的衰耗。若用戶以同一功率發(fā)射，則距離基站遠的用戶設(shè)備信號很容易“淹沒”在其它用戶設(shè)備信號中；遠近效應(yīng)極

5、易導致邊緣小區(qū)的掉話！克服遠近效應(yīng)功率控制！遠近效應(yīng)用戶設(shè)備和基站間距離不同，則信號就具有不同的衰耗。克多普勒效應(yīng)由于移動臺的高速移動而產(chǎn)生的傳播信號頻率的擴散，稱為多普勒效應(yīng)多普勒頻移：若載波頻率為2100MHz，移動終端以30km/h的速度運動時，其最大多普勒頻移是多少？在多徑信道中，一個單頻信號f擴展為ffd，導致頻譜擴展，影響接收機的誤碼性能；解決：信道估計&補償；多普勒效應(yīng)由于移動臺的高速移動而產(chǎn)生的傳播信號頻率的擴散，稱三種損耗路徑傳播損耗（衰耗）電磁波在宏觀大范圍（即公里級）空間傳播所產(chǎn)生的損耗，它反映了傳播在空間距離的接收信號電平的變化趨勢。大尺度衰落損耗由于在電波傳播路徑上受

6、到建筑物及山丘等阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)而產(chǎn)生的損耗。它反映了中等范圍內(nèi)數(shù)百波長量級接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗。一般遵從對數(shù)正態(tài)分布。小尺度衰落損耗主要是由于多徑傳播而產(chǎn)生的衰落。它反映微觀小范圍內(nèi)數(shù)十波長量級接收電平的均值變化而產(chǎn)生的損耗。一般遵從瑞利或萊斯分布，其變化率比慢衰耗快所以稱為小尺度衰落。三種損耗路徑傳播損耗（衰耗）小尺度衰落&大尺度衰落場強變化的平均值隨距離增加而衰減場強特性曲線的中值呈慢速變化-慢衰落場強特性曲線的瞬時值呈快速變化-快衰落小尺度衰落&大尺度衰落場強變化的平均值隨距離增加而衰減課程內(nèi)容無線電波的傳播特性無線信道的損耗與效應(yīng)信道傳播模型天饋系統(tǒng)課程內(nèi)容無線電波的傳

7、播特性路徑損耗的經(jīng)驗?zāi)Ｐ蜔o線信道存在著隨機性，工程實踐中大量使用統(tǒng)計模型，統(tǒng)計模型一般只需知道地理環(huán)境的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和信息，由大量實驗測試數(shù)據(jù)擬合出經(jīng)驗公式或半經(jīng)驗半理論公式，也可以是經(jīng)驗曲線。根據(jù)統(tǒng)計模型預測的結(jié)果在實際應(yīng)用中必須進行修正。室外：Okumura模型Hata模型COST231模型(COST 231-Walfisch/Ikegami模型)ITU傳播模型室內(nèi)：ITU-R室內(nèi)傳輸模型Keenan-Motley模型路徑損耗的經(jīng)驗?zāi)Ｐ蜔o線信道存在著隨機性，工程實踐中大量使用統(tǒng)路徑損耗的經(jīng)驗?zāi)Ｐ吐窂綋p耗的經(jīng)驗?zāi)Ｐ驼n程內(nèi)容無線電波的傳播特性無線信道的損耗與效應(yīng)信道傳播模型天饋系統(tǒng)課程內(nèi)容無線電波

8、的傳播特性復習：什么是天線？用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。復習：什么是天線？用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。天線組成通信系統(tǒng)天線一般由振子、饋電網(wǎng)絡(luò)、外罩這三部分組成。振子向空間發(fā)射電磁波；饋電網(wǎng)絡(luò)連接收發(fā)信機與天線振子，實現(xiàn)能量的分配；外罩用來保護天線內(nèi)部器件，兼有一定的美化作用；天線組成通信系統(tǒng)天線一般由振子、饋電網(wǎng)絡(luò)、外罩這三部分組成。天線參數(shù)解析天線參數(shù)解析在板狀定向天線的參數(shù)里有垂直波束寬度：7度 水平波束寬度：90度 定義為:在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強度降低 3 dB（功率密度降低一半）的兩點間的夾角定義為波瓣寬度（又稱波束寬度或主瓣寬度或半功率角）。波瓣寬度越窄

9、，方向性越好，作用距離越遠，抗干擾能力越強。903dB 水平波束寬度 Peak - 3dB7Peak - 3dB3dB 垂直波束寬度 天線參數(shù)方向圖&波瓣寬度天線參數(shù)解析在板狀定向天線的參數(shù)里有903dB 水平波束寬度 Peak天線參數(shù)方向圖&前后比天線參數(shù)解析前后抑制比天線方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比。選用前后比低的天線，天線的后瓣有可能產(chǎn)生越區(qū)覆蓋，導致切換關(guān)系混亂，產(chǎn)生掉話。移動通信系統(tǒng)對天線的前后比有一定要求，其典型值為1830dB，特殊情況下則要求達到3540dB。天線參數(shù)方向圖&前后比天線參數(shù)解析前后抑制比選用前后比低天線增益的定義：天線增益是指天線將發(fā)射功率往某一指定方向

10、集中輻射的能力一般把天線的最大輻射方向上的場強E與理想多向同性天線（理想點源）均勻輻射場強E相比，以功率密度增強的倍數(shù)定義為增益。增益越高，天線波束的范圍就越小。增益單位：dBi室內(nèi)微蜂窩：08dBi室外基站：全向天線9dBi，定向天線18dBi切記：天線本身不增加所輻射信號的能量，它只是通過天線振子的組合并改變其饋電方式把能量集中到某一個方向。天線基礎(chǔ)知識天線增益天線性能指標天線增益的定義：天線增益是指天線將發(fā)射功率往某一指定方向集中關(guān)于dB天線功率增益單位dBi&dBddBi參考基準是全向天線；dBd參考基準是偶極子dBi=2.15+dBd功率比值dB&dBm&dBWdB：功率相對比值：1

11、0log(甲功率/乙功率)dBm：功率絕對比值：10log(甲功率/1mW)dBW：功率絕對比值：10log(甲功率/1W)關(guān)于dB天線功率增益單位dBi&dBd天線基礎(chǔ)知識傾角天線的傾角是指電波的傾角，是無線系統(tǒng)中用于將天線方向圖的主瓣調(diào)低于水平面的一種手段，常用于增強主服務(wù)區(qū)信號電平，減小對其它小區(qū)干擾的手段。天線參數(shù)解析機械下傾；電調(diào)下傾；天線基礎(chǔ)知識傾角天線的傾角是指電波的傾角，是無線系統(tǒng)中用天線基礎(chǔ)知識傾角類型不下傾電下傾機械下傾無下傾機械下傾固定電子下傾可調(diào)電子下傾遙控可調(diào)電子下傾機械電調(diào)可組合使用傾角類型天線參數(shù)解析覆蓋正前方出現(xiàn)明顯凹坑，引起天線正前方覆蓋不足且對兩邊基站的干擾

12、加劇無下傾各單元相位一樣電下傾各單元 有線性相位差可調(diào)移相器天線基礎(chǔ)知識傾角類型不下傾電下傾機械下傾無下傾傾角類型天天線基礎(chǔ)知識傾角調(diào)整機械調(diào)整天線指的是通過調(diào)整夾具的方法實現(xiàn)下傾角度的調(diào)整；電調(diào)天線調(diào)整指的是通過拉桿的調(diào)節(jié)控制天線內(nèi)置的調(diào)節(jié)裝置調(diào)整天線下傾角度；機械調(diào)整電調(diào)天線參數(shù)解析天線基礎(chǔ)知識傾角調(diào)整機械調(diào)整天線指的是通過調(diào)整夾具的方法天線基礎(chǔ)知識輸入阻抗&天饋匹配天線參數(shù)解析輸入阻抗輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。與天線的結(jié)構(gòu)與工作波長有關(guān)。通常移動通信天線的輸入阻抗為50，可以方便的和50的同軸電纜進行匹配。天饋匹配 朝前：10W反射：0.5W50809.5W回波損耗；

13、駐波比；天線基礎(chǔ)知識輸入阻抗&天饋匹配天線參數(shù)解析輸入阻抗 朝前天線基礎(chǔ)知識工作頻段天線的工作頻段有兩種不同的定義：在駐波比VSWR1.5的條件下，天線的工作頻帶寬度；天線增益下降3dB范圍內(nèi)的頻帶寬度；工作在中心頻率時，天線所能傳輸?shù)墓β首畲螅x中心頻率時，它所輸送的功率將減小。即在工作頻帶寬度內(nèi)的各個頻點上，天線的性能是有所差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。天線基礎(chǔ)知識工作頻段天線的工作頻段有兩種不同的定義：工作天線基礎(chǔ)知識極化方式天線輻射時電磁波的電場矢量所指向的方向。當電場強度方向垂直于地面時，此電波為垂直極化波；當電場強度方向平行于地面時，此電波為水平極化波；垂直極化

14、波水平極化波 發(fā)射方和接收方的極化方式必須一致，即垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，才會有好的接收效果。 如果極化方式不一致，則會有1020dB的損失，稱為極化損失。當接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，天線就完全收不到來波的能量，此時極化損失最大，稱為極化完全隔離。 天線基礎(chǔ)知識極化方式天線輻射時電磁波的電場矢量所指向的方工程天線雙極化天線雙極化天線是由極化彼此正交的兩根天線封裝在同一天線罩中組成的，采用雙線極化天線，可以大大減少天線數(shù)目，簡化天線工程安裝，降低成本，減少了天線占地空間。在雙極化天線中，通常使用+45和-45正交雙線極化。V/H (垂直/水平)傾斜 (+/- 45)郊區(qū)、農(nóng)村使用城區(qū)，高樓遮檔多工程天線雙極化天線雙極化天線是由極化彼此正交的兩根天線封單極化天線多采用垂直線極化雙極化天線多采用45雙線極化雙極化天線單極化天線單極化天線天線參數(shù)解析工程天線雙極化天線單極化天線多采用垂直線極化雙極化天線單極化天線單極化天線天線工程天線定向/全向天線定向天線水平方向圖上表現(xiàn)為一定角度范