第2章 移動通信系統(tǒng)A

現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（2A）孫友偉

張曉燕

暢志賢編著人民郵電出版社大綱要領(lǐng)2.1無線電波傳播理論與特征2.2抗衰落技術(shù)

2.3調(diào)制技術(shù)2.4語音編碼技術(shù)2.5多址技術(shù)2.6蜂窩覆蓋技術(shù) 2.7信道配置現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)22.1無線電波傳播理論與特征2.1.1無線電波的傳播特性和頻段劃分2.1.2自由空間無線電波傳播2.1.3移動無線信道特性2.1.4移動無線信道參數(shù)分析2.1.5電波傳播損耗預(yù)測模型現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)32.1.1無線電波的傳播特性和頻段劃分無線電波傳播特性1、定義通常指無線電波在各種介質(zhì)中傳播的一些典型方式2、地球無線電波的傳播介質(zhì)現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)42.1.1無線電波的傳播特性和頻段劃分自由空間傳播的無線電波的傳播方式現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)52.1.1無線電波的傳播特性和頻段劃分一、地表波1、定義沿地球表面附近的空間傳播的無線電波2、地表波特性障礙物影響：據(jù)無線電波的衍射特性，當波長大于或相當于障礙物的尺寸時，波才能明顯地繞到障礙物的后面。不同波長地表波：地面上的障礙物一般不太大，長波可以很好地繞過它們。中波和中短波也能較好地繞過，短波和微波由于波長過短，繞過障礙物相當困難?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)62.1.1無線電波的傳播特性和頻段劃分二、天波1、定義依靠電離層的反射來傳播的無線電波2、電離層電離層的形成地面上空50千米到幾百千米的范圍內(nèi)，大氣中一部分氣體分子由于受到太陽光的照射而丟失電子，即發(fā)生電離，產(chǎn)生帶正電的離子和自由電子?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)72、電離層電離層的形成電離層對于不同波長的電磁波表現(xiàn)出不同的特性波長短于10m的微波能穿過電離層，波長超過3000km的長波，幾乎會被電離層全部吸收。對于中波、中短波、短波，波長越短，電離層對它吸收得越少而反射得越多。電離層是不穩(wěn)定的，白天受陽光照射時電離程度高，夜晚電離程度低。因此夜間它對中波和中短波的吸收減弱，這時中波和中短波也能以天波的形式傳播?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)82.1.1無線電波的傳播特性和頻段劃分三、空間波（視波）1、定義沿直線傳播的電磁波：微波、超短波、可見光2、特點微波沿直線傳播，為了增大傳播距離，發(fā)射天線和接收天線都建得很高，但也只能達到幾十千米在進行遠距離通信時，要設(shè)立中繼站。由某地發(fā)射出去的微波，被中繼站接收，進行放大，再傳向下一站。直線傳播方式受大氣的干擾小，能量損耗少，所以收到的信號較強而且比較穩(wěn)定。電視、雷達采用的都是微波?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)9表2通信業(yè)無線電波劃分波段表現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)102.1.1無線電波的傳播特性和頻段劃分頻段號頻段名稱頻段范圍傳播方式傳播距離米制劃分可被利用的范圍4甚低頻（VLF）3~30kHz波導(dǎo)數(shù)千公里萬米波世界范圍長距離無線電導(dǎo)航5低頻（LF）30~300kHz地波天波數(shù)千公里千米波長距離無線電民航戰(zhàn)略通信6中頻（MF）300~3000kHz地波天波幾千公里百米波中等距離點到點廣播和水上移動7高頻（HF）3~30MHz地波天波幾千公里十米波長和短距離點到點全球廣播，移動通信8甚高頻（VHF）30~300MHz空間波對流層散射繞射幾百公里以內(nèi)米波短和中距離點到點移動通信，LAN聲音和視頻廣播個人通信9特高頻（UHF）300~3000MHz空間波對流層散射繞射祝距100公里以內(nèi)分米波短和中距離點到點移動通信，LAN聲音和視頻廣播個人通信衛(wèi)星通信10超高頻（SHF）3~30GHz視距30公里左右厘米波短和中距離點到點移動通信，LAN聲音和視頻廣播移動通信/個人通信衛(wèi)星通信11極高頻（EHF）30~3000GHz視距20公里毫米波短和中距離點到點移動通信，LAN個人通信衛(wèi)星通信各波段傳播的特點長波（LF、VLF）

傳播距離在300km以內(nèi)，主要依靠地表波。傳播距離在2000km，主要靠天波傳播。用長波通信時，在接收點的場強穩(wěn)定，但由于表面波衰減慢，對其他收信臺干擾大。長波受天電干擾的影響亦很嚴重。此外由于發(fā)射天線非常龐大，所以利用長波作為通信和廣播的不多，僅在越洋通信、導(dǎo)航、氣象預(yù)報等方面采用。中波（MF）

中波為地表波和天波，白天主要靠地表波傳播，傳播距離相對夜晚近。夜晚天波參加傳播，傳播距離較地波遠，它主要用于船舶導(dǎo)航通信和波長為100~1000米的中波廣播。短波（HF）

有地表波也有天波。但由于短波的頻率較中波高，地面吸收強烈，地表波衰減很快，實際通信距離只有幾十公里。短波的天波在電離層中可被大量反射回地面，常利用天波進行遠距離通信和廣播。但由于電離層不穩(wěn)定，通信質(zhì)量不佳。短波主要用于廣播及業(yè)余電臺現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)11各波段傳播的特點超短波（VHF、UHF）由于超短波頻率很高，而地波的衰減很大，電波穿入電離層很深乃至穿出電離層，使電波不能反射回來，所以不能利用地表波和天波的傳播方式，主要利用空間直接傳播，視距內(nèi)通信。超短波主要用于調(diào)頻廣播、電視，雷達、導(dǎo)航傳真、中繼、移動通信等。微波（SHF、EHF）主要利用空間直接傳播，視距內(nèi)點到點通信。主要用于LAN聲音和視頻廣播、移動通信、個人通信、衛(wèi)星通信等?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)122.1無線電波傳播理論與特征2.1.1無線電波的傳播特性和頻段劃分2.1.2自由空間無線電波傳播2.1.3移動無線信道特性2.1.4移動無線信道參數(shù)分析2.1.5電波傳播損耗預(yù)測模型現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)132.1.2自由空間無線電波傳播自由空間定義相對介電常數(shù)和相對導(dǎo)磁率都為1的均勻介質(zhì)所存在的空間，它是一個理想的無限大的空間，是為簡化問題研究而提出的一種科學抽象。自由空間無線電波傳播僅考慮由能量擴散引起的損耗，即接收機和發(fā)射機之間是無任何阻擋的視距路徑時，傳播損耗推導(dǎo)如下。現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)14圖2.1.3自由空間無線電波傳播示意2.1.2自由空間無線電波傳播前提在圖2.1.3中，設(shè)在原點O有一輻射源，均勻地向各方向輻射，輻射功率為Pt距輻射源d處的能流密度為(2-1-1)設(shè)接收天線有效面積為式中λ為工作波長，D為天線的方向性系數(shù)，對于各向同性的天線D=1，則接收機輸入功率為

(2-1-2)傳播損耗通常定義為發(fā)射功率與接收功率的比值現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)152.1.2自由空間無線電波傳播自由空間傳播損耗可表示為用對數(shù)形式表示，把波長換成頻率，得到自由空間的傳播衰減公式

(2-1-3)式中，d單位為km，f單位為MHz。考慮到發(fā)射天線的增益Gt和接收天線的增益Gr，則系統(tǒng)傳輸損耗應(yīng)為(2-1-4)現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)162.1無線電波傳播理論與特征2.1.1無線電波的傳播特性和頻段劃分2.1.2自由空間無線電波傳播2.1.3移動無線信道特性2.1.4移動無線信道參數(shù)分析2.1.5電波傳播損耗預(yù)測模型現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)172.1.3移動無線信道特性典型的移動通信環(huán)境中，電波傳播的主要特點1．傳播環(huán)境復(fù)雜移動通信系統(tǒng)工作在VHF和UHF兩個頻段(30~3000MHz)，電波以直射方式在低層大氣中傳播。由于介質(zhì)的不均勻性，會產(chǎn)生折射和吸收現(xiàn)象，而且在傳輸路徑上遇到各種障礙物還可能產(chǎn)生反射、繞射和散射等。現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)18圖2.1.4移動通信環(huán)境示意2.1.3移動無線信道特性典型的移動通信環(huán)境中，電波傳播的主要特點1．傳播環(huán)境復(fù)雜反射——當電磁波遇到比波長大得多的物體時，就會發(fā)生反射，反射發(fā)生于地球表面、建筑物和墻壁表面等光滑界面處。繞射——當接收機和發(fā)射機之間的傳播路徑被尖利的邊緣阻擋時，電磁波就會發(fā)生繞射。由于繞射，電磁波可越過障礙物到達接收天線。即使收發(fā)天線間不存在視線路徑，接收天線仍然可以接收到電磁信號?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)19散射——當波穿行的介質(zhì)中存在小于波長的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個數(shù)非常巨大時，就會發(fā)生散射。散射波產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體。在實際的通信系統(tǒng)中，樹葉、街道標志和燈柱等都會引發(fā)散射。建筑物和頻率——一臺位于建筑物外面的發(fā)射機發(fā)射的無線電波，在建筑物內(nèi)接收時，會遇到復(fù)雜得環(huán)境影響。測試報告顯示隨著頻率或建筑物高度以及群落的增加，信號的多徑衰落增加，即接收信號的干擾進一步加強。地形、地物、地球的曲率半徑——我國地域遼闊，地形復(fù)雜、多樣，其中五分之四為山區(qū)和半山區(qū)，即使在平原地區(qū)的大城市中，由于高樓林立也使電波傳播變得十分復(fù)雜，必須認真對待?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)202.1.3移動無線信道特性典型的移動通信環(huán)境中，電波傳播的主要特點2．信號衰落嚴重移動臺收到的信號是由多個反射波和直射波組成的多徑信號。多徑信號造成的結(jié)果是信號嚴重衰落，也就是說，移動通信必須克服衰落的影響。3．環(huán)境被電磁噪聲污染傳播環(huán)境本身是一個被電磁噪聲污染的環(huán)境，而且這種污染日益嚴重。電磁噪聲污染包括由汽車點火系統(tǒng)、工業(yè)電磁污染以及蓬勃發(fā)展的廣播、無線通信的干擾等因素造成。這些電波傳播特點都會在實際中增加移動通信無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的難度?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)212.1無線電波傳播理論與特征2.1.1無線電波的傳播特性和頻段劃分2.1.2自由空間無線電波傳播2.1.3移動無線信道特性2.1.4移動無線信道參數(shù)分析2.1.5電波傳播損耗預(yù)測模型現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)222.1.4移動無線信道參數(shù)分析信號衰落的產(chǎn)生在任何一點接收到的信號是由大量的直射、反射、折射、散射等電波疊加構(gòu)成，這些電波雖然都是從一個天線輻射出來的，但由于到達接收天線的路徑不同，故其相位是隨機的，從而導(dǎo)致合成信號的幅度急劇變化，即產(chǎn)生了衰落實測場強變化曲線如圖2.1.5所示短期（快）衰落——場強特性曲線的瞬時值呈快速變化；長期（慢）衰落——場強特性曲線的中值呈慢速變化?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)23圖2.1.5場強測試曲線2.1.4移動無線信道參數(shù)分析本小節(jié)主要內(nèi)容1、快衰落2、時延擴展3、相關(guān)帶寬4、多普勒頻移5、慢衰落現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)242.1.4移動無線信道參數(shù)分析1、快衰落（多徑衰落）由多徑傳播和移動臺運動引起；多徑衰落瞬時值的變化，用瑞利（Rayleigh）分布密度函數(shù)描述。多徑傳播假設(shè)：N個多徑信道彼此相互獨立且沒有一個信道的信號占支配地位即沒有直射波信號，僅有許多反射波信號接收到的信號包絡(luò)的衰落變化服從瑞利分布其概率密度函數(shù)(2-1-5)

r和σ分別包絡(luò)檢波之前所接收的電壓信號的幅度和均方值現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)252.1.4移動無線信道參數(shù)分析1、快衰落（多徑衰落）瑞利概率密度函數(shù)（圖2.1.6）在移動通信中，如果存在了一個起支配作用的直達波（未受衰落影響）時，接收端接收信號的包絡(luò)為萊斯（Ricean）分布?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)26圖2.1.6瑞利概率密度函數(shù)2.1.4移動無線信道參數(shù)分析1、快衰落（多徑衰落）萊斯分布的概率密度函數(shù)為

(2-1-5)

參數(shù)A指主信號幅度的峰值，I0()是0階第一類修正貝塞爾函數(shù)。貝塞爾分布常用參數(shù)K（參數(shù)K稱萊斯因子）來描述，K被定義為主信號的功率與多徑分量方差之比。其表示式為

，可見，當A─>0

，

K─>-∞時，且起支配作用的主信號幅度減小時，萊斯分布轉(zhuǎn)變?yōu)槿鹄植肌，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)272.1.4移動無線信道參數(shù)分析2、時延擴展產(chǎn)生在多徑傳播條件下，接收信號會產(chǎn)生時延擴展。定義最大傳輸時延和最小傳輸時延的差值，即最后一個可分辨的時延信號和第一個時延信號到達時間的差值，實際上就是脈沖展寬的時間?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)28圖2.1.7典型的對最強路徑信號功率的歸一化時延譜2.1.4移動無線信道參數(shù)分析2、時延擴展描述多徑時延譜的參數(shù)P(t)為歸一化時延信號的包絡(luò)，近似為指數(shù)曲線。Tm最大時延擴展，定義為多徑能量從初值衰落到低于最大能量-30dB處的時延，所對應(yīng)的時延差值。ta為歸一化時延譜曲線的數(shù)學期望（平均時延）?為歸一化時延譜曲線的均方值時延擴展，

，Δ是對多徑信道時延特性的統(tǒng)計描述，表征時延譜擴展的程度，Δ值越小，時延擴展就越輕微，反之時延擴展越嚴重。其典型值，對于戶外無線信道為ms級，對于室內(nèi)無線信道為ns級，具體到1900MHz，室內(nèi)Δ平均值為70~94ns,最大值為1470ns?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)292.1.4移動無線信道參數(shù)分析3、相關(guān)帶寬定義在一特定頻率范圍內(nèi)，兩個頻率分量有很強的幅度相關(guān)性與時延擴展區(qū)別時延擴展是由多徑傳播路徑引起的現(xiàn)象相關(guān)帶寬則是從均方值時延擴展Δ得出的一個關(guān)系值它們之間的確切關(guān)系是特定多徑結(jié)構(gòu)的函數(shù)，但總的來說成反比關(guān)系，即

。相關(guān)帶寬與波形失真當發(fā)送信號的帶寬小于相關(guān)帶寬時，接收信號就會經(jīng)歷平坦衰落過程，即各頻率分量的衰落是相關(guān)的，衰落波形不失真；反之則該信道特性會導(dǎo)致接收信號產(chǎn)生頻率選擇性衰落，這種情況下，信號通過信道傳輸后各頻率分量的變化是不一致的，會引起波形失真?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)302.1.4移動無線信道參數(shù)分析4、多普勒頻移定義當物體運動時，固定點接收到的從運動體發(fā)來的載波頻率將隨其運動速度的不同，產(chǎn)生不同的頻率漂移如2.1.8所示，通常把這種現(xiàn)象稱為多普勒（Doppler）頻移可表示為

（2-1-7）圖2.1.8多普勒頻率漂移示意式中，

為運動速度，

為波長，

為入射波與運動方向的夾角，若朝向發(fā)射源方向運動，則

為正，使接收頻率上升；若背向發(fā)射源方向運動，則

為負，使接收頻率下降。發(fā)射頻率越高，移動速度越快時，多普勒效越明顯?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)312.1.4移動無線信道參數(shù)分析4、多普勒頻移多普勒擴展頻譜展寬的測量值，它被定義為一個頻率范圍，在此范圍內(nèi)接收的多普勒頻譜有非0值。

相關(guān)時間與多普勒擴展相關(guān)時間是多普勒擴展在時域的表示，是信道沖擊響應(yīng)維持不變的時間間隔的統(tǒng)計平均值，即指在一段時間間隔內(nèi)，兩個到達信號有很強的幅度相關(guān)性。當發(fā)送信號的信號周期比相關(guān)時間短時，多普勒擴展將引起時間選擇性衰落，從而導(dǎo)致信號失真?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)322.1.4移動無線信道參數(shù)分析5、慢衰落產(chǎn)生電波在傳播路徑上遇到地形起伏、建筑物及其他障礙物的阻擋會形成電磁場的陰影，從而產(chǎn)生陰影效應(yīng)，當移動臺通過不同障礙物的陰影時，就造成接收場強中值的變化，這種由于地形起伏導(dǎo)致接收場強中值隨地理位置改變，而出現(xiàn)的緩慢變化稱為長期（慢）衰落由于氣象條件變化，導(dǎo)致大氣折射系數(shù)隨時間變化，也會造成同一地點的場強中值隨時間而緩慢變化。

分布大量統(tǒng)計測試表明，慢衰落近似服從對數(shù)正態(tài)分布。所謂對數(shù)正態(tài)分布是以分貝數(shù)表示的信號電平為正態(tài)分布。

何時考慮在陸上移動通信中，通信距離一般在數(shù)十公里之內(nèi)。由于信號中值隨時間的變動遠小于隨位置的變動，因此通常忽略慢衰落的影響，但在定點通信中，則必須考慮它?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)332.1無線電波傳播理論與特征2.1.1無線電波的傳播特性和頻段劃分2.1.2自由空間無線電波傳播2.1.3移動無線信道特性2.1.4移動無線信道參數(shù)分析2.1.5電波傳播損耗預(yù)測模型現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)342.1.5電波傳播損耗預(yù)測模型無線蜂窩小區(qū)的服務(wù)覆蓋區(qū)確定依據(jù)采用電波傳播損耗預(yù)測模型計算路徑的傳播損耗Okumura-Hata模型Okumura在70年代依據(jù)日本東京地區(qū)城市實測資料進行統(tǒng)計分析得出的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停⒂蒆ata進一步整理為計算公式。至今，在已總結(jié)出的適用移動通信的電波傳播模型中，它提供的數(shù)據(jù)比較齊全，而且分別以曲線和公式兩種形式給出，得到了較廣泛的認可和應(yīng)用。

以準平滑大城市市區(qū)的中值傳輸損耗為基礎(chǔ)，對其他傳播環(huán)境及地形條件等因素分別用修正因子進行修正現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)352.1.5電波傳播損耗預(yù)測模型1、地形與地物大體分類“準平滑地形”——從傳播路徑的地形斷面去觀察，地形起伏量約在20米以下，且起伏變化緩慢的平坦地形。我國的華北平原就屬于這類地形“不規(guī)則地形”——除準平滑地形以外的地形“不規(guī)則地形”分類(1)丘陵地形—并非平坦的高地，而是有規(guī)則起伏的地形，山岳重疊的地形也包括在內(nèi)(2)孤立山岳—傳輸路途中有單獨的山岳，該山岳以外的地形是對接收點無影響的地形。(3)傾斜地形—不論地形平坦與否，至少是在延伸5km以上范圍內(nèi)有起伏的地形。(4)水陸混合地形—包括有海面和湖面的地形現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)362.1.5電波傳播損耗預(yù)測模型1、地形與地物定義地面影響傳播的障礙物，也稱為地面用途參數(shù)(Clutter參數(shù))“不規(guī)則地形”分類分類密集城區(qū)——城市核心區(qū)，高樓林立，有較高的建筑物穿入損耗（20~25dB），話務(wù)密度最高的區(qū)域城區(qū)——除熱點以外的城區(qū)，建筑物穿透損耗大致在15~20dB，中話務(wù)密度區(qū)郊區(qū)及農(nóng)村——移動臺附近有不太稠密的障礙物（建筑物），建筑物穿透損耗一般不會大于10dB，中低話務(wù)密度區(qū)域。天線有效高度基站——天線的海拔高度減去15km以內(nèi)平均的海拔高度移動臺——為天線在所在地地面以上的高度。在工程設(shè)計中，手機的天線高度通常取1.5米，即距地面1.5米?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)372.1.5電波傳播損耗預(yù)測模型2、適用范圍Okumura-Hata模型適用于宏蜂窩的預(yù)測

表2.2Okumura-Hata模型適用范圍現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)38頻率f通信距離d基站天線有效高度hb移動臺天線有效高度hm150~1500MHz1~20km30~200m1~10m2.1.5電波傳播損耗預(yù)測模型3、曲線法通過查曲線的方法得到系統(tǒng)電波的中值傳輸損耗步驟（1）計算準平滑大城市市區(qū)的中值傳輸損耗

（2-1-8）LM為給定傳輸條件下準平滑大城市區(qū)的中值傳輸損耗（dB）；L0為自由空間的傳輸損耗；Am（f,d）為市區(qū)中值傳輸損耗；hb（hb,d）為基站天線高度相對hb=200m時的增益因子，它是距離d的函數(shù)；hm（hm,f）為移動臺天線高度相對hm=3m時的增益因子，它是頻率f的函數(shù)。

現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)392.1.5電波傳播損耗預(yù)測模型3、曲線法步驟（1）計算準平滑大城市市區(qū)的中值傳輸損耗基站天線有效高度hb=200m、移動臺天線有效高度hm=3m時，準平滑大城市市區(qū)中值傳輸損耗Am（f,d）與距離d和頻率f的關(guān)系如圖2.1.9所示f=900MHz、d=10km，由圖可以查得Am(900，10)=30dB增益因子hb(hb,d)和hm(hm,f)也可由相應(yīng)的曲線圖獲得

現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)40圖2.1.9準平滑大城市市區(qū)的基本損耗中值2.1.5電波傳播損耗預(yù)測模型3、曲線法步驟（2）計算不同環(huán)境及不規(guī)則地形上的中值傳輸損耗

（2-1-9）kmr代表郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)修正因子，kh代表丘陵地形修正因子，ksp代表斜坡地修正因子，ks代表水陸混合地形修正因子。開闊地、孤立山岳、道路走向以及道路寬度的修正，正增益、負增益，在進行路徑損耗計算時，視具體情況計入上式。

現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)412.1.5電波傳播損耗預(yù)測模型4、公式法提出原因：查曲線圖的方法進行傳播預(yù)測不太方便Hata根據(jù)Okumura所提供的傳播曲線，歸納出一個更加實用的經(jīng)驗公式（準平滑大城市區(qū)）

（2-1-10）A(hm)代表移動臺天線修正系數(shù)中小城市在大城市，當f≤200MHz時在大城市，當f≥400MHz時hm以1.5m為基準，大城市是指建筑物平均高度大于15m的城市。對于其他傳播環(huán)境，仍然要按前述加修正因子的方法進行修正現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)422.2抗衰落技術(shù)2.2.1分集技術(shù)2.2.2均衡技術(shù)2.2.3信道編碼技術(shù)現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)432.2.1分集技術(shù)1、概念2、分類3、顯分集技術(shù)4、顯分集的合并技術(shù)5、隱分集技術(shù)現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)442.2.1分集技術(shù)1、概念分集技術(shù)的基本思想——將接收到的多徑信號分離成不相關(guān)的（獨立的）多路信號，然后將這些多路分離信號的能量按一定規(guī)則合并起來，使接收的有用信號能量最大，從而提高接收端的信噪功率比，對數(shù)字信號而言，使誤碼率最小。分集技術(shù)包括2個方面①如何把接收的多徑信號分離出來，使其互不相關(guān)。②將分離出的多徑信號怎樣合并起來，獲得最大的信噪比的收益?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)452.2.1分集技術(shù)2、分類為了在接收端得到幾乎相互獨立的不同路徑，可以從空域、頻域和時域的不同角度、用不同的方法來加以實現(xiàn)分集技術(shù)的多種分類(1)依分集的目的分類

①宏觀分集，抗長期（慢）衰落為目的。②微觀分集，抗短期（快）衰落為目的。(2)依信號傳輸?shù)姆绞椒诸?/p>

①顯分集，構(gòu)成明顯分集信號的傳輸方式，多指利用多付天線接收信號的分集，它包括空間分集、極化分集、時間分集、頻率分集和角度分集等。②隱分集，分集作用隱含在傳輸信號之中的方式，在接收端利用信號處理技術(shù)實現(xiàn)分集?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)462.2.1分集技術(shù)3、顯分集技術(shù)（1）空間分集利用在空間相隔一定距離的多付天線接收信號來實現(xiàn)分集。空間的間距越大，多徑傳播的差異也越大，接收場強的相關(guān)性就越小在接收端利用天線在不同位置或不同方向上接收到的信號相關(guān)性極小的特點，在若干支路上接收載有同一信息的信號，然后通過合并技術(shù)再將各個支路信號合并輸出，以實現(xiàn)抗衰落的功能基本做法在基站的接收端使用兩付相隔一定距離的天線對上行信號進行接收，這兩付天線分別稱為接收天線和分集接收天線，其中接收天線可以與發(fā)射天線分別設(shè)置，也可以與發(fā)射天線合二為一，即收、發(fā)共用一付天線空間分集收發(fā)天線的基本結(jié)構(gòu)如圖2.2.1所示現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)472.2.1分集技術(shù)發(fā)射和接收共用一付天線Tx/RxA，RxB為分集接收天線。分集天線間的距離D——理想情況下，D為λ/2，具體而定η=h/D——兩個接收信號的相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)較高的概率與η成正比h為基站天線高度，D為天線水平分集距離分集天線間的距離D：

D=h/η參數(shù)η在900MHz時取10，在1800MHz時取20現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)48圖2.2.1空間分集收發(fā)天線的基本結(jié)構(gòu)2.2.1分集技術(shù)3、顯分集技術(shù)（1）空間分集工程設(shè)計中——多數(shù)基站h=25~50米，D≈3.5米~4.5米。好處——空間分集除可獲得抗衰落的分集增益外，還可獲得3.5dB左右的設(shè)備增益?！旨闹窋?shù)M越大，分集的效果越好——當M較大時（如M＞3），分集的復(fù)雜性增加，分集增益的增加隨著M的增大而變得緩慢?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)492.2.1分集技術(shù)3、顯分集技術(shù)（2）極化分集定義——利用垂直/水平極化的正交性來進行兩路分集的。適用原因——在移動環(huán)境中，兩個在同一地點極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號呈現(xiàn)互不相關(guān)衰落特性，利用這一特性，在發(fā)端同一地位置分別裝上垂直極化和水平極化天線，就可得到兩路衰落特性不相關(guān)的信號。

分集增益的獲取——極化分集是用同一頻率攜帶兩種不同極化方式的信號工業(yè)實用——現(xiàn)在普遍使用的雙極化天線就是極化分集天線，它是把兩付采用±45°正交極化陣子合成一付天線。它的最大優(yōu)點是節(jié)省安裝空間，尤其適用于城市高話務(wù)密度區(qū)的基站，需要安裝GSM900、GSM1800或更多付天線的場合。極化分集的增益——低于空間分集，一般為1-1.5dB左右?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)502.2.1分集技術(shù)3、顯分集技術(shù)（3）時間分集定義——將信源比特分散到不同的時間段中發(fā)射出去。這樣做可以是在出現(xiàn)深衰落或突發(fā)干擾時，來自信源比特流中的碼位不會被同時干擾。①對于一個隨機衰落的信號，當取樣間隔時間足夠大時，兩個樣點間的衰落是互不相關(guān)的，利用這一特性可構(gòu)成時間分集。

②將待發(fā)送的信號每隔一定時間間隔（大于時間相關(guān)區(qū)域ΔT）重復(fù)發(fā)送，在接收端就可以得到N條獨立的分集支路。

③時間分集與空間分集相比，其優(yōu)點是減少了接收天線數(shù)目，缺點是要占用更多的時隙資源，從而降低了傳輸效率?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)512.2.1分集技術(shù)3、顯分集技術(shù)（4）頻率分集定義——將待發(fā)送的信息分別調(diào)制在不同的載波上發(fā)送至信道。要求——不同的載波之間的間隔足夠大。載波間隔Δf要大于相關(guān)帶寬ΔF,即Δf≥ΔF=1/2πΔ，其中Δ為接收信號時延擴展。

與空間分集相比優(yōu)點——減少了接收天線與相應(yīng)設(shè)備的數(shù)目，缺點——要占用更多的頻譜資源，并且在發(fā)送端可能需要采用多部發(fā)射機?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)522.2.1分集技術(shù)3、顯分集技術(shù)（5）角度分集角度分集可用原因——由于地形、地貌和建筑物等環(huán)境的不同，到達接收端的不同路徑的信號可能來自于不同的方向，——采用方向性天線，分別指向不同的信號到達方向，則每個方向性天線接收到的多徑信號是不相關(guān)的。定義——在同一位置利用指向不同方向的兩個或更多的有向天線實現(xiàn)分集的措施?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)532.2.1分集技術(shù)4、顯分集的合并技術(shù)（1）信號合并準則假設(shè)前提設(shè)分集重數(shù)為L，合并的信號為r(t)=k1r1(t)+k2r2(t)+…+knrn(t)，其中ki為加權(quán)系數(shù)，i=1、2、3、…、n。選擇不同的加權(quán)系數(shù)ki就形成了不同的合并方法，信號合并準則主要有三種：①最大信噪比準則——最早用于模擬信號合并，也可用于數(shù)字信號合并。在頻率選擇性衰落信道中，最大信噪比準則并不一定最佳。②眼圖最大張開度準則——數(shù)字信號合并的準則。眼圖張開最大，表征碼間干擾最小。最適用于頻率選擇性衰落信道③誤字率最小準則——數(shù)字信號合并的最佳準則?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)542.2.1分集技術(shù)4、顯分集的合并技術(shù)（2）最大信噪比準則下的信號合并方法①選擇性合并方法——在多支路接收信號中，選取信噪比最高的支路的信號作為輸出信號以兩路信號為例——設(shè)r1和r2是接收的兩路相互獨立的衰落信號，——經(jīng)過選擇邏輯，輸出信號的電平通過率和平均衰落時間都比r1和r2大為減少，從而顯示了分集具有抗衰落的作用?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)55圖2.2.2選擇性合并原理圖2.2.1分集技術(shù)4、顯分集的合并技術(shù)（2）最大信噪比準則下的信號合并方法①

選擇性合并方法②

切換合并的方法：需設(shè)置門限電平VT，選擇邏輯：當r1<VT時，發(fā)生切換，接收r2；當r2<VT時，發(fā)生切換，接收r1。若切換后仍低于門限值時策略1是不斷地切換，策略2是停留在該位置?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)562.2.1分集技術(shù)4、顯分集的合并技術(shù)（3）最大比合并原理如圖2.2.3所示。每一路有一個加權(quán)（放大器增益）加權(quán)的權(quán)重依各支路信噪比來分配——信噪比大的支路權(quán)重大——信噪比小的支路權(quán)重小其結(jié)果使輸出具有平方律的特性，故最大比合并也稱平方律合并?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)57圖2.2.3最大比合并原理圖2.2.1分集技術(shù)4、顯分集的合并技術(shù)（3）最大比合并設(shè)每支路的噪聲功率為σ2，則可以證明：當可變增益加權(quán)系數(shù)時，本方式中取得最優(yōu)的加權(quán)系數(shù)分集合并后的信噪比達到最大值。其中Ai表示第

i個分集支路信號幅度,且i=1、2、…、l。合并后的輸出為：（2-2-1）可見信噪比越大，對合并后信號貢獻越大?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)582.2.1分集技術(shù)4、顯分集的合并技術(shù)（4）等增益合并定義——當最大比合并法中的加權(quán)系數(shù)Ai=1時，就是等增益合并。結(jié)果——輸出具有線性關(guān)系，故也稱線性合并。性能——等增益合并性能僅次于最大比合并，當l較大時，其性能比最大比合并差1.05dB。現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)592.2.1分集技術(shù)5、隱分集技術(shù)與顯分集區(qū)別：——顯分集：采用多套設(shè)備，在不同頻率、不同極化方向接收合并而成——隱分集：只用一付天線接收機信號來實現(xiàn)分集的技術(shù)主要技術(shù)：——交織編碼技術(shù)（時間隱分集）——跳頻技術(shù)（頻率隱分集）——直接序列擴頻技術(shù)現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)602.2.1分集技術(shù)5、隱分集技術(shù)交織編碼技術(shù)（時間隱分集）與顯分集區(qū)別：——持續(xù)較長的深衰落會影響到相繼一串的比特，比特差錯經(jīng)常是成串發(fā)生

圖2.2.4交織碼的實現(xiàn)框圖作用——改造信道，將信道中的突發(fā)的成串差錯變?yōu)殡S機的獨立差錯原理——將一條消息的相繼比特以非相繼的方式發(fā)送，使突發(fā)差錯信道變?yōu)殡x散信道。實現(xiàn)——通過存儲器完成：信道輸入端，按列寫入，按行讀出；在信道的輸出端，按行寫入，按列讀出?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)612.2.1分集技術(shù)5、隱分集技術(shù)交織編碼技術(shù)（時間隱分集）的實現(xiàn)：假設(shè)：分組長度L=M×N

現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)62圖2.2.5交織的實現(xiàn)過程2.2.1分集技術(shù)5、隱分集技術(shù)分組周期性交織性質(zhì)：①任何長度L≤M的突發(fā)差錯，經(jīng)交織后成為至少被N－1位隔開后的一些單個獨立差錯。②任何長度L＞M的突發(fā)差錯，經(jīng)去交織后，可將長突發(fā)差錯變換成長度為L1=[L/M]的短突發(fā)差錯。③完成交織與去交織變換在不計信道時延條件下，將產(chǎn)生2MN個符號的時延，其中發(fā)、收端各占一半。④在很特殊的情況下，周期為M的k個單個隨機獨立差錯序列，經(jīng)交織去交織后會產(chǎn)生長度為l的突發(fā)差錯?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)632.2.1分集技術(shù)5、隱分集技術(shù)交織編碼技術(shù)（時間隱分集）優(yōu)點：有效克服深衰落，廣泛應(yīng)用于移動通信缺點：2MN個符號的時延，這對實時業(yè)務(wù)比如話音通信將帶來不利的影響，同時增大了實現(xiàn)的設(shè)備的復(fù)雜性移動通信環(huán)境下了，為了能抵抗深衰落，需要深度交織編碼目前GSM系統(tǒng)、CDMA系統(tǒng)都采用交織編碼技術(shù)。

現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)642.2.1分集技術(shù)5、隱分集技術(shù)跳頻技術(shù)（頻率隱分集）跳頻抗衰落——抗頻率選擇性衰落。原理——當跳頻的頻率間隔大于信道相關(guān)帶寬時，可使各個跳頻駐留時間內(nèi)的信號相互獨立。換句話說，在不同的載波頻率上同時發(fā)生衰落的可能性很小。

現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)652.2抗衰落技術(shù)2.2.1分集技術(shù)2.2.2均衡技術(shù)2.2.3信道編碼技術(shù)現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)662.2.2均衡技術(shù)1、自適應(yīng)均衡技術(shù)時間色散：多重反射，基站發(fā)送“1”、“0”序列，若反射信號比直達信息晚的時間差Δt接近一個比特的時間，導(dǎo)致符號“1”對符號“0”的干擾自適應(yīng)均衡技術(shù)(1)頻域均衡——使包括均衡器在內(nèi)的整個系統(tǒng)的總傳輸函數(shù)滿足無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件；分別校正幅頻特性和群時延特性；用于序列均衡(2)時域均衡——使包括均衡器在內(nèi)的整個系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無碼間串擾的條件；時變信號大多采用時域均衡現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)67圖2.2.6多重反射引起的碼間干擾2.2.2均衡技術(shù)1、自適應(yīng)均衡技術(shù)時域均衡的基本原理理想信道的脈沖響應(yīng)，非理想(失真)信道的脈沖響應(yīng)：，總脈沖響應(yīng):若在各個奈奎斯特取樣時刻(即k=±1，±2，…)對實際信道脈沖響應(yīng)x(t)取樣，因其樣值不為零而形成碼間干擾。利用信道均衡器引入的脈沖響應(yīng)使得總脈沖響應(yīng)y(t)能接近h(t)，則可消除非理想信道引起的碼間干擾?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)68圖2.2.7理想信道和實際信道脈沖相應(yīng)的差異2.2.2均衡技術(shù)1、自適應(yīng)均衡技術(shù)時域均衡系統(tǒng)主體是橫向濾波器；延遲線每節(jié)延遲時間為：t=1/2fN；通過調(diào)節(jié)加權(quán)系數(shù)Ck即可消除以n為中心的前后2N個符號對第n個符號的干擾；抽頭越多，均衡控制的范圍越大，均衡的效果就越好目標：要達到最佳抽頭增益系數(shù)，是直接從傳輸?shù)膶嶋H數(shù)字信號中根據(jù)某種算法不斷調(diào)整增益，因而能適應(yīng)信道的隨機變化，使均衡器總是保持最佳的工作狀態(tài)，有更好的失真補償性能現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)69圖2.2.8線性橫向均衡器基本框圖2.2.2均衡技術(shù)1、自適應(yīng)均衡技術(shù)時域均衡系統(tǒng)自適應(yīng)均衡器特點：快速初始收斂特性好的跟蹤信道時變特性低的運算量訓(xùn)練過程：基站發(fā)射一個己知定長的訓(xùn)練序列，終端接收機的均衡器調(diào)整自己的Ci以使輸出逐漸逼近訓(xùn)練序列值，以保證用戶數(shù)據(jù)地正確。由于用戶是在運動中，多徑反射隨機出現(xiàn)，因此，訓(xùn)練必須定期進行。典型的訓(xùn)練序列是一個二進制偽隨機信號或是一串預(yù)先指定的數(shù)據(jù)位，而緊跟在訓(xùn)練序列后被傳送的是用戶數(shù)據(jù)。在設(shè)計訓(xùn)練序列時，要求做到即使在最差的信道條件下，均衡器也能通過這個訓(xùn)練序列獲得正確的濾波系數(shù)。這樣就可以在收到訓(xùn)練序列后，使得均衡器的濾波系數(shù)已經(jīng)接近最佳值C*。而在接收數(shù)據(jù)時，均衡器的自適應(yīng)算法就可以跟蹤不斷變化的信道，自適應(yīng)均衡器將不斷改變其濾波特性?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)702.2.2均衡技術(shù)1、自適應(yīng)均衡技術(shù)時域均衡系統(tǒng)自適應(yīng)均衡器從調(diào)整參數(shù)至形成收斂，整個過程是均衡器算法、結(jié)構(gòu)和通信變化率的函數(shù)。為了能有效的消除碼間干擾，均衡器需要周期性的做重復(fù)訓(xùn)練。在數(shù)字通信系統(tǒng)中用戶數(shù)據(jù)是被分為若干段并被放在相應(yīng)的時間段中傳送的，每當收到新的時間段，均衡器將用同樣的訓(xùn)練序列進行修正?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)71圖2.2.9訓(xùn)練序列的時隙結(jié)構(gòu)2.2.2均衡技術(shù)1、自適應(yīng)均衡技術(shù)時域均衡系統(tǒng)自適應(yīng)均衡器的缺點——①由于訓(xùn)練序列的使用占用了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間，降低了信息的傳輸效率?！谛诺赖慕?jīng)常性衰落，嚴重的非線性及時變特性、多徑傳播等影響，使接收機無法跟上，從而出現(xiàn)通信中斷?！墼谀炒颂厥獾膽?yīng)用場合，接收機無法得到訓(xùn)練信號，如信息截獲和偵察系統(tǒng)。展望：——由于移動通信信道環(huán)境的不斷變化，要求自適應(yīng)非線性均衡器參數(shù)的更新速率要高于信道參數(shù)的變化?！Ｍ芯恳环N新的均衡器，能夠在沒有訓(xùn)練序列時，僅利用接收序列本身的先驗信息就能夠止確地恢復(fù)出發(fā)送序列的盲均衡技術(shù)成為近年來研究的熱點課題?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)722.2.2均衡技術(shù)2、盲均衡(BlindEqualization)原理能夠不借助訓(xùn)練序列，僅利用接收序列本身的先驗信息，便可以均衡信道特性，使均衡器的輸出序列盡量接近發(fā)送序列的一種新興自適應(yīng)均衡技術(shù)。好處在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中不必發(fā)送訓(xùn)練序列，可以提高信道效率，同時占均衡技術(shù)還可以獲得更好的均衡性能。主要分類基于Bussgang性質(zhì)的盲均衡算法(或稱為代價函數(shù)法)基于高階譜理論的盲均衡算法基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的盲均衡算法和基于信號檢測理論的盲均衡算法等現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)732.2.2均衡技術(shù)2、盲均衡(BlindEqualization)盲均衡的原理框圖h(n)為離散時間傳輸信道（包括發(fā)射濾波器、傳輸媒介和接收濾波器等）的沖激響應(yīng)，其依據(jù)所用調(diào)制方式的不同，可以是實值，也可以是復(fù)值；w(n)為均衡器的沖激響應(yīng)；x(n)為系統(tǒng)的發(fā)送序列；y(n)為經(jīng)過信道傳輸后的接收序列，同時也是均衡器的輸入序列；n(n)為信道上迭加的高斯噪聲；j(n)為盲均衡器的輸出序列，k(n)表示判決器的輸出序列?，F(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)74圖2.2.10盲均衡的原理框圖2.2.2均衡技術(shù)2、盲均衡(BlindEqualization)若不考慮噪聲的影響，則有

(2-2-2)去卷積或逆解卷積：要從y(n)中恢復(fù)出x(n)，意味著要解出卷積因子h(n)均衡器工作于訓(xùn)練模式：y(n)和x(n)均為已知；盲解卷積問題(BlindDeconvolution)：只有y(n)為已知盲均衡由圖

2.2.10可知(2-2-3)盲均衡的目的就是將j(n)作為x(n)的最佳估計值，因此要求