移動信道中的電波傳播ch詳解演示文稿

移動信道中的電波傳播ch詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有66頁\編輯于星期日1（優(yōu)選）移動信道中的電波傳播ch現(xiàn)在是2頁\一共有66頁\編輯于星期日2第三章移動信道中的電波傳播3.1三種基本傳輸機制3.1.1反射與多徑信號3.1.2繞射損耗

3.1.2散射3.2電磁場基礎理論3.3自由空間的無線電傳播3.4陰影衰落3.5多徑衰落3.5.1多徑衰落的基本特性3.5.2多普勒頻移現(xiàn)在是3頁\一共有66頁\編輯于星期日33.5.3瑞利（Rayleigh）和萊斯（Rician）分布3.5.4衰落特征量3.5.5時延擴展與相關帶寬3.5.6多普勒頻展與相干時間3.5.7多徑衰落類型3.6電波傳播路徑損耗模型3.6.1Okumura模型3.6.2Okumura-Hata模型3.6.3COST-231Hata模型3.6.4COST-231Walfisch-Ikegami(WIM)模型3.6.5COST-231室內電波傳播路徑損耗模型現(xiàn)在是4頁\一共有66頁\編輯于星期日43.1三種基本傳輸機制

電波利用電離層的折射、反射和散射作用進行傳播的方式稱為天波沿地球表面進行傳播的電波傳播模式稱為地表面波。

在對流層中進行的電波傳播方式稱為空間波現(xiàn)在是5頁\一共有66頁\編輯于星期日5

在移動通信系統(tǒng)中，影響電磁波傳播的三種基本傳播機制：反射、繞射、散射。反射：當電磁波遇到比其波長大得多得物體時發(fā)生反射，發(fā)射發(fā)生于地球表面、建筑物和墻壁表面繞射：當接收機與發(fā)射機之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時發(fā)生繞射散射：當波穿行的介質中存在小于波長的物體并且單位體積內阻擋體的個數非常巨大時，發(fā)生散射。散射產生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體?，F(xiàn)在是6頁\一共有66頁\編輯于星期日6繞射：基站天線移動臺天線繞射波山峰反射、散射反射波直射波地面散射波基站天線移動臺天線現(xiàn)在是7頁\一共有66頁\編輯于星期日73.2無線電波傳播概述

三種衰落路徑損耗衰落：它指電波在空間傳播所產生的損耗，反映了傳播在宏觀大范圍（即公里量級）的空間距離上的接收信號電平平均值的變化趨勢。它隨著距離基站的距離而變，衰減特性服從現(xiàn)在是8頁\一共有66頁\編輯于星期日8陰影衰落：它是指由于在電波傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋所產生的陰影效應而產生的損耗，反映了中等范圍內數百波長量級接收電平的均值變化而產生的損耗，其衰落特性服從對數正態(tài)分布。這種衰落變化率較慢，又稱為慢衰落。

現(xiàn)在是9頁\一共有66頁\編輯于星期日9小尺度衰落（多徑衰落、瑞利衰落）：它主要是由多徑傳播而產生的衰落，反映了微觀小范圍內數十波長量級接收電平的均值變化而產生的損耗，其衰落特性服從瑞利（Rayleigh）分布或萊斯（Rician）分布。現(xiàn)在是10頁\一共有66頁\編輯于星期日10多徑衰落可分為三種：

1）空間選擇性衰落：在不同地點（空間）衰落特性不一樣成因：開放型移動信道

2)頻率選擇性衰落：在不同的頻率衰落特性不一樣成因：寬帶移動信道

3)時間選擇性衰落：在不同的時間衰落特性不一樣

成因：高速移動用戶的信道

現(xiàn)在是11頁\一共有66頁\編輯于星期日11現(xiàn)在是12頁\一共有66頁\編輯于星期日12現(xiàn)在是13頁\一共有66頁\編輯于星期日13GSM1800強場變化舉例-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100500100015002000250030003500400045005000距離(m)強場(dBm)測量自由空間短期衰落長期衰落±2m/2現(xiàn)在是14頁\一共有66頁\編輯于星期日143.3自由空間的無線電傳播

在自由空間中，電波的傳播是直線傳播（無阻擋的視距路徑）。適用范圍是：衛(wèi)星通信系統(tǒng)和微波視距無線鏈路接收信號功率自由空間路徑損耗式中，f:通信頻率，與波長λ的關系為：f=c/λ

d:通信距離

現(xiàn)在是15頁\一共有66頁\編輯于星期日15現(xiàn)在是16頁\一共有66頁\編輯于星期日163.4陰影衰落當電波在傳播路徑上遇到障礙物的阻擋時，會產生電磁場的陰影，造成接收天線處場強中值的變化，從而引起衰落，這種衰落又稱陰影衰落接收信號服從對數正態(tài)分布（以分貝表示時，服從正態(tài)分布）

其中，為均值為零的高斯隨機變量；標準偏差為（dB計）

現(xiàn)在是17頁\一共有66頁\編輯于星期日17現(xiàn)在是18頁\一共有66頁\編輯于星期日18衰落儲備Okumura為了防止因衰落（包括多徑衰落和陰影衰落）引起的通信中斷，在信道設計中，必須使信號的電平留有足夠的余量，以使中斷率R小于規(guī)定指標，這種電平余量稱為衰落儲備

現(xiàn)在是19頁\一共有66頁\編輯于星期日19現(xiàn)在是20頁\一共有66頁\編輯于星期日20

3.5多徑衰落3.5.1多徑衰落的基本特性多徑效應在時域上引起信號的時延擴展，相應地在頻域上規(guī)定了相干帶寬。當信號帶寬大于相干帶寬時就會發(fā)生頻率選擇性衰落。多普勒效應在頻域上引起信號頻譜擴展，相應地在時域上規(guī)定了相干時間。當符號周期大于相干時間時就會發(fā)生時間選擇性衰落。

現(xiàn)在是21頁\一共有66頁\編輯于星期日21

現(xiàn)在是22頁\一共有66頁\編輯于星期日223.5.2多普勒頻移由于移動臺和基站的相對運動，每個多徑波都經歷了明顯的頻移過程。移動引起的接機信號頻移稱為多普勒頻移。

頻率彌散frequencydispersion頻率差最大多普勒頻移fm=v/λ

現(xiàn)在是23頁\一共有66頁\編輯于星期日233.5.3瑞利和萊斯分布1、瑞利分布假設：（1）收、發(fā)間存在多條反射路徑且各個反射波的幅度和到達接收天線的方向角是隨機的且滿足統(tǒng)計獨立；（2）收、發(fā)信機之間沒有直射波通路設基站發(fā)射的信號為考慮到多普勒頻移，則經反射（或散射）到達接收天線的第i個接收信號可表示為接收信號為：

現(xiàn)在是24頁\一共有66頁\編輯于星期日24經推導，結論：當多徑數N很大時，合成信號的相位服從

~U[0,2p]

當不存在LOS信號時，多徑衰落信號的包絡服從瑞利分布；當存在LOS信號時，其包絡服從萊斯分布；實測環(huán)境中，有時其包絡服從Nakagami分布

現(xiàn)在是25頁\一共有66頁\編輯于星期日25多徑接收信號的幅度服從瑞利分布，其概率密度函數為

其中，為包絡檢波之前所接收信號的均方根（rms）值相位φ(t)的概率密度函數為

現(xiàn)在是26頁\一共有66頁\編輯于星期日26瑞利分布特點：存在很多徑，沒有一個特別突出的徑

Play現(xiàn)在是27頁\一共有66頁\編輯于星期日27瑞利分布的均值瑞利分布的均方值瑞利分布的方差r的中值

現(xiàn)在是28頁\一共有66頁\編輯于星期日28現(xiàn)在是29頁\一共有66頁\編輯于星期日29現(xiàn)在是30頁\一共有66頁\編輯于星期日302、萊斯分布萊斯分布特點：存在很多徑，有一個特別突出的徑Play現(xiàn)在是31頁\一共有66頁\編輯于星期日31多徑接收信號的幅度服從萊斯分布，其概率密度函數為

其中，A為主信號幅度的峰值；為零階第一類貝賽爾函數現(xiàn)在是32頁\一共有66頁\編輯于星期日32現(xiàn)在是33頁\一共有66頁\編輯于星期日333、Nakagami-m分布多徑接收信號的幅度服從Nakagami分布，其概率密度函數為

(m≥1/2);;現(xiàn)在是34頁\一共有66頁\編輯于星期日343.5.4衰落特征量衰落深度衰落速率電平通過率衰落持續(xù)時間現(xiàn)在是35頁\一共有66頁\編輯于星期日351、衰落率和衰落深度衰落率是指信號包絡沿正斜率通過中值電平的速率衰落深度是指信號有效值與該次衰落的信號最小值的差值2、電平通過率信號包絡沿正斜率通過某一規(guī)定電平的速率其中，為最大多普勒頻移；為規(guī)定電平值Rnormalizedto衰落信號包絡的均方根值現(xiàn)在是36頁\一共有66頁\編輯于星期日363、平均衰落持續(xù)時間接收信號包絡低于某一特定電平的持續(xù)時間

Rt1t2t3（Rayleigh分布）現(xiàn)在是37頁\一共有66頁\編輯于星期日37現(xiàn)在是38頁\一共有66頁\編輯于星期日383.5.5時延擴展與相關帶寬時延擴展和相干帶寬是描述寬帶多徑信號時間色散特性的參數多徑衰落：無線信號在經過短距離（幾個波長）或短時間（秒級）的傳播后其幅度快速衰落。這種衰落是由于同一傳輸信號沿兩個或多個路徑傳播，以微小的時間差到達接收機的信號相互干涉引起的。

現(xiàn)在是39頁\一共有66頁\編輯于星期日391、時延擴展經不同路徑達到接收機的時間不同而引起的脈沖寬度擴展的現(xiàn)象。

最大時延擴展→時間色散timedispersion多徑傳播現(xiàn)在是40頁\一共有66頁\編輯于星期日40寬帶多徑信道的時間色散特性通常用平均多徑時延和均方根（rms）時延擴展Δ來定量描述

歸一化的多徑功率延遲分布

現(xiàn)在是41頁\一共有66頁\編輯于星期日41平均多徑時延是功率延遲分布的一階矩，定義為均方值時延擴展是功率延遲分布的二階矩，定義為最大時延τmax

，即歸一化的包絡曲線E(t)下降到－30dB時對應的時延差

現(xiàn)在是42頁\一共有66頁\編輯于星期日42現(xiàn)在是43頁\一共有66頁\編輯于星期日432、多徑傳播對接收信號的影響

時域衰落（fading）符號間干擾（inter-symbolinterference，ISI）典型瑞利衰落包絡（900MHz，120km/h）現(xiàn)在是44頁\一共有66頁\編輯于星期日44相關帶寬(coherentbandwidth)Δfc≈1/Tm頻域衰落的頻率選擇性（frequencyselectivity）頻率選擇（frequencyselective）非頻率選擇（non-frequencyselectiveorflat）現(xiàn)在是45頁\一共有66頁\編輯于星期日453、相干帶寬兩個接收信號的幅度、相位具有高度相關性的頻率范圍。若相關帶寬定義為頻率相關函數值大于0.5的某特定帶寬，則可表示為相干帶寬表征的是信號中兩個頻率分量基本相關的頻率間隔。也就是說，衰落信號中的兩個頻率分量，當其頻率間隔小于相關帶寬時，它們是相關的，其衰落具有一致性；當頻率間隔大于相關帶寬時，它們就不相關了，其衰落不具有一致性（頻率選擇性衰落）。

現(xiàn)在是46頁\一共有66頁\編輯于星期日46舉例：某市區(qū)實測均方根時延擴展為1.37μs，試問該系統(tǒng)在不使用均衡器的條件下對AMPS或GSM業(yè)務是否合適？解：因為>30kHz，所以AMPS不需要均衡器就能正常工作；而GSM系統(tǒng)所需的200kHz帶寬超過了，所以GSM需要均衡器才能正常工作

現(xiàn)在是47頁\一共有66頁\編輯于星期日473.5.6多普勒頻展與相干時間多普勒頻展與相干時間是描述小尺度內信道時變特性的參數時變（timevariation）→時間選擇性timeselectivity用戶或信道中反射體和散射體移動現(xiàn)在是48頁\一共有66頁\編輯于星期日481、多普勒頻展最大多普勒(Doppler)頻移，也稱多普勒頻展BD

現(xiàn)在是49頁\一共有66頁\編輯于星期日49多普勒頻展：它表征的是時變信道對信號的衰落節(jié)拍，這種衰落是由于移動臺運動產生的，即就是信道在時域具有選擇性，這種衰落又稱為時間選擇性衰落。若基帶信號帶寬遠大于，則多普勒擴展的影響可忽略，此時信道稱為慢衰落信道

多普勒擴展功率譜

現(xiàn)在是50頁\一共有66頁\編輯于星期日502.相干時間多普勒頻展在時域的表示，信道特性沒有顯著變化的持續(xù)時間，可表示為相干時間就是指一段時間間隔，在此間隔內，兩個到達信號有很強的幅度相關性。若比特持續(xù)時間小于信道相干時間Tc時，信道衰減和相移對于至少一個比特持續(xù)時間內基本上固定不變，此時，信道呈現(xiàn)慢衰落性。否則，信道呈現(xiàn)快衰落性，引起信號失真。現(xiàn)在是51頁\一共有66頁\編輯于星期日51現(xiàn)在是52頁\一共有66頁\編輯于星期日523.5.7時延擴展與相關帶寬

信號通過移動無線信道傳播時，其衰落類型取決于發(fā)送信號的特性及信道特性。信號參數（如帶寬、符號周期等）和信道參數（如rms時延擴展和多普勒頻展）之間的關系決定了不同的發(fā)送信號將經歷不同的衰落類型多徑時延擴展引起的衰落效應：頻率選擇性衰落多普勒頻展引起的衰落效應：時間選擇性衰落角度色散：空間選擇性衰落

現(xiàn)在是53頁\一共有66頁\編輯于星期日53多徑衰落類型現(xiàn)在是54頁\一共有66頁\編輯于星期日54現(xiàn)在是55頁\一共有66頁\編輯于星期日55現(xiàn)在是56頁\一共有66頁\編輯于星期日563.6電波傳播路徑損耗模型

根據測試數據找出各種地形地區(qū)下的傳播損耗（或接收信號場強）與距離、頻率以及天線高度之間的關系，建立基于不同環(huán)境的經驗模型，在此基礎上對模型進行校正，使其更加接近實際，更準確。在移動通信領域，常用的幾種室外電波傳播損耗預測模型有奧村（Okumura）模型、Hata模型、COST-231Hata模型和COST-231Walfisch-Ikegami模型(WIM)

現(xiàn)在是57頁\一共有66頁\編輯于星期日573.6.1Okumura模型適用于UHF和VHF頻段、適用于宏小區(qū)，但不適用于微小區(qū)和微微小區(qū)這一模型的特點是：以準平滑地形大城市的場強中值或路徑損耗作為基準，對于不同的傳播環(huán)境給出相應修正因子頻率范圍為：150MHz-1920MHz

距離為：1～100km

基站天線高度：30～1000m

移動臺天線高度：1～10m

現(xiàn)在是58頁\一共有66頁\編輯于星期日58準平滑地形市區(qū)傳播損耗中值任意地形地區(qū)的傳播損耗中值其中，為所在市區(qū)中的路徑損耗中值；為自由空間傳播損耗；為當基站天線高度200米、移動臺天線高度

3米時，市區(qū)路徑損耗相對于自由空間的路徑損耗；為基站天線高度增益因子；為移動臺天線高度增益因子；KT

為環(huán)境類型所帶來的增益

Am(f,d)

Hb(hb,d)

Hm(hm,f)

現(xiàn)在是59頁\一共有66頁\編輯于星期日593.6.2Okumura-Hata模型適用于宏小區(qū)，但不適用于微小區(qū)和微微小區(qū)。哈塔模型是根據奧村曲線圖所作的經驗公式頻率范圍為：150MHz-1500MHz距離為：1～100km基站天線高度：30～200m移動臺天線高度：1～10m

現(xiàn)在是60頁\一共有66頁\編輯于星期日60路徑損耗公式

式中，f為工作頻率（MHz），hb為基站天線有效高度（m），hm為移動臺天線有效高度（m），d為收、發(fā)天線之間的距離（km），a(hm)為移動臺天線高度修正因子，

Ccell為小區(qū)類型校正因子，Cterrian為地形校正因子，反映一些重要的地形環(huán)境因素對路徑損耗的影響

現(xiàn)在是61頁\一共有66頁\編輯于星期日61頻率基站高度移動臺高度900MHz50m1.5m現(xiàn)在是62頁\一共有66頁\編輯于星期日623.6.3Cost