移動信道特性與抗衰落技術演示文稿

本文檔共64頁；當前第1頁；編輯于星期一\18點13分（優(yōu)選）移動信道特性與抗衰落技術本文檔共64頁；當前第2頁；編輯于星期一\18點13分2、信道的類型本文檔共64頁；當前第3頁；編輯于星期一\18點13分有線信道舉例本文檔共64頁；當前第4頁；編輯于星期一\18點13分無線信道舉例地面站地球地面站本文檔共64頁；當前第5頁；編輯于星期一\18點13分調制器發(fā)轉換器媒質收轉換器解調器調制信道編碼信道狹義廣義廣義信道舉例本文檔共64頁；當前第6頁；編輯于星期一\18點13分2.1移動信道的電波傳播特性

電波傳播受地形結構和人為環(huán)境的影響，無線傳播環(huán)境直接決定傳播模型的選取。影響無線傳播環(huán)境的主要因素

自然地形（高山、丘陵、平原、水域）人工建筑的數(shù)量、分布、材料特性(人為環(huán)境)

該區(qū)域植被特征天氣狀況自然和人為的電磁噪聲狀況移動臺的移動速度使用頻段本文檔共64頁；當前第7頁；編輯于星期一\18點13分當前陸地移動通信主要使用的頻段VHF和UHF,即150MHz、450MHz、900MHz、1800MHz。其頻率收發(fā)間隔分別為：5.7MHz、10MHz、45MHz、95MHz。移動通信中傳播的方式主要有直射波、反射波、繞射波、散射波和地表面波等傳播方式。在分析移動通信信道時，主要考慮直射波和反射波的影響。本文檔共64頁；當前第8頁；編輯于星期一\18點13分本文檔共64頁；當前第9頁；編輯于星期一\18點13分直射波及地面反射波（最一般的傳播形式）對流層反射波（傳播具有很大的隨機性）山體繞射波（陰影區(qū)域信號來源）電離層反射波（超視距通訊途徑）傳播途徑本文檔共64頁；當前第10頁；編輯于星期一\18點13分本文檔共64頁；當前第11頁；編輯于星期一\18點13分2.1.1直射波直射波：電波傳播過程中沒有遇到任何的障礙物,直接到達接收端的電波,稱為直射波。直射波更多出現(xiàn)于理想的電波傳播環(huán)境中。自由空間傳播損耗視距傳播本文檔共64頁；當前第12頁；編輯于星期一\18點13分1、自由空間的傳播損耗自由空間是指信號在理想的，均勻的各向同性的介質中傳播，不發(fā)生反射、折射、散射和吸收的現(xiàn)象，只存在電磁波能量擴散而引起的傳播損耗的空間。無線電波在自由空間傳播時，其單位面積中的能量會因為擴散而減少。這種減少，稱為自由空間的傳播損耗。本文檔共64頁；當前第13頁；編輯于星期一\18點13分

對于移動通信系統(tǒng)而言,其自由空間路徑損耗Lfs僅與傳輸距離d和電波頻率f有關,而與收、發(fā)天線增益無關?？捎孟率絹肀硎?

Lfs=32.45+20lgd+20lgf

式中,傳輸距離d的單位為km,電波頻率f的單位為MHz，Lbs單位為dB。

本文檔共64頁；當前第14頁；編輯于星期一\18點13分例題：試計算工作頻率為900mhz，通信距離分別為10km和20km時的自由空間傳播損耗？當d＝10km時，L＝111.53db；當d=20km時，距離增加一倍，衰耗增大6db。L=117.53db本文檔共64頁；當前第15頁；編輯于星期一\18點13分2、視距傳播視線所能到達的最遠距離稱為視線距離d0。已知地球半徑為R=6370km，設發(fā)射天線和接收天線高度分別為hT和hR(單位m)，理論上可得視距傳播的極限距離為：本文檔共64頁；當前第16頁；編輯于星期一\18點13分當考慮空氣的不均勻性對電波傳播軌跡的影響后，等效為地球半徑R=8500km，可得修正后的視距傳播的極限距離：本文檔共64頁；當前第17頁；編輯于星期一\18點13分2.1.2反射波反射波：電波在傳輸過程中，遇到兩種不同介質的光滑界面時，就會發(fā)生反射現(xiàn)象。

電波在傳播過程中遇到比自身的波長大得多的物體時,會在物體表面發(fā)生反射,形成反射波。反射常發(fā)生于地表、建筑物的墻壁表面等。兩徑傳播模型多徑傳播模型推導見書上P22本文檔共64頁；當前第18頁；編輯于星期一\18點13分圖反射波和直射波

本文檔共64頁；當前第19頁；編輯于星期一\18點13分2.2移動信道的衰落特性距離(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落本文檔共64頁；當前第20頁；編輯于星期一\18點13分2.2.1快衰落多徑衰落的含義產生多徑衰落的原因快衰落(也稱短期衰落或多徑衰落)指的是接收信號強度隨機變化較快,具有幾秒鐘或幾分鐘的短衰落周期。衰落速率每秒30~40次，衰落深度30dB左右本文檔共64頁；當前第21頁；編輯于星期一\18點13分2.2.2慢衰落陰影衰落——由于電波傳播遇到建筑物等的阻擋，形成電波陰影區(qū)，陰影區(qū)的電場強度弱。陰影效應——慢衰落慢衰落(也稱長期衰落)指的是接收信號強度隨機變化緩慢,甚至具有十幾分鐘或幾小時的長衰落周期。本文檔共64頁；當前第22頁；編輯于星期一\18點13分慢衰落的統(tǒng)計特性衰落儲備——為了防止因衰落而引起的通信中斷，在信道設計中，必須使信號留有足夠的余量，以防止中斷率R小于規(guī)定的指標。本文檔共64頁；當前第23頁；編輯于星期一\18點13分時間接收信號強度發(fā)射信號多徑傳播2.3數(shù)字信號的多徑傳播特性本文檔共64頁；當前第24頁；編輯于星期一\18點13分時延擴展所謂時延擴展是指由于電波傳播存在多條不同的路徑,路徑長度不同,且傳輸路徑隨移動臺的運動而不斷變化,因而可能導致發(fā)射端一個較窄的脈沖信號s0(t)=a0δ(t)在到達接收端時變成了由許多不同時延脈沖構成的一組信號。本文檔共64頁；當前第25頁；編輯于星期一\18點13分時延擴展可直觀地理解為在一串接受脈沖中,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延時信號與第一個延時信號到達時間的差值,記為Δ,Δ就是脈沖展寬的時間。Δ越小，時延擴展就越輕微，Δ越大，時延擴展就越嚴重本文檔共64頁；當前第26頁；編輯于星期一\18點13分相關帶寬——移動信道的一個特征；表征信號中兩個頻率分量基本相關的頻率間隔。當信號帶寬小于相關帶寬，發(fā)生非頻率選擇性衰落；當信號帶寬大于相關帶寬，發(fā)生頻率選擇性衰落；本文檔共64頁；當前第27頁；編輯于星期一\18點13分2.4電波傳播路徑損耗的預測2.4.1地形地物的分類1、地形特征地形波動高度△h天線有限高度2、地形分類準平滑地形不規(guī)則地形3、地物分類開闊地、郊區(qū)、市區(qū)本文檔共64頁；當前第28頁；編輯于星期一\18點13分2.4.2移動信道上傳播損耗的估算經驗模型移動通信中電波傳播特性：自由空間傳播損耗陰影衰落多徑效應多普勒效應本文檔共64頁；當前第29頁；編輯于星期一\18點13分本文檔共64頁；當前第30頁；編輯于星期一\18點13分一、準平滑地形上的傳播損耗中值1、市區(qū)傳播損耗中值2、郊區(qū)和開闊地的損耗中值本文檔共64頁；當前第31頁；編輯于星期一\18點13分⒈市區(qū)傳播損耗中值在城市街道地區(qū)，電波傳播衰耗取決于傳播距離d、工作頻率f、基地站天線有效高度hb、移動臺天線高度hm以及街道的走向和寬度等。準平滑地形，市區(qū)的傳播衰耗中值又稱其為基本衰耗中值（或基準衰耗中值）。OM模型中，給出了準平滑地形，市區(qū)傳播衰耗中值的預測曲線族，如下圖所示。圖中是在基地站天線有效高度hb=200m，移動臺天線高度hm=3m，以自由空間傳播衰耗為基準(0dB)，求得的衰耗中值的修正值Am(f,d）本文檔共64頁；當前第32頁；編輯于星期一\18點13分圖1準平滑地形大城市基本衰耗中值Am(f,d)

本文檔共64頁；當前第33頁；編輯于星期一\18點13分

圖2基地站天線高度增益因子

本文檔共64頁；當前第34頁；編輯于星期一\18點13分圖3移動臺天線高度增益因子

本文檔共64頁；當前第35頁；編輯于星期一\18點13分由曲線上查得的基本衰耗中值Am(f,d)加上自由空間的傳播衰耗Lbs才是實際路徑衰耗LT

。若基地站天線有效高度不是200m，可利用圖2查出修正因子Hb（hb，d），對基本衰耗中值加以修正，稱為基站天線高度的增加因子。若移動臺天線高度不等于3m時，可利用圖3查出修正因子Hm（hm，f），對基本衰耗中值進行修正，稱為移動臺天線高度的增益因子。在考慮基站天線高度因子與移動臺天線高度因子的情況下，市區(qū)路徑傳播衰耗中值應為：

本文檔共64頁；當前第36頁；編輯于星期一\18點13分例：計算準平滑地形，城市地區(qū)的路徑衰耗中值。已知：hb=200m,hm=3m,d=10km,f=900MHz

。解：首先求得自由空間的傳播衰耗中值Lbs為：

查圖可求得Am(f,d)，即利用式(2.27)就可以計算出準平滑地形，城市街道地區(qū)傳播衰耗中值：本文檔共64頁；當前第37頁；編輯于星期一\18點13分若hb=50m,hm=2m，其他條件不變，求損耗中值。查圖2-15得查圖2-16得在上題結果的基礎上，要再加入基站和移動臺的高度增益因子。則修正后的路徑衰耗中值為：本文檔共64頁；當前第38頁；編輯于星期一\18點13分2、郊區(qū)和開闊區(qū)的傳播損耗中值市區(qū)衰耗中值與郊區(qū)衰耗中值之差稱為郊區(qū)修正因子kmr，kmr為增益因子。它隨工作頻率和傳播距離的變化關系如圖2-17所示。開闊區(qū)，準開闊區(qū)（開闊區(qū)與郊區(qū)之間的過渡地區(qū)）的衰耗中值相對于市區(qū)衰耗中值的修正曲線，如圖5所示。Q0為開闊區(qū)修正因子；Qr為準開闊區(qū)修正因子。在求郊區(qū)或開闊區(qū)，準開闊區(qū)的傳播衰耗中值時，應在市區(qū)衰耗中值的基礎上，減去由圖2-17或2-18查得的修正因子。本文檔共64頁；當前第39頁；編輯于星期一\18點13分圖2-17郊區(qū)修正因子

本文檔共64頁；當前第40頁；編輯于星期一\18點13分圖2-18開闊區(qū)、準開闊區(qū)修正因子

本文檔共64頁；當前第41頁；編輯于星期一\18點13分二、不規(guī)則地形上的傳播衰耗中值⑴丘陵地的修正因子⑵孤立山岳地形的修正因子⑶斜坡地形的修正因子⑷水陸混合地形的修正因子本文檔共64頁；當前第42頁；編輯于星期一\18點13分三、任意地形的信號中值預測⑴計算自由空間的傳播衰耗⑵計算準平滑地形市區(qū)的信號中值

⑶計算任意地形地物情況下的信號中值

KT為地形地物修正因子本文檔共64頁；當前第43頁；編輯于星期一\18點13分例：某一移動電話系統(tǒng)，工作頻率為450MHZ，基地站天線高度為70m，移動臺天線高度為1.5m，在市區(qū)工作，傳播路徑為準平滑地形，通信距離為20km，求傳播路徑的衰耗中值?本文檔共64頁；當前第44頁；編輯于星期一\18點13分其他傳播環(huán)境上的傳播損耗⑴街道走向的影響電波傳播的衰耗中值與街道的走向（相對于電波傳播方向）有關。在縱向街道上衰耗較小，橫向街道上衰耗較大。本文檔共64頁；當前第45頁；編輯于星期一\18點13分市區(qū)街道走向修正值

本文檔共64頁；當前第46頁；編輯于星期一\18點13分2、建筑物的穿透衰耗一般來說波長越短，穿透能力越強。各個建筑物對電波的吸收也是不同的。式中Lb為實際路徑衰耗中值，L0在街心的衰耗中值，Lp為建筑物的穿透衰耗。本文檔共64頁；當前第47頁；編輯于星期一\18點13分3、植被損耗在傳播路徑上，由樹木、植被引起的附加損耗不僅取決于樹木的高度、種類、形狀、分布密度、空氣濕度及季節(jié)變化，還取決于工作頻率、天線極化、通過樹木的路徑長度等多方面因素。一般來說，垂直極化波比水平極化波的衰耗稍大些。本文檔共64頁；當前第48頁；編輯于星期一\18點13分4、隧道中的傳播衰耗空間電波在隧道中傳播時，由于隧道壁的吸收及電波的干涉作用而受到較大的衰耗。電波在隧道中的衰耗還與工作頻率有關，頻率越高，衰耗越小。當隧道出現(xiàn)分支或轉彎時，衰耗會急劇增加，彎曲度越大，衰耗越嚴重。本文檔共64頁；當前第49頁；編輯于星期一\18點13分某移動電話系統(tǒng)，工作頻率為1800MHZ，基地站天線高度為80m，移動臺天線高度為1.5m，在市區(qū)工作，傳播路徑為準平滑地形，通信距離為20km，求傳播路徑的衰耗中值?本文檔共64頁；當前第50頁；編輯于星期一\18點13分抗衰落技術1.分集技術2.自適應均衡技術3.RAKE接收技術本文檔共64頁；當前第51頁；編輯于星期一\18點13分分集技術包括有兩個方面的內容：分散傳輸，使接收到的多徑信號分離成獨立的，攜帶同一信息的多路信號；集中處理，將接收到的這些多路分離性好的能量按一定規(guī)則合并起來(包括選擇與組合)，使接收的有用信號能量最大，以降低衰落的影響。要求：只有被分集的幾個合成信號之間是統(tǒng)計獨立的，合并后才能使系統(tǒng)性能改善。本文檔共64頁；當前第52頁；編輯于星期一\18點13分分集接收：顯分集：空間分集、頻率分集、時間分集、極化分集、隱分集：交織本文檔共64頁；當前第53頁；編輯于星期一\18點13分1）空間分集本文檔共64頁；當前第54頁；編輯于星期一\18點13分2）頻率分集本文檔共64頁；當前第55頁；編輯于星期一\18點13分

3)時間分集將同一信號在不同的時間區(qū)間多次重發(fā)，只要各次發(fā)送的時間間隔足夠大，則各次發(fā)送信號所出現(xiàn)的衰落將是相互獨立的。接收機將重復收到的同一信號進行合并，就能夠減小衰落的影響。時間分集主要用于在衰落信道中傳輸數(shù)字信號。此外，時間分集也有利于克服移動信道中由多普勒效應引起的信號衰落現(xiàn)象。本文檔共64頁；當前第56頁；編輯于星期一\18點13分4)極化分集●理論依據(jù)是兩個在同一地點極化方向相互正交的天線發(fā)出的信號具有不相關的衰落特性?！窬唧w來講,在發(fā)射端的同一地點分別裝上垂直極化天線和水平極化天線,在接收端的同一位置也分別裝上垂直極化天線和水平極化天線,就可得到兩路衰落特性不相關的信號?！駱O化分集實際上是空間分集的特殊情況——分集支路只有兩路且相互正交。本文檔共64頁；當前第57頁；編輯于星期一\18點13分5)場分量分集根據(jù)電磁場理論，電磁波的E場和H場載有相同的消息，其反射機理是不同的。在移動通信中，多個E波和H波疊加，結果表明EZ、HX、HY的分量是互不相關的，因此，通過接收三個場分量，也可以獲得分集的效果。本文檔共64頁；當前第58頁；編輯于星期一\18點13分分集