无线移动通信信道解读课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,母版标题样式,移 动 通 信 原 理,移 动 通 信 原 理,第三章 无线移动通信信道,移 动 通 信 原 理第三章 无线移动通信信道,了解电磁波的传播特性,掌握计算路径损耗的方法,了解各个传播模型的分类及工作环境,学习完本课程，您需要：,目 标,第三章 无线移动通信信道,2,了解电磁波的传播特性学习完本课程，您需要：目 标第三章 无,内容介绍,3.1 概述,3.2,VHF、UHF频段的电波传播特性,3.3,阴影效应,3.4,移动信道的多径传播特性,3.5 多普勒频移,3.6,电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测,3,内容介绍3.1 概述3,无线移动信道是一种,很不良好,的信道。视距、衰落、多径和随机变化是移动信道的基本特征。,无线移动信道是指基站天线、移动用户天线和两副天线之间的传播路径,载有信息的无线电波在无线移动信道中的,传播损耗,，不但会随传播距离的增加而,增大,；同时会产生,阴影效应,和,多径传播,，使电波的包络产生大幅度起伏且随机变化，这就是,电波的衰落,。,3.1 概 述,4,无线移动信道是一种很不良好的信道。视距、衰落、多径和随机变,衰落,既有慢衰落，同时产生快衰落；,多径时延扩展（多径效应）,，使信道对信号产生频率选择性衰落，使信号发生波形畸变而引起符号间干扰(ISI),多普勒效应(,由移动台运动引起)在移动通信中普遍存在。多普勒效应使信道对信号产生随机调频和频谱扩展，对信号产生时间选择性衰落，使数字信号误码性能变坏。,3.1 概 述,5,衰落既有慢衰落，同时产生快衰落；3.1 概 述 5,对,接收点信号场强的预测估算,，是通信工程设计中的重要环节。由于移动信道传播特性的随机变化，不可能用一两个公式对其进行计算；必须依据实际环境，选用不同的,数学模型进行预测估算,，,再经实,际电,测,才能确定。,3.1 概 述,6,对接收点信号场强的预测估算，是通信工程设计中的重要环,3.1 概 述,绝对功率,的dB表示：dBm,射频（RF）信号的绝对功率常用dBm、dBW表示，它与mW、W的换算关系如下：例如信号功率为x W，利用dBm表示时其大小为：,例如：1W等于30dBm，等于0dBW。,功率单位简介,7,3.1 概 述 绝对功率的dB表示：dBm例如：1W等于3,功率单位简介,3.1 概 述,相对功率,的dB表示：dBc,射频信号的相对功率常,用dB和dBc两种形式表示，其区别在于：dB是任意两个功率的比值的对数表示形式，而dBc是,某一频点输出功率,和,载频输出功率,的比值的对数表示形式,天线和天线增益,天线增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天线相对于无方向天线的功率能量密度之比，dBd是指相对于半波振子Dipole 的功率能量密度之比，半波振子的增益为2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi,8,功率单位简介3.1 概 述 相对功率的dB表示：dBc天线,3.2 VHF、UHF频段的电波传播特性,当前陆地移动通信主要使用的频段为VHF(30 300MHz)和UHF(3003000MHz)，即150MHz，450MHz、900MHz和1 800MHz。,移动通信中的传播方式主要有直射波、反射波、地表面波等传播方式，由于,地表面波的传播损耗随着频率的增高而增大,，且传播距离有限。,9,3.2 VHF、UHF频段的电波传播特性 当前陆地移动通信,3.2 VHF、UHF频段的电波传播特性,图3-1 典型的移动信道电波传播路径,10,3.2 VHF、UHF频段的电波传播特性 10,3.2.1 自由空间电波传播方式,自由空间,电波传播是指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。,电波在自由空间传播时，可以认为是直射波传播，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。,11,3.2.1 自由空间电波传播方式自由空间电波传播是指天线周,虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，不产生反射、折射、绕射、散射和吸收，但是，当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是由于,辐射,能量的扩散而引起的。,3.2.1 自由空间电波传播方式,12,虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，不产生反射、折射、绕射、,自由空间传播损耗公式,式中，,d,是距离的千米数，,f,是频率的兆赫数。,以dB计，得,3.2.1 自由空间电波传播方式,由上式可见，自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）只与工作频率,f,和传播距离,d,有关，当,f,或,d,增大一倍时，,L,bs将分别增加6dB。,记住此公式,13,自由空间传播损耗公式式中，d是距离的千米数，f是频率的兆赫数,3.2.2 视距传播的极限距离,由于地球是球形的，凸起的地表面会挡住视线。,视线所能到达的最远距离称为视线距离,d,0,图3-2 视距传播的极限距离,14,3.2.2 视距传播的极限距离 14,已知地球半径为,R,=6 370km，设发射天线和接收天线高度分别为,h,T,和,h,R,（单位为m），理论上可得视距传播的极限距离,d,0,为,由此可见，视距决定于收、发天线的高度。天线架设越高，视线距离越远。,3.2.2 视距传播的极限距离,15,已知地球半径为R=6 370km，设发射天线和接收天线高,3.2.2 视距传播的极限距离,实际上，当考虑了空气的不均匀性对电波传播轨迹的影响后，在标准大气折射情况下，等效地球半径,R,=8 500km，可得修正后的视距传播的极限距离,d,0,为,16,3.2.2 视距传播的极限距离 实际上，当考虑了空气的不均,3.2.3 绕射损耗,在实际情况下，除了考虑在自由空间中的,视距传输损耗,外，还应考虑各种障碍物对电波传输所引起的损耗,，,通常将这种损耗称为,绕射损耗,电波传播的损耗的计算 =自由空间传播的损耗+绕射损耗,17,3.2.3 绕射损耗 在实际情况下，除了考虑在自由空间中的,3.2.4 反射波,电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑界面时，会发生反射现象。,图3-3所示为从发射天线到接收天线的电波由反射波和直射波组成的二径传播模型。,图3-3 反射波和直射波,18,3.2.4 反射波 电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光,在移动通信系统中，影响传播的三种最基本的传播机制为,反射、绕射和散射,。,当电波遇到比波长大得多的物体时发生,反射,，反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面。,当发射机和接收机之间不存在视距路径，围绕阻挡体也产生波的弯曲，称为,绕射,。,散射,波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。在实际的通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等都会发生散射。,3.2.4 反射波,19,在移动通信系统中，影响传播的三种最基本的传播机制为反射、绕射,3.3 阴 影 效 应,当电波在传播路径上遇到起伏地形、建筑物、植被（高大的树林）等障碍物的阻挡时，会产生,电磁场的阴影,。,移动台在运动中通过不同障碍物的阴影时，接收信号强度就下降，构成接,收天线处场强中值,的变化，从而引起衰落，称为阴影衰落,20,3.3 阴 影 效 应 当电波在传播路径上遇到起伏地形、建,由于这种衰落的变化速率较慢，又称为,慢衰落,（长期衰落）。,慢衰落是以较大的空间尺度来度量的衰落，属于,大尺度衰落,。,慢衰落速率主要决定于传播环境，即移动台周围地形，包括山丘起伏，建筑物的分布与高度，街道走向，基站天线的位置与高度，移动台行进速度等，而与频率无关。,3.3 阴 影 效 应,21,由于这种衰落的变化速率较慢，又称为慢衰落（长期衰落）。3.3,3.3 阴 影 效 应,慢衰落的深度，即接收信号局部中值电平变化的幅度取决于信号频率与障碍物状况。,频率较高的信号比频率较低的信号容易穿透建筑物，而频率较低的信号比频率较高的信号更具有较强的绕射能力,。,慢衰落的特性是与环境特征密切相关的，可用电场实测的方法找出其统计规律。,22,3.3 阴 影 效 应 慢衰落的深度，即接收信号局部中值电,陆地移动信道的主要特征是多径传播。,传播过程中会遇到各种建筑物、树木、植被以及起伏的地形，会引起电波的反射，如右图所示。,3.4 移动信道的多径传播特性,23,陆地移动信道的主要特征是多径传播。3.4 移动信道的多径传,这样，到达移动台天线的信号不是单一路径来的，而是许多路径来的众多反射波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而各条反射波到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端叠加，有时,同相叠加而增强,，有时,反相叠加而减弱,。这样，接收信号的幅度将急剧变化，即产生了衰落。这种衰落是由于多径现象所引起的，称为,多径衰落(快衰落：时域扩展),。,3.4 移动信道的多径传播特性,24,这样，到达移动台天线的信号不是单一路径来的，而是许多路径来的,图 多径时散示例,多径效应在时域上将造成数字信号波形的展宽，为了说明它对移动通信的影响， 首先看一个简单的例子,25,图 多径时散示例多径效应在时域上将造成数字信号波形的展宽，,假设基站发射一个极短的脉冲信号,S,i,(t)=a,0,(t),， 经过多径信道后， 移动台接收信号呈现为一串脉冲， 结果使脉冲宽度被展宽了。,这种因多径传播造成信号时间扩散的现象， 称为多径时散。,多径效应,26,假设基站发射一个极短的脉冲信号Si(t)=a0(t)， 经,一般情况下， 接收到的信号为,N,个不同路径传来的信号之和， 即,式中，,a,i,是第,i,条路径的衰减系数；,i,(,t,)为第,i,条路径的相对延时差。,27,一般情况下， 接收到的信号为N个不同路径传来的信号之和， 即,3.5 多普勒频移,当移动台在运动中通信时，,接收信号频率会发生变化，称为多普勒效应,。由此引起的附加频移称为多普勒频移（Doppler Shift），造成多普勒频展，多普勒频移可用下式表示,28,3.5 多普勒频移 当移动台在运动中通信时，接收信号频率会,式中，,是入射电波与移动台运动方向的夹角（见下图），,v,是运动速度，,是波长。,式中， 与入射角度无关，是,f,D,的最大值，称为最大多普勒频移。,3.5 多普勒频移,29,式中，是入射电波与移动台运动方向的夹角（见下图），v是运动,多径效应导致信号时域展宽；频率选择性衰落(信号中不同频率分量衰落不一致，引起信号波形失真),多普勒效应导致信号频域展宽；时间选择性衰落,信号在时域或频域的展宽，使得本来分开的波形在时间上或在频谱上会产生交叠，使信号产生衰落失真,重要提示,30,多径效应导致信号时域展宽；频率选择性衰落(信号中不同频率分量,3.6 相关带宽,从频域观点而言，多径时散现象将导致频率选择性衰落， 即,信道对不同频率成分有不同的响应,。若信号带宽过大，就会引起严重的失真。为了说明这一问题，先讨论两条射线的情况，即如图所示的双射线信道。为分析简便，不计信道的固定衰减，用“1”表示第一条射线，信号为,S,i,(,t,); 用“2”表示另一条射线，其信号为,rS,i,(,t,)e,j,(,t,),，这里,r,为一比例常数。 于是， 接收信号为两者之和，即,31,3.6 相关带宽31,双射线信道等效网络,32,双射线信道等效网络 32,双射线信道等效网络的传递函数为,信道的幅频特性为,由上式可知， 当,(,t,)=2,n,时(,n,为整数)， 双径信号同相叠加， 信号出现峰点； 而当,(,t,)=(2,n,+1),时， 双径信号反相相消， 信号出现谷点。 根据式画出的幅频特性如图所示。,33,双射线信道等效网络的传递函数为 信道的幅频特性为 由上式可知,双射线信道的幅频特性,34,双射线信道的幅频特性34,由图可见， 其相邻两个谷点的相位差为,则,或,=,(,t,) = 2,由此可见，,两相邻场强为最小值的频率间隔是与相对多径时延差(,t,)成反比的,，通常称,B,c,为多径时散的相关带宽。 若所传输的信号带宽较宽，以至与,B,c,可比拟时，则所传输的信号将产生明显的畸变。,35,由图可见， 其相邻两个谷点的相位差为 则 或 =,式中， 为时延扩展。,实际上， 移动信道中的传播路径通常不止两条， 而是多条， 且由于移动台处于运动状态， 相对多径时延差(,t,)也是随时间而变化的， 因而合成信号振幅的谷点和峰点在频率轴上的位置也将随时间而变化， 使信道的传递函数呈现复杂情况， 这就很难准确地分析相关带宽的大小。 工程上， 对于角度调制信号， 相关带宽可按下式估算：,36,式中， 为时延扩展。 实际上， 移动信道中的传播路径通,根据衰落与频率的关系，将衰落分为两种：,频率选择性衰落,和,非频率选择性衰落,，后者又称为平坦衰落,频率选择性衰落,是指传输信道对信号不同的频率成分有不同的随机响应，信号中不同频率分量衰落不一致，引起信号波形失真,非频率选择性衰落,是指信号经过传输信道后，各频率分量的衰落是相关的具有一致性，衰落波形不失真,37,根据衰落与频率的关系，将衰落分为两种：频率选择性衰落和非频率,是否发生频率选择性衰落或非频率选择性衰落要由信道和信号两方面来决定，对于移动信道来说，存在一个固有的相关带宽,当信号带宽小于相关带宽时，发生非频率选择性衰落（平坦衰落），波形不失真,当信号的带宽大于相关带宽时，发生频率选择性衰落，引起波形失真，造成码间干扰,38,是否发生频率选择性衰落或非频率选择性衰落要由信道和信号两方面,对移动信道而言,当码元速率较低，信号的带宽小于相关带宽，衰落为平坦衰落,反之，若速率较高，信号带宽大于相关带宽，衰落为频率选择性衰落，引起波形失真，造成码间干扰（ISI）,39,对移动信道而言当码元速率较低，信号的带宽小于相关带宽，衰落为,3.7 衰落特性的特征量,1、衰落速率和衰落深度,衰落率,，定义为信号包络在单位时间内以正斜率通过中值电平的次数,衰落深度,即信号的有效值与该次衰落的信号最小值的差值,2、电平通过率和平均衰落持续时间,电平通过率,定义为信号包络单位时间内以正斜率通过某一规定电平R的平均次数，描述衰落次数的统计规律,平均衰落持续时间,，定义为信号包络低于某个给定电平值的概率与该电平所对应的电平通过率之比,40,3.7 衰落特性的特征量1、衰落速率和衰落深度40,3.8 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测,设计无线通信系统时，首要的问题是在给定条件下如何算出,接收信号的场强，或接收信号中值,。,这些给定条件包括发射机天线高度、位置、工作频率、接收天线高度、收发信机之间距离等。,这就是,电波传播的路径损耗预测问题,，又称为,信号中值,预测。,采用电波传播损耗预测模型计算无线路径的传播损耗，确定无线蜂窝小区的服务覆盖区,41,3.8 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测 设计无线通,3.8 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测,研究无线移动通信信道的基本方法,理论分析,电磁场理论和统计理论分析+数学模型,现场电波实测,计算机模拟,42,3.8 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测 研究无线移,3.8 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测,对无线电波传播特性的研究，将导致以下两种,应用成果,电波传播损耗预测模型的建立,在设计无线移动通信网络时，很好的掌握在基站周围所有地点处接收信号的平均强度及其变化特点，以便为网络覆盖的研究以及整个网络设计提供基础,为实现信道仿真提供基础,43,3.8 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测 对无线电波,3.8 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测,3.8.1 地形、地物分类,3.8.2,中等起伏地形上传播损耗的中值,3.8.3 任意地形地区的传播损耗的中值,3.8.4 电波传播损耗预测模型,3.8.5 微蜂窝系统的覆盖区预测模式,44,3.8 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测 3.8.1,3.8.1 地形、 地物分类,1. 地形的分类与定义,为了计算移动信道中信号电场强度中值(或传播损耗中值)， 可将地形分为两大类， 即,中等起伏地形,和,不规则地形,， 并以中等起伏地形作传播基准。所谓,中等起伏地形,，是指在传播路径的地形剖面图上，地面起伏高度不超过20,m,，且起伏缓慢，峰点与谷点之间的水平距离大于起伏高度。其它地形如丘陵、孤立山岳、斜坡和水陆混合地形等统称为,不规则地形,。,45,3.8.1 地形、 地物分类45,基站天线有效高度(,h,b,),46,基站天线有效高度(hb)46,h,b,=,h,t,s,-,h,g,a,移动台天线的有效高度h,m,总是指天线在当地地面的高度,由于天线架设在高度不同地形上， 天线的有效高度是不一样的。 (例如，把20,m,的天线架设在地面上和架设在几十层的高楼顶上， 通信效果自然不同。)因此， 必须合理规定天线的有效高度， 其计算方法参见图 。 若基站天线顶点的海拔高度为,h,t,s,， 从天线设置地点开始， 沿着电波传播方向的3,km,到15,km,之内的地面平均海拔高度为,h,g,a,， 则定义基站天线的有效高度,h,b,为,47,hb = ht,2. 地物(或地区)分类,不同地物环境其传播条件不同， 按照地物的密集程度不同可分为三类地区： ,开阔地,。 在电波传播的路径上无高大树木、 建筑物等障碍物， 呈开阔状地面， 如农田、 荒野、 广场、 沙漠和戈壁滩等。 ,郊区,。在靠近移动台近处有些障碍物但不稠密， 例如，有少量的低层房屋或小树林等。,市区,。 有较密集的建筑物和高层楼房。,自然，上述三种地区之间都有过渡区， 但在了解以上三类地区的传播情况之后， 对过渡区的传播情况就可以大致地作出估计。,48,2. 地物(或地区)分类48,3.8.2 中等起伏地形上传播损耗的中值,1. 市区传播损耗的中值,在计算各种地形、 地物上的传播损耗时， 均以,中等起伏地上市区的损耗中值,或,场强中值,作为基准， 因而把它称作,基准中值或基本中值,。,由电波传播理论可知， 传播损耗取决于传播距离,d,、 工作频率,f,、基站天线高度,h,b,和移动台天线高度,h,m,等。 在大量实验、统计分析的基础上，可作出传播损耗基本中值的预测曲线。 下图给出了典型中等起伏地上市区的基本中值,A,m,(,f, d)与频率、 距离的关系曲线。,49,3.8.2 中等起伏地形上传播损耗的中值49,图上，纵坐标刻度以dB计，是以自由空间的传播损耗为0 dB的相对值。换言之，曲线上读出的是基本损耗中值大于自由空间传播损耗的数值。由图可见，随着频率升高和距离增大， 市区传播基本损耗中值都将增加。图中曲线是在基准天线高度情况下测得的，即基站天线高度,h,b,=200,m,，移动台天线高度,h,m,=3 m,。,50,图上，纵坐标刻度以dB计，是以自由空间的传播损耗为0 dB的,中等起伏地上市区基本损耗中值,51,中等起伏地上市区基本损耗中值 51,如果基站天线的高度不是200m,则损耗中值的差异用基站天线高度增益因子,H,b,(,h,b,d,) 表示。下图（a）给出了不同通信距离,d,时，,H,b,(,h,b,d,)与,h,b,的关系。显然，当,h,b,200m 时，,H,b,(,h,b,d,)0 dB；反之，当,h,b,200 m时，,H,b,(,h,b,d,)0 dB。,52,如果基站天线的高度不是200m,则损耗中值的差异用基站天,天线高度增益因子,(a) 基站H,b,(h,b, d); (b) 移动台H,m,(h,m, f),53,天线高度增益因子53,同理，当移动台天线高度不是3m时，需用移动台天线高度增益因子,H,m,(,h,m,f,)加以修正，参见上图(b)。 当,h,m,3 m时，,H,m,(,h,m,f,)0 dB； 反之， 当,h,m,3m时，,H,m,(,h,m, f)0 dB。由图3-24(b)还可见，当移动台天线高度大于5 m以上时， 其高度增益因子,H,m,(,h,m,f,)不仅与天线高度、频率有关，而且还与环境条件有关。例如，在中小城市， 因建筑物的平均高度较低，故其屏蔽作用较小，当移动台天线高度大于4m时， 随天线高度增加， 天线高度增益因子明显增大； 若移动台天线高度在14m范围内，,H,m,(,h,m,f,)受环境条件的影响较小，移动台天线高度增高一倍时，,H,m,(,h,m,f,)变化约为3 dB。,54,同理，当移动台天线高度不是3m时，需用移动台天线高度增益,2. 郊区和开阔地损耗的中值,郊区的建筑物一般是分散、 低矮的， 故电波传播条件优于市区。 郊区场强中值与基准场强中值之差称为郊区修正因子，记作,K,mr,， 它与频率和距离的关系如下图 所示。,由图可知， 郊区场强中值大于市区场强中值。 或者说， 郊区的传播损耗中值比市区传播损耗中值要小。,55,2. 郊区和开阔地损耗的中值55,郊区修正因子,56,郊区修正因子56,下图给出的是开阔地、 准开阔地(开阔地与郊区间的过渡区)的场强中值相对于基准场强中值的修正曲线。,Q,o,表示开阔地修正因子,Q,r,表示准开阔地修正因子。 显然， 开阔地的传播条件优于市区、 郊区及准开阔地， 在相同条件下， 开阔地上场强中值比市区高近20dB。,为了求出郊区、 开阔地及准开阔地的损耗中值， 应先求出相应的市区传播损耗中值， 然后再减去由图查得的相对应的修正因子即可。,57,下图给出的是开阔地、 准开阔地(开阔地与郊区间的过渡区)的场,开阔地、 准开阔地修正因子,58,开阔地、 准开阔地修正因子58,3. 不规则地形上传播损耗的中值 （略）,1. 丘陵地的修正因子,K,h,2. 孤立山岳修正因子,K,js,3. 斜波地形修正因子,K,s,p,4. 水陆混合路径修正因子K,s,59,3. 不规则地形上传播损耗的中值 （略）59,3.8.3 任意地形地区的传播损耗的中值,1. 中等起伏地市区中接收信号的功率中值,P,P,中等起伏地市区接收信号的功率中值,P,P,可由下式确定：,P,P, =,P,0,-,A,m,(,f,d,)+,H,b,(,h,b,d,)+,H,m,(,h,m,f,),式中，,P,0,为自由空间传播条件下的接收信号的功,率， 即,60,3.8.3 任意地形地区的传播损耗的中值60,式中：,P,T,发射机送至天线的发射功率；,工作波长；,d,收发天线间的距离；,G,b,基站天线增益；,G,m,移动台天线增益。,61,式中：61,A,m,(,f,d,)是中等起伏地市区的基本损耗中值， 即假定自由空间损耗为0,d,B， 基站天线高度为200,m, 移动台天线高度为3,m,的情况下得到的损耗中值,H,b,(,h,b,d,)是基站天线高度增益因子， 它是以基站天线高度200,m,为基准得到的相对增益。,H,m,(,h,m,f,)是移动台天线高度增益因子， 它是以移动台天线高度3,m,为基准得到的相对增益,62,Am(f, d)是中等起伏地市区的基本损耗中值， 即假定自由,2. 任意地形地区接收信号的功率中值,P,Pc,P,Pc,=,P,P,+K,T,任意地形地区的传播损耗中值,L,A,=,L,T,-,K,T,式中，,L,T,为中等起伏地市区传播损耗中值， 即,L,T,=,L,fs,+,A,m,(,f,d,)-,H,b,(,h,b,d,)-,H,m,(,h,m,f,),地形地物修正因子K,T,：,K,T,=K,mr,+Q,0,+Q,r,+K,h,+K,hf,+K,js,+K,sp,+K,s,63,2. 任意地形地区接收信号的功率中值PPc63,【示例】 某一移动信道， 工作频段为450MHz， 基站天线高度为50m，天线增益为6dB，移动台天线高度为3m， 天线增益为 0dB；在市区工作，传播路径为中等起伏地， 通信距离为 10km。 试求：,(1) 传播路径损耗中值；,(2) 若基站发射机送至天线的信号功率为 10W， 求移动台天线得到的信号功率中值。,64,【示例】 某一移动信道， 工作频段为450MHz， 基站天线,解,(1) 根据已知条件，,K,T,=0,L,A,=,L,T,自由空间传播损耗,L,fs, =,32.44+20lg,f,+20lg,d,=,32.44+20lg450+20lg10,=,105.5,d,B,65,65,查得市区基本损耗中值,A,m,(,f,d,) = 27,d,B,基站天线高度增益因子,H,b,(,h,b,d,) = -12,d,B,移动台天线高度增益因子,H,m,(,h,m,f,) = 0,d,B,可得传播路径损耗中值为,L,A,=,L,T,= 105.5+27+12 = 144.5,d,B,66,查得市区基本损耗中值66,解,(2),P,P, =,P,0,-,A,m,(,f,d,)+,H,b,(,h,b,d,)+,H,m,(,h,m,f,),=P,T,-L,fs,+G,b,+G,m,-A,m,(,f,d,)+,H,b,(,h,b,d,)+,H,m,(,h,m,f,),=P,T,+G,b,+G,m,-L,T,=10lg10+6+0-144.5=-128.5dBW=-98.5dBm,67,PP =P0-Am(f,d)+Hb(hb,d)+Hm,1、室外传播模型,Okumra-Hata模型,COST-231 Hata模型,CCIR模型,LEE模型,COST-231 WI模型,Hata模型是广泛使用的一种中值路径损耗预测的,传播模型，适用于宏蜂窝。,Okumra-Hata模型，1501500MHz，主要用于900MHz,COST-231 Hata，是将频率扩展到2GHz的Hata模型扩展版本,3.8.4 移动信道的电波传播损耗预测传播模型,68,1、室外传播模型3.8.4 移动信道的电波传播损耗预测传播模,Hata根据Okumura模型中的各种图表曲线归纳出一个经验公式，称为Hata模型。,这种模型仍然保留了Okumura模型的风格，以市区传播损耗为标准，其他地区在此基础上进行修正。,69,Hata根据Okumura模型中的各种图表曲线归纳出一个经验,（1）Okumura-Hata模型,Hata将市区的传播损耗表示为一个标准的公式和一个应用于其他不同环境的附加校正公式,在市区的中值路径损耗的标准公式为,L,p,(,d,B)=69.55+,26.16,lg,f,c,-13.82lg,h,b,-,a,(,h,m,)+(44.9-6.55lg,h,b,)lg,d,+C,cell,+C,terrain,（,d,B）,式中：,f,c,是在1501500M,H,z内的工作频率；,h,b,是基站发射机的有效天线高度（单位为,m,， 适用范围30200,m,）， 其定义为天线相对海平面高度,h,ts,减去距离从3,km,到15,km,之间的平均地面高度,h,g,a,;,h,m,是移动台接收机的有效天线高度（单位为,m,， 适用范围110,m,）;,d,是收发天线之间的距离（单位为,km,， 适用范围110,km,）；,a,(,h,m,)是移动台接收机的有效天线高度的修正因子。,70,（1）Okumura-Hata模型 在市区的中值,对于中小城市，,a,(,h,s,)的表达式为,a,(,h,m,)=(1.1lg,f,c,-0.7),h,m,-(1.56lg,f,c,-0.8),d,B,对于大城市、 郊区、乡村a(h,s,)的表达式为,a,(,h,m,)=8.29(lg1.54,h,m,),2,-1.1,d,B,f,c,300 MHz,a,(,h,m,)=3.2(lg11.754,h,m,),2,-4.97,d,B,f,c,300 MHz,C,cell,为小区类型校正因子；C,terrain,为地形校正因子,71,对于中小城市， a(hs)的表达式为71,郊区,C,cell,= - 2lg(,f,c,/28),2,-5.4,d,B,乡村,C,cell,= - 4.78(lg,f,c,),2,-18.33lg,f,c,-40.94,d,B,城市,C,cell,=0,d,B,72,郊区72,（2）COST-231 Hata模型,是Hata模型的扩展版本,应用频率15002000MHz,小区半径大于1km的宏蜂窝系统,发射天线在30m200m之间,接收天线在1m10m之间,COST-231 Hata模型路径损耗计算的经验公式为：,L=46.3+,33.9,f,c,-13.82lgh,b,-,a,(,h,m,)+(44.9 - 6.55lgh,b,)lgd,+Ccell+Cterrain+C,M,d,B,C,M,为大城市中心校正因子：中等城市和郊区,C,M,=0 dB；大城市中心,C,M,=3dB（两种Hata模型的主要区别：频率衰减因子不同）,73,（2）COST-231 Hata模型 73,（3）CCIR模型,CCIR模型反应了自由空间路径损耗和地形引入的路径损耗联合效果的经验公式,L,(,d,B)=69.55+,26.16,lg,f,c,-13.82lg,h,b,-,a,(,h,m,)+(44.9-6.55lg,h,b,)lg,d-B,（ d,B）,该公式为Okumura-Hata模型在城市传播环境下的应用，其校正因子：,B=30-20lg(被建筑物覆盖的区域的百分比),如15%的区域被建筑物覆盖：,B=30-20lg15,（4）LEE模型（略）,74,（3）CCIR模型 （4）LEE模型（略）74,（5） COST-231 WI模型,COST-231WI模型基于Walfisch-Bertoni模型和Ikegami模型， 对实测数据加以完善而提出了COST-231模型。这种模型考虑到了自由空间损耗、 沿传播路径的绕射损耗以及移动台与周围建筑屋顶之间的损耗。COST-231 WI模型已被用于,微小区,的实际工程设计。,800MHz2000MHz,4m=h,b,=50m,1m=h,m,=3m,0.02km=d=5km,75,（5） COST-231 WI模型 75,1) 视距传播LOS路径损耗计算公式为,L,=42.6+26lg,d,+20lg,f,式中损耗,L,以,d,B计算， 距离,d,以,km,计算， 频率,f,以MHz计算(下面公式中的参量单位与该式相同 ),2) 非视距传播路径损耗计算公式为,L,=,L,0,+,L,rts,+,L,msd,式中， L,0,是自由空间传播损耗； Lrts是屋顶至街,道的绕射及散射损耗； Lmsd是多重屏障的绕射,损耗。,76,1) 视距传播LOS路径损耗计算公式为76,式中：,w,为街道宽度(m)；,h,m,=,h,roof,-,h,m,为建筑物高度,h,roof,与移动台天线高度,h,m,之差(m)；,L,ori,是考虑到街道方向的实验修正值， 且,0,35,35,55,55,h,r,oo,f,h,b,h,r,oo,f,h,b,h,r,oo,f,h,b,h,r,oo,f,且,d,0.5,km,h,b,h,r,oo,f,且,d,0.5,km,78,式中，b为沿传播路径建筑物之间的距离(m)； Lbsh和Ka,h,b,h,r,oo,f,h,b,h,r,oo,f,中等城市及具有中等密度树木的郊区,大城市,以上式中的,h,b,和,h,r,oo,f,分别为基站天线和建筑物屋顶的高度(,m,)，,h,b,为两者之差：,h,b,=,h,b,-,h,r,oo,f,79,hbhroof hbhroof 中等城市及具有中等密度树,重要提示,Okumura模型提供的数据较齐全，应用较广泛，适用于VHF和UHF频段。,该模型的特点是：以准平坦地形大城市地区的场强中值路径损耗作为基准，对于不同的传播环境和地形条件等因素用校正因子加以修正。,80,重要提示 Okumura模型提供的数据,微蜂窝系统的覆盖区预测模式,在大蜂窝和小蜂窝中，基站天线都安装在高于屋顶的位置，这时传播路径损耗主要由移动台附近的屋顶绕射和散射波决定，即主要射线是在屋顶之上传播。,Okumura-Hata模型适用于基站天线高度高于其周围屋顶的宏蜂窝系统，而不适用于基站天线高度低于屋顶的微蜂窝系统作传播预测。,81,微蜂窝系统的覆盖区预测模式 在大蜂窝和小蜂窝中，基站,在微蜂窝系统中，基站天线高度通常低于屋顶，电波传播由其周围建筑物的绕射和散射决定，即主要射线传播是在类似于槽形波导的街道峡谷中进行。,COST-231-Walfish-Ikegami模型可用于宏蜂窝及微蜂窝作传播损耗预测。,但是，在基站天线高度大致与其附近的屋顶高度同一水平时，屋顶高度的微小变化将引起路径损耗的急剧变化，这时容易造成预测误差。,所以，在这种情况下使用COST-231-Walfish-Ikegami模型要特别小心。,微蜂窝系统的覆盖区预测模式,82,在微蜂窝系统中，基站天线高度通常低于屋顶，电波传播由其周围建,在做微蜂窝覆盖区预测时，必须有详细的街道及建筑物的数据，不能采用统计近似值。,市区环境的特性用下列参数表示，这些参数的定义见图（a）和（b）。,微蜂窝系统的覆盖区预测模式,83,在做微蜂窝覆盖区预测时，必须有详细的街道及建筑物的数据，不能,图 环境参数的定义,微蜂窝系统的覆盖区预测模式,84,微蜂窝系统的覆盖区预测模式 84,课后练习题,1、计算：, 1W =（）dBm; 2W =（）dBm; 4W =（）dBm; 8W =（）dBm,10W =（）dBm; 20W =（）dBm; 40W =（）dBm; 80W =（）dBm, 20dBm =（）W; 30dBm =（）W; 40dBm =（）W,23dBm =（）W; 27dBm =（）W; 43dBm =（）W, 10倍 =（）dB； 100倍 =（）dB；1000倍 =（）dB；,2倍 =（）dB； 4倍 =（）dB； 8倍 =（）dB；,1/10倍 =（）dB； 1/100倍 =（）dB； 1/1000倍 =（）dB；,85,课后练习题1、计算：85,2、简述长期慢衰落与短期快衰落的概念。,3、若载波频率为f0=800MHz，移动台速度v=60km/h，求最大多普勒频移,4、设基站天线高度为40m，发射频率为900MHz，移动台天线高度为2m，通信距离为15km，利用Okumura-Hata模型分别求出城市、郊区和乡村的路径损耗（忽略地形校正因子）,5、已知面积为500平方千米的某地区内，,均匀分布,了100000移动通信用户。已知条件：（1）该地区的呼损率为5，单用户忙时话务量为0.025Erl，并且单个基站的业务信道（话音信道）数量为20； （2）已知基站发射功率为2W，要求终端的最低接收电平为80dBm，工作频率为1000MHz，传播模型为自由空间损耗公式。试从容量及覆盖两个角度来考虑，计算实现该地区的覆盖需要多少基站。,课后练习题,86,2、简述长期慢衰落与短期快衰落的概念。课后练习题86,6. 试简述移动信道中电波传播的方式及其特点。,7. 试比较10 dBm、 10 W及10 dB之间的差别。,8. 在标准大气折射下， 发射天线高度为200 m， 接收天线高度为2 m， 试求视线传播极限距离。,思考题与习题,87,6. 试简述移动信道中电波传播的方式及其特点。思考题与习题8,9. 某一移动通信系统， 基站天线高度为100 m， 天线增益G,b,=6 dB， 移动台天线高度为3 m，G,m,=0 dB， 市区为中等起伏地， 通信距离为10 km， 工作频率为150 MHz， 试求：,(1) 传播路径上的损耗中值；,(2) 基站发射机送至天线的功率为10 W， 试计算移动台天线上的信号功率中值。,10. 若上题的工作频率改为450 MHz， 试求传播损耗中值。,11. 假定f =1040 MHz，h,m,=1.5 m，h,b,=20 m，h,roof,=20 m，平顶建筑，=90，w=15m，试比较COST-231/Walfish/Ikegami模型和Hata模型的预测结果。,88,9. 某一移动通信系统， 基站天线高度为100 m， 天线增,谢谢！,89,谢谢！89,