移动信道的传播特性课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,移动通信概论,3G,移动通信概论,朱广强,第,2,章 移动通信信道,讲述内容,2.1,陆地无线电波传播特性,2.2,移动通信信道的多径传播特性,2.3,描述多径衰落信道的主要参数,2.4,阴影衰落的基本特性,2.5,电波传播损耗预测模型,2.6,多径衰落信道的建模和仿真,第一次课,第二次课,第三次课,第,2,章 移动通信信道,要求与重点,掌握移动通信中,电波传播,的,主要,方式,，,理解两径传播模型的合成场强计算方法,。,掌握多径传播的基本特性，理解多径衰落对数字移动通信的影响。,理解描述多径信道的参数，了解小范围衰落模型。,掌握电波传播损耗的预测。,了解移动通信信道的,建模与仿真,第,2,章 移动通信信道,通过本章学习，着重解决以下问题：,大尺度传播特性,大尺度传播模型,:,描述的是发射机与接收机之间,(T-R),长距离,(,几千米、数百波长量级,),上的场强变化。,小尺度传播特性,小尺度传播模型,:,描述短距离,(,数十波长以下量级,),内的接收场强的传播模型。,统计特性,主要参数,建模与仿真,1),对移动信道有一个全面深入的理解,2),更好地理解经历信道后的信号变化机理,本次课解决的问题,自由空间传播损耗模型？,电波传播的几种方式？自由空间传播模型和两径传播模型的传播损耗如何计算？,掌握,移动通信中电波传播的主要方式,掌握,自由空间电波传播损耗规律,理解,两径传播模型的合成场强计算方法及传播损耗规律,重点,：典型传播方式及传播损耗规律,难点,：两径传播模型的合成场强计算,概述,信道分类,按传输媒质分,有线信道,无线信道,根据信道特性参数随时间变化的快慢,恒参信道：传输特性随时间变化速度极慢，或者说在足够长的时间内，其参数基本不变。,变参信道：传输特性随时间的变化较快。,移动通信信道,典型的,无线变参信道,。,6,缩写,名称,频率范围,波长名称,传播方式,目前频率分配情况,VLF,基低频,30kHz,以下,万米波,(,甚长波,),天波,地波,以地波传播为主,(1020)kHz,主要用于无线电导航,海上移动通信和广播,LF,低频,Low,30kHz300kHz,千米波,(,长波,),天波,地波,以地波传播为主,(2003000)kHz,主要用于广播,无线电导航,海上移动通信,地对空通信,MF,中频,M,edium,300kHz,3000kHz,百米波,(,中波,),主要以地波播,夜间天波亦可传播,HF,高频,High,3MHz30MHz,十米,波,(,短波,),地波传播距离极近,以视距内直线传播为主,主要用于定点通信,航海和航空移动通信,广播,热带广播及业余无线电等,VHF,基,高频,Very,30MHz,300MHz,米波,(,超,短波,),视距内直线传播,(,301000)MHz,主要用于电视广播,陆上移动通信,航空移动通信,海上移动通信,定点通信,空间通信和雷达等,UHF,特,高频,Ultra,300MHz,3000MHz,分米波,(,微波,),与光的传播特性基本相同,SHF,超高频,Super,3GHz30GHz,厘米波,(,微波,),1GHz-10GHz,主要用于无线电微波接力系统,其次是定点通信和移动通信业务,EHF,极,高频,Extremely,30GHz300GHz,毫米波,(,微波,),10GHz,以上,主要用于无线电中继接力通信,空间通信,雷达,导航,无线电天文学,等,概述,目前典型移动通信使用频段：,1,、,150 MHz,（,VHF,）,2,、,450 MHz,（,UHF,）,3,、,900 MHz,（,UHF,）,4,、,1800MHz,（,UHF,）,第三代移动通信,IMT-2000,也将使用,1.8-2.2GHz,频段（,UHF,）。,那么，,VHF,、,UHF,频段电波传播有些什么特性呢？,8,2.1,陆地无线电波传播特性,2.1.1,电波传播方式,2.1.2,直射波,2.1.3,大气中的电波传播,2.1.4,障碍物的影响与绕射损耗,2.1.5,反射波,2.1.6,散射波,电磁波的基本特特征,10,2.1.1,电波传播方式,VHF,与,UHF,频段，典型传播方式,1,、直射,2,、反射,3,、散射,4,、绕射,11,2.1,陆地无线电波传播特性,2.1.1,电波传播方式,2.1.2,直射波,2.1.3,大气中的电波传播,2.1.4,障碍物的影响与绕射损耗,2.1.5,反射波,2.1.6,散射波,12,2.1.2,直射波,采用模型,自由空间传播模型,自由空间模型的定义,天线周围是均匀无损耗的无限大空间,大气层是各向同性的均匀媒质,电导率为,0,，相对介电常数和相对磁导率为,1,自由空间特性,不存在电波的反射、折射、绕射、色散和吸收等现象，电波的传播速率等于真空中光速,C,自由空间损耗,自由空间损耗的,本质,球面波在传播过程中，随着,传播距离增大,，球面单位面积上的,能量减小,了，而接收天线的有效截面积是一定的，故而接收天线所捕获的信号功率是减小了，这是自由空间损耗的本质。,d,P,T,P,R,14,模型,适用范围及接收,功率计算公式,模型适用范围,接收机和发射机之间是完全无阻隔的视距路径,LOS,。,仅当视距大于发射天线远场距离时适用。,距发射机,d,处天线的接收功率,数学表达式（,Friis,公式）,其中，,P,t,为发射功率，亦称有效发射功率；,P,r,(d),是接收功率，为,T-R,距离的幂函数；,G,t,是发射天线增益；,G,r,是接收天线增益；,d,是,T-R,间距离；,L,是与传播无关的系统损耗因子；,为波长。,模型,适用范围及接收,功率计算公式,自由空间传播模型,距发射机,d,处天线的接收功率,物理意义,与,d,2,成反比,距离越远，衰减越大。,与,l,2,成正比（与,f,2,成反比）,频率越高，衰减越大。,综合损耗,L(L=1),通常归因于传输线衰减、滤波损耗和,天线损耗，,L1,则表明系统硬件中无损耗。,16,模型,适用范围及接收,功率计算公式,传播媒体的近似,自由空间的接收功率：,P,T,=,发射功率,(,W),G,T,=,发射天线增益,G,R,=,接收天线增益,=,c/f,波长,(m),，,c=,光速,(310,8,m/s),d=,发射,机和,接收,机之间的距离,(,m),d,P,T,P,R,17,自由空间传播损耗,自由空间传播损耗可以定义为：,(,不考虑天线增益,),以,dB,计，得到：,或,可见，自由空间电波传播损耗只与工作频率,f,和传播距离,d,有关。,18,2.1,陆地无线电波传播特性,2.1.1,电波传播方式,2.1.2,直射波,2.1.3,大气中的电波传播,2.1.4,障碍物的影响与绕射损耗,2.1.5,反射波,2.1.6,散射波,19,2.1.3,大气中的电波传播,实际移动信道在低层大气中。,低层大气并不是均匀介质，对电波传播对影响：,有利：可使极限视线传播的距离增大。,不利：吸收等,20,2.1.3,大气中的电波传播,大气折射对电波传播的影响，在工程上通常用“,地球等效半径,”来表征，也就是认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径变成了等效半径。,大气折射,假设,A,点架设一部发信机，天线的架高是,H1,，,AB,是和地球相切的一条射线。若要接收到来波，天线的架高必须超出这条切线，如果天线的高度不够高，为了接收到来波，天线应该向哪个方向移动,?,C,A,B,H1,O,C1,H2,C2,22,视线传播极限距离,2.1,陆地无线电波传播特性,2.1.1,电波传播方式,2.1.2,直射波,2.1.3,大气中的电波传播,2.1.4,障碍物的影响与绕射损耗,2.1.5,反射波,2.1.6,散射波,24,2.1.4,障碍物的影响与绕射损耗,原理,波理论。绕射可以用惠更斯原理解释。,惠更斯原理：波前的所有点可作为产生次级波的点源，这些次级波组合起来形成传播方向上新的波前。,绕射由次级波的传播进入阴影区而形成。,菲涅尔区,如,下,图所示，,菲,涅尔区,区,是一个椭球体，其中收发天线位于该椭球的两个焦点,A,点和,B,点上。实际传播环境中，如果该椭球体内存在阻挡物，直射波和反射波（或绕射波）的路径差小于半个波长，相位差的影响,小于,2,，这样的话就会大大影响无线电波的传播效果。这个椭球体的半径就是,第一菲涅尔半径,。,第,一,菲涅尔区,是主传播区，它的半径,R,为,dt,为反射点到发射端的距离,；,dr,为反射点到接收端的距离,；,d,为发射机到接收机间的水平距离,26,菲涅尔区,在典型的城市无线环境巾，基站覆盖半径为,1.5km,，假若地面反射点离,发射天线为,150m,，离接收天线约,为,1380m,那么对于,采用,2,000,MHz,频率的无线制式,(,波长,为,0.15m,),来说，该点处的第一菲涅尔区半径是多少？,第,一,菲涅尔区,是主传播区，它的半径,R,为,27,绕射损耗,绕射损耗：在实际情况下，电波的直射路径上存在各种障碍物，由障碍物引起的附加传播损耗。,x,表示障碍物顶点至直射线的距离，称为菲涅尔余隙,。规定阻挡时余隙为负，无阻挡时余隙为正。,28,绕射损耗,工程上采用图表形式。如图,2-4,。,x/x,1,0.5,时附加损耗为,0dB,。,X,反射,模型。,小于波长的粗糙表面,散射,模型。,36,小结,无线电波传播机制,直射、折射、反射、绕射和散射。,自由空间（无阻挡物）：,直射，视距传播,LOS,(line-of-sight),),存在阻挡物（多条路径）：,反射：当电波在不同性质的介质交界处，会有一部分发生反射。,绕射：惠更斯原理。能够传播到阻挡物后面。,散射：粗糙的表面会向所有方向散射电磁波。,平滑表面,反射模型。粗糙表面,散射模型。,传播损耗,自由空间模型：,双径模型：,37,小结,大多数情况都是空间传播损耗、反射、绕射、散射等多种因素的综合。,预测接收点的信号场强是研究传播模型的主要目的，通过以上的学习，同学们可以对预测接收点的信号场强有,定性和一些定量,的分析。要想较为准确地预测出接收点的信号场强大小，则还需要全面地考虑各种传播方式的传播损耗。,38,小结,研究电波传播特性的基本方法,理论分析,即用电磁场理论或统计理论分析电波在移动环境中的传播特性，并用各种模型来描述移动信道。,现场电波传播实测,即在不同的传播环境中，做电波传播试验。测试参数包括接收信号幅度、时延以及其它反映信道特征的参数。,计算机模拟,即利用计算机强大的计算能力，快速灵活地模拟各种移动环境。该方法可弥补前两种方法的不足。,39,作业,P50.,1,补,2,自由空间中距离发射机,d,处天线的接收功率与哪些参数有关？服从何规律？,40,