1、移動(dòng)信道移動(dòng)信道AbisA接口接口MSBSSOMC-R操作維護(hù)中心操作維護(hù)中心BSC基站基站控制器控制器MSC移動(dòng)交換中心移動(dòng)交換中心BTS基站基站收發(fā)信機(jī)收發(fā)信機(jī)BTS基站基站收發(fā)信機(jī)收發(fā)信機(jī)BTS基站基站收發(fā)信機(jī)收發(fā)信機(jī)MSMSUm第二章第二章 移動(dòng)通信信道移動(dòng)通信信道2.12.1 概述概述2.22.2 大尺度傳播特性大尺度傳播特性2.32.3 小尺度傳播特性小尺度傳播特性n無線電波的傳播機(jī)制無線電波的傳播機(jī)制 n自由空間（無阻擋物）：視距傳播LOS (line-of-sight)(line-of-sight)n存在阻擋物（多條路徑）:n反射：反射：當(dāng)電磁波遇到比波長(zhǎng)大得多的物體時(shí)，會(huì)發(fā)生

2、反射n繞射：繞射：當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時(shí)，會(huì)發(fā)生繞射n散射：散射：當(dāng)波穿行的介質(zhì)中存在小于波長(zhǎng)的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個(gè)數(shù)非常巨大時(shí)，會(huì)發(fā)生散射。2.1 概述概述2.1 概述概述n研究傳播特性的基本方法研究傳播特性的基本方法 n理論分析 即用電磁場(chǎng)理論或統(tǒng)計(jì)理論分析電波在移動(dòng)環(huán)境中的傳播特性，并用各種模型來描述移動(dòng)信道。n現(xiàn)場(chǎng)電波傳播實(shí)測(cè) 即在不同的傳播環(huán)境中，做電波傳播試驗(yàn)。測(cè)試參數(shù)包括接收信號(hào)幅度、時(shí)延以及其它反映信道特征的參數(shù)。n計(jì)算機(jī)模擬 即利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，快速靈活地模擬各種移動(dòng)環(huán)境。該方法可彌補(bǔ)前兩種方法的不足。 2.1 概述概述n無線信道對(duì)傳

3、輸信號(hào)作用的三級(jí)模型無線信道對(duì)傳輸信號(hào)作用的三級(jí)模型 n路徑損耗路徑損耗n長(zhǎng)程范圍(公里)內(nèi)平均信號(hào)電平n取決于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離n陰影效應(yīng)陰影效應(yīng)n短程范圍內(nèi)平均信號(hào)電平n在50 100波長(zhǎng)距離內(nèi)平均得到n由地形或人造障礙引起n多徑衰落多徑衰落n來自不同方向不同長(zhǎng)度路徑信號(hào)引起的干擾n信號(hào)包絡(luò)在幾個(gè)波長(zhǎng)間距內(nèi)的變化幅度可達(dá)30dB小小尺尺度度衰衰落落大大尺尺度度衰衰落落u 大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗 描述收發(fā)信機(jī)之間描述收發(fā)信機(jī)之間短距離短距離或或短時(shí)間短時(shí)間內(nèi)內(nèi)接收信號(hào)快速波動(dòng)的傳播模型接收信號(hào)快速波動(dòng)的傳播模型u 小尺度衰落小尺度衰落第二章第二章 移動(dòng)通信信道移動(dòng)通信信道2.12

4、.1 概述概述2.22.2 大尺度傳播特性大尺度傳播特性2.32.3 小尺度傳播特性小尺度傳播特性n自由空間傳播模型自由空間傳播模型 n自由空間n均勻無損耗的無限大空間。n各向同性。n電導(dǎo)率為0，相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率為1。n傳播損耗n本質(zhì)：本質(zhì)：球面波在傳播過程中，隨著傳播距離增大，電波能量在擴(kuò)散過程中所引起的球面波擴(kuò)散損耗。n接收天線所捕獲的信號(hào)功率是發(fā)射天線輻射功率的很小部分 。LdGGPdPrttr222)4()( 其中，Pt為發(fā)射功率，亦稱有效發(fā)射功率； Pr(d)是接收功率，為T-R距離的冪函數(shù)；Gt是發(fā)射天線增益；Gr是接收天線增益；d是T-R間距離；L是與傳播無關(guān)的系統(tǒng)損耗因

5、子；為波長(zhǎng)。（2-9）)4(log10log10log10log10)(222dGGPPPPdBPLrtrtrt2.2 大尺度傳播模型大尺度傳播模型 大氣中大氣中1 1、大氣折射、大氣折射 n低層大氣并不是均勻介質(zhì)折射與吸收n當(dāng)一束電波通過折射率隨高度變化的大氣層時(shí)，由于不同高度上的電波傳播速度不同，從而使電波射束發(fā)生彎曲。n大氣折射對(duì)電波傳播的影響，在工程上通常用“地球等效半徑”來表征，也就是認(rèn)為電波依然按直線方向行進(jìn)，只是地球的實(shí)際半徑變成了等效半徑。n實(shí)際半徑是6370km,等效地球半徑為8500km。12etdR h22erdR h122etrdddRhh4.12trdhh2.2.1

6、繞射繞射n菲涅爾區(qū)菲涅爾區(qū)n指從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的次級(jí)波路徑長(zhǎng)度比總的視距長(zhǎng)度大n/2的連續(xù)區(qū)域（即圖中的圓環(huán)）。n菲涅爾區(qū)中相鄰的同心圓之間的路徑差為/2，則兩條路徑的相位差為。n從連續(xù)費(fèi)涅爾區(qū)傳播出去的次級(jí)波對(duì)總的接收信號(hào)交替產(chǎn)生增加和減小合成信號(hào)的作用。 n第n個(gè)費(fèi)涅爾區(qū)同心的半徑可用以下公式表示:2121ddddnrn21211ddddr0 0hrhtdELOSEiEr=EgT()R()ETOT=ELOS+Eg0 0hrhtdELOSEiEr=EgT(發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī))R(接收機(jī)接收機(jī)ETOT=ELOS+Egi i0 0hrhtdELOSEiEr=EgT()R(ETOT=ELOS+Egl l

7、l l地面反射模型（雙線或兩徑傳播模型）：地面反射模型（雙線或兩徑傳播模型）： 視距和地面反射的路徑差為： 2222 )()(dhhdhhddrtrt當(dāng)TR距離d遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于ht+hr時(shí)，上式可使用泰勒級(jí)數(shù)進(jìn)行近似簡(jiǎn)化： dhhddrt2 接收功率接收功率近似公式：近似公式： l接收功率隨接收功率隨T-RT-R之間距離的之間距離的4 4次方而衰減。次方而衰減。l接收信號(hào)的強(qiáng)度可以通過接收信號(hào)的強(qiáng)度可以通過增加天線高度增加天線高度而增加。而增加。2.2 大尺度傳播模型大尺度傳播模型 非自由空間非自由空間PL(dB) = 40logd (10logGt+10logGr+20loghr+20loght)

8、rtt422rtdhhGGPrp = KPtd4路徑損耗路徑損耗為：為： PL(dB) = 40logd Krthhd n實(shí)際移動(dòng)環(huán)境中，接收信號(hào)比單獨(dú)反射和繞射模實(shí)際移動(dòng)環(huán)境中，接收信號(hào)比單獨(dú)反射和繞射模型預(yù)測(cè)的要復(fù)雜，這是因?yàn)楫?dāng)電波遇到粗糙表面型預(yù)測(cè)的要復(fù)雜，這是因?yàn)楫?dāng)電波遇到粗糙表面時(shí)，發(fā)生散射作用，這就給接收機(jī)提供了額外的時(shí)，發(fā)生散射作用，這就給接收機(jī)提供了額外的能量。大多數(shù)情況都是空間傳播損耗、反射、繞能量。大多數(shù)情況都是空間傳播損耗、反射、繞射、散射等多種因素的綜合。射、散射等多種因素的綜合。不同環(huán)境傳播模型不同環(huán)境傳播模型不同不同(p36-44)(p36-44)n預(yù)測(cè)接收點(diǎn)的信號(hào)

9、場(chǎng)強(qiáng)，即預(yù)測(cè)接收點(diǎn)的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)，即預(yù)測(cè)無線信號(hào)的覆蓋預(yù)測(cè)無線信號(hào)的覆蓋范圍范圍，是研究傳播模型的主要目的，是研究傳播模型的主要目的n接收信號(hào)的概率密度函數(shù)呈接收信號(hào)的概率密度函數(shù)呈對(duì)數(shù)正態(tài)對(duì)數(shù)正態(tài)分布分布2.5 大尺度傳播模型大尺度傳播模型 特點(diǎn)特點(diǎn)2.3 小尺度衰落小尺度衰落-多徑傳播特性多徑傳播特性2.3.1 2.3.1 概述概述1 1、移動(dòng)信道的時(shí)變特性、移動(dòng)信道的時(shí)變特性 無線電信號(hào)通過移動(dòng)信道時(shí)會(huì)遭受來自不同途徑的衰減損耗。n自由空間傳播損耗與彌散自由空間傳播損耗與彌散n陰影衰落陰影衰落n系統(tǒng)設(shè)計(jì)n多徑衰落多徑衰落n抗衰落技術(shù)n小尺度衰落的小尺度衰落的定義定義：描述無線信號(hào)在短時(shí)間或短

10、距離傳描述無線信號(hào)在短時(shí)間或短距離傳播時(shí)幅度的瞬時(shí)變化，以致大尺度路徑損耗的影響可以播時(shí)幅度的瞬時(shí)變化，以致大尺度路徑損耗的影響可以忽略不計(jì)忽略不計(jì)n小尺度衰落的成因：小尺度衰落的成因：由同一傳輸信號(hào)沿兩個(gè)或多個(gè)路徑傳播，以微小的時(shí)間差到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)相互干涉所引起的。 n小尺度衰落效應(yīng)小尺度衰落效應(yīng)n短距或短時(shí)傳播后信號(hào)強(qiáng)度的急速變化。n不同多徑信號(hào)上，存在時(shí)變的多普勒頻移。n多徑傳播時(shí)延引起的擴(kuò)展（回音）。2.3 小尺度衰落小尺度衰落-多徑傳播特性多徑傳播特性多徑傳播是陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要特征。多徑傳播是陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要特征。 n數(shù)學(xué)公式數(shù)學(xué)公式n由路程差造成的接收信號(hào)相位變化值為

11、： n由此可得出頻率變化值，即多普勒頻移fd為：cos22tvlcos21vtfdn含義：含義：多普勒頻移與移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度及移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向與無線電波入射方向之間的夾角有關(guān)。多普勒頻移多普勒頻移2.2.3多徑接收信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性多徑接收信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性n瑞利分布瑞利分布假設(shè)條件假設(shè)條件 n在發(fā)信機(jī)與收信機(jī)之間沒有直射波通路；在發(fā)信機(jī)與收信機(jī)之間沒有直射波通路；n有大量反射波存在，且到達(dá)接收天線的方向角是隨機(jī)的有大量反射波存在，且到達(dá)接收天線的方向角是隨機(jī)的，相位也是隨機(jī)的，且在，相位也是隨機(jī)的，且在0 02 2內(nèi)均勻分布：內(nèi)均勻分布：n各個(gè)反射波的幅度和相位都是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。各個(gè)反射波的幅度和相位都是

12、統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。n離基站較遠(yuǎn)，反射物較多離基站較遠(yuǎn)，反射物較多n萊斯分布萊斯分布 - 當(dāng)存在一個(gè)主要的靜態(tài)當(dāng)存在一個(gè)主要的靜態(tài)( (非衰落非衰落) )信號(hào)信號(hào)分量時(shí)，如視距傳播，小尺度衰落的包絡(luò)分布服分量時(shí)，如視距傳播，小尺度衰落的包絡(luò)分布服從從RiceanRicean分布。當(dāng)主要分量減弱后，分布。當(dāng)主要分量減弱后，RiceanRicean分布分布就轉(zhuǎn)變?yōu)榫娃D(zhuǎn)變?yōu)镽ayleighRayleigh分布。分布。瑞利分布圖6示意了Rayleigh概率密度函數(shù)。相應(yīng)的Rayleigh累積分布函數(shù)(CDF)如圖所示。 RayleighRayleigh 概率密度函數(shù)概率密度函數(shù) ( (PdfPdf) )P(r)023450.6065/接收信號(hào)包絡(luò)電壓r(V)RayleighRayleigh 概率密度函數(shù)概率密度函數(shù) ( (PdfPdf) )023450.6065/接收信號(hào)包絡(luò)電壓023450.6065/接收信號(hào)包絡(luò)電壓當(dāng)存在一個(gè)主要的靜態(tài)(非衰落)信號(hào)分量時(shí)，如視距傳播，小尺度衰落的包絡(luò)分布服從Ricean分布。當(dāng)主要分量減弱后，Ricean