課程內容無線電波的傳播特性無線信道的損耗與效應信道傳播模型天饋系統(tǒng)第1頁/共37頁第一頁，共38頁。移動無線信道為什么研究無線信道的電波傳播特性？無線信道與有線信道的根本區(qū)別決定了無線通信可能采用的無線傳輸技術關系到無線通信系統(tǒng)的通信能力和服務質量需要研究無線信道的哪些特性呢？在某個特定的頻段和特定的環(huán)境下，電波傳播和信號衰落的特點是什么？無線信號在空間中傳播的過程中，功率上的路徑損耗是多大？最終接收到的信號幅度、相位、多徑分量的到達時間和功率分布是如何變化的？第2頁/共37頁第二頁，共38頁。移動無線信道如何研究無線通信信道？理論分析：用數(shù)學模型描述；現(xiàn)場電波實測：實驗測量、驗證、校正；無線信道的研究成果會有哪些呢？預測傳播模型無線網(wǎng)絡規(guī)劃與設計；信道仿真?zhèn)鬏敿夹g及網(wǎng)絡性能優(yōu)化的研究和開發(fā)第3頁/共37頁第三頁，共38頁。無線電波的傳播方式由于高大建筑物或遠處高山等阻擋物的存在，電磁波傳播路徑可分為直射傳播和非直射傳播直射波f↑→L↑，則Gt↑、Gr↑可以補償這些損耗；第4頁/共37頁第四頁，共38頁。移動無線信道多徑反射波：指從不同建筑物或其他物體反射后到達接收點的傳播信號，其信號強度次之。透射波（折射波）：當電磁波到達兩種不同介質界面時，部分能量透射到第二種介質中（即透射波或折射波）。繞射波：從較大的山丘或建筑物繞射后到達接收點的傳播信號，其強度與反射波相當。散射波：由空氣中離子受激后二次發(fā)射所引起的慢反射后到達接收點的傳播信號，其信號強度最弱。無線信道中的電磁波就是上述信號的疊加。一般來說，直射信號最強，反射、透射信號次之，繞射信號再次之，散射信號最弱。第5頁/共37頁第五頁，共38頁。課程內容無線電波的傳播特性無線信道的損耗與效應信道傳播模型天饋系統(tǒng)第6頁/共37頁第六頁，共38頁。多徑效應接收端接收到的信號是來自直射、反射、折射、繞射、散射等多條不同路徑傳播過來的信號的矢量之和。一般來說，直射信號最強，反射、透射信號次之，繞射信號再次之，散射信號最弱。第7頁/共37頁第七頁，共38頁。多徑效應兩徑傳播的疊加（加強和減弱）解決方案：時域均衡、OFDM、Rake接收

由于多徑現(xiàn)象引起的干擾稱為多徑干擾或多徑效應，產生的衰落稱為多徑衰落。第8頁/共37頁第八頁，共38頁。陰影效應由移動無線通信信道傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及其它障礙物對電波路徑的阻擋而形成的接收區(qū)域的半盲區(qū)/盲區(qū)補盲——室內分布系統(tǒng)第9頁/共37頁第九頁，共38頁。遠近效應用戶設備和基站間距離不同，則信號就具有不同的衰耗。若用戶以同一功率發(fā)射，則距離基站遠的用戶設備信號很容易“淹沒”在其它用戶設備信號中；遠近效應極易導致邊緣小區(qū)的掉話！克服遠近效應——功率控制！第10頁/共37頁第十頁，共38頁。多普勒效應由于移動臺的高速移動而產生的傳播信號頻率的擴散，稱為多普勒效應多普勒頻移：若載波頻率為2100MHz，移動終端以30km/h的速度運動時，其最大多普勒頻移是多少？在多徑信道中，一個單頻信號f擴展為f＋fd，導致頻譜擴展，影響接收機的誤碼性能；解決：信道估計&補償；第11頁/共37頁第十一頁，共38頁。三種損耗路徑傳播損耗（衰耗）電磁波在宏觀大范圍（即公里級）空間傳播所產生的損耗，它反映了傳播在空間距離的接收信號電平的變化趨勢。大尺度衰落損耗由于在電波傳播路徑上受到建筑物及山丘等阻擋所產生的陰影效應而產生的損耗。它反映了中等范圍內數(shù)百波長量級接收電平的均值變化而產生的損耗。一般遵從對數(shù)正態(tài)分布。小尺度衰落損耗主要是由于多徑傳播而產生的衰落。它反映微觀小范圍內數(shù)十波長量級接收電平的均值變化而產生的損耗。一般遵從瑞利或萊斯分布，其變化率比慢衰耗快所以稱為小尺度衰落。第12頁/共37頁第十二頁，共38頁。小尺度衰落&大尺度衰落場強變化的平均值隨距離增加而衰減場強特性曲線的中值呈慢速變化---慢衰落場強特性曲線的瞬時值呈快速變化---快衰落第13頁/共37頁第十三頁，共38頁。課程內容無線電波的傳播特性無線信道的損耗與效應信道傳播模型天饋系統(tǒng)第14頁/共37頁第十四頁，共38頁。路徑損耗的經驗模型無線信道存在著隨機性，工程實踐中大量使用統(tǒng)計模型，統(tǒng)計模型一般只需知道地理環(huán)境的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和信息，由大量實驗測試數(shù)據(jù)擬合出經驗公式或半經驗半理論公式，也可以是經驗曲線。根據(jù)統(tǒng)計模型預測的結果在實際應用中必須進行修正。室外：Okumura模型Hata模型COST231模型(COST231-Walfisch/Ikegami模型)ITU傳播模型室內：ITU-R室內傳輸模型Keenan-Motley模型第15頁/共37頁第十五頁，共38頁。傳播模型覆蓋半徑頻率(MHz)天線高度（m）特性Okumura-Hata模型宏蜂窩(>1km)150~1500（可擴展到3000）基站：30~200（經擴展可至1000）移動臺：1~10計算時間短，但忽略了一些環(huán)境因素，且不考慮散射和陰影，不適合微蜂窩；COST-231Hata模型宏蜂窩(>1km)1500~2300基站：30~200移動臺：1~10適用于基站密集地區(qū)；SPM模型宏蜂窩為主0.2~5km150~3500基站：4~50（可擴展）移動臺：1~3具有普遍適應性，適合于各種地域；LEE宏蜂窩微蜂窩450~2000基站：30~200移動臺：1~10基于信號的衰減及傳播路徑上建筑群的長度相關性提出，在主干道預測誤差較大；路徑損耗的經驗模型第16頁/共37頁第十六頁，共38頁。課程內容無線電波的傳播特性無線信道的損耗與效應信道傳播模型天饋系統(tǒng)第17頁/共37頁第十七頁，共38頁。復習：什么是天線？用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。第18頁/共37頁第十八頁，共38頁。天線組成通信系統(tǒng)天線一般由振子、饋電網(wǎng)絡、外罩這三部分組成。振子向空間發(fā)射電磁波；饋電網(wǎng)絡連接收發(fā)信機與天線振子，實現(xiàn)能量的分配；外罩用來保護天線內部器件，兼有一定的美化作用；第19頁/共37頁第十九頁，共38頁。天線參數(shù)解析第20頁/共37頁第二十頁，共38頁。在板狀定向天線的參數(shù)里有垂直波束寬度：7度水平波束寬度：90度

定義為:在主瓣最大輻射方向兩側，輻射強度降低3dB（功率密度降低一半）的兩點間的夾角定義為波瓣寬度（又稱波束寬度或主瓣寬度或半功率角）。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠，抗干擾能力越強。90°3dB水平波束寬度Peak-3dB7°Peak-3dB3dB垂直波束寬度天線參數(shù)——方向圖&波瓣寬度天線參數(shù)解析第21頁/共37頁第二十一頁，共38頁。天線參數(shù)——方向圖&前后比天線參數(shù)解析前后抑制比天線方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比。選用前后比低的天線，天線的后瓣有可能產生越區(qū)覆蓋，導致切換關系混亂，產生掉話。移動通信系統(tǒng)對天線的前后比有一定要求，其典型值為18~30dB，特殊情況下則要求達到35~40dB。第22頁/共37頁第二十二頁，共38頁。天線增益的定義：天線增益是指天線將發(fā)射功率往某一指定方向集中輻射的能力一般把天線的最大輻射方向上的場強E與理想多向同性天線（理想點源）均勻輻射場強E相比，以功率密度增強的倍數(shù)定義為增益。增益越高，天線波束的范圍就越小。增益單位：dBi 室內微蜂窩：0~8dBi

室外基站：全向天線9dBi，定向天線18dBi切記：天線本身不增加所輻射信號的能量，它只是通過天線振子的組合并改變其饋電方式把能量集中到某一個方向。天線基礎知識——天線增益天線性能指標第23頁/共37頁第二十三頁，共38頁。關于dB天線功率增益單位dBi&dBddBi——參考基準是全向天線；dBd——參考基準是偶極子dBi=2.15+dBd功率比值dB&dBm&dBWdB：功率相對比值：10log(甲功率/乙功率)dBm：功率絕對比值：10log(甲功率/1mW)dBW：功率絕對比值：10log(甲功率/1W))第24頁/共37頁第二十四頁，共38頁。天線基礎知識——傾角天線的傾角是指電波的傾角，是無線系統(tǒng)中用于將天線方向圖的主瓣調低于水平面的一種手段，常用于增強主服務區(qū)信號電平，減小對其它小區(qū)干擾的手段。天線參數(shù)解析機械下傾；電調下傾；第25頁/共37頁第二十五頁，共38頁。天線基礎知識——傾角類型不下傾電下傾機械下傾無下傾機械下傾固定電子下傾可調電子下傾遙控可調電子下傾機械電調可組合使用傾角類型天線參數(shù)解析覆蓋正前方出現(xiàn)明顯凹坑，引起天線正前方覆蓋不足且對兩邊基站的干擾加劇無下傾各單元相位一樣電下傾各單元有線性相位差－可調移相器第26頁/共37頁第二十六頁，共38頁。天線基礎知識——傾角調整機械調整天線指的是通過調整夾具的方法實現(xiàn)下傾角度的調整；電調天線調整指的是通過拉桿的調節(jié)控制天線內置的調節(jié)裝置調整天線下傾角度；機械調整電調天線參數(shù)解析第27頁/共37頁第二十七頁，共38頁。天線基礎知識——輸入阻抗&天饋匹配天線參數(shù)解析輸入阻抗輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。與天線的結構與工作波長有關。通常移動通信天線的輸入阻抗為50Ω，可以方便的和50Ω的同軸電纜進行匹配。天饋匹配朝前：10W反射：0.5W50Ω80Ω9.5W回波損耗；駐波比；第28頁/共37頁第二十八頁，共38頁。天線基礎知識——工作頻段天線的工作頻段有兩種不同的定義：在駐波比VSWR≤1.5的條件下，天線的工作頻帶寬度；天線增益下降3dB范圍內的頻帶寬度；工作在中心頻率時，天線所能傳輸?shù)墓β首畲?，而偏離中心頻率時，它所輸送的功率將減小。即在工作頻帶寬度內的各個頻點上，天線的性能是有所差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。第29頁/共37頁第二十九頁，共38頁。天線基礎知識——極化方式天線輻射時電磁波的電場矢量所指向的方向。當電場強度方向垂直于地面時，此電波為垂直極化波；當電場強度方向平行于地面時，此電波為水平極化波；垂直極化波水平極化波

發(fā)射方和接收方的極化方式必須一致，即垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，才會有好的接收效果。

如果極化方式不一致，則會有10～20?dB的損失，稱為極化損失。當接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，天線就完全收不到來波的能量，此時極化損失最大，稱為極化完全隔離。

第30頁/共37頁第三十頁，共38頁。工程天線——雙極化天線雙極化天線是由極化彼此正交的兩根天線封裝在同一天線罩中組成的，采用雙線極化天線，可以大大減少天線數(shù)目，簡化天線工程安裝，降低成本，減少了天線占地空間。在雙極化天線中，通常使用+45°和-45°正交雙線極化。V/H(垂直/水平)傾斜(+/-45°)郊區(qū)、農村使用城區(qū)，高樓遮檔多第31頁/共37頁第三十一頁，共38頁。單極化天線多采用垂直線極化雙極化天線多采用45雙線極化雙極化天線單極化天線單極化天線天線參數(shù)解析工程天線——雙極化天線第32頁/共37頁第三十二頁，共38頁。工程天線——定向/全向天線定向天線水平方向圖上表現(xiàn)為一定角度范圍輻射，也就是平常所說的有方向性；垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大；水平面方向圖垂直面方向圖第33頁/共37頁第三十三頁，共38頁。工程天線——定向/全向天線全向天線在水平方向圖上表現(xiàn)為360°都均勻輻射，也就是平常所說的無方向性；在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大；水平面方向圖垂直面方向圖第34頁/共37頁第三十四頁，共38頁。工程天線第35頁/共37頁第三十五頁，共38頁。饋線系