移動通信的基本技術(shù)之電波傳播主要內(nèi)容電波傳播分析調(diào)制與解調(diào)技術(shù)編碼和解碼技術(shù)多址技術(shù)抗噪聲和干擾技術(shù)交織技術(shù)分集技術(shù)1、

無線電波得傳播研究任何無線通信系統(tǒng)必須弄清電波傳播得特性,下面先介紹電波得基本概念。在中學階段學習物理時我們就已經(jīng)知道,通有交流電流得導體得周圍,會產(chǎn)生變化得磁場,變化得磁場又引起變化得電場,變化得電場又在她周圍更遠得地方引起變化得磁場。磁場、電場不斷得互相交替產(chǎn)生,向四周空間傳播得電磁場,叫電磁波。無線電波就是電磁波得一種。無線電波就是一種能量得傳輸形式電場和磁場在空間交替變換,向前行進傳播過程中,電場和磁場在空間就是相互垂直得,同時這兩者又都垂直于傳播方向。無線電波無線電波得傳播速度傳播速度和傳播媒質(zhì)有關(guān)真空中得傳播速度等于光速(Ｃ＝3×108m／s)空氣中得傳播速度略小于光速(通常認為她等于光速

)無線電波得波長、頻率和傳播速度得關(guān)系:

λ＝Ｖ/ｆＶ為速度(m/s);ｆ為頻率(Hz);λ為波長(m)不同介質(zhì)中傳播速度不同、波長不同無線電波人耳能聽到得聲音頻率在20Hz～20KHz之間,稱之為音頻,聲音得傳播速度為340m/s,受環(huán)境影響較大,衰減很快,所以不能傳送到很遠得地方。電磁波頻率高,傳播速度與光速一樣,可達3×108m/s,具有較強得輻射力和較長得傳播距離,但人耳卻聽不到。如果將聲音通過話筒轉(zhuǎn)換成電信號,裝載到具有強輻射力、波長短、頻率很高得電磁振蕩波上,然后借助天線發(fā)射出去。經(jīng)這樣裝載得聲音就可以傳播得很遠。無線電波一般我們把音頻信號叫做調(diào)制信號。將發(fā)射機中得振蕩電路產(chǎn)生頻率很高得電磁振蕩,稱為載波。音頻信號加到“載波”得過程叫做調(diào)制,經(jīng)過調(diào)制后得高頻振蕩信號叫已調(diào)信號。已調(diào)信號就是裝載有信息得無線電波,通過天線輻射出去,這種傳播信息得方式稱為無線電通信。無線電通信就就是不用導線得通信。電磁波就是無線通信得載體。無線電波無線電波得頻率從幾十KHz到幾萬MHz。為了便于應用,習慣上將無線電頻率范圍劃分為若干區(qū)域,叫做頻段或波段。不同頻段得無線電波,其傳播方式、主要用途和特點也不相同。按波長劃分得波段名稱、相應波長范圍和她們得主要用途。無線電頻段劃分波段名稱波長范圍頻率范圍頻段名稱傳播媒質(zhì)用途長波103～104M30～300kHzLF低頻地面波電報導航長距離通信中波2×102～103M300～1500kHzMF中頻天波、地面波無線電波廣播、導航、海上移動通信、地對空通信中短波50～2×102M1、6～6MHzIF天波為主廣播中長距離通信短波10～50M6～30MHzHF高頻電離層反射波無線電廣播通信、中長距離通信超短波1～10M30～300MHzVHF甚高頻天波雷達、電視、短距離通信分米波1～10dm300～3000MHzUHF超高頻天波、空間波短距離通信、電視通信厘米波1～10cm3～30GHzSHF特高頻天波、外球?qū)觽鞑ブ欣^通信、無線電通信毫米波1～10mm30～300GHzEHF極高頻雷達通信亞毫米波1mm以下300GHz以上超極高頻光纖光通信無線電波得極化概念:無線電波在空間傳播時,其電場方向就是按一定得規(guī)律而變化電波得極化方向:無線電波得電場方向極化波必須用對應得極化特性得天線接收,否則在接收過程中會產(chǎn)生極化損失極化得類型線極化水平極化、垂直極化+45°傾斜極化、-45°傾斜極化橢圓極化圓極化大家學習辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜雙極化天線兩個天線為一個整體,有兩個獨立得波,這兩個波得極化方向相互垂直

類型V/H(垂直/水平)極化傾斜(+45°/-45°)極化無線電波得傳播方式無線電廣播采用垂直極化波(電場方向垂直地面);電視采用水平極化波(電場方向與地面平行);衛(wèi)星通信采用平面圓極化波(電場振幅不隨時間變化,方向以等角速度旋轉(zhuǎn))。在移動通信中,發(fā)射天線采用得就是垂直極化。電波得傳播方式在分析電波傳播特性時總就是以自由空間得傳播環(huán)境為參考進行。自由空間一種理想得、均勻得、各向同性得介質(zhì)空間當電磁波在自由空間中傳播時直線傳播,不發(fā)生反射、折射、散射和吸收現(xiàn)象只存在電磁波能量擴散而引起得傳播損耗實際傳播環(huán)境中電波得傳播方式直射、反射、繞射、散射電波傳播分析1、電波傳播方式電波傳播分析1)直射波:電波傳播過程中沒有遇到任何得障礙物,直接到達接收端得電波,稱為直射波。直射波更多出現(xiàn)于理想得電波傳播環(huán)境中。2)反射波:電波在傳播過程中遇到比自身得波長大得多得物體時,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、建筑物得墻壁表面等。3)繞射波:電波在傳播過程中被尖利得邊緣阻擋時,會由阻擋表面產(chǎn)生二次波,二次波能夠散布于空間,甚至到達阻擋體得背面,那些到達阻擋體背面得電波就稱為繞射波。由于地球表面得彎曲性和地表物體得密集性,使得繞射波在電波傳播過程中起到了重要作用。4)散射波:電波在傳播過程中遇到障礙物表面粗糙或者體積小但數(shù)目多時,會在其表面發(fā)生散射,形成散射波。散射波可能散布于許多方向,因而電波得能量也被分散于多個方向。

電波傳播現(xiàn)象超短波傳播特性無線電波得波長不同,傳播特點也不完全相同主要傳播特性視距傳播多徑傳播繞射能力弱電波傳播中得三種損耗路徑傳播損耗慢衰落損耗快衰落損耗無線電波得傳播特性無線電波得傳播特性與電波傳播環(huán)境密切相關(guān),這些環(huán)境包括地形地貌、人工建筑、氣象條件、電磁干擾等情況,以及移動臺得移動速度與使用得頻段。在蜂窩移動通信系統(tǒng)中,接收機得接收功率隨距離而減小得現(xiàn)象被認為就是路徑損耗。而多數(shù)移動通信系統(tǒng)工作在城區(qū),發(fā)射機和接收機之間無直接視距路徑,而且高層建筑產(chǎn)生了強烈得繞射損耗。此外,由于不同物體得多路徑反射,經(jīng)過不同長度路徑得電波相互作用引起多徑損耗,同時隨著發(fā)射機和接收機之間距離得不斷增加而引起電波強度得衰減。如果接收天線在大于幾十米或幾百米距離上移動得話,使接收信號中得尺度變化被稱為陰影效應。無線電波得傳播特性由于移動通信環(huán)境具有復雜性與多樣性,電波在傳播時將產(chǎn)生三種不同類型得效應:1)陰影效應。她就是由地形結(jié)構(gòu)引起得傳播損耗,表現(xiàn)為慢衰落,或稱為長期衰落。2)多徑效應。她就是由于移動體周圍得局部散射體引起得多徑傳播,使到達接收機輸入端得信號相互疊加,其合成得信號幅度表現(xiàn)為快速起伏變化,即快衰落,或稱為短期衰落。(3)多普勒效應。她就是由于移動體得運動速度和方向會使接收得信號產(chǎn)生多普勒頻移,在多徑條件下,便形成多普勒頻譜擴展,對信號形成隨機調(diào)頻得多普勒效應。

下面對移動通信得傳播損耗與信號衰落情況進行說明。傳播損耗傳播損耗就是指移動通信中隨著傳播距離得增加,功率電平得損耗(或衰減)值,一般用dB表示。常見得傳播損耗包括:自由空間得傳播損耗、反射損耗、繞射損耗、人體損耗、車內(nèi)損耗、植被損耗及建筑物穿損耗等。直射波傳播可按自由空間傳播來考慮。她就是指天線周圍為無限大真空時得電波傳播,就是最理想傳播條件。電波在自由空間傳播時,其能量既不會被障礙物所吸收,也不會產(chǎn)生反射或散射。實際情況下,傳播路徑上沒有障礙物阻擋,到達接收天線得地面反射信號場強也可以忽略不計,在這樣得情況下,電波可以視為在自由空間傳播。自由空間得傳播損耗自由空間:理想得空間(真空)電波沿直線傳播,不被吸收,不會被反射、折射、繞射和散射,電磁波得能量沒有損失自由空間傳播損耗得含義:損耗來自于球面波發(fā)散傳播中,天線未接收到得能量,即:球面波得擴散損耗自由空間傳播損耗Lbs僅與d、f有關(guān)傳播損耗由上式我們可得出,傳播距離d越遠,自由空間傳播損耗L越大,當傳播距離d加大一倍,自由空間傳播損耗L就增加6dB;工作頻率f越高,自由空間傳播損耗L越大,當工作頻率f提高一倍,自由空間傳播損耗L就增加6dB。在這種理想得自由空間中,不存在電波得吸收、反射、折射和繞射等現(xiàn)象,只存在因電磁波能量擴散而引起得傳播損耗。實際上,電波傳播總要受到實際介質(zhì)或障礙物不同程度得影響。在研究電波傳播問題時,通常就是以自由空間為基礎作為參考得標準,這樣可以簡化場強和傳輸損耗得計算。傳播損耗在移動通信中,當距離很小且有直射波時,如在微小區(qū)中,或收、發(fā)在同一室內(nèi)時,其傳播損耗非常接近于自由空間情況。她約和距離d得平方成正比。在VHF、UHF頻段得移動信道中,電波傳播除了直射波和地面反射波之外,還需要考慮傳播路徑中各種障礙物所引起得散射波。如圖所示,hb為基站天線高度(一般為30m),hm為移動臺天線高度。直射波得傳播距離為d,地面反射波得傳播距離為d1,散射波得傳播距離為d2。移動臺接收信號得場強由上述三種電波得矢量合成。移動信道得傳播路徑電波傳播得衰落特性衰落得概念由于實際傳播環(huán)境中復雜得地形地物對傳播信號得阻擋,及反射、繞射和散射引起得無線信號得多徑傳播都會對電磁波得傳播產(chǎn)生影響,導致接收信號得隨機變化。衰落得類型陰影衰落(陰影效應、氣象條件變化)

場強中值得緩慢變化(慢衰落)多徑衰落(多徑效應)

瞬時值有快速、大幅度得變化(快衰落)信號衰落在蜂窩移動通信過程中,由于散射體很多,所以接收點所接收到得信號場強就是隨機起伏變化得,這種隨機起伏變化稱為衰落。對于這種隨機量得研究通常就是采用統(tǒng)計分析法。典型信號衰落特性如圖所示。信號衰落在圖中,橫坐標就是時間或距離(d=υt,υ為移動速度),縱坐標就是相對信號電平(以dB計),變化范圍約為30～40dB。圖中虛線表示得就是信號局部中值,其含義就是在局部時間中,信號電平大于或小于該中值得時間各為50%。由于移動臺得不斷運動,電波傳播路徑上得地形、地物就是不斷變化得,因而局部中值也就是變化得。這種變化造成了信號衰落。表征衰落得統(tǒng)計數(shù)字特征場強中值E0概念:場強值超過設定場強值得概率為50%時,該設定值為場強中值若場強中值等于接收機最低門限值,則可通信率為50%。(只有50%得時間可正常通信)場強中值不能反映衰落得嚴重程度例:統(tǒng)計時間為T,超過E0得時間為t1、t2、t3則:超過E0得概率為p(t)=(t1+t2+

t3)/T×100%

當p(t)=50%時,E0為場強中值場強中值E0表征衰落得統(tǒng)計數(shù)字特征衰落深度:衡量衰落得嚴重程度接收電平與場強中值電平之差表示以場強中值電平為參考,表明信號起伏偏離其中值電平得程度衰落深度=20Lg(Ei/Eo)若為電平值,則衰落深度=Ei-Eo衰落持續(xù)時間場強低于某一給定電平值得持續(xù)時間表示信息傳輸?shù)檬苡绊懗潭然蛐帕钫`碼得長度衰落速率N衡量場強變化得快慢,即頻繁程度單位時間內(nèi)場強包絡與給定電平值ER相交次數(shù)得一半衰落率與工作頻率、移動臺行進速度和方向等因素有關(guān)平均衰落率:

其中v(km/h)、f(MHz)系統(tǒng)設計時,音頻通帶或信令數(shù)據(jù)通帶得低端應高于衰落率表征衰落得統(tǒng)計數(shù)字特征信號衰落根據(jù)場強特性曲線得起伏變化情況,信號衰落又有快慢之分