1、1,第3章 移動(dòng)信道的傳播特性,2,移動(dòng)通信所用信道是以無線電通信為基礎(chǔ)。無線電波如何進(jìn)行傳播？ 具有什么特點(diǎn)？ 大家都見過鐵塔式基站，基站如何選址？基站間距離多遠(yuǎn)合適？建在什么地方？高度如何確定？發(fā)射功率多大？ 中國移動(dòng)在長春有多少個(gè)基站？,引言,3,一、無線電波傳輸特性,一、無線電波傳輸特性,1、無線電波的劃分 3Hz-30KHz VLF (甚低頻) 長波 導(dǎo)航、電話、數(shù)據(jù)終端 3kHz-300KHz LF (低頻) 長波 導(dǎo)航、電力線通信 300kHz-3MHz MF (中頻) 中波 廣播、業(yè)余無線電 3MHz-30MHz HF (高頻) 短波 廣播 30MHz-300MHz VHF (

2、甚高頻) 米波 電視、調(diào)頻廣播、 無線尋呼 300MHz-3GHz UHF (超高頻) 分米波 電視、移動(dòng)蜂窩 3GHz-30GHz SHF (特高頻) 厘米波 衛(wèi)星、雷達(dá) 30GHz-300GHz EHF (極高頻) 毫米波 雷達(dá)、射電天文 105GHz-107GHz 光,移動(dòng)蜂窩網(wǎng)在UHF頻段 IS-95 800MHz、GSM 900MHz、DCS 1800MHz、3G 1900MHz UHF主要以直射波、反射波、繞射波為主，分別討論。,4,無線電波傳輸特性,2、直射波 在自由空間電波沿直線直接到達(dá)接收點(diǎn)的傳播方式，稱直射波損耗，可看成是自由空間的電波傳播損耗。 Lfs=32.44+20l

3、gd+20lgf(dB) 損耗只與d、f有關(guān)，由此可以推論，F(xiàn)DD工作方式時(shí)，移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率低使用較低頻率、基站發(fā)射功率高使用較高頻率。 直線傳播的距離是有限制的，為什么？ 視線傳播極限距離 考慮標(biāo)準(zhǔn)大氣折射,地球是圓的。,地面上一米七的人能看多遠(yuǎn)？ 4.12 =5.3km,16m高的天線基站能傳多遠(yuǎn)？ 4.12 =16.5km,5,無線電波傳輸特性,3、繞射波 電波直射路徑上存在各種障礙物，所引起的損耗，稱為繞射損耗。,x/x10.5 附加損耗為0，x/x10.5 附加損耗急劇增加。 所以在選擇基站位置高度時(shí)，要根據(jù)所在地區(qū)，盡可能使各處的X0.5X1。,x-菲涅爾余隙 x1=菲涅爾第一余隙

4、,6,無線電波傳輸特性,4、反射波 電波傳播過程中遇到光滑界面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鏡面反射，反射波的相位會(huì)發(fā)生變化，地面、建筑物都會(huì)形成反射波，相位變化模糊不定，直射波和各種反射波合成的場強(qiáng)將隨反射系數(shù)和路徑變化而變化，同相相加，反相抵消，合成波有衰落現(xiàn)象。 5、散射波 電波遇到粗糙表面時(shí)，反射散布于各個(gè)方向。,7,無線電波傳輸特性,1.直射波(最強(qiáng)),3.繞射波(次強(qiáng)),2.反射波(次強(qiáng)),4.散射波(最弱),8,二、移動(dòng)信道的特點(diǎn),二、移動(dòng)信道的特點(diǎn) 1、傳播的開放性 開放式信息傳輸，任何人都可以收發(fā)，必須采取措施，鑒權(quán)和加密。 2、接收環(huán)境的復(fù)雜性 接收點(diǎn)地理位置環(huán)境復(fù)雜多樣，有3類典型區(qū)域。 高

5、樓林立的城市繁華區(qū)。 一般建筑物為主體的近郊區(qū)。 以山岳、湖泊、平原為主的農(nóng)村及遠(yuǎn)郊區(qū)。 3、用戶的移動(dòng)性 以移動(dòng)速度來區(qū)別，有3種類型 準(zhǔn)靜態(tài)的室內(nèi)用戶。 慢速步行用戶。高速車載用戶。,9,三、移動(dòng)信道的特征,三、移動(dòng)信道的特征 3類損耗和4種效應(yīng) 3類損耗 1、路徑傳播損耗 指電波在自由空間傳播時(shí)所產(chǎn)生的損耗，反映在傳播宏觀大范圍的空間距離上接收信號電平的變化。 2、慢衰落損耗 指電波在傳播路徑上受到建筑物等的阻擋所產(chǎn)生的損耗，反映在中等范圍的空間距離上接收信號電平的變化。其變化率比傳送信息速率慢故稱慢衰落。,10,移動(dòng)信道的特征,3、快衰落損耗 指電波在傳播時(shí)產(chǎn)生反射或由于用戶快速移動(dòng)而

6、產(chǎn)生的損耗，反映在小范圍的空間距離上接收信號電平的變化。其變化率比慢衰落快得多。其在不同的空間、時(shí)間、頻率上衰落特性是不一樣的。 空間選擇性衰落 指電波在不同的空間衰落特性是不一樣的，是由天線的點(diǎn)波束產(chǎn)生擴(kuò)散引起的。又稱平坦瑞利衰落。 衰落周期 T1/ 其中 -波長 -擴(kuò)散角度,11,移動(dòng)信道的特征,頻率選擇性衰落 指電波在不同的頻段上衰落特性是不一樣的，由反射形成多徑而在時(shí)間上產(chǎn)生的擴(kuò)散而引起的（多徑時(shí)散）。直射波比反射波先到達(dá)，產(chǎn)生時(shí)延，時(shí)域上的擴(kuò)散引起接收地點(diǎn)的信號產(chǎn)生頻率選擇性衰落。 衰落周期 T21/L 其中 L-時(shí)散寬度 時(shí)間選擇性衰落 指電波在不同時(shí)間上衰落特性是不一樣的，由用戶

7、高速移動(dòng)帶來的頻偏而引起的，表現(xiàn)在相應(yīng)時(shí)域上信號產(chǎn)生時(shí)間選擇性衰落。 衰落周期 T3/B 其中 B-頻移寬度,12,移動(dòng)信道的特征,4種效應(yīng) 陰影效應(yīng) 由大型建筑物和其他物體的阻擋，在接收區(qū)域產(chǎn)生半盲區(qū)，類擬太陽光受阻擋后的陰影，信號會(huì)相對弱些，是無法解決的效應(yīng)。,13,移動(dòng)信道的特征,遠(yuǎn)近效應(yīng) 用戶與基站之間有近有遠(yuǎn)，若各移動(dòng)用戶發(fā)射的信號功率一樣，到達(dá)基站的信號強(qiáng)弱不同，離基站近的信號強(qiáng)，離基站遠(yuǎn)的信號弱，會(huì)出現(xiàn)以強(qiáng)壓弱的現(xiàn)象。要解決遠(yuǎn)近效應(yīng)，必須采用功率控制。,14,移動(dòng)信道的特征,多徑效應(yīng) 接收信號不僅有直射波的主徑信號，還有從不同方向反射及繞射過來的多條不同的路徑信號，且它們到達(dá)時(shí)信

8、號強(qiáng)度、相位都不一樣，是矢量和。各徑之間產(chǎn)生干擾，稱多徑干擾，能引起嚴(yán)重的碼間串?dāng)_。 解決方法：GSM采用均衡技術(shù) IS-95采用Rake接收技術(shù),基站,散射,陰影,散射,直視路徑,反射,移動(dòng)終端,衍(繞)射,15,移動(dòng)信道的特征,多普勒效應(yīng) 由于移動(dòng)臺(tái)處于高速移動(dòng)中所引起的傳播頻率的擴(kuò)散，其擴(kuò)散程度與用戶運(yùn)動(dòng)速率成正比。 這一現(xiàn)象只能產(chǎn)生在高速大于70km/h車載通信時(shí)。 多譜勒效應(yīng)主要影響接收機(jī)的誤碼性能。 解決方法：降低指標(biāo),16,四、傳輸損耗的定量分析,四、傳輸損耗的定量分析 目的是為了基站選址，確定發(fā)射天線高度，增益、發(fā)射功率等。 移動(dòng)通信電波傳輸是復(fù)雜多變的，人們通過大量的實(shí)地測量

9、和分析，總結(jié)歸納多種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，目前?yīng)用較多的是OM模型。 奧村模型 是由奧村等人使用不同的頻率、天線高度、距離、不同的地形地貌進(jìn)行一系列測試，最后繪成的經(jīng)驗(yàn)曲線而構(gòu)成的模型，我國在移動(dòng)通信工程設(shè)計(jì)中建議使用。,17,傳輸損耗的定量分析,1、市區(qū)傳播損耗中值 Am（f，d） 是計(jì)算不同地形、地貌傳播中值的基準(zhǔn)。 路徑損耗LT=Lbs+ Am（f，d） d=10km，f=900MHz時(shí)的損耗 Lbs=32.44+20lg10+20lg900 =111.52dB Am（f，d）=30dB LT=111.52+30=141.52dB,18,傳輸損耗的定量分析,若基站天線不是200m，基站天線修正因子

10、Hb（hb，d） 若移動(dòng)臺(tái)天線不是3m，移動(dòng)臺(tái)天線修正因子 Hm（hm，f）,中小城市建筑物的影響較小，5m增益因子迅速增加，而大城市建筑物高，10m內(nèi)沒有拐點(diǎn)。,19,傳輸損耗的定量分析,路徑損耗 LT=Lbs+ Am（f，d）-Hb（hb，d）-Hm（hm，f） 例：計(jì)算d=10km，f=900MHz，hb=50m，hm=1m 時(shí)的損耗 Lbs=32.44+20lg10+20lg900=111.52dB Am（f，d）=30dB Hb（hb，d）=-12dB Hm（hm，f）=-4dB LT=111.52+30-(-12)-(-4)=157.52dB,20,傳輸損耗的定量分析,2、郊區(qū)修正

11、因子 Kmr 郊區(qū)建筑物一般是分散、低矮的，電波傳播條件優(yōu)于市區(qū)，故其損耗中值低于市區(qū)。 d=10km，f=900MHz時(shí) Kmr=14dB,21,傳輸損耗的定量分析,3、開闊地修正因子 Qo、Qr 傳播條件優(yōu)于郊區(qū)，只和頻率有關(guān)。 f=900MHz時(shí) Qr =24dB Qo=29dB 說明改善了29dB，接近自由空間。,22,傳輸損耗的定量分析,4、不規(guī)則地形損耗中值 丘陵地修正因子Kh，Kht 地形參數(shù)用地形起伏高度h表示，谷頂谷底用Kht表示,h=200時(shí) Kh=-16dB 谷頂Kht= 14dB （-2dB） 谷底Kht= 14dB （-30dB）,23,傳輸損耗的定量分析,孤立山岳修

12、正因子Kjs 當(dāng)電波傳播路徑上有近似刃形的單獨(dú)山岳時(shí)， 若求山背后的電場強(qiáng)度， 一般從相應(yīng)的自由空間場強(qiáng)中減去刃峰繞射損耗即可。,d2=2km時(shí)損耗最大,h=100m，d110km，d23km時(shí) Kjs=-18dB a=0.0710=0.7 修正后Kjs=-12.6dB,24,傳輸損耗的定量分析,斜坡地修正因子Ksp 斜坡地形指在510km范圍內(nèi)的傾斜地形。 若在電波傳播方向上， 地形逐漸升高， 稱為正斜坡， 傾角為+m； 反之為負(fù)斜坡， 傾角為-m 。,d10km，m15mrad 上坡Ksp=3dB 下坡Ksp=-12dB,25,傳輸損耗的定量分析,水陸混合修正因子Ks 在傳播路徑中如遇有湖

13、泊或其它水域， 接收信號的場強(qiáng)往往比全是陸地時(shí)要高。 為估算水陸混合路徑情況下的場強(qiáng)中值， 用水面距離dSR與全程距離d的比值作為地形參數(shù)。,d10km， dSR6km A：Ks=8dB B：Ks=6dB,26,傳輸損耗的定量分析,4、任意地形的信號中值 先計(jì)算自由空間傳播損耗 Lbs=32.44+20lgd+20lgf 準(zhǔn)平滑地形的信號中值 損耗中值LT=Lbs+ Am（f，d）-Hb（hb，d）-Hm（hm，f） 信號中值 Pp=PT + Gb + Gm LT 任意地形信號中值 KT=kmr+Qo+Qr+kh+khf+kjs+ksp+ks 損耗中值 LA=LT-KT 信號中值 Ppc=Pp

14、+ KT,27,傳輸損耗的定量分析,例：中國聯(lián)通GSM網(wǎng)絡(luò)在長春市郊區(qū)有一基站，小區(qū)半徑為10km，基站天線高度70m，增益為5dB，移動(dòng)臺(tái)天線高度為1.5m，增益為-2dB，移動(dòng)臺(tái)接收靈敏度為-102dBm,考慮其它附加損耗約4.48dB，為確保整個(gè)小區(qū)的移動(dòng)臺(tái)都能收到信號，求：基站發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率？,PPC=10lgPT+5-2-4.48-140.52=10lgPT-142-102dBm=-132dB,Lfs=32.44+20lg10+20lg900=111.52dB,Hb(hb,d)=-10dB,Hm(hm,f)=-3dB,LT=111.52+ 30-(-10)-(-3)=154.52d

15、B,LA=LT-KT=140.52dB,發(fā)射功率為10W,PT=10W,28,傳輸損耗的定量分析,6、其他因素的影響 街道走向Kai、Kac 電波損耗與街道走向有關(guān)，在距基站同一距離時(shí)，平行，垂直相差很大，建筑物形成的溝道有利于電波的傳播，相當(dāng)于波導(dǎo)，縱向街道場強(qiáng)高于基準(zhǔn)值，橫向街道場強(qiáng)低于基準(zhǔn)值。,29,傳輸損耗的定量分析,建筑物穿透損耗Lp 移動(dòng)臺(tái)多在室內(nèi)，會(huì)有附加損耗。 各頻段電波穿透建筑物的能力不同，波長越短，穿透能力越強(qiáng)，也就是頻率越高，穿透損耗越小。 不同的材料、結(jié)構(gòu)和層數(shù)，損耗也不同。 磚石結(jié)構(gòu)較?。讳摻罨炷两Y(jié)構(gòu)較大；鋼結(jié)構(gòu)最大。 地面平均穿透損耗在900MHz時(shí)，為13dB。

16、 損耗隨樓層增高而線性下降，-2.5dB/層。 OM模型是以街心為條件，沒有考慮建筑物穿透損耗，在基站設(shè)計(jì)時(shí)需考慮穿透損耗，才能保持良好的可通率。 建筑物信號很差時(shí)（如地下室），可自已安裝中繼器。,30,傳輸損耗的定量分析,植被損耗Lz 樹木、植被對電波有吸收作用，損耗取決于樹木高度、種類、形狀、分布密度、空氣濕度和季節(jié)變化等。 還取決于工作頻率、天線極化方向、樹木路徑長度等因素。 f=900MHz時(shí)，Lz=0.15dB/m,31,傳輸損耗的定量分析,隧道傳播損耗 電波傳播在遇到隧道等地理障礙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生衰落而導(dǎo)致通信中斷。 損耗與頻率有關(guān)，頻率越高，損耗越小。 隧道對微波傳播可形成波導(dǎo)，在隧道出現(xiàn)分支或轉(zhuǎn)彎時(shí)，損耗會(huì)急劇增，彎曲度越大，損耗就越