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1、移动通信主要内容：主要内容：第二章第二章 移动信道中的电波传播移动信道中的电波传播 移动通信2.1 移动信道概述移动信道概述无线通信系统的性能主要受到移动无线信无线通信系统的性能主要受到移动无线信道的制约，移动无线信道具有多样性，同一道的制约，移动无线信道具有多样性，同一无线空中接口在不同的移动无线信道中的性无线空中接口在不同的移动无线信道中的性能大不相同。能大不相同。移动无线信道移动无线信道电波在空间的传播路径电波在空间的传播路径电波的传播方式有三种：电波的传播方式有三种： 地波，天波，空间波地波，天波，空间波移动通信的电波频率在移动通信的电波频率在150M以上，属于以上，属于VHF和和UH
2、F，主要以空间波方式传播，主要以空间波方式传播直线直线传播。传播。传播路径有三种：直射波，反射传播路径有三种：直射波，反射(散射散射)波，波，地面波。地面波。移动通信2.1.1 移动通信环境移动通信环境-场强测试曲线场强测试曲线返回返回2.1.2 移动信道中的电波传播移动信道中的电波传播 在实际移动信道中，散射体很多，所以接收信号都在实际移动信道中，散射体很多，所以接收信号都是由多个电波合成的是由多个电波合成的, ,如下图。如下图。移动通信主要特点：主要特点：衰落衰落 快衰落快衰落多径传播多径传播 慢衰落慢衰落地形地物的遮挡地形地物的遮挡阴影效应阴影效应多径时散多径时散多径传播多径传播多普勒效
3、应多普勒效应移动台的运动移动台的运动多径传播和移动中的通信多径传播和移动中的通信 直射波、反射波或散射波在接收点形成干涉场，使直射波、反射波或散射波在接收点形成干涉场，使信号产生深度且快速的衰落信号产生深度且快速的衰落快衰落快衰落，如图，如图3.73.7实线所实线所示。图中，横坐标是时间或距离，纵坐标是相对信号示。图中，横坐标是时间或距离，纵坐标是相对信号电平电平( (以以dBdB计计) )，信号电平的变动范围约为，信号电平的变动范围约为303040dB40dB。 图中虚线表示的是信号的局部图中虚线表示的是信号的局部中值中值（在局部时间（在局部时间中，信号电平大于或小于它的时间各为中，信号电平
4、大于或小于它的时间各为5050）。由于）。由于移动台的不断运动，电波传播路径上的地形、地物也移动台的不断运动，电波传播路径上的地形、地物也不断变化的，因而局部中值也在变化。这种变化所造不断变化的，因而局部中值也在变化。这种变化所造成的衰落比多径效应所引起的快衰落要慢得多，所以成的衰落比多径效应所引起的快衰落要慢得多，所以称作称作慢衰落慢衰落。2.1.2 信号的衰落特性(1)2.1.2 信号的衰落特性信号的衰落特性(2)静止状态的信号电平静止状态的信号电平移动通信2.1.2 信号的衰落特性信号的衰落特性(3)移动状态的信号电平移动状态的信号电平移动通信2.1.2 移动通信环境的场强特性移动通信环
5、境的场强特性测试曲线测试曲线移动通信2.1.3 移动通信环境的几个效应移动通信环境的几个效应2.2 快衰落快衰落 产生的原因：产生的原因： 多径传播多径传播 多普勒效应多普勒效应 三种典型情况：三种典型情况：1 1、只有多径效应（移动台静止或移动缓慢）、只有多径效应（移动台静止或移动缓慢）2 2、只有多普勒效应、只有多普勒效应3 3、多径传播、多径传播+ +多普勒效应（移动台高速移动）多普勒效应（移动台高速移动）移动通信NiitfjAts102exp)()cos(2exp)(0tvfjAts移动通信2.2.1 瑞利衰落瑞利衰落-包络统计特性包络统计特性r接收信号的包络；接收信号的包络；接收信号
6、的等效正接收信号的等效正弦波有效值的弦波有效值的21瑞利信号的数字特征：瑞利信号的数字特征： )(2253. 1222平平均均功功率率均均方方值值值值均均rErEm 当当r =时，时，p(r)有有最大值，表示最大值，表示r在在值出现的可能性最值出现的可能性最大。大。 由于衰落信号的包由于衰落信号的包络有络有50概率大于概率大于1 . 1 7 7 。 因 此 ，。 因 此 ，1.177被称为包络被称为包络r的中值，记作的中值，记作rmid。瑞利分布的概率密度函数瑞利分布的概率密度函数p(r)与与r的关系如下图所示。的关系如下图所示。 在典型移动信道中，衰落深度达在典型移动信道中，衰落深度达30d
7、B左右，衰落速左右，衰落速率率(它等于每秒钟信号包络经过中值电平次数的一半它等于每秒钟信号包络经过中值电平次数的一半)约约3040次秒。次秒。2.2 .1 瑞利衰落瑞利衰落-包络统计特性包络统计特性移动通信图图3-9见见P70P70图图3-103-10 横 坐 标 是 以横 坐 标 是 以rmid进行归一化，进行归一化，并以分贝表示的并以分贝表示的电 平 值 ， 即电 平 值 ， 即20lgr/rmid。纵坐。纵坐标是包络电平大标是包络电平大于于( (左左) )和小于和小于( (右右) )横坐标的概率。横坐标的概率。2.2 .1 瑞利衰落瑞利衰落-包络统计特性包络统计特性移动通信2.2 .1
8、瑞利衰落瑞利衰落-瞬时幅度特性瞬时幅度特性移动通信2.2.2 莱斯衰落移动通信 指含有一个强直射波的指含有一个强直射波的N个路径传播时，若每条个路径传播时，若每条路径的信号幅度为高斯分布，相位在路径的信号幅度为高斯分布，相位在02为均匀分为均匀分布的合成信号的包络分布为莱斯分布。布的合成信号的包络分布为莱斯分布。)r(rr)P(202222I2expr 2.3 阴影衰落（慢衰落）阴影衰落（慢衰落）移动通信,与地点有关与地点有关2.4 衰落储备 为防止因衰落而为防止因衰落而引起通信的中断，引起通信的中断，在信道设计时，必在信道设计时，必须使信号电平保留须使信号电平保留足够的余量，以使足够的余量，
9、以使中断率小于规定值。中断率小于规定值。这个电平余量称为这个电平余量称为衰落储备衰落储备=中值最小必需中值最小必需电平电平移动通信2.5 多径时散和相关带宽多径时散和相关带宽 多径传输在时域上会造成数字信号波形的展宽，多径传输在时域上会造成数字信号波形的展宽，一个极短的脉冲信号，经过多径传播后，移动台会收一个极短的脉冲信号，经过多径传播后，移动台会收到一串脉冲，结果使脉冲宽度被展宽了。这种因多径到一串脉冲，结果使脉冲宽度被展宽了。这种因多径传播造成信号时间扩散的现象，称为传播造成信号时间扩散的现象，称为多径时散多径时散。 各个脉冲幅度在时间上可能相互交叠，甚至使一各个脉冲幅度在时间上可能相互交
10、叠，甚至使一串离散脉冲变成有一定宽度的连续信号脉冲。根据统串离散脉冲变成有一定宽度的连续信号脉冲。根据统计测试结果，移动通信中接收机接收到多径的时延信计测试结果，移动通信中接收机接收到多径的时延信号强度大致如图号强度大致如图3-16所示。图中，所示。图中，t t是相对时延值；是相对时延值；E( (t) )为归一化的信号强度，也就是接收信号的相对强为归一化的信号强度，也就是接收信号的相对强度，又称为多径散布谱。图中，度，又称为多径散布谱。图中，t0表示脉冲信号的表示脉冲信号的前沿。前沿。移动通信2.5.1 多径时延信号强度多径时延信号强度 最大时延最大时延max，是以强度下降，是以强度下降30d
11、B30dB时测定的时延时测定的时延值。值。 为了避免码间干扰，如无抗多径措施，则要求为了避免码间干扰，如无抗多径措施，则要求信号的传输速率必须比信号的传输速率必须比1/1/低得多。低得多。移动通信图图3-16 从频域观点而言，多径时散现象将导致频率选择性衰落，即信从频域观点而言，多径时散现象将导致频率选择性衰落，即信道对不同频率成分有不同的响应。若信号带宽过大，就会引起严重道对不同频率成分有不同的响应。若信号带宽过大，就会引起严重的失真。以两条射线的情况为例。为分析简便，不计信道的固定衰的失真。以两条射线的情况为例。为分析简便，不计信道的固定衰减，用减，用“1”表示第一条射线，信号为表示第一条
12、射线，信号为Si(t)；用；用“2”表示另一条射线，表示另一条射线，其信号为其信号为rSi(t)e j(t) ，这里，这里r为一比例常数。于是，接收信号为两者为一比例常数。于是，接收信号为两者之和，即之和，即 So(t)= Si(t)+ rSi(t)e j(t) 等效网络的传递函数为：等效网络的传递函数为： H(jt)=1+r e j(t) 信道的幅频特性为信道的幅频特性为 A(,t)=|1+rcos(t)+jrsin(t) |由此可知，当由此可知，当(t)=2n时，双径时，双径信号同相叠加，信号出现峰值；信号同相叠加，信号出现峰值；当当(t)=(2n+1)时，双径信号反相时，双径信号反相叠加
13、，信号出现谷点。叠加，信号出现谷点。2.5.2 相关带宽相关带宽移动通信 两相邻场强为最小值的频率间隔两相邻场强为最小值的频率间隔Bc=1(t)是与多径时延是与多径时延(t)成反比的，称成反比的，称Bc为多径时散的相关带为多径时散的相关带宽。若所传输的信号带宽较宽，以至与宽。若所传输的信号带宽较宽，以至与Bc可比拟时，则可比拟时，则所传输的信号将产生明显的畸变。所传输的信号将产生明显的畸变。 实际上，移动信道中的传播路径通常不止两条，而是实际上，移动信道中的传播路径通常不止两条，而是多条，且由于移动台处于运动状态，相对时延差多条，且由于移动台处于运动状态，相对时延差(t)也是也是随时间而变化的
14、，所以合成信号振幅的谷点和峰点在频随时间而变化的，所以合成信号振幅的谷点和峰点在频率轴上的位置也将随时间而变化，很难准确地分析相关率轴上的位置也将随时间而变化，很难准确地分析相关带宽的大小。工程上，对于角度调制信号，相关带宽可带宽的大小。工程上，对于角度调制信号，相关带宽可按下式估算：按下式估算： Bc=12 (为时延扩展为时延扩展)2.5.2 相关带宽相关带宽移动通信2.6 移动信道的场强估算 由于移动信道中电波传播的条件十分恶劣和复杂，由于移动信道中电波传播的条件十分恶劣和复杂，要准确地计算信号场强或传播损耗是很困难的，通常采要准确地计算信号场强或传播损耗是很困难的，通常采用分析和统计相结
15、合的办法。通过大量实验，找出各种用分析和统计相结合的办法。通过大量实验，找出各种地形地物下的传播损耗与距离、频率、天线高度之间的地形地物下的传播损耗与距离、频率、天线高度之间的关系。关系。 前人进行了很多研究，提出了很多模型，比较有名前人进行了很多研究，提出了很多模型，比较有名的有的有EgliEgli模型、奥村模型等，本节着重介绍奥村模型。模型、奥村模型等，本节着重介绍奥村模型。它是以实测数据为基础的经验模型，用以估算移动信道它是以实测数据为基础的经验模型，用以估算移动信道的场强中值。它是先以的场强中值。它是先以自由空间传播自由空间传播为基础，再分别考为基础，再分别考虑各种地形、地物对电波传播
16、的实际影响，并逐一予以虑各种地形、地物对电波传播的实际影响，并逐一予以必要的修正。必要的修正。移动通信移动通信2.6.1 自由空间的传播损耗自由空间的传播损耗P PT T发射功率。发射功率。d d距离。距离。G GT T发射天线增发射天线增益。益。G GR R接收天线增接收天线增益。益。SPLTfs 1地形的分类地形的分类 为了计算移动信道中信号电场强度中值为了计算移动信道中信号电场强度中值(或传播损或传播损耗中值耗中值)，可将地形分为两大类，可将地形分为两大类:中等起伏地形和不规中等起伏地形和不规则地形则地形，并以中等起伏地形作传播基准。，并以中等起伏地形作传播基准。 中等起伏地形是指在传播路径的地形剖面图上，中等起伏地形是指在传播路径的地形剖面图上，地面起伏高度不超过地面起伏高度不超过20m，且起伏缓慢，峰点与谷点，且起伏缓慢，峰点与谷点之间的水平距离大于起伏高度。之间的水平距离大于起伏高度。 其它地形如丘陵、孤立山岳、斜坡和水陆混合地其它地形如丘陵、孤立山岳、斜坡和水陆混合地形等统称为不规则地形。形等统称为不规则地形。 2.6.2 地形、地物分类地形、地物分类移动通信 2地物地物
