通信技术无线信道.ppt

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1、第二章 无线信道22.1 电磁波传播机制2.2 自由空间传播模型2.3 大尺度衰落模型2.4 小尺度衰落与多径效应2.5 多径信道的统计模型3建筑物反射波建筑物反射波绕射波绕射波直达波直达波地面反射波地面反射波42.1 电磁波传播机制2.1.1 电磁波传播机制概述n移动无线传播面临的是随时变化的、复杂的环境。n首先，传播环境十分复杂，传播机理多种多样。几乎包括了电波传播的所有过程，如：直射、绕射、反射、散射。n其次，由于用户台的移动性，传播参数随时变化，引起接收场强的快速波动。n为此，提出大尺度传播模型和小尺度传播模型。52.1 电磁波传播机制2.1.1 电磁波传播机制概述电波传播分为5种形式

2、：1、直射：自由空间传播2、反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生反射。反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。3、折射：4、绕射：当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边缘阻挡时，发生绕射。62.1 电磁波传播机制2.1.1 电磁波传播机制概述5、散射：当电磁波的传播路径上存在小于波长的物体、并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大时，发生散射。散射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯柱等。移动通信中，1和5项可以合并考虑，不考虑折射。电波传播损耗习惯分为：1、传播路径损耗2、阴影衰落3、多径衰落7阻挡体阻挡体 反射反射（引起多径衰落）（引起多径衰落）比传输波长

3、比传输波长大的多的物体大的多的物体 绕射绕射尖利边缘尖利边缘 散射散射粗糙表面粗糙表面8直射波。在发射天线周边无阻挡的空间范围内，直射波。在发射天线周边无阻挡的空间范围内，发射电波经直线传播直接到达接收天线，形成直发射电波经直线传播直接到达接收天线，形成直射波射波(又称直接波又称直接波)。很显然，直射波较其他传播。很显然，直射波较其他传播方式传播距离短、幅度强。方式传播距离短、幅度强。反射波。当电磁波遇到比波长大得多的物体时，反射波。当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生反射。反射发生在地球表面、建筑物和墙壁发生反射。反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。由于地形地物的复杂性，通常电波的反射表

4、面。由于地形地物的复杂性，通常电波的反射路径可能不止一条。路径可能不止一条。9绕射波。当接收机和发射机之间的无线路径被地形地物阻挡时，在地绕射波。当接收机和发射机之间的无线路径被地形地物阻挡时，在地形地物的背面会形成绕射，即有部分电波绕至阻挡物的背面，此时接形地物的背面会形成绕射，即有部分电波绕至阻挡物的背面，此时接收场强衰减非常迅速，但绕射场依然存在并常常具有足够的强度。绕收场强衰减非常迅速，但绕射场依然存在并常常具有足够的强度。绕射波的强度受传播环境影响很大，且频率越高，绕射信号越弱。射波的强度受传播环境影响很大，且频率越高，绕射信号越弱。散射：当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且

5、单位体积内散射：当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大时，发生散射。散射发生在粗糙表面、这种障碍物体的数目非常巨大时，发生散射。散射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯柱等。小物体或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯柱等。实际情况下，移动通信电波传播是直射波、反射波、绕射波、散射波实际情况下，移动通信电波传播是直射波、反射波、绕射波、散射波等多种传播方式的合成，即接收信号是经多条传播路径到达的幅度和等多种传播方式的合成，即接收信号是经多条传播路径到达的幅度和相位均不相同的多个信号的合成，正因为如此，造成了移动信道具有相位均

6、不相同的多个信号的合成，正因为如此，造成了移动信道具有多径衰落、阴影效应、多普勒频移等显著特征。多径衰落、阴影效应、多普勒频移等显著特征。10衰落多径衰落多径环境环境时间接收信号强度发射信号11衰落发射数据发射数据-40-35-30-25-20-15-10-50dB接收数据接收数据122.1 电磁波传播机制2.1.2 电磁波传播环境电波传播受地形结构和人为环境的影响，无线传播环境直接决定传播模型的选取。影响环境的主要因素： 自然地形（高山、丘陵、平原、水域） 人工建筑的数量、分布、材料特性 该区域植被特征 天气状况 自然和人为的电磁噪声状况132.1 电磁波传播机制2.1.2 电磁波传播环境无

7、线电波受地形和人为环境的影响很大，高山、丘陵等自然地形，和人工建筑等都影响电波的传播特性，除此之外天气和时间因素也是影响电波传播的因素例如，晚上电离层相对稳定，所以短波电台收音效果好就是一个示例。142.1 电磁波传播机制2.1.3 地形分类准平滑地形准平滑地形表面起伏平缓，起伏高度小于等于20米的地形不规则地形不规则地形除了准平滑地形之外的其余地形，可按状态分为：丘陵地形、孤立山岳、倾斜地形、水陆混合地形等RTTR152.2 自由空间传播模型n什么叫自由空间？自由空间是指充满均匀、线性、各向同性理想介质的无限大空间，是一种理想情况。如卫星的电波传播就很接近自由空间的传播条件：无任何衰减、无任

8、何阻挡、无任何多径的传播空间。n无线电波在自由空间传播时，其单位面积中的能量会因为扩散而减少。这种减少，称为自由空间的传播损耗。162.3 大尺度衰落模型2.3.1 大尺度衰落模型概述大尺度衰落模型大尺度衰落模型: :T-R 之间大距离主要传播机制:反射信号强度衰减随传播距离而成阴影分布对数正态阴影模型围绕一均值缓慢变化172.3 大尺度衰落模型2.3.2 大尺度衰落模型分类n自由空间传播n地面反射(双线)n刃形绕射n室外传播模型n室内传播模型182.4 小尺度衰落与多径效应2.4.1小尺度衰落概述小尺度衰落模型T-R之间小距离人口密集城市地区主要传播机制:散射多径,不同时延到达接收机,信号强

9、度衰落 信号幅度的衰减呈 Rayleigh, Ricean分布围绕均值快速波动192.4 小尺度衰落与多径效应2.4.1小尺度衰落概述小尺度多径衰落传播模型描述移动台在极小范围内移动时，短距离或短时间上接收场强的快速变化，用于确定移动通信系统应该采取的技术措施。n小尺度传播的主要效应：小尺度传播的主要效应：信号强度的快速变化l时变引起的多普勒频移l多径引起的延时扩展202.4 小尺度衰落与多径效应2.4.2 影响小尺度衰落的因素多径传播移动台的运动速度多普勒频移环境物体的运动速度信号的传输带宽信号带宽大于信道带宽，接收失真。结论：小尺度信号强度和短距传输后信号模糊的可能性与多径信道的特定幅度、

10、时延和传输信号的带宽有关。2110、无线信道的3类损耗1）路径传播损耗2）慢衰落损耗3）快衰落损耗：广义， 分时间、空间和频率选择性11、无线信道4种主要效应1）阴影效应2）远近效应223）多径效应：以强压弱4）多普勒效应：高于70km/h时考虑12、实际移动通信中3类选择性衰落产生的条件1）第一类多径干扰，ms快速移动，产生多普勒频率扩散，时间选择性衰落2）第二类多径干扰，远处物体的反射，空域上对应波束角度的扩展，引起空间选择性衰落，时域上的时延扩展，引起频率选择性衰落。233）第三类多径干扰，近处物体的反射，严重影响到达天线信号入射角度的分布，引起空间选择性衰落。由时延扩展引起频率选择性衰落较小。