《無線通信信道》ppt課件

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1、第二講無線通信中的信道姚彥教授清華大學(xué)微波與數(shù)字通信國家重點實驗室2002年3月廣州內(nèi)容引言自由空間傳播地面視距傳播移動傳播引言引言(1):無線通信信道的分類理想無線信道？非理想無線信道？理想：無阻擋、無衰落、無時變、無干擾，自由空間傳播。固定無線信道？移動無線信道？視距無線信道？非視距無線信道？視距，如：地面視距、衛(wèi)星。非視距，如：地面繞射、對流層散射、電離層折射。有干擾無線信道？無干擾無線信道？干擾，如：系統(tǒng)內(nèi)部的干擾、系統(tǒng)外部的非敵意干擾、敵意干擾。引言(2):無線通信信道的指標(biāo)傳播衰減-衰

2、減的平均值-衰減的最大值-衰減的統(tǒng)計特性傳播延時-延時的平均值-延時的最大值-延時的統(tǒng)計特性延時擴(kuò)展-對信道色散效應(yīng)的描述多普勒擴(kuò)展-對信道時變效應(yīng)的描述干擾-干擾的性質(zhì)-干擾的強(qiáng)度引言(3):無線傳播信道的模型信道響應(yīng)為h(?,t)，可以表示色散和時變假設(shè)：線性信道、加性干擾h(?,t)?s(t)r(t)n(t)自由空間傳播自由空間傳播(1)什么叫自由空間？無任何衰減、無任何阻擋、無任何多徑的傳播空間。無線電波在自由空間傳播時，其單位面積中的能量會因為擴(kuò)散而減少。這種減少，稱為自由空間的傳播損耗

3、。如圖所示，發(fā)射功率為PT，發(fā)射天線為各向均勻輻射，則以發(fā)射源為中心，d為半徑的球面上單位面積的功率為：S＝PT/4?d2球面上的功率流PTd自由空間傳播(2)由于天線有方向性（設(shè)發(fā)射天線增益為GT），故在主波束方向通過單位面積的功率為：S=GTPT/4?d2設(shè)接收天線的有效面積為A，則接收天線所截獲的功率為：Pr=SA=AGTPT/4?d2對于拋物面天線，假定天線口面場具有等相、等幅分布，則天線的有效面積為：A=Gr?2/4?其中Gr為接收天線增益，?為自由空間波長代入Pr公式。得到：Pr=Gr

4、GTPT(?/4?d)2令：Pr/PT=GrGT/LS其中LS定義為自由空間傳播損耗。則：LS=(4?d/?)2=(4?fd/c)2以分貝數(shù)表示：LS=92.4+20lgf(GHz)+20lgd(km)dB地面視距傳播簡介地面微波通信屬于視距傳播。視距傳播的主要特點是收發(fā)天線都在視距范圍內(nèi)。視距傳播要考慮大氣效應(yīng)和地面效應(yīng)。視距和天線高度的關(guān)系由于地球是一個曲面，天線高度h1、h2和視距d之間存在以下關(guān)系：d=3.57()其中h1、h2的單位是m，d的單位是km。說明：此公式?jīng)]有考慮大氣及地面對傳

5、播的影響，所以只能用作大致的估計。大氣效應(yīng)(1):吸收衰減主要發(fā)生在高頻段水蒸汽的最大吸收峰在23GHz(1.3cm)；氧氣的最大吸收峰在60GHz(5mm)；對于12GHz(2.5cm)以下的頻率，大氣吸收衰減小于：0.015dB/km。大氣效應(yīng)(2):雨霧衰減在10GHz以下頻段，雨霧衰減并不嚴(yán)重，一般只有幾dB。在10GHz以上頻段，雨霧衰減大大增加，達(dá)到幾dB/km。下雨衰減是限制高頻段微波傳播距離的主要因素。大氣效應(yīng)(3):大氣折射引入等效地球半徑的概念：地面效應(yīng)(1):費涅爾半徑和余隙

6、利用波動光學(xué)的惠更斯－費涅爾原理，在遇到障礙物時將產(chǎn)生附加損耗。障礙物到T，R連線的垂直距離為hc，稱為余隙。一階費涅爾半徑為h1，定義hc/h1為相對余隙。就可以從右圖求出附加損耗。地面效應(yīng)(2):地面反射這是產(chǎn)生電平衰落的主要原因之一。設(shè)：反射系數(shù)為m，反射相位為1800，自由空間衰減系數(shù)為?，就可以求出接收點的場強(qiáng)：移動傳播說明移動無線傳播面臨的是隨時變化的、復(fù)雜的環(huán)境。首先，傳播環(huán)境十分復(fù)雜，傳播機(jī)理多種多樣。幾乎包括了電波傳播的所有過程，如：直射、繞射、反射、散射。其次，由于用戶臺的移動

7、性，傳播參數(shù)隨時變化，引起接收場強(qiáng)的快速波動。為此，提出大尺度傳播模型和小尺度傳播模型。四種傳播機(jī)制直射：自由空間傳播反射：當(dāng)電磁波遇到比波長大得多的物體時，發(fā)生反射。反射發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面。繞射：當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的傳播路由被尖銳的邊緣阻擋時，發(fā)生繞射。散射：當(dāng)電磁波的傳播路由上存在小于波長的物體、并且單位體積內(nèi)這種障礙物體的數(shù)目非常巨大時，發(fā)生散射。散射發(fā)生在粗糙表面、小物體或其它不規(guī)則物體，如：樹葉、街道標(biāo)志和燈柱等。兩種傳播模型：大尺度模型和小尺度模型兩種傳播模型(續(xù))大尺

8、度路徑損耗傳播模型描述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間長距離上平均場強(qiáng)的變化，用于預(yù)測平均場強(qiáng)并估計無線覆蓋范圍。小尺度多徑衰落傳播模型描述移動臺在極小范圍內(nèi)移動時，短距離或短時間上接收場強(qiáng)的快速變化，用于確定移動通信系統(tǒng)應(yīng)該采取的技術(shù)措施。對數(shù)距離路徑衰減規(guī)律根據(jù)理論和測試結(jié)果，無論室內(nèi)還是室外信道，平均接收信號功率隨距離的對數(shù)衰減，其路徑損耗指數(shù)如下表所示：大尺度模型大尺度模型：室外模型Longley-Rice模型適用頻率范圍：40MHz-10GHz。不同種類地形的點對點系統(tǒng)。利用路徑幾何學(xué)