移动通信理论与实战第2章-无线电波传播与天馈系统课件.ppt
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- 移动 通信 理论 实战 无线电波 传播 系统 课件
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1、第第2 2章章 无线电波传播与天馈系统无线电波传播与天馈系统课程内容课程内容无线电波的传播特性无线电波的传播特性无线信道的损耗与效应无线信道的损耗与效应信道传播模型信道传播模型天馈系统天馈系统移动无线信道移动无线信道n为什么研究无线信道的电波传播特性?为什么研究无线信道的电波传播特性?无线信道与有线信道的根本区别无线信道与有线信道的根本区别决定了无线通信可能采用的无线传输技术决定了无线通信可能采用的无线传输技术关系到无线通信系统的通信能力和服务质量关系到无线通信系统的通信能力和服务质量n需要研究无线信道的哪些特性呢需要研究无线信道的哪些特性呢?在在某个特定的频段和特定的环境下,电波传播和信号衰
2、落的特某个特定的频段和特定的环境下,电波传播和信号衰落的特点是什么点是什么?无线无线信号在空间中传播的过程中,功率上的路径损耗是多大信号在空间中传播的过程中,功率上的路径损耗是多大?最终最终接收到的信号幅度、相位、多径分量的到达时间和功率分接收到的信号幅度、相位、多径分量的到达时间和功率分布是如何变化的布是如何变化的?移动无线信道移动无线信道n如何研究如何研究无线无线通信信道?通信信道?理论分析:用数学模型描述;理论分析:用数学模型描述;现场电波实测:实验测量、验证、校正;现场电波实测:实验测量、验证、校正;n无线信道的研究成果会有哪些呢?无线信道的研究成果会有哪些呢?预测传播模型预测传播模型
3、 无线网络规划与设计;无线网络规划与设计;信道仿真信道仿真传输技术及网络性能优化的研究和开发传输技术及网络性能优化的研究和开发无线电波的传播方式无线电波的传播方式n由于高大建筑物或远处高山等阻挡物的存在,电磁波传播路径由于高大建筑物或远处高山等阻挡物的存在,电磁波传播路径可分为直射传播和非直射传播可分为直射传播和非直射传播 n直射波直射波24110lg10lg32.4520lg20lg10lg()ttrrtrPdLdfGGPGG f L,则Gt、Gr可以补偿这些损耗;移动无线信道移动无线信道n多径反射波:指从不同建筑物或其他物体反射后到达接收点的传多径反射波:指从不同建筑物或其他物体反射后到达
4、接收点的传播信号,其信号强度次之。播信号,其信号强度次之。n透射透射波(折射波):波(折射波):当电磁波到达两种不同介质界面时,部分能当电磁波到达两种不同介质界面时,部分能量透射到第二种介质中(即透射波或折射波)。量透射到第二种介质中(即透射波或折射波)。n绕射波:从较大的山丘或建筑物绕射后到达接收点的传播信号,绕射波:从较大的山丘或建筑物绕射后到达接收点的传播信号,其强度与反射波相当。其强度与反射波相当。n散射波:由空气中离子受激后二次发射所引起的慢反射后到达接散射波:由空气中离子受激后二次发射所引起的慢反射后到达接收点的传播信号,其信号强度最弱。收点的传播信号,其信号强度最弱。无线信道中的
5、电磁波就是上述信号的叠加。一般来说,直射信号最无线信道中的电磁波就是上述信号的叠加。一般来说,直射信号最强,反射、透射信号次之,绕射信号再次之,散射信号最弱。强,反射、透射信号次之,绕射信号再次之,散射信号最弱。课程内容课程内容无线电波的传播特性无线电波的传播特性无线信道的损耗与效应无线信道的损耗与效应信道传播模型信道传播模型天馈系统天馈系统多径效应多径效应基站天线3421 接收端接收到的信号是来自直射、反射、折射、绕射、散射等多条不同路径传播过来的信号的矢量之和。一般来说,直射信号最强,反射、透射信号次之,绕射信号再次之,一般来说,直射信号最强,反射、透射信号次之,绕射信号再次之,散射信号最
6、弱。散射信号最弱。多径效应多径效应两径传播的叠加(加强和减弱)两径传播的叠加(加强和减弱)解决方案:时域均衡、OFDM、Rake接收 由于多径现象引起的干扰称为多径干扰由于多径现象引起的干扰称为多径干扰或多径效应,产生的衰落称为多径衰落。或多径效应,产生的衰落称为多径衰落。阴影效应阴影效应n由移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它由移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波路径的阻挡而形成的接收区域的障碍物对电波路径的阻挡而形成的接收区域的半盲区半盲区/盲区盲区补盲室内分布系统远近效应远近效应n用户设备和基站间距离不同,则信号就具有不同的衰耗。用户设备和基站间距
7、离不同,则信号就具有不同的衰耗。n若用户以同一功率发射,则距离基站远的用户设备信号很容易若用户以同一功率发射,则距离基站远的用户设备信号很容易“淹没淹没”在其它用户设备信号中;在其它用户设备信号中;n远近效应极易导致边缘小区的掉话!远近效应极易导致边缘小区的掉话!克服远近效应功率控制!多普勒效应多普勒效应n由于移动台的高速移动而产生的传播信号频率的扩散,称为由于移动台的高速移动而产生的传播信号频率的扩散,称为多普勒效应多普勒效应n多普勒频移:多普勒频移:cosdvfmvf当移动台运动方向与入射波一致时,最大多普勒频移:若载波频率为2100MHz,移动终端以30km/h的速度运动时,其最大多普勒
8、频移是多少?在多径信道中,一个单频信号在多径信道中,一个单频信号f扩展为扩展为ffd,导致频谱扩展,导致频谱扩展,影影响接收机的误码性能;响接收机的误码性能;解决:信道估计解决:信道估计&补偿;补偿;三种损耗三种损耗路径传播损耗(衰耗)路径传播损耗(衰耗)电磁波在宏观大范围(即公里级)空间传播所产生的损耗,它反映了传播在空间距离的接收信号电平的变化趋势。大尺度衰落损耗大尺度衰落损耗由于在电波传播路径上受到建筑物及山丘等阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗。它反映了中等范围内中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗。一般遵从对数正态对数正态分布。分布。小尺度衰落损耗小尺度衰落损耗主要是由
9、于多径传播而产生的衰落。它反映微观小范围内微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗。一般遵一般遵从瑞利或莱斯分布从瑞利或莱斯分布,其变化率比慢衰耗快所以称为小尺度衰落。小尺度衰落小尺度衰落&大尺度衰落大尺度衰落场强变化的平均值随距离增加而衰减场强特性曲线的中值呈慢速变化-慢衰落场强特性曲线的瞬时值呈快速变化-快衰落课程内容课程内容无线电波的传播特性无线电波的传播特性无线信道的损耗与效应无线信道的损耗与效应信道传播模型信道传播模型天馈系统天馈系统路径损耗的经验模型路径损耗的经验模型n无线信道存在着随机性,工程实践中大量使用统计模型工程实践中大量使用统计模型,统计模型一般只需知道地理
10、环境的统计数据和信息,由大量实验测试数据拟合出经验公式或半经验半理论公式,也可以是经验曲线。根据统计模型预测的结果在实际应用中必须进行根据统计模型预测的结果在实际应用中必须进行修正修正。n室外:室外:Okumura模型Hata模型COST231模型(COST 231-Walfisch/Ikegami模型)ITU传播模型n室内:室内:ITU-R室内传输模型Keenan-Motley模型路径损耗的经验模型路径损耗的经验模型课程内容课程内容无线电波的传播特性无线电波的传播特性无线信道的损耗与效应无线信道的损耗与效应信道传播模型信道传播模型天馈系统天馈系统复习:什么是天线?复习:什么是天线?B Bl
11、la a h h b la hb la hblah用来辐射和接收用来辐射和接收电波的装置称为天线。电波的装置称为天线。天线组成天线组成n通信系统天线一般由振子、馈电网络、外罩这三部分组成。通信系统天线一般由振子、馈电网络、外罩这三部分组成。振子向空间发射电磁波;振子向空间发射电磁波;馈电网络连接收发信机与天线振子,实现能量的分配;馈电网络连接收发信机与天线振子,实现能量的分配;外罩用来保护天线内部器件,兼有一定的美化作用外罩用来保护天线内部器件,兼有一定的美化作用;天天线线参参数数解解析析在板状定向天线的参数里有在板状定向天线的参数里有垂直波束宽度:垂直波束宽度:7 7度度 水平波束宽度:水平
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