《无线通信信道》ppt课件

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1、第二讲无线通信中的信道姚彦教授清华大学微波与数字通信国家重点实验室2002年3月广州内容引言自由空间传播地面视距传播移动传播引言引言(1):无线通信信道的分类理想无线信道？非理想无线信道？理想：无阻挡、无衰落、无时变、无干扰，自由空间传播。固定无线信道？移动无线信道？视距无线信道？非视距无线信道？视距，如：地面视距、卫星。非视距，如：地面绕射、对流层散射、电离层折射。有干扰无线信道？无干扰无线信道？干扰，如：系统内部的干扰、系统外部的非敌意干扰、敌意干扰。引言(2):无线通信信道的指标传播衰减-衰

2、减的平均值-衰减的最大值-衰减的统计特性传播延时-延时的平均值-延时的最大值-延时的统计特性延时扩展-对信道色散效应的描述多普勒扩展-对信道时变效应的描述干扰-干扰的性质-干扰的强度引言(3):无线传播信道的模型信道响应为h(,t)，可以表示色散和时变假设：线性信道、加性干扰h(,t)s(t)r(t)n(t)自由空间传播自由空间传播(1)什么叫自由空间？无任何衰减、无任何阻挡、无任何多径的传播空间。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

3、。如图所示，发射功率为PT，发射天线为各向均匀辐射，则以发射源为中心，d为半径的球面上单位面积的功率为：S＝PT/4d2球面上的功率流PTd自由空间传播(2)由于天线有方向性（设发射天线增益为GT），故在主波束方向通过单位面积的功率为：S=GTPT/4d2设接收天线的有效面积为A，则接收天线所截获的功率为：Pr=SA=AGTPT/4d2对于抛物面天线，假定天线口面场具有等相、等幅分布，则天线的有效面积为：A=Gr2/4其中Gr为接收天线增益，为自由空间波长代入Pr公式。得到：Pr=Gr

4、GTPT(/4d)2令：Pr/PT=GrGT/LS其中LS定义为自由空间传播损耗。则：LS=(4d/)2=(4fd/c)2以分贝数表示：LS=92.4+20lgf(GHz)+20lgd(km)dB地面视距传播简介地面微波通信属于视距传播。视距传播的主要特点是收发天线都在视距范围内。视距传播要考虑大气效应和地面效应。视距和天线高度的关系由于地球是一个曲面，天线高度h1、h2和视距d之间存在以下关系：d=3.57()其中h1、h2的单位是m，d的单位是km。说明：此公式没有考虑大气及地面对传

5、播的影响，所以只能用作大致的估计。大气效应(1):吸收衰减主要发生在高频段水蒸汽的最大吸收峰在23GHz(1.3cm)；氧气的最大吸收峰在60GHz(5mm)；对于12GHz(2.5cm)以下的频率，大气吸收衰减小于：0.015dB/km。大气效应(2):雨雾衰减在10GHz以下频段，雨雾衰减并不严重，一般只有几dB。在10GHz以上频段，雨雾衰减大大增加，达到几dB/km。下雨衰减是限制高频段微波传播距离的主要因素。大气效应(3):大气折射引入等效地球半径的概念：地面效应(1):费涅尔半径和余隙

6、利用波动光学的惠更斯－费涅尔原理，在遇到障碍物时将产生附加损耗。障碍物到T，R连线的垂直距离为hc，称为余隙。一阶费涅尔半径为h1，定义hc/h1为相对余隙。就可以从右图求出附加损耗。地面效应(2):地面反射这是产生电平衰落的主要原因之一。设：反射系数为m，反射相位为1800，自由空间衰减系数为，就可以求出接收点的场强：移动传播说明移动无线传播面临的是随时变化的、复杂的环境。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。其次，由于用户台的移动

7、性，传播参数随时变化，引起接收场强的快速波动。为此，提出大尺度传播模型和小尺度传播模型。四种传播机制直射：自由空间传播反射：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。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。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、小物体或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯柱等。两种传播模型：大尺度模型和小尺度模型两种传播模型(续)大尺

8、度路径损耗传播模型描述发射机和接收机之间长距离上平均场强的变化，用于预测平均场强并估计无线覆盖范围。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。对数距离路径衰减规律根据理论和测试结果，无论室内还是室外信道，平均接收信号功率随距离的对数衰减，其路径损耗指数如下表所示：大尺度模型大尺度模型：室外模型Longley-Rice模型适用频率范围：40MHz-10GHz。不同种类地形的点对点系统。利用路径几何学