移动无线信道

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1、第三章移动无线信道概述研究信道模型的意义无线通信系统的性能主要受到移动无线信道的制约。无线信道的传播模型（以波长或时间作为参考值）l大尺度传播模型：描述发射机和接收机之间长距离（几百米或几千米）上的信号场强变化。l小尺度传播模型：描述短距离（几个波长）或短时间（几秒）内接收场强的快速波动。大尺度效应:包括视距路径损耗/绕射、阴影和雨或植被造成的衰落等效应。用来预测无线覆盖范围。小尺度效应:短距离（几个波长以内）或短时间（秒量级）内接收信号强度经历的剧烈变化。产生原因:无线信号的多径传播，用于传输技术的选择和接收机的设计。空间传播损耗:Pathloss(大尺度)阴影效应:

2、由地形结构引起，表现为大尺度衰落。多径效应:由移动体周围的局部散射体引起多径传播，表现为小尺度衰落。大尺度路径损耗1．传播方式直射波：视距传输（LOS）反射：遇到比波长大得多的物体时发生反射主要考虑地面的反射，会对直射波产生一定的干扰;绕射：遇到尖锐的障碍物阻挡时发生绕射;散射：遇到粗糙表面小物体或其他不规则物体时，在所有的方向散射能量，如树叶、路灯杆。2．自由空间的传播模型条件：理想的均匀介质；无阻挡、反射、折射、绕射，无吸收。由于电磁波能量的扩散，距离增加时，能量仍然会衰减。直射波可近似按此模型进行计算。自由空间中距发射机d处天线的接收功率（Friis公式）：其中：

3、Pt为发射功率；Pr(d)为接收功率，是T-R距离的函数；Gt是发射天线增益；Gr是接收天线增益；d是T-R间距离（m）；L是系统损耗因子（L>=1）；λ为波长（m）。天线增益与天线的有效截面Ae相关，即：有效截面Ae与天线的物理尺寸相关。λ与载频相关：路径损耗：有效发射功率和接收功率之间的差值，表示信号衰减。PL(dB)=10log(Pt/Pr)Friis自由空间模型仅当d处于发射天线无场区域时适用。天线的远场：超过远场距离df的地区。其中远场距离：。其中，D为天线的最大尺寸，并且要求：df>>D和df>>λ取d0为参考距离（d0>=df），由当d>d0时，自由空间的

4、接收功率为：由于接收电平的动态范围非常大（几个数量级），经常以dBm或dBW为单位来表示接收电平。Pr(d0)的单位为W。参考距离d0在室内环境的典型值取为1m，室外环境取为100m或者1000m。例4.1求解最大尺寸为1m，工作频率为900MHz的天线的远场距离。例4.2如果发射机发射50W的功率，将其换算成（a）dBm（b）dBW。如果该发射机为单位增益天线，并且载频为900MHz，（c）求在自由空间中距天线100m接收功率为多少dBm。（d）10km处为多少？设接收天线为单位增益。3．功率、电压、场强接收机输入电压的定义：Us－天线的感应电势Rs－天线的等效内阻R

5、i－接收机的阻抗显然，U≠Us为了使接收机获得最大功率à此时，接收机电压和功率的一般表示：电压：dBμV－以1μV为基准；功率：dBm－以1mW为基准。若Us仍以V为单位，则：[Us]=20lgUs+120(dBμV)[P]=10lg(Us2/4R)+30(dBm)接收场强与接收电压的关系：1.线天线接收场强的计算：接收场强E是指有效长度为1m的天线所感应的电压值，则长度为L的线天线的感应电压为：E×L。2.其它天线则通常求其有效长度（等效为线天线的长度）例如：半波振子天线有效长度＝矩形的宽带可求得：有效长度＝λ/π故感应电压Us＝E×λ/π（结论）自由空间中，接收功率

6、与场强的关系：4．地面反射模型反射波反射的条件：当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如果界面的尺寸远大于电波的波长时，产生反射。反射的表现：反射角＝入射角地面反射（双线）模型反射波与直射波的路径差：双线反射模型通常：所以：；对应的相位差：。因此，接收的合成场强：R=-1；则可见，处的接收功率：即：考虑到地面反射后，陆地传播损耗时距离的4次方。注：该公式仅适用于远距离时的传播损耗计算5．绕射绕射定义：发射机与接收机之间存在障碍（无法直线传输），电波传播到障碍物之后的现象。原理（惠更斯原理）：波前上所有的点都可作为产生次级波的点源，这些次级波合起来形成传播方向上新的波

7、前，绕射由次级波进入阴影区域而形成。当发射机与接收机之间有障碍物时，某些次级波被障碍物阻挡，产生附加损耗——绕射损耗。6．散射在实际移动无线环境中，接收信号比单独绕射和反射模型预测的要强，这是因为在实际环境中，当电波遇到粗糙表面时，反射能量由于散射而散布于所有方向，给接收机提供了额外的能量。7．路径损耗模型及实际链路的预算设计前面介绍的几种传播模型（自由空间传播模型、地面反射双线模型、绕射模型、散射模型）都是理想化的模型。实际应用环境非常复杂。实际应用的模型大多都是通过理论分析和实际测试相结合来获得。理论分析——针对应用环境，找出主要的影