移动通信基础(信道传播)

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1、移动通信第2章移动通信基础移动通信讲授内容第1章移动通信发展概述第2章移动通信基础：信道传播、多址接入、组网第3章移动通信系统GSMCDMAWCDMACDMA2000TD-SCDMA第4章第三代移动通信系统演进第2章无线通信基础无线信道传播抗摔落技术多址接入技术移动通信网络技术42.1.1电磁波的基本知识2.1.2无线电波的传播方式2.1.3电磁波的极化2.1无线信道传播52.1.0无线信道传播概述有线信道特性是稳定的、可预测的。但铺设固定，不灵活。无线信道特性是随机的、时变的、不可预测的。但取消

2、连线，铺设灵活，适应各种地理环境。近三十多年来，无线通信获得快速发展。6无线通信利用电磁波传播进行信息传输与信息交换。掌握电磁波传播特性是无线通信系统研究与应用的基础。电磁波有多种传播方式：地球表面波传播、空间波传播、对流层反射和电离层反射等。不同传播方式具有不同的传播特性。城市传播环境复杂，发射机和接收机之间基本上无视线（LOS）路径，多径传播普遍存在，高层建筑物引起的绕射损耗也非常大。2.1.0无线信道传播概述7城市传播环境示意图8多径传播会使接收信号产生多径衰落(小尺度衰落)，接收信号电平急

3、剧起伏，严重影响通信效果。多径传播会产生时间色散现象，造成码间干扰。多径传播是影响无线通信系统性能和通信效果的主要因素。减小多径传播影响的技术措施：分集接收（时间分集、空间分集、频率分集）、匹配滤波等。2.1.0无线信道传播概述9时间色散10掌握电磁波传播特性是理解无线通信协议设计背后原因的基础。无线信道传播特性也是无线通信系统工程设计和研究频谱有效利用、系统电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的内容之一。3G长期演进技术的核心MIMO则是直接利用了多径传播特性。电磁波的传播机制，总体上主要是反射、透

4、射、散射和绕射（衍射）等。对这些传播机制的研究是掌握电磁波传播特性的基础。4.1无线信道传播概述11无线通信传播环境下，主要关心电磁波两个方面的传播特性:大尺度路径损耗：决定无线信号的最大传播距离，是无线网络规划设计中的一个基本参数。多径传播：造成的小尺度衰落现象直接影响实时通信效果。2.1.0无线信道传播概述12图4.1小尺度衰落同大尺度路径损耗比较13决定Rx与Tx相距一定距离时的平均接收信号电平。大型地物障碍时形成阴影，产生阴影衰落。在阴影区域，虽然Rx与Tx之间距离没有变化，但平均接收信号

5、电平会发生变化。气象因素也影响信号传播的衰减特性。因阴影效应或气象因素产生的电平起伏一般随距离的变化比较缓慢，称为慢衰落或大尺度衰落。大尺度路径损耗14受各种地形、地物阻挡会发生反射、散射、绕射等，使Rx收到的无线信号来自不同传播方向，经过不同的传播路径，这种现象称为多径传播。经由不同传播路径到达接收天线的电磁波，会因传播距离不同而存在相位差。多径电磁波在接收天线上合成的信号强度会出现比较大的起伏，往往达到几十个dB，这就是多径衰落(小尺度衰落)产生的原因。多径传播15多径衰落现象对通信效果的影响

6、非常大，当Rx天线处在深衰落位置点上时，甚至会造成通信中断。固定无线通信系统布局需要避免深衰落点。多径传播162.1.1电磁波的基本知识任何辐射结构都能产生辐射电磁场。变化的电磁场在空间的传播就形成了电磁波。电基本振子是一段长为l的线型辐射体，可以将这样的线型辐射体看作是构成线天线的基本构成部分，即构成线天线的电流元。辐射体长度l«λ，由于非常小，上面载有的传导电流I可以看成振幅均匀分布且相位处处相同。17图2-3分析点基本振子辐射的坐标系统θrylOzφEθ=Hr=Hθ=018电基本振子辐射电基

7、本振子的电磁场分为三个不同区域：感应场占主导的近场区。这一区域电磁场的分布与静电场相似，场强随距离的3次方成正比地快速衰减。并且感应场的电场和磁场相位相差90度，坡印廷矢量为虚数，没有能量向外辐射。辐射场为主的远场区。这一区域电磁场强度随距离的增加成反比地衰减，表现出向外辐射的特性，电场与磁场矢量在空间上成垂直关系，相位相同，坡印廷矢量指向电磁波传播方向。近区场与远场区之间的过渡区，称为中间区。中间区的感应场和辐射场相差不大。19电基本振子辐射研究电磁波传播问题，只需要考虑天线辐射的远场区。20电

8、磁波电场E、磁场H及传播方向关系21电磁波在自由空间的传播速度等于光速c。在传播方向上，距离最近的电场（或磁场）强度相同的两点之间的距离，就是该电磁波的波长λ。电场（或磁场）强度方向每秒钟变化的次数就是该电磁波的频率f。c、λ、f三者之间的关系满足电基本振子辐射22电磁波谱232.1.2无线电波的传播方式依据不同的频率，无线电波在空间的传播有三种基本方式：地球表面波传播天波传播空间波传播。241.地球表面波传播地球表面波也叫地面波是沿地球表面附近传播的无线电波，属于绕射传播。地球表