移动通信原理课件第二章

.............移动通信原理·第2讲XiuhuaFu2013年9月11日XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日1/84.........1电波传播的基本特性及研究方法...2自由空间的电波传播...33种基本电波传播机制...4阴影衰落的基本特性...5多径传播模型...6电波传播损耗预测模型...7中继协同信道XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日2/84......电波传播的基本特性及研究方法contents...1电波传播的基本特性及研究方法...2自由空间的电波传播...33种基本电波传播机制...4阴影衰落的基本特性...5多径传播模型...6电波传播损耗预测模型...7中继协同信道XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日3/84......电波传播的基本特性及研究方法电波传播的基本特性XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日4/84......电波传播的基本特性及研究方法信道的分类I根据不同距离内信号强度变化的快慢分...1大尺度衰落...2小尺度衰落根据信号与信道变化快慢程度的比较分...1长期慢衰落...2短期快衰落大尺度衰落（对数正态衰落）小尺度衰落（瑞利衰落）描述长距离上信号强度的缓慢变化短距离上信号强度的快速波动原因信道路径上固定障碍物的阴影多径,移动台运动和地点的变化影响业务覆盖区域信号传输质量XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日5/84......电波传播的基本特性及研究方法信道的分类II衰落特性的算式描述r(t)=m(t)×r0(t)式中,r(t)表示信道的衰落因子;m(t)表示大尺度衰落;r0(t)表示小尺度衰落.XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日6/84......电波传播的基本特性及研究方法电波传播特性的研究I考虑问题...1衰落的物理机制...2功率的路径损耗...3接收信号的变化和分布特性应用成果...1传播预测模型的建立...2为实现信道仿真提供基础基本方法...1理论分析方法（如射线跟踪法）...2现场测试方法（如冲激响应法）XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日7/84......自由空间的电波传播contents...1电波传播的基本特性及研究方法...2自由空间的电波传播...33种基本电波传播机制...4阴影衰落的基本特性...5多径传播模型...6电波传播损耗预测模型...7中继协同信道XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日8/84......自由空间的电波传播自由空间的电波传播I传播损耗:在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，只存在电磁波能量扩散而引起的传播损耗.接收功率Pr=Ar4πd2PtGtAr=λ2Gr4π自由空间的传播损耗L定义为L=PtPr=(4πdλ)2Gt=Gr=1XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日9/84......自由空间的电波传播自由空间的电波传播II分贝表示[L]=32.45+20logf+20logd接收换算Pr(dBm)=10logPr(mW)Pr(dBW)=10logPr(W)XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日10/84......3种基本电波传播机制contents...1电波传播的基本特性及研究方法...2自由空间的电波传播...33种基本电波传播机制...4阴影衰落的基本特性...5多径传播模型...6电波传播损耗预测模型...7中继协同信道XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日11/84......3种基本电波传播机制3种基本电波传播机制XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日12/84......3种基本电波传播机制反射如果电磁波传输到理想介质表面,则能量都将反射回来.反射系数(R):入射波与反射波的比值R=sinθ−zsinθ+zθ是入射角.垂直极化:z=√ε0−cos2θε0水平极化:z=√ε0−cos2θε0=ε−j60σλ(ε:介电常数,σ:电导率,λ:波长.)XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日13/84......3种基本电波传播机制极化特性极化:电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变化的状态电磁波的极化形式:线极化、圆极化和椭圆极化线极化的两种特殊情况水平极化（电场方向平行于地面）垂直极化（电场方向垂直于地面）XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日14/84......3种基本电波传播机制多径信号I两径传播模型接收信号功率Pr=Pt[λ4πd]2GtGr1+Rej∆Φ+(1−R)Aej∆Φ+···2简化:Pr=Pt[λ4πd]2GtGr1+Rej∆Φ2XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日15/84......3种基本电波传播机制多径信号II相位差:∆Φ=2π∆l/λ∆l=(AC+CB)−AB多径传播模型(N个路径)接收信号功率Pr=Pt(λ4πd)2GtGr1+N1∑i=1Riexp(j∆Φi)2XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日16/84......3种基本电波传播机制绕射I惠更斯－菲涅尔原理波前（面）上每点产生的次级波组合形成传播方向上新的波前（面）绕射由次级波的传播进入阴影区而形成场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和说明:任一P′点，只有夹角为θ（即∠TP′R）的次级波前能到达接收点R.θ在0◦到180◦之间变化到达接收点辐射能量与θ成正比.XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日17/84......3种基本电波传播机制绕射II菲涅尔区:从发射点到接收点次级波路径长度比直接路径长度大nλ/2的连续区域接收信号的合成n为奇数,信号抵消;n为偶数,信号叠加.菲涅尔区同心半径rn=√nλd1d2d1+d2XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日18/84......3种基本电波传播机制绕射III第一菲涅尔区半径(n=1)...1在接收点处第一菲涅尔区的场强是全部场强的一半...2发射机和接收机的距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以达到接收机从波前点到空间任何一点的场强(基尔霍夫公式)ER=−14π∫S[ES∂∂n(ejkrr)−ejkrr∂ES∂n]dsXiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日19/84......3种基本电波传播机制散射粗糙表面，反射能量于所有方向表面光滑度的判定粗糙表面下的反射场强XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日20/84......阴影衰落的基本特性contents...1电波传播的基本特性及研究方法...2自由空间的电波传播...33种基本电波传播机制...4阴影衰落的基本特性...5多径传播模型...6电波传播损耗预测模型...7中继协同信道XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日21/84......阴影衰落的基本特性阴影衰落的基本特性阴影衰落（慢衰落）:地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波传播路径的阻挡而形成.特点:与传播地形和地物分布、高度有关传播路径损耗和阴影衰落l(r,ζ)=rm×1010分贝表达式:10logl(r,ζ)=10mlogr+ζr:移动用户和基站的距离ζ:由阴影产生的对数损耗(dB),服从零平均和标准偏差σdB的对数正态分布m:路径损耗指数.实验数据表明m=4,标准差σ=8dB是合理的XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日22/84......多径传播模型contents...1电波传播的基本特性及研究方法...2自由空间的电波传播...33种基本电波传播机制...4阴影衰落的基本特性...5多径传播模型...6电波传播损耗预测模型...7中继协同信道XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日23/84......多径传播模型多径衰落的基本特性幅度衰落从空间角度考虑,幅度随移动台移动距离的变动而衰落模拟系统主要考虑时延扩展信号传播路径不同，到达接收端的时间也就不同，导致接收信号包含发送脉冲及其各个延时信号(脉冲宽度扩展)数字系统主要考虑XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日24/84......多径传播模型多普勒频移I原因:移动时会引起多普勒（Doppler）频率漂移多普勒频移fd=vλcosα最大多普勒(Doppler)频移vλ=fmfc:发射频率;f:接收频率;则fd=f−fc,f=fc+fd.XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日25/84......多径传播模型多普勒频移II说明多普勒频移与移动台运动的方向、速度以及无线电波入射方向之间的夹角有关若移动台朝向入射波方向运动，则多普勒频移为正（接收信号频率上升）若移动台背向入射波方向运动，则多普勒频移为负（接收信号频率下降）信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩散，因而增加了信号带宽。XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日26/84......多径传播模型多径信道的信道模型I设传输信号:x(t)=Re{s(t)exp(j2πfct)}注:第i径的路径长度xi,衰落系数(反射系数)为ai.接收信号(只考虑多径)y(t)=∑iaix(t−xic)=∑iaiRe{s(t−xic)exp[j2πfc(t−xic)]}=Re{∑iais(t−xic)exp[j2π(fct−xiλ)]}XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日27/84......多径传播模型多径信道的信道模型II接收信号包络y(t)=Re{r(t)exp(j2πfct)}其中r(t)=∑iaiexp(−j2πxiλ)s(t−xic)=∑iaiexp(−j2πfcτi)s(t−τi)τi=xi/c为时延.再考虑多普勒效应.设路径的到达方向和移动台运动方向之间的夹角为θi,路径的变化量∆xi=−vtcosθiXiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日28/84......多径传播模型多径信道的信道模型III输出复包络r(t)=∑iaiexp(−j2πxi+∆xiλ)s(t−xi+∆xic)=∑iaiexp(−j2πxiλ)exp(j2πvtcosθiλ)s(t−xic+vtcosθic)式中绿色部分,在相位中不可忽略.式中红色部分,数量级小可忽略.XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日29/84......多径传播模型多径信道的信道模型IV化简得r(t)=∑iaiexp(j2π[vλtcosθi−xiλ])s(t−xic)=∑iaiexp(j2π[fmtcosθi−xiλ])s(t−τi)=∑iaiexp(j[2πfmtcosθi−2πfcτi])s(t−τi)=∑iais(t−τi)exp(−j[2πfcτi−2πfmtcosθi])令Ψi(t)=2πfcτi−2πfmtcosθi=ωcτi−ωD;tt多径延迟影响;多普勒效应影响XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日30/84......多径传播模型多径信道的信道模型V则r(t)=∑iais(t−τi)ejΨi(t)=s(t)∗h(t,τ)冲激响应h(t,τ)=∑iaiejΨi(t)δ(τ−τi)如果假设信道冲激响应至少在一小段时间间隔或距离具有不变性，信道冲击响应可以简化为h(τ)=∑iaiejΨi(t)δ(τ−τi)XiuhuaFu()移动通信原理
第2讲2013年9月11日31/84......多径传播模型描述多径信道的主要参数通常用功率在时间、频率以及角度上的分布来描述传输信号的色散功率延迟分布(PDP)⇒时间色散和频率选择性衰落多普