第3章移动信道的传播特性.ppt
第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 守时是人的基本素质守时是人的基本素质 竺可桢先生认为：竺可桢先生认为：大学教育首要是道德教育，一个受大学教育首要是道德教育，一个受过大学教育的人，一定要有高尚的道德。过大学教育的人，一定要有高尚的道德。他说，无论社会如何腐化，凡有真他说，无论社会如何腐化，凡有真知灼见的人，他一定能坚持自己的选择，知灼见的人，他一定能坚持自己的选择，“乱世乱世道德堕落，历史上均是如此，道德堕落，历史上均是如此，但大学犹如海上之灯塔，吾人不能于此但大学犹如海上之灯塔，吾人不能于此时降落道德之标准也。时降落道德之标准也。”第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 小结小结扩频通信的原理扩频通信的理论基础 扩频通信特点1）优点 2）缺点自相关性、互相关性的利用m序列的定义m序列的产生：移位寄存器码序列的周期P=2n-1=15游程其他码序列:m序列、M序列、Gold序列、R-S码等,正交的Walsh函数。多载波传输系统：子载波正交2lo g(1)SCWN第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 本章要解决的问题1.电波传播方式有哪几种？2.明确障碍物的影响与绕射损耗3.什么是衰落？什么是衰落储备？4.什么是多径时散？5.明确接收机输入电压、功率的关系 6.陆地移动信道中的传输损耗7.传播损耗的预测模型第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 信道有线信道无线信道架空明线电缆光纤地表面传播反射传播直射传播散射传播信道恒参信道变参信道（移动信道）第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.1 无线电波传播特性无线电波传播特性 3.1.1 电波传播方式 发射机天线发出的无线电波，可依不同的路径到达接收机，当频率当频率f 30 MHz时时，典型的传播通路如图 3-1 所示。直射波直射波，它是VHF（30MHz300MHz)和UHF（300MHz3000MHz)频段的主要传播方式；地面反射波地面反射波；地表面波（绕射波）地表面波（绕射波）。发射天线接收天线图 3-1 典型的传播通路 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.1.2 直射波 自由空间传播损耗Lfs可定义为 Lfs(dB)=32.44+20lg d(km)+20lg f(MHz)式中，d 的单位为km，频率单位为MHz。3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 在实际情况下，电波的直射路径上存在各种障碍物，由障碍物引起的附加传播损耗称为绕射损耗。绕射损耗。x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离，称为菲涅尔余隙d1PTRRTd1d2d2h2h1h1xxPh2(a)(b)图 3-3 障碍物与余隙(a)负余隙；(b)正余隙第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 例 3-1 设图 3-3(a)所示的传播路径中，菲涅尔余隙x=-82m,d1=5km,d2=10km,工作频率为150MHz。试 求出电波传播损耗。解 先求出自由空间传播的损耗Lfs为 Lfs=32.44+20lg(5+10)+20lg 150=99.5dB第一菲涅尔区半径 x1为 mddddx7.8110151010105233321211第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 由书中图 3-4 查得附加损耗(x/x1-1)为16.5dB,因此电波传播的损耗L为L=Lfs+16.5=116.0dB。说明：障碍物增加了信号损耗，解决方法是增加天线高度。2624222018161412108642024绕 射 损 耗 /dB2.5 2.01.5 1.0 0.50.501.01.52.02.5x/x1图 3 4 绕射损耗与余隙关系 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.1.5 反射波 当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如果界面尺寸比电波波长大得多，就会产生镜面反射。由于大地和大气是不同的介质，所以入射波会在界面上产生反射，如图 3-5 所示。TaobcRhrd1d2ht图 3-5 反射波与直射波 接收场强E可表示为由上式可见，直射波与地面反射波直射波与地面反射波的合成场强将随的合成场强将随反射系数反射系数R以及差以及差的变化而变化，有时会同时相加，的变化而变化，有时会同时相加，有时会反相抵消，这就造成了合成有时会反相抵消，这就造成了合成波的衰落现象波的衰落现象。)1()1()(00jjeREReEE第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.2 移动移动信道信道的特征的特征 3.2.1 传播路径与信号衰落 dd1d2hmhb图 3-6 移动信道的传播路径 散射波反射波反射波直射波直射波第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 图 3-7 典型信号衰落特性 010.20.40.62340.81.05t/sd/m相对于中值电平/dB302010010直射波、直射波、反射波、反射波、散射波三波形成干涉场-产生快衰落移动台的不断运动-产生慢衰落第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.2.2 多径效应与瑞利衰落 在陆地移动通信中，移动台往往受到各种障碍物和其它移动体的影响，以致到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和，如图 3-8 所示。假设基站发射的信号为)(exp)(0000tjtS第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 yxSi(t)基站天线i图 3 8 移动台接收N条路径信号第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 222222220221)(rrerdrerpr0 (3-2)imiiffcoscos第i个信号其多普勒频移值为可求得概率密度函数为 由式(3-2)不难得出多径衰落信号包络服从瑞利分多径衰落信号包络服从瑞利分布，把这种多径衰落称为瑞利衰落。布，把这种多径衰落称为瑞利衰落。多径效应引起多谱勒移埴改变if第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 图 3-9 瑞利分布的概率密度 r/o1 1.177p(r)2/1e1 多径衰落信号包络服从瑞利分布，把这种多径衰落称为瑞利衰落。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.2.3 慢衰落特性和衰落储备 在移动信道中，由大量统计测试表明：在信号电平发生在信号电平发生快衰落的同时，快衰落的同时，其其局部中值电平局部中值电平还随地点、还随地点、时间以及移动时间以及移动台速度作比较平缓的变化，台速度作比较平缓的变化，其衰落周期以秒级计，其衰落周期以秒级计，称作称作慢慢衰落或长期衰落衰落或长期衰落。慢衰落近似服从对数正态分布。所谓对对数正态分布，数正态分布，是指以分贝数表示的信号电平为正态分布。是指以分贝数表示的信号电平为正态分布。为了防止因衰落引起的通信中断，在信道设计中，必须为了防止因衰落引起的通信中断，在信道设计中，必须使信号的电平留有足够的余量，以使中断率小于规定指标。使信号的电平留有足够的余量，以使中断率小于规定指标。这种电平余量称为这种电平余量称为衰落储备衰落储备。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.2.4 多径时散与相关带宽 1.多径时散 多径效应在时域时域上将造成数字信号波形的展宽，为了说明它对移动通信的影响，首先看一个简单的例子(参见图 3-14)。假设基站发射一个极短的脉冲信号假设基站发射一个极短的脉冲信号Si(t)=a0(t)，经过多径信道后，经过多径信道后，移动台接收信号呈现为一串脉冲，移动台接收信号呈现为一串脉冲，结果使脉冲宽度被展宽了。结果使脉冲宽度被展宽了。这种因多径传播造成信号这种因多径传播造成信号时间扩散的现象，时间扩散的现象，称为多径时散。称为多径时散。为了避免码间干扰，如无抗多径措施，则要求信号的传输速率必须比时延扩展的倒数（1/）低得多。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 图 3-14 多径时散示例基站天线3421多径时散第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 图 3-15 时变多径信道响应示例 (a)N=3;(b)N=4;(c)N=5t1t111 t112t t0t2t222 t223t221t3t334t t0t t0(a)(b)(c)第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 图 3-16 多径时延信号强度 0omax0 dB30 dB相对强度/dBt(相对时延时间)E(t)移动速度越快，时延越大，强度（t）越小。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 表 3-1 多径时散参数典型值 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 2.相关带宽 从频域观点而言，从频域观点而言，多径时散现象将导致频率选择性衰多径时散现象将导致频率选择性衰落，落，即信道对不同频率成分有不同的响应。即信道对不同频率成分有不同的响应。若信号带宽过大，就会引起严重的失真。为了说明这一问题，先讨论两条射线的情况，即如图 3-17 所示的双射线信道。为分析简便，不计信道的固定衰减，用“1”表示第一条射线，信号为Si(t)；用“2”表示另一条射线，其信号为rSi(t)ej(t)，这里r为一比例常数。于是，接收信号为两者之和，即)1)()()(0tjiretStS第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 图 3-17 双射线信道等效网络(t)r2Si(t)S0(t)He(,t)1第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 可知，当(t)=2n时(n为整数)，双径信号同相叠加，信号出现峰点；而当(t)=(2n+1)时，双径信号反相相消，信号出现谷点。幅频特性如图 3-18 所示。1 r1 rA(,t)(2tn)()12(tn图 3-18 双射线信道的幅频特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 由图可见，其相邻两个谷点的相位差为 =(t)=2则)(12)(2tBtc或 c 称为多径时散的相关带宽。若所传输的信号若所传输的信号带宽较宽带宽较宽，以至于与c 可比拟时（差不多），则所传输的信号将产生明显的畸变。第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 3.3 陆地移动信道的传输损耗陆地移动信道的传输损耗 3.3.1 接收机输入电压、功率与场强的关系 1.接收机输入电压的
