【正文】 多徑傳播環(huán)境 多徑時延（時間色散） 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 501 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 810 5 10 15 20 25 30 35 40 45 501 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 81多徑時延小于脈沖寬度 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 501 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 81tx0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 501 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 81多徑時延大于脈沖寬度 第二章 無線信道的特性 第 26頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 多普勒頻移（頻率色散） 當(dāng)發(fā)射機與接收機之間有相對運動時，收到的電波將發(fā)生頻率的變化，此變化稱為多普勒頻移。 X Y l?d V S ()t? c o s ( )cdVfftc ??多 普 勒 頻 率 ：第二章 無線信道的特性 第 27頁 共 102頁 復(fù)習(xí)： 1. 什么是大尺度路徑損耗？什么是陰影損耗？ 2. 什么是小尺度衰落？ 3. 什么是多徑時延？ 第二章 無線信道的特性 第 28頁 共 102頁 ? 無線信道是一個完全開放式信道，其傳播損耗從宏觀的大范圍看，主要決定于 傳播的環(huán)境 。 大尺度路徑損耗與陰影衰落 ? 傳播損耗不僅決定于 傳播距離 ，而且還與傳播中的 地形、地貌、傳播的載波頻率 ，以及 發(fā)、收天線高度 等密切相關(guān)。 ? 從理論角度給出一個確切、完整的公式很困難。一般在工程上多采用一些 模型與經(jīng)驗公式 ，它對于工程技術(shù)人員而言已基本上能滿足工程上的 估算 要求。 大尺度路徑損耗 (Largescale path loss) 與陰影衰落 (Shadowing) 第二章 無線信道的特性 第 29頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間傳播模型 （ 教材 ） 光滑平面上的電波傳播 （ 教材 ） 帶有陰影的對數(shù)距離路徑損耗 （ 教材 ， ） 室外 /室內(nèi)傳播模型 （ 教材 ） 第二章 無線信道的特性 第 30頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 ? 什么是理想無線信道？ 無阻擋、無吸收、無時變、無干擾，自由空間傳播。 自由空間傳播模型 自由空間傳播模型用于預(yù)測接收機和發(fā)射機之間完全無阻擋的視距路徑時接收信號的功率 ? 無線電波在自由空間傳播時，其單位面積中的能 量會因為擴散而減少。這種減少，稱為自由空間 的傳播損耗。 第二章 無線信道的特性 第 31頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 Pt d ? 發(fā)射功率為 Pt， 發(fā)射天線為各向均勻輻射，則以發(fā)射源為中心， d為半徑的球面上單位面積功率為： S ＝ Pt / 4? d2 ? 發(fā)射天線增益： Gt ? 接收天線 有效面積： A = Gr ?2 / 4?，其中 Gr為接收天線增益， ?為信號波長。 則有：接收天線輸出的功率 Pr為上述三者的乘積。 一、 Friis公式（ 1）：定義 自由空間傳播模型 第二章 無線信道的特性 第 32頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間中距發(fā)射機 d處天線的接收功率為： 24r t t rP P G Gd?????????其中： Pt為發(fā)射功率； Gt是發(fā)射天線增益 Pr為接收功率； Gr是接收天線增益 d是 TR間距離，單位為 m； 為波長，單位為 m； ?一、 Friis公式（ 1）：定義 自由空間傳播模型 第二章 無線信道的特性 第 33頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 通常直接定義 是 自由空間路徑損耗 ： 24 ????????d)(dL p22( ) 10 l og ( )( 4 )/20 l og ( )4pcL d dBdcfdBd??????? ???????? ????( ) 20 l og ( ) 20 l og ( ) 14 7. 56 ( )pcL d f d dB? ? ?注意：距離每增加一倍或發(fā)射頻率每增加一倍， 自由空間損耗就增加 6dB 一、 Friis公式（ 1）：定義 自由空間傳播模型 路徑損耗 dB表示： ? ?1010 log接收功率衰減與距離的關(guān)系為20dB/十倍程 第二章 無線信道的特性 第 34頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 一、 Friis公式（ 2）：適用范圍 自由空間傳播模型 I. Friis自由空間傳播模型僅適用于天線遠(yuǎn)場區(qū)。 【 定義 】 天線遠(yuǎn)場區(qū)（ Fraunhofer區(qū)）為超過遠(yuǎn)場 距離 df 的地區(qū)，即： d≥df 遠(yuǎn)場距離 df 定義為： ?22 Dd f ?（ D為天線的最大物理線性尺寸） 第二章 無線信道的特性 第 35頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 一、 Friis公式（ 2）：適用范圍 自由空間傳播模型 II. 參考距離 TR距離 d0作為接收功率的參考點。得到距離為 d處的接收功率 Pr與 距離為 d0的接收功率 Pr(d0)的關(guān)系： 200 )()( ???????dddPdPrr fddd ?? 0第二章 無線信道的特性 第 36頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間傳播模型 明確幾個常用單位： 損耗單位 dB： ? ?1 0 lo gdBW表示大于或小于 1瓦的分貝數(shù)： 1 0 l o g1W??????dBmW（ dBm）表示大于或小于 1毫瓦的分貝數(shù)： 1 0 l o g1 mW??????第二章 無線信道的特性 第 37頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間傳播模型 ( m W )( d B m ) 1 01 ) 1 0 l o g 4 7 d B m .1 m WttPP ????????23( d B m ) 1 0222 ) 3 . 5 1 0 m W . 1 0 l o g 2 4 . 5 d B m( 4 )trr t r rGGP P P Pd???? ? ? ? ? ?101003 ) ( 1 0 k m ) ( 1 0 0 m ) 2 0 l o g 6 4 . 5 d B m .10000rrPP??? ? ? ????? 例題 1：發(fā)射機和接收機均為單位增益天線，發(fā)射機的功率為 50W，載頻為 900MHz。 1）發(fā)射功率換算成 dBW和 dBm； 2）求自由空間中距離天線 100m和 10Km處的接收功率為多少 dBm？ 解： 第二章 無線信道的特性 第 38頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間傳播模型 21 , m , 10 m , 10 W .4F r i i s W dB W .t r rctrtrcG G d PfdPPGG????? ? ? ? ? ???? ? ?????：A t 5 G H z , 6 m . S o 43. 9 W 16. 42 dB W .tP? ? ? ? 例題 2：有一室內(nèi)無線局域網(wǎng)，載波頻率 900MHz，小區(qū)半徑 10m，使用單位增益天線。在自由空間路徑損耗模型下，若要求小區(qū)內(nèi)所有終端的最小接收功率為 10181。W，則發(fā)射功率應(yīng)該是多大？若工作頻率換為 5GHz，相應(yīng)的所需發(fā)射功率又為多少？ 解： 第二章 無線信道的特性 第 39頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間傳播模型 大氣效應(yīng)（ 1）：吸收衰減 主要發(fā)生在高頻段 ?水蒸汽的最大吸收峰在 23GHz()； ?氧氣的最大吸收峰在60GHz(5mm)； ?對于 12GHz()以下的頻率，大氣吸收衰減小于： 。 第二章 無線信道的特性 第 40頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間傳播模型 大氣效應(yīng)（ 2）：雨霧衰減 ?在 10GHz以下頻段，雨霧衰減并不嚴(yán)重，一般只有幾 dB。 ?在 10GHz以上頻段，雨霧衰減大大增加，達(dá)到幾dB/km。 ?下雨衰減是限制高頻段微波傳播距離的主要因素。 第二章 無線信道的特性 第 41頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間傳播模型 大氣效應(yīng)（ 3）：大氣折射 ?當(dāng)一束電波通過折射率隨高度變化的大氣層時，會產(chǎn)生彎曲。 ?這種影響通常等效為地球半徑發(fā)生了變化。 ?對于超短波波段，折射現(xiàn)象尤為突出它會影響到視距的極限傳播距離 。 低折射率區(qū) 高折射率區(qū) 入射方向 折射方向 第二章 無線信道的特性 第 42頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 自由空間傳播模型 兩個天線之間直線傳播最大距離是： ? ?4. 12 ( )trh h k m?其中 ht， hr (m) 是兩個天線的高度 theR rh1d2deR eR2 2 22 ( ) 22e t e e t tetd R h R R h hRh? ? ? ? ??1 2 erd R h?12 2 ( ) 4 .1 2 ( ) ( )e t r t rd d d R h h h h k m? ? ? ? ? ? ?視距（ LOS）的極限傳播距離 Re：等效 地球半徑 取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的經(jīng)驗值 30 , 2 28. 4trh m h m L O S k m? ? ?例 ： 極 限 傳 播 距 離 為第二章 無線信道的特性 第 43頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 作業(yè)： 第二章 無線信道的特性 第 44頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 光滑平面上的電波傳播 ? 反射的條件：當(dāng)電波傳播中遇到兩種不同介質(zhì)的光滑可反射平面（如地球的表面或水面）時，如果界面的尺寸遠(yuǎn)大于電波的波長時，產(chǎn)生反射。 ? 反射的表現(xiàn)：反射角＝入射角 地面反射模型 （雙線模型、兩徑模型） 接收功率一定增強嗎？ 第二章 無線信道的特性 第 45頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 光滑平面上的電波傳播 thrh1d2dd? ?221 ()trd d h h? ? ?直線傳播距離： 222 ()trd d h h? ? ?反射路徑傳播距離： ? 雙線模型 第二章 無線信道的特性 第 46頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 光滑平面上的電波傳播 2 2 2 22122( ) ( )1 ( ) 1 ( )t r t rt r t rd d d h h d h h dh h h hddd? ? ? ? ? ? ? ? ??? ??? ? ? ?????trh h d? ??通 常 ：4 trhhd???? ? ?2 d?????相 位 差 ： ＝? ?10 trd h h?? 2 trhhdd? ? ?22 1 1 1 ( 1 )2a a a? ? ? ? ?有 ：第二章 無線信道的特性 第 47頁 共 102頁 大尺度路徑損耗與陰影衰落 光滑平面上的電波傳播 即有： 2 2(