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無(wú)線通信基礎(chǔ)教學(xué)(1)(已修改)

2025-05-28 00:20 本頁(yè)面
 

【正文】 第二章 無(wú)線信道的特性 主講人:張 煒 電子科學(xué)與工程學(xué)院 軍事通信工程系 第二章 無(wú)線信道的特性 第 2頁(yè) 共 102頁(yè) ? 無(wú)線信道的 損傷性 ? 無(wú)線信道的 復(fù)雜性 1. 多種損傷。 加性的,乘性的; 時(shí)間上的,頻率上的; 干擾,周圍環(huán)境噪聲; 快變化的,慢變化的等等 2. 時(shí)變的信道 信道的特性隨時(shí)間不同而發(fā)生變化。 如何實(shí)現(xiàn)無(wú)線信道上的高質(zhì)量通信,是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。 第二章 無(wú)線信道的特性 第 3頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 線性時(shí)變信道模型 信道相關(guān)函數(shù) 大尺度路徑損耗與陰影衰落 小尺度多徑衰落 第二章 無(wú)線信道的特性 第 4頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 無(wú)線通信信號(hào)的傳播方式 接收信號(hào)中的 四種效應(yīng) 衰落 多徑時(shí)延(時(shí)間色散 ) 多普勒頻移(頻率色散) 多徑傳播環(huán)境(無(wú)線傳播環(huán)境) 第二章 無(wú)線信道的特性 第 5頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 無(wú)線通信信號(hào)的傳播方式 反射 :當(dāng)電磁波遇到比波長(zhǎng)大得多的物體時(shí)發(fā)生反射,反 射發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面。 繞射 :當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無(wú)線路徑被尖銳的邊緣阻 擋時(shí)將發(fā)生繞射。 散射 :當(dāng)波穿行的介質(zhì)中存在小于波長(zhǎng)的物體并且單位體 積內(nèi)阻擋體的個(gè)數(shù)非常巨大時(shí),將發(fā)生散射。散射 發(fā)生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體。 直射 :發(fā)射機(jī)信號(hào)無(wú)阻擋到達(dá)接收機(jī)。 四種最基本傳播方式: 第二章 無(wú)線信道的特性 第 6頁(yè) 共 102頁(yè) 直射波 障礙物 繞射波 入射波 反射波 電波的直射、反射和繞射 發(fā)射天線 接收天線 多徑傳播環(huán)境 一般情況下,相對(duì)于直射波, 反射波、繞射波、散射波都比較弱。 (射線跟蹤法) 第二章 無(wú)線信道的特性 第 7頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 接收信號(hào)中的 四種效應(yīng)( 1) 陰影效應(yīng) : 由于大型建筑物和其它物體的阻擋,在電 波傳播的接收區(qū)域中產(chǎn)生傳播半盲區(qū)。 第二章 無(wú)線信道的特性 第 8頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 遠(yuǎn)近效應(yīng) :由于用戶的隨機(jī)移動(dòng)性,發(fā)射機(jī)與接收機(jī) 之間的距離也是在隨機(jī)變化。若發(fā)射機(jī) 發(fā)射信號(hào)功率一樣,那么到達(dá)接收機(jī)時(shí)信 號(hào)的強(qiáng)弱將不同,離接收機(jī)近者信號(hào)強(qiáng), 離接收機(jī)遠(yuǎn)者信號(hào)弱。 接收信號(hào)中的 四種效應(yīng)( 2) 第二章 無(wú)線信道的特性 第 9頁(yè) 共 102頁(yè) 多普勒效應(yīng) : 由于用戶處于高速移動(dòng)(如車載通信) 中,傳播頻率的擴(kuò)散而引起的,其頻 率擴(kuò)散程度(多普勒頻移)與用戶運(yùn) 動(dòng)速度成正比。 多徑傳播環(huán)境 接收信號(hào)中的 四種效應(yīng)( 3) ? 多普勒頻移 22 c o s ( )l V t t????????? ? ?相 位 變 化 :X Y l?d V S ()t?c os ( ) c os ( )l d t V t t??? ? ? ?1 c o s ( ) c o s ( )2cdVfVf t ttc? ?????? ? ??頻 率 變 化 ( 多 普 勒 頻 移 ) :多普勒頻率有正負(fù)嗎? 第二章 無(wú)線信道的特性 第 10頁(yè) 共 102頁(yè) 復(fù)習(xí): 1. 無(wú)線通信信號(hào)的四種基本傳播方式? 2. 什么是陰影效應(yīng)?何謂半盲區(qū)? 3. 什么是多普勒效應(yīng)?多普勒頻移與用戶運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系? c os ( ) c os ( )cdVfVf t tc?????多 普 勒 頻 移 : 第二章 無(wú)線信道的特性 第 11頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 接收信號(hào)中的 四種效應(yīng)( 4) 多徑效應(yīng) : ? 由于接收者所處地理環(huán)境的復(fù)雜性,使得接收到的信號(hào)是多條從不同路徑過(guò)來(lái)的信號(hào)的合成。 ? 它們到達(dá)時(shí)的 信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)相位、信號(hào)頻率、信號(hào)方向都是不一樣 的。 ? 所接收到的信號(hào)是上述各路徑信號(hào)的矢量和。 稱這種自干擾現(xiàn)象為 多徑干擾 或 多徑效應(yīng) 。 第二章 無(wú)線信道的特性 第 12頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 接收信號(hào)中的 四種效應(yīng)( 4) 第二章 無(wú)線信道的特性 第 13頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 衰落( Fading) 接收信號(hào)電平隨距離或時(shí)間波動(dòng),這種現(xiàn)象稱為衰落 第二章 無(wú)線信道的特性 第 14頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 衰落( Fading) Distance in wavelength Signal Power TR distance TX RX RX 大尺度路徑損耗 大尺度路徑損耗+ 陰影損耗 大尺度路徑損耗+陰影損耗+ 小尺度衰落 有損耗嗎? 第二章 無(wú)線信道的特性 第 15頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 0 5 10 15101signal1t i m e ( m i l l i s e c o n d s )0 5 10 15101signal2t i m e ( m i l l i s e c o n d s )0 5 10 15202r(t)t i m e ( m i l l i s e c o n d s )0 5 10 15101signal1t i m e ( m i l l i s e c o n d s )0 5 10 15101signal2t i m e ( m i l l i s e c o n d s )0 5 10 15202r(t)t i m e ( m i l l i s e c o n d s ) 衰落( Fading) —— 小尺度衰落 12( ) c os( 2 ) c os( 2 ( ) )ccr t f t f t? ? ? ? ?? ? ?12??? 0? ? 12??? 12 cf? ?0 5 10 15101signal1t i m e ( m i l l i s e c o n d s )0 5 10 15101signal2t i m e ( m i l l i s e c o n d s )0 5 10 15202r(t)t i m e ( m i l l i s e c o n d s )0 5 10 15101signal1t i m e ( m i l l i s e c o n d s )0 5 10 15101signal2t i m e ( m i l l i s e c o n d s )0 5 10 15202r(t)t i m e ( m i l l i s e c o n d s )例如 GSM: fc=900MHz,τ≈, Δd= 第二章 無(wú)線信道的特性 第 16頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 衰落( Fading) —— 小尺度衰落 12( ) c os( 2 ) c os( 2 ( ) )ccr t f t f t? ? ? ? ?? ? ?兩個(gè)矢量求和,則有接收信號(hào): ( ) c os ( 2 )cr t f t? ? ???其中: 221 2 1 22 c o s( 2 )cf? ? ? ? ? ? ?? ? ?0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 500 . 511 . 522 . 533 . 54接收信號(hào)幅度偏移波長(zhǎng)122 , 1????固定無(wú)線通信與移動(dòng)無(wú)線通信相比,是否存在小尺度衰落? 第二章 無(wú)線信道的特性 第 17頁(yè) 共 102頁(yè) 專 用 信號(hào) 源通 信 、 偵 察 、 導(dǎo) 航抗 干 擾 接 收 機(jī)雷 達(dá)接 收 機(jī)轉(zhuǎn) 臺(tái)θ3多 用 途 信 號(hào) 源源 1 源 2 源 3 源 4 源 5 源 6反 輻射 導(dǎo)引 頭傳 輸控 制顯 示微波暗室 教室 衰落( Fading) —— 小尺度衰落實(shí)驗(yàn) 第二章 無(wú)線信道的特性 第 18頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 第二章 無(wú)線信道的特性 第 19頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 第二章 無(wú)線信道的特性 第 20頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 衰落( Fading) —— 小尺度衰落 ?衰落深度可達(dá) 20- 40dB。 ?電平幅度分布一般遵循:瑞利( Rayleigh)分布、萊斯( Rice)分布、納卡伽米( Nakagami)分布等。 ? 變化速率快。 ? 具有選擇性。即在不同頻率、不同時(shí)間、不同空間,其衰落特性是不一樣的。 ? 是無(wú)線移動(dòng)通信中最難克服的衰落。 第二章 無(wú)線信道的特性 第 21頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 衰落( Fading):小結(jié) 三類 不同層次的損耗 1. 大尺度路徑損耗( LargeScale Path Loss ) 2. 陰影損耗(中尺度損耗)( Shadowing ) 3. 小尺度衰落( SmallScale Fading ) ? 電磁波在空間傳播所產(chǎn)生的損耗 ? 千米量級(jí) ? 由傳播阻擋的陰影效應(yīng)所產(chǎn)生的損耗 ? 數(shù)百波長(zhǎng)量級(jí) ? 反映小范圍接收電平平均值的起伏變化趨勢(shì) ? 數(shù)十波長(zhǎng)以下量級(jí) 第二章 無(wú)線信道的特性 第 22頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 多徑時(shí)延(時(shí)間色散) 同一發(fā)射信號(hào)通過(guò)不同路徑到達(dá)接收端,它到達(dá)的時(shí)間先后和強(qiáng)度會(huì)有不同。到達(dá)信號(hào)之間不同的時(shí)間差,稱為存在多徑時(shí)延。 多徑時(shí)延對(duì)數(shù)字移動(dòng)通信 有極其重要的影響。 第二章 無(wú)線信道的特性 第 23頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 多徑時(shí)延(時(shí)間色散) 基站 (BS) 移動(dòng)臺(tái) (MS) 路徑 1 路徑 2 路徑 3 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 501010 5 10 15 20 25 30 35 40 45 501010 5 10 15 20 25 30 35 40 45 501010 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(shí)延大于脈沖寬度 第二章 無(wú)線信道的特性 第 24頁(yè) 共 102頁(yè) 多徑傳播環(huán)境 多徑時(shí)延(時(shí)間色散) 基站 (BS) 移動(dòng)臺(tái) (MS) 路徑 1 路徑 2 路徑 3 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 501010 5 10 15 20 25 30 35 40 45 501010 5 10 15 20 25 30 35 40 45 501010 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(shí)延小于脈沖寬度 第二章 無(wú)線信道的特性 第 25頁(yè) 共 102頁(yè)
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