【正文】 第二章 無線信道的特性 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 無線信道的特性 第 2頁 共 102頁 ? 無線信道的 損傷性 ? 無線信道的 復(fù)雜性 1. 多種損傷。 加性的，乘性的； 時間上的，頻率上的； 干擾，周圍環(huán)境噪聲； 快變化的，慢變化的等等 2. 時變的信道 信道的特性隨時間不同而發(fā)生變化。 如何實現(xiàn)無線信道上的高質(zhì)量通信，是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。 第二章 無線信道的特性 第 3頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 線性時變信道模型 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 無線信道的特性 第 4頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 無線通信信號的傳播方式 接收信號中的 四種效應(yīng) 衰落 多徑時延（時間色散 ） 多普勒頻移（頻率色散） 多徑傳播環(huán)境（無線傳播環(huán)境） 第二章 無線信道的特性 第 5頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 無線通信信號的傳播方式 反射 ：當電磁波遇到比波長大得多的物體時發(fā)生反射，反 射發(fā)生在地球表面、建筑物和墻壁表面。 繞射 ：當接收機和發(fā)射機之間的無線路徑被尖銳的邊緣阻 擋時將發(fā)生繞射。 散射 ：當波穿行的介質(zhì)中存在小于波長的物體并且單位體 積內(nèi)阻擋體的個數(shù)非常巨大時，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)射機信號無阻擋到達接收機。 四種最基本傳播方式： 第二章 無線信道的特性 第 6頁 共 102頁 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 無線信道的特性 第 7頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 接收信號中的 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 無線信道的特性 第 8頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 遠近效應(yīng) ：由于用戶的隨機移動性，發(fā)射機與接收機 之間的距離也是在隨機變化。若發(fā)射機 發(fā)射信號功率一樣，那么到達接收機時信 號的強弱將不同，離接收機近者信號強， 離接收機遠者信號弱。 接收信號中的 四種效應(yīng)（ 2） 第二章 無線信道的特性 第 9頁 共 102頁 多普勒效應(yīng) ： 由于用戶處于高速移動（如車載通信） 中，傳播頻率的擴散而引起的，其頻 率擴散程度（多普勒頻移）與用戶運 動速度成正比。 多徑傳播環(huán)境 接收信號中的 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 ） ：多普勒頻率有正負嗎？ 第二章 無線信道的特性 第 10頁 共 102頁 復(fù)習(xí)： 1. 無線通信信號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動速度之間的關(guān)系？ c os ( ) c os ( )cdVfVf t tc?????多 普 勒 頻 移 ： 第二章 無線信道的特性 第 11頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 接收信號中的 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，使得接收到的信號是多條從不同路徑過來的信號的合成。 ? 它們到達時的 信號強度、信號相位、信號頻率、信號方向都是不一樣 的。 ? 所接收到的信號是上述各路徑信號的矢量和。 稱這種自干擾現(xiàn)象為 多徑干擾 或 多徑效應(yīng) 。 第二章 無線信道的特性 第 12頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 接收信號中的 四種效應(yīng)（ 4） 第二章 無線信道的特性 第 13頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 衰落（ Fading） 接收信號電平隨距離或時間波動，這種現(xiàn)象稱為衰落 第二章 無線信道的特性 第 14頁 共 102頁 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 無線信道的特性 第 15頁 共 102頁 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 無線信道的特性 第 16頁 共 102頁 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? ? ? ? ?? ? ?兩個矢量求和，則有接收信號： ( ) 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接收信號幅度偏移波長122 , 1????固定無線通信與移動無線通信相比，是否存在小尺度衰落？ 第二章 無線信道的特性 第 17頁 共 102頁 專 用 信號 源通 信 、 偵 察 、 導(dǎo) 航抗 干 擾 接 收 機雷 達接 收 機轉(zhuǎn) 臺θ3多 用 途 信 號 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） —— 小尺度衰落實驗 第二章 無線信道的特性 第 18頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 第二章 無線信道的特性 第 19頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 第二章 無線信道的特性 第 20頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 衰落（ Fading） —— 小尺度衰落 ?衰落深度可達 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、不同時間、不同空間，其衰落特性是不一樣的。 ? 是無線移動通信中最難克服的衰落。 第二章 無線信道的特性 第 21頁 共 102頁 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 ? 由傳播阻擋的陰影效應(yīng)所產(chǎn)生的損耗 ? 數(shù)百波長量級 ? 反映小范圍接收電平平均值的起伏變化趨勢 ? 數(shù)十波長以下量級 第二章 無線信道的特性 第 22頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 多徑時延（時間色散） 同一發(fā)射信號通過不同路徑到達接收端，它到達的時間先后和強度會有不同。到達信號之間不同的時間差，稱為存在多徑時延。 多徑時延對數(shù)字移動通信 有極其重要的影響。 第二章 無線信道的特性 第 23頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 多徑時延（時間色散） 基站 (BS) 移動臺 (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多徑時延大于脈沖寬度 第二章 無線信道的特性 第 24頁 共 102頁 多徑傳播環(huán)境 多徑時延（時間色散） 基站 (BS) 移動臺 (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多徑時延小于脈沖寬度 第二章 無線信道的特性 第 25頁 共 102頁