【正文】 第三章無(wú)線移動(dòng)通信信道 概述電波傳播特性及其研究 自由空間的電波傳播 三種基本電波（反射、繞射、散射）的傳播機(jī)制 陰影衰落的基本特性 多徑衰落的基本特性 電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型 概 述 引 言 ? 無(wú)線信道的電波傳播特性與電波傳播環(huán)境密切相關(guān)，這些環(huán)境包括地貌、人工建筑、氣候特征、電磁干擾情況、通信體移動(dòng)速度情況和使用的頻段，它們直接關(guān)系到無(wú)線通信設(shè)備要采用的無(wú)線傳輸技術(shù)，關(guān)系到無(wú)線通信系統(tǒng)的通 ? 無(wú)線移動(dòng)通信信道是一種電波傳播環(huán)境很復(fù)雜的無(wú)線信道，電波在不同的地形地貌和移動(dòng)速度的環(huán)境條件下傳播。有三種研究無(wú)線移動(dòng)通信信道 的基本方法： ? 理論分析。用電磁場(chǎng)理論和統(tǒng)計(jì)理論分析電波在移動(dòng)環(huán)境中的傳 ? 現(xiàn)場(chǎng)電波實(shí)測(cè)。在不同的傳播環(huán)境中，做電波實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證和校正理論分析結(jié)果。 ? 計(jì)算機(jī)模擬。靈活快速地模擬各種移動(dòng)環(huán)境。 無(wú)線移動(dòng)通信信道 根據(jù)不同距離內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度變化的快慢分為 { 小尺度衰落大尺度衰落 大尺度衰落 小尺度衰落（主要特征是多徑） 描述 長(zhǎng)距離上信號(hào)強(qiáng)度的緩慢變化 短距離上信號(hào)強(qiáng)度的快速波動(dòng) 原因 信道路徑上固定障礙物的陰影 移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)和地點(diǎn)的變化 影響 業(yè)務(wù)覆蓋區(qū)域 信號(hào)傳輸質(zhì)量 大尺度衰落與小尺度衰落 無(wú)線移動(dòng)通信信道 無(wú)線移動(dòng)通信信道是由長(zhǎng)期慢衰落和短期快衰落效應(yīng)來(lái)表征的。忽略熱噪聲時(shí)，接收機(jī)接收的信號(hào)可以表示為衰落特性的算式描述 式中， r(t)表示信道的衰落因子； m(t)表示長(zhǎng)期慢衰落 ,即本地或?qū)?shù)正態(tài)衰落分量； r0(t)表示短期快衰落，即多徑或瑞利衰落分量。 ( t )rm ( t )r ( t ) 0??長(zhǎng)期慢衰落 m(t) 短期快衰落 r0(t) 接收功率 無(wú)線信道中的大尺度和小尺度衰落 t 無(wú)線移動(dòng)通信信道 ? 長(zhǎng)期慢衰落是由移動(dòng)通信信道路徑上的固定障礙物（建筑物、山丘、樹(shù)林等）的陰影引起的 ,衰減特性一般服從 dn律 ，平均信號(hào)衰落和關(guān)于平均衰落的變化具有對(duì)數(shù)正態(tài)分布的特征。利用不同測(cè)試環(huán)境下的移動(dòng)通信信道的長(zhǎng)期慢衰落中值計(jì)算公式，可以計(jì)算移動(dòng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)覆蓋區(qū)域。從無(wú)線系統(tǒng)工程的角 ? 短期快衰落 是由移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)和地點(diǎn)的變化而產(chǎn)生的。其中， 多徑產(chǎn)生時(shí)間擴(kuò)散，引起信號(hào)符號(hào)間干擾；運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，引起信號(hào)相位變化。不同的測(cè)試環(huán)境有不同的短期快衰落特性。而多徑衰落嚴(yán)重影響信號(hào)傳輸質(zhì)量，并且是不可避免的，只能采用抗衰落技術(shù)來(lái)減少其影響。 自由空間的無(wú)線電傳播 ? 自由空間的傳播 ? 無(wú)線傳輸?shù)囊粋€(gè)基本概念是全向天線 在所有方向等發(fā)射的天線，在實(shí)際應(yīng)用中，全向天線是不存在的，所有天線都有一定的方向性。但全向天線仍可作為與其他天線進(jìn)行比較的參照物，說(shuō)明天線的相關(guān)基礎(chǔ)概念。 ? 考慮一個(gè)全向輻射源，它在所有方向的發(fā)射功率均為 PT(W),每單位面積的功率或功率通量密度為 即信源每單位時(shí)間輻射能量一定分布在包圍信源的球面上 24TR PR? ?? ? 接收功率 式中， Pt為發(fā)射功率，以球面波輻射 , ,λ為工作波長(zhǎng)， Gt， Gr分別表示發(fā)射天線和接收天線增益， d為發(fā)射天線和接收天線間的距離。 ? 自由空間的傳播損耗 ? 當(dāng) Gt=Gr=1時(shí) ， 分貝式 24 rrr GAA ? ??為 天 線 接 收 面 積trPLP?24 dL ?????????? ? 3 2 . 4 5 2 0 l o g 2 0 l o g : :L f d d k m f M H z? ? ? 式 中222444TtR r rTt rPGAARPG GR????????rP 上式表明 d倍程或 f倍頻變化 ,損耗有 6dB變化 自由空間的無(wú)線電傳播 傳播損耗與接收功率關(guān)系 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，接收電平的動(dòng)態(tài)范圍很大，常用 dBW或 dBm為單位表示接收電平。 ? Pr(dBm)=10lgPr(mW)。 Pr(dBW)=10lgPr(W) ? 0 dBW=30 dBm 例： 2W 換算 dBW、 dBm為多少？ 3 dBW=33dBm ? 其中 Pr、 PT為接收、發(fā)射功率， L為傳播損耗 ,Gb、 Gm為 BS、 MS天線增益。 上式是基本鏈路預(yù)算方程，說(shuō)明了考慮無(wú)線鏈路傳輸特性時(shí)接收功率與發(fā)射功率之間的關(guān)系。閉合鏈路要求上式右邊為接收機(jī)提供足夠的功率，以便可靠檢測(cè)發(fā)射機(jī)所發(fā)射的信息，即右邊必須大于接收機(jī)靈敏度。 bmtr GGLPP ???? ][][例 題 若發(fā)射機(jī)發(fā)射功率 20W, f=900MHz,Gt=1, Gr=1,求自由空間 100m處接收功率為多少 dBm?10km處接收功率為多少 dBm? 解 : dB mdB wkmPkmddB wdGGPPdB mdB wLPPdBLdB mdB wwwPrrttrtrt)]10([:10)4(lg10)]100([][)]100([4313120lg10][22??????????????????????????或 陰影衰落傳播的基本特性 陰影衰落是長(zhǎng)期衰落（大尺度衰落），是移動(dòng)無(wú)線通信信道傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及其他障礙物對(duì)電波傳播路徑的阻擋而形成的電磁場(chǎng)陰影效應(yīng)。 圖 陰影衰落 陰影衰落傳播的基本特性 ? 陰影衰落一般表示為電波傳播距離 r的 m次冪與表示陰影損耗的正態(tài)對(duì)數(shù)分量的乘積。移動(dòng)用戶和基站之間的距離為 r時(shí)，傳播路徑損耗和陰影衰落可以表示為 式中， ζ 是由于陰影產(chǎn)生的對(duì)數(shù)損耗（單位符號(hào)：dB），服從零平均和標(biāo)準(zhǔn)偏差 σdB 的對(duì)數(shù)正態(tài)分布。當(dāng)用 dB表示時(shí)，上式變?yōu)? / 1 0( , ) 1 0ml r r ?? ??10 l g ( , ) 10 l gl r m r????衰落－多徑環(huán)境 時(shí)間 接收信號(hào) 強(qiáng)度 發(fā)射信號(hào) 衰落 發(fā)射數(shù)據(jù) 4035302520151050dB 接收數(shù)據(jù) 衰落 距離 (m) 接收功率 (dBm) 10 20 30 20 40 60 慢衰落 快衰落 陰影衰落的基本特性 陰影衰落 （ 慢衰落 ） 移動(dòng)無(wú)線通信信道傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及其它障礙物對(duì)電波傳播路徑的阻擋而形成的電磁場(chǎng)陰影效應(yīng) 特點(diǎn) 衰落與傳播地形和地物分布、高度有關(guān) 表達(dá)式 傳播路徑損耗和陰影衰落 分貝式 式中 , r 移動(dòng)用戶和基站之間的距離 ζ 由于陰影產(chǎn)生的對(duì)數(shù)損耗（ dB），服從零平均和標(biāo)準(zhǔn)偏差 σdB的對(duì)數(shù)正態(tài)分布 m 路徑損耗指數(shù) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明 m＝ 4，標(biāo)準(zhǔn)差 σ＝ 8dB，是合理的 10( , ) 1 0ml r r ?? ??1 0 l o g ( , ) 1 0 l o gl r m r???? 多徑衰落的基本特性 ? 移動(dòng)無(wú)線信道是彌散信道。 電波通過(guò)移動(dòng)無(wú)線信道后 ， 信號(hào)在時(shí)域上或在頻域上都會(huì)產(chǎn)生彌散 ，本來(lái)分開(kāi)的波形在時(shí)間上或在頻譜上會(huì)產(chǎn)生交疊，使信號(hào)產(chǎn)生衰落失真。 ? 多徑效應(yīng)在時(shí)域上引起信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展，使得接收信號(hào)的信號(hào)分量