【文章內(nèi)容簡介】 種因氣象條件造成的慢衰落其變化速度更緩慢 (其衰落周期常以小時甚至天為量級計 )， 因此?？珊雎圆挥?。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 11 信號慢衰落特性曲線 (a) 市區(qū)； (b) 郊區(qū) 0 . 1 10 . 0 1 5 10 20 30 50 70 80 90 95 99 9 9 . 9 9 9 . 9 9信號強度超出縱軸值的概率 / %( a )20100－ 10－ 20相對電平 / dB20100－ 10－ 20ABA ： 4 5 3 M H zB ： 9 2 0 M H z 對數(shù)正態(tài)分布?? ＝ 5 d B第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 11 信號慢衰落特性曲線 (a) 市區(qū)； (b) 郊區(qū) 0 . 1 10 . 0 1 5 10 20 30 50 70 80 90 95 99 9 9 . 9 9 9 . 9 9信號強度超出縱軸值的概率 / %( b )20100－ 10－ 20相對電平 / dB20100－ 10－ 20ABB ： d ＝ 10 ～ 3 0 k m 對數(shù)正態(tài)分布?? ＝ 7 d B4 5 3 M H zd ＜ 1 0 k mA ：第 3章 移動信道的傳播特性 為研究慢衰落的規(guī)律 ， 通常把同一類地形 、 地物中的某一段距離 (1~2km)作為樣本區(qū)間 ， 每隔 20m(小區(qū)間 )左右觀察信號電平的中值變動 ， 以統(tǒng)計分析信號在各小區(qū)間的累積分布和標(biāo)準(zhǔn)偏差 。 圖 3 11(a)和 (b)分別畫出了市區(qū)和郊區(qū)的慢衰落分布曲線 。 繪制兩種曲線所用的條件是： 圖 3 11(a)中 ， 基站天線高度為220m, 移動臺天線高度 3米 ， 圖 （ b） 中 ， 基站天線高度為 60m, 移動臺天線高度 3米 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 12 慢衰落中值標(biāo)準(zhǔn)偏差 12108642100 200 300 500 1000700 2021 3000頻率 f / M H z標(biāo)準(zhǔn)偏差? / dB市區(qū)郊區(qū)丘陵第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 13 示出了可通率 T分別為 90%、 95%和 99%的三組曲線 ， 根據(jù)地形 、 地物 、 工作頻率和可通率要求 ， 由此圖可查得必須的衰落儲備量 。 例如： f=450MHz， 市區(qū)工作 ， 要求 T=99%， 則由圖可查得此時必須的衰落儲備約為 。 衰落儲備：防止因衰落引起的通信中斷使信號的電平留有足夠的余量，使中斷率 R規(guī)定指標(biāo) . 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 13 衰落儲備量 市區(qū)郊區(qū)、丘陵地25302015105100 200 300 500 1000700 2021 3000頻率 f / M H z衰落儲備量 / dB99%95%90%第 3章 移動信道的傳播特性 多徑時散與相關(guān)帶寬 1. 多徑時散 ——頻率選擇性衰落 多徑效應(yīng)在時域上將造成數(shù)字信號波形的展寬 ， 為了說明它對移動通信的影響 ， 首先看一個簡單的例子 (參見圖 3 14)。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 14 多徑時散示例 基 站 天 線3421第 3章 移動信道的傳播特性 假設(shè)基站發(fā)射一個極短的脈沖信號 Si(t)=a0δ(t)， 經(jīng)過多徑信道后 ， 移動臺接收信號呈現(xiàn)為一串脈沖 ， 結(jié)果使脈沖寬度被展寬了 。 這種因多徑傳播造成信號時間擴散的現(xiàn)象 ， 稱為多徑時散 。 必須指出 ， 多徑性質(zhì)是隨時間而變化的 。 如果進(jìn)行多次發(fā)送脈沖試驗 ， 則接收到的脈沖序列是變化的 ， 如圖 3 15 所示 。 它包括脈沖數(shù)目 N的變化 、 脈沖大小的變化及脈沖延時差的變化 。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 15 時變多徑信道響應(yīng)示例 (a) N=3。 (b) N=4。 (c) N=5 t1t1＋ ?1 1 t1＋ ?12t ＝ t0＋ ?t2t2＋ ?22 t2＋ ?23t2＋ ?21t3t3＋ ?34t ＝ t0＋ ?t ＝ t0( a )( b )( c )第 3章 移動信道的傳播特性 一般情況下 ， 接收到的信號為 N個不同路徑傳來的信號之和 ， 即 ? ?)()(10 ttSatS iNiii ??? ??(3 51) 式中， ai是第 i條路徑的衰減系數(shù)； ηi(t)為第 i條路徑的 相對延時差。 第 3章 移動信道的傳播特性 實際上 ， 情況比圖 3 15 要復(fù)雜得多 ， 各個脈沖幅度是隨機變化的 ， 它們在時間上可以互不交疊 ， 也可以相互交疊 ， 甚至隨移動臺周圍散射體數(shù)目的增加 ， 所接收到的一串離散脈沖將會變成有一定寬度的連續(xù)信號脈沖 。 根據(jù)統(tǒng)計測試結(jié)果 ， 移動通信中接收機接收到多徑的時延信號強度大致如圖 3 16 所示 。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖中 ， t是相對時延值； E(t)為歸一化的時延強度曲線 ， 它是以不同時延信號強度所構(gòu)成的時延譜 ， 也有人稱之為多徑散布譜 。 圖中 ， t=0表示 E(t)的前沿 。 E(t)的一階矩為平均多徑時延 ； E(t)的均方根為多徑時延散布 (簡稱時散 )， 常稱作時延擴展 ， 記作 Δ。 可按以下公式計算 和 Δ： ?0220()()t E t dtt E t dt?????? ? ???(3 52) (3 53) ?第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 16 多徑時延信號強度 0o???m a x0 d B3 0 d B相 對 強 度 / d Bt ( 相 對 時 延 時 間 )E ( t )第 3章 移動信道的傳播特性 表 3 1 多徑時散參數(shù)典型值 第 3章 移動信道的傳播特性 2. 相關(guān)帶寬 從頻域觀點而言 ， 多徑時散現(xiàn)象將導(dǎo)致頻率選擇性衰落 ， 即信道對不同頻率成分有不同的響應(yīng) 。 若信號帶寬過大 ， 就會引起嚴(yán)重的失真 。 為了說明這一問題 ， 先討論兩條射線的情況 ， 即如圖 3 17 所示的雙射線信道 。 為分析簡便 ， 不計信道的固定衰減 ， 用“ 1”表示第一條射線 ， 信號為 Si(t)。 用 “ 2”表示另一條射線 ， 其信號為第一條射線延時 。 于是 ， 接收信號為兩者之和 ， 即 )()()(0 ???? tStStS ii (3 54) 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 17 所示的雙射線信道等效網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為 ??? jie ewSwSH ???? 1)()()( 0信道的幅頻特性為 2c os),( ??? ?tA (3 55) 第 3章 移動信道的傳播特性 由上式可知 ， 當(dāng) ωΔ(t)=2nπ時 (n為整數(shù) )， 雙徑信號同相疊加 ， 信號出現(xiàn)峰點； 而當(dāng) ωΔ(t)=(2n+1)π時 ， 雙徑信號反相相消 ， 信號出現(xiàn)谷點 。 根據(jù)式 (3 55)畫出的幅頻特性如圖 3 18 所示 。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 17 雙射線信道等效網(wǎng)絡(luò) ?? ( t )r2∑Si( t ) S0( t )He( ? , t )1第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 18 雙射線信道的幅頻特性 1 － r1 ＋ rA ( ? , t )?)(2tn??)()12(tn???第 3章 移動信道的傳播特性 由圖可見， 其相鄰兩個谷點的相位差為 Δθ =Δω Δ(t) = 2π 則 )(12)(2tBtc???????????或 第 3章 移動信道的傳播特性 實際上 ， 移動信道中的傳播路徑通常不止兩條 ， 而是多條 ， 且由于移動臺處于運動狀態(tài) ， 相對多徑時延差 Δ(t)也是隨時間而變化的 ， 因而合成信號振幅的谷點和峰點在頻率軸上的位置也將隨時間而變化 ， 使信道的傳遞函數(shù)呈現(xiàn)復(fù)雜情況 ， 這就很難準(zhǔn)確地分析相關(guān)帶寬的大小 。 工程上 ， 對于角度調(diào)制信號 ， 相關(guān)帶寬可按下式估算： ??21?cB式中， Δ為時延擴展。 (3 56) 第 3章 移動信道的傳播特性 Doppler頻移與相干時間 1. Doppler頻移 ——時間選擇性衰落 第 3章 移動信道的傳播特性 工作頻率為 900MHz，且移動用戶向著基站以 100km/h的 速度運動， Doppler頻移為 +83Hz。 Doppler頻移引起時間選擇性衰落 第 3章 移動信道的傳播特性 角度擴展與相干距離 1. 角度擴展 ——空間間選擇性衰落 第 3章 移動信道的傳播特性 陸地移動信道的傳輸損耗 接收機輸入電壓、 功率與場強的關(guān)系 1. 接收機輸入電壓的定義 參見圖 3 19。 將電勢為 Us和內(nèi)阻為 Rs的信號源(如天線 )接到接收機的輸入端 ， 若接收機的輸入電阻為 Ri且 Ri=Rs， 則接收機輸入端的端電壓 U=Us/2， 相應(yīng)的輸入功率 P=U2s/4R。 由于 Ri=Rs=R是接收機和信號源滿足功率匹配的條件 ， 因此 U2s/4R是接收機輸入功率的最大值 ， 常稱為額定輸入功率 。 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 19 接收機輸入電壓的定義 ~RsUs信號產(chǎn)生器Ri接收機Us / 2Ri＝ Rs第 3章 移動信道的傳播特性 為了計算方便 ， 電壓或功率常以分貝計 。 其中 ， 電壓常以 1μV作基準(zhǔn) ， 功率常以 1mW作基準(zhǔn) ， 因而有： ? ?? ? )(304lg10)(120lg202d B mRUPVdBUUsss???? ?(3 57) (3 58) 式中 ， Us以 V計 。 第 3章 移動信道的傳播特性 2. 接收場強與接收電壓的關(guān)系 當(dāng)采用線天線時 ， 接收場強 E是指有效長度為 1m的天線所感應(yīng)的電壓值 ， 常以 μV/m作單位 。 為了求出基本天線即半波振子所產(chǎn)生的電壓 ， 必須先求半波振子的有效長度 (參見圖 3 20)。 第 3章 移動信道的傳播特性 半波振子天線上的電流分布呈余弦函數(shù) ， 中點的電流最大 ， 兩端電流均為零 。 如果將中點電流作為高度構(gòu)成一個矩形 ， 如圖中虛線所示 ， 并假定圖中虛線與實線所圍面積相等 ， 則矩形的長度即為半波振子的有效長度 。 經(jīng)過計算 ， 半波振子天線的有效長度為 λ/π。 這樣半波振子天線的感應(yīng)電壓 Us為 ???? EUs (3 59) ? ? ? ? )(lg20 VdBEU s ?????(3 60) 第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 20 半波振子天線的有效長度 2?2??第 3章 移動信道的傳播特性 圖 3 21 半波振子天線的阻抗匹配電路 ~7 3 . 1 2 ?Us阻 抗 匹 配 網(wǎng) 絡(luò)U7 3 . 1 2 ?50 ?50 ?502sU第 3章 移動信道的傳播特性 在實際中 ， 接收機的