【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(shí)甚至天為量級(jí)計(jì) )， 因此常可忽略不計(jì) 。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 圖 3 11 信號(hào)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(hào)強(qiáng)度超出縱軸值的概率 / %( a )20100－ 10－ 20相對(duì)電平 / dB20100－ 10－ 20ABA ： 4 5 3 M H zB ： 9 2 0 M H z 對(duì)數(shù)正態(tài)分布?? ＝ 5 d B第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 圖 3 11 信號(hào)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(hào)強(qiáng)度超出縱軸值的概率 / %( b )20100－ 10－ 20相對(duì)電平 / dB20100－ 10－ 20ABB ： d ＝ 10 ～ 3 0 k m 對(duì)數(shù)正態(tài)分布?? ＝ 7 d B4 5 3 M H zd ＜ 1 0 k mA ：第 3章 移動(dòng)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(hào)電平的中值變動(dòng) ， 以統(tǒng)計(jì)分析信號(hào)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(dòng)臺(tái)天線高度 3米 ， 圖 （ b） 中 ， 基站天線高度為 60m, 移動(dòng)臺(tái)天線高度 3米 第 3章 移動(dòng)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(dòng)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(chǔ)備量 。 例如： f=450MHz， 市區(qū)工作 ， 要求 T=99%， 則由圖可查得此時(shí)必須的衰落儲(chǔ)備約為 。 衰落儲(chǔ)備：防止因衰落引起的通信中斷使信號(hào)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(dòng)信道的傳播特性 圖 3 13 衰落儲(chǔ)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(chǔ)備量 / dB99%95%90%第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 多徑時(shí)散與相關(guān)帶寬 1. 多徑時(shí)散 ——頻率選擇性衰落 多徑效應(yīng)在時(shí)域上將造成數(shù)字信號(hào)波形的展寬 ， 為了說(shuō)明它對(duì)移動(dòng)通信的影響 ， 首先看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子 (參見(jiàn)圖 3 14)。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 圖 3 14 多徑時(shí)散示例 基 站 天 線3421第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 假設(shè)基站發(fā)射一個(gè)極短的脈沖信號(hào) Si(t)=a0δ(t)， 經(jīng)過(guò)多徑信道后 ， 移動(dòng)臺(tái)接收信號(hào)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(hào)時(shí)間擴(kuò)散的現(xiàn)象 ， 稱為多徑時(shí)散 。 必須指出 ， 多徑性質(zhì)是隨時(shí)間而變化的 。 如果進(jìn)行多次發(fā)送脈沖試驗(yàn) ， 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(shí)差的變化 。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 圖 3 15 時(shí)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(dòng)信道的傳播特性 一般情況下 ， 接收到的信號(hào)為 N個(gè)不同路徑傳來(lái)的信號(hào)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(duì)延時(shí)差。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 實(shí)際上 ， 情況比圖 3 15 要復(fù)雜得多 ， 各個(gè)脈沖幅度是隨機(jī)變化的 ， 它們?cè)跁r(shí)間上可以互不交疊 ， 也可以相互交疊 ， 甚至隨移動(dòng)臺(tái)周圍散射體數(shù)目的增加 ， 所接收到的一串離散脈沖將會(huì)變成有一定寬度的連續(xù)信號(hào)脈沖 。 根據(jù)統(tǒng)計(jì)測(cè)試結(jié)果 ， 移動(dòng)通信中接收機(jī)接收到多徑的時(shí)延信號(hào)強(qiáng)度大致如圖 3 16 所示 。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 圖中 ， t是相對(duì)時(shí)延值； E(t)為歸一化的時(shí)延強(qiáng)度曲線 ， 它是以不同時(shí)延信號(hào)強(qiáng)度所構(gòu)成的時(shí)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(shí)延 ； E(t)的均方根為多徑時(shí)延散布 (簡(jiǎn)稱時(shí)散 )， 常稱作時(shí)延擴(kuò)展 ， 記作 Δ。 可按以下公式計(jì)算 和 Δ： ?0220()()t E t dtt E t dt?????? ? ???(3 52) (3 53) ?第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 圖 3 16 多徑時(shí)延信號(hào)強(qiáng)度 0o???m a x0 d B3 0 d B相 對(duì) 強(qiáng) 度 / d Bt ( 相 對(duì) 時(shí) 延 時(shí) 間 )E ( t )第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 表 3 1 多徑時(shí)散參數(shù)典型值 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 2. 相關(guān)帶寬 從頻域觀點(diǎn)而言 ， 多徑時(shí)散現(xiàn)象將導(dǎo)致頻率選擇性衰落 ， 即信道對(duì)不同頻率成分有不同的響應(yīng) 。 若信號(hào)帶寬過(guò)大 ， 就會(huì)引起嚴(yán)重的失真 。 為了說(shuō)明這一問(wèn)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(jiǎn)便 ， 不計(jì)信道的固定衰減 ， 用“ 1”表示第一條射線 ， 信號(hào)為 Si(t)。 用 “ 2”表示另一條射線 ， 其信號(hào)為第一條射線延時(shí) 。 于是 ， 接收信號(hào)為兩者之和 ， 即 )()()(0 ???? tStStS ii (3 54) 第 3章 移動(dòng)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(dòng)信道的傳播特性 由上式可知 ， 當(dāng) ωΔ(t)=2nπ時(shí) (n為整數(shù) )， 雙徑信號(hào)同相疊加 ， 信號(hào)出現(xiàn)峰點(diǎn)； 而當(dāng) ωΔ(t)=(2n+1)π時(shí) ， 雙徑信號(hào)反相相消 ， 信號(hào)出現(xiàn)谷點(diǎn) 。 根據(jù)式 (3 55)畫出的幅頻特性如圖 3 18 所示 。 第 3章 移動(dòng)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(dòng)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(dòng)信道的傳播特性 由圖可見(jiàn)， 其相鄰兩個(gè)谷點(diǎn)的相位差為 Δθ =Δω Δ(t) = 2π 則 )(12)(2tBtc???????????或 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 實(shí)際上 ， 移動(dòng)信道中的傳播路徑通常不止兩條 ， 而是多條 ， 且由于移動(dòng)臺(tái)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ， 相對(duì)多徑時(shí)延差 Δ(t)也是隨時(shí)間而變化的 ， 因而合成信號(hào)振幅的谷點(diǎn)和峰點(diǎn)在頻率軸上的位置也將隨時(shí)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(duì)于角度調(diào)制信號(hào) ， 相關(guān)帶寬可按下式估算： ??21?cB式中， Δ為時(shí)延擴(kuò)展。 (3 56) 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 Doppler頻移與相干時(shí)間 1. Doppler頻移 ——時(shí)間選擇性衰落 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 工作頻率為 900MHz，且移動(dòng)用戶向著基站以 100km/h的 速度運(yùn)動(dòng)， Doppler頻移為 +83Hz。 Doppler頻移引起時(shí)間選擇性衰落 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 角度擴(kuò)展與相干距離 1. 角度擴(kuò)展 ——空間間選擇性衰落 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 陸地移動(dòng)信道的傳輸損耗 接收機(jī)輸入電壓、 功率與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系 1. 接收機(jī)輸入電壓的定義 參見(jiàn)圖 3 19。 將電勢(shì)為 Us和內(nèi)阻為 Rs的信號(hào)源(如天線 )接到接收機(jī)的輸入端 ， 若接收機(jī)的輸入電阻為 Ri且 Ri=Rs， 則接收機(jī)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(jī)和信號(hào)源滿足功率匹配的條件 ， 因此 U2s/4R是接收機(jī)輸入功率的最大值 ， 常稱為額定輸入功率 。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 圖 3 19 接收機(jī)輸入電壓的定義 ~RsUs信號(hào)產(chǎn)生器Ri接收機(jī)Us / 2Ri＝ Rs第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 為了計(jì)算方便 ， 電壓或功率常以分貝計(jì) 。 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(jì) 。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 2. 接收?qǐng)鰪?qiáng)與接收電壓的關(guān)系 當(dāng)采用線天線時(shí) ， 接收?qǐng)鰪?qiáng) E是指有效長(zhǎng)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(zhǎng)度 (參見(jiàn)圖 3 20)。 第 3章 移動(dòng)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(diǎn)的電流最大 ， 兩端電流均為零 。 如果將中點(diǎn)電流作為高度構(gòu)成一個(gè)矩形 ， 如圖中虛線所示 ， 并假定圖中虛線與實(shí)線所圍面積相等 ， 則矩形的長(zhǎng)度即為半波振子的有效長(zhǎng)度 。 經(jīng)過(guò)計(jì)算 ， 半波振子天線的有效長(zhǎng)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(dòng)信道的傳播特性 圖 3 20 半波振子天線的有效長(zhǎng)度 2?2??第 3章 移動(dòng)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(dòng)信道的傳播特性 在實(shí)際中 ， 接收機(jī)的