無(wú)線傳輸信道的特性(編輯修改稿)
2025-07-26 14:41 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 gton方法是用一個(gè)“等價(jià)”的單屏來(lái)替代多屏。這個(gè)等價(jià)屏是用如下方法推導(dǎo)的：從發(fā)射機(jī)出發(fā)做各個(gè)實(shí)際障礙物的切線，并且選擇最陡峭的那一條（上升角最大的那一條），那么所有的障礙物要么與這條直線相接觸，要么就是在這條直線一下；同樣，從接收機(jī)出發(fā)做各個(gè)障礙物的切線，選擇最陡峭的那一條。等價(jià)屏就取決有嘴最陡峭的發(fā)射機(jī)切線和最陡峭的接收機(jī)切線的交界面，如圖36所示，在該屏出的繞射場(chǎng)就可以用單屏繞射的公式來(lái)計(jì)算了。圖36 Bullington方法得到的等價(jià)屏EpsteinPetersen方法Bullington方法僅由兩個(gè)屏就決定了等價(jià)屏，造成了Bullington方法的精度不高。這個(gè)問(wèn)題可以有EpsteinPetersen的方法來(lái)稍微緩解。這種方法利用單獨(dú)計(jì)算每個(gè)屏的繞射損耗，然后把不同屏引起的衰減以對(duì)數(shù)刻度加在一起，如圖37所示。圖37 EpsteinPetersen方法Deygout方法Deygout方法的體系與EpsteinPetersen方法相似，因?yàn)樗彩且衙總€(gè)屏引起的衰減假加起來(lái)，然而Deygout方法中的繞射角是用不相同的算法來(lái)定義的。第一步：取定當(dāng)只有第i個(gè)屏存在時(shí)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的衰減；第二步：引起最大衰減的屏定義為“主屏”——其索引定義為；第三步：計(jì)算發(fā)射機(jī)與主屏尖端由第j個(gè)屏引起的衰減（j從1到）。引起最大衰減的屏定義為“次主屏”。同樣第，計(jì)算主屏與接收機(jī)由第j個(gè)屏引起的衰減（）；第四步：作為可選步驟，重復(fù)該過(guò)程以產(chǎn)生“次輔屏”，等等。第五步：把所有考慮的屏產(chǎn)生的損耗加起來(lái)（以dB為單位）。不同方法間的比較這三種方法各有優(yōu)劣，對(duì)于不同的場(chǎng)合可以選擇不同的方法來(lái)近似計(jì)算繞射的損耗。Bullington方法最大的優(yōu)點(diǎn)就是計(jì)算簡(jiǎn)單。然而，這種簡(jiǎn)單性同樣也帶來(lái)了相當(dāng)大的不準(zhǔn)確性，物理存在的大多數(shù)屏不會(huì)影響等效屏的位置，甚至是最高的屏也不會(huì)產(chǎn)生影響，但是在實(shí)際中，這些高的障礙物確實(shí)會(huì)對(duì)傳播損耗產(chǎn)生影響并且產(chǎn)生一個(gè)附加衰減。EpsteinPetersen方法相對(duì)也Bullington方法是個(gè)更精確的模型，這種方法仍然只是近似，由于這種方法在對(duì)數(shù)刻度上對(duì)衰減進(jìn)行求和，因而導(dǎo)致了線性刻度上總的衰減呈指數(shù)增長(zhǎng)。同樣Deygout方法得到的總損耗與屏的數(shù)目成指數(shù)增長(zhǎng)，而且，如果實(shí)際上有一個(gè)屏起主導(dǎo)作用，大部分損耗是由它引起的，則Deygout方法工作得很好。否則，它就會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差。發(fā)射機(jī)發(fā)射的電磁波，照射到比載波波長(zhǎng)小的物理上（如：路燈、樹(shù)葉、交通標(biāo)志等），反射出多路較弱的電磁波，如圖38所示，再傳到無(wú)線通信接收機(jī)的天線處。下面介紹計(jì)算散射的兩個(gè)主要理論：Kirchhoff理論和微擾理論。圖38 粗糙表面的散射Kirchhoff理論Kirchhoff理論只需要少量的信息——也就是，平面振幅的概率密度函數(shù)。這個(gè)理論假設(shè)高度變化很小，以至于平面上不同散射點(diǎn)并不會(huì)相互影響。在粗糙表面導(dǎo)致光纖同時(shí)被散射到了其他方向，如圖39所示，這種功率減小可以用有效反射系數(shù)來(lái)表示，在高斯概率密度分布下，該反射系數(shù)變?yōu)椋? （）其中是高度分布的標(biāo)準(zhǔn)差，是波數(shù)，是入射角。圖39 Kirchhoff理論反射假設(shè)微擾理論微擾理論推廣了Kirchhoff理論，不僅使用了表面高度的概率密度函數(shù)，還有她的空間相關(guān)函數(shù)。也就是說(shuō)，它考慮了當(dāng)我們沿著表面移動(dòng)某一距離時(shí)，高度變化有多快。其幾何表示如圖310所示。圖310 微擾理論的幾何表示假設(shè)空間相關(guān)函數(shù)定義為 （）散射在通信領(lǐng)域?qū)Φ湫偷膽?yīng)用就是天波利用對(duì)流層進(jìn)行散射通信，如圖311所示圖311 對(duì)流層散射通信假設(shè)從無(wú)線信號(hào)的幾種傳輸方式中，直射是比較理想的情況，實(shí)際中很少直接利用直射來(lái)求衰減。在空曠的郊區(qū)可以將直射和反射想結(jié)合，利用斷點(diǎn)模型來(lái)求傳輸衰減，這樣的理論計(jì)算值和實(shí)際測(cè)量值比較接近。在建筑物多的城區(qū)，無(wú)線信號(hào)基本沒(méi)有直射了，到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)經(jīng)過(guò)了繞射、散射、透射等多種方式，要依據(jù)具體場(chǎng)景選擇不同的近似模型來(lái)計(jì)算。四、窄帶信道的統(tǒng)計(jì)描述在許多環(huán)境中，要描述所有的決定不同的多徑分量（MFC）的反射、繞射和散射是及其復(fù)雜的。通常更可取的方法是描述信道某一參數(shù)取得某一個(gè)值的概率。最重要的參數(shù)是信道增益，因?yàn)樗麤Q定了接收功率和場(chǎng)強(qiáng)，當(dāng)然這個(gè)增益小于1。由于接收機(jī)功率與距離有關(guān)，根據(jù)距離的變化導(dǎo)致接收機(jī)功率的變化，我們可以將信道衰落分為大尺度衰落和小尺度衰落。當(dāng)接收機(jī)功率波動(dòng)發(fā)生在大約一個(gè)波長(zhǎng)的范圍內(nèi)時(shí)，稱(chēng)為小尺度衰落，這些波動(dòng)產(chǎn)生的原因是不同多徑分量之間的干涉。如果波動(dòng)發(fā)生在10個(gè)波長(zhǎng)以上，典型的為幾百個(gè)波長(zhǎng)，則稱(chēng)為大尺度衰落，這種衰落主要由于大型物體的陰影效應(yīng)引起的。接收機(jī)從各個(gè)方向上接收到的波的振幅的平均值都相同，而且各個(gè)路徑具有獨(dú)立的幅度和相位，接收機(jī)的接收信號(hào)相位為各徑相位相加，如圖41所示。圖41 不含主導(dǎo)分量假設(shè)通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以證明不含主導(dǎo)分量的小尺度衰落的接收機(jī)信號(hào)的實(shí)部和虛部都服從均值為零的正態(tài)分布，實(shí)部與虛部相獨(dú)立，從而可以推出幅值r服從瑞利分布， （） （）相位服從均勻分布
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