2第二章移动通信信道2019323
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无线移动通信信道(扩展学习-射频基础知识)
大尺度衰落可以分为路径损耗和阴影效应，其中路径损耗是由于信号在传输过程中受到空气和其他物质 的吸收和散射引起的，而阴影效应是由于建筑物、地形等的遮挡引起的信号衰减。
大尺度衰落对无线通信系统的性能影响较大，特别是在移动通信中，由于移动台的位置不断变化，大尺 度衰落的影响更加显著。
小尺度衰落
小尺度衰落描述的是信号在短距离传输过程中，由于多径效应引起的信号 强度的快速波动。
数据速率的计算公式为
数据速率 = 总比特数 / 时间。在实际应用中，数据速率通常以 兆比特每秒（Mbps）或吉比特每秒（Gbps）为单位进行表示。
提高数据速率的方法包括
采用高调制方案、采用多天线技术、提高信噪比等。
05
无线通信系统性能优化
分集技术
分集技术是通过多个路径接收信号，并从中选择最佳信号的 方法。它可以提高信号的可靠性和稳定性，降低多径衰落的 影响。
多径效应会导致信号的相位和幅度发生变化，使得信号的接收变得困难。在移动 通信中，多径效应更加明显，因为移动台的速度和位置的变化会引起信号的多径 传播。
阴影效应
阴影效应是由于建筑物、地形等的遮 挡引起的信号强度变化的现象。
阴影效应会导致信号的强度发生变化 ，使得信号的接收变得困难。在城市 环境中，由于建筑物密集，阴影效应 的影响更加明显。
误码率的计算公式为
BER = 错误比特数 / 总比特数。在实际应用中，误码率通常以百万分之一（ppm）为 单位进行表示。
降低误码率的方法包括
采用差错控制编码、提高信噪比、采用抗干扰技术等。
数据速率
数据速率（Data Rate）
数据速率是指在单位时间内传输的数据量，通常以比特每秒 （bps）为单位进行表示。数据速率越高，传输效率越高。
大尺度衰落对无线通信系统的性能影响较大，特别是在移动通信中，由于移动台的位置不断变化，大尺 度衰落的影响更加显著。
小尺度衰落
小尺度衰落描述的是信号在短距离传输过程中，由于多径效应引起的信号 强度的快速波动。
数据速率的计算公式为
数据速率 = 总比特数 / 时间。在实际应用中，数据速率通常以 兆比特每秒（Mbps）或吉比特每秒（Gbps）为单位进行表示。
提高数据速率的方法包括
采用高调制方案、采用多天线技术、提高信噪比等。
05
无线通信系统性能优化
分集技术
分集技术是通过多个路径接收信号，并从中选择最佳信号的 方法。它可以提高信号的可靠性和稳定性，降低多径衰落的 影响。
多径效应会导致信号的相位和幅度发生变化，使得信号的接收变得困难。在移动 通信中，多径效应更加明显，因为移动台的速度和位置的变化会引起信号的多径 传播。
阴影效应
阴影效应是由于建筑物、地形等的遮 挡引起的信号强度变化的现象。
阴影效应会导致信号的强度发生变化 ，使得信号的接收变得困难。在城市 环境中，由于建筑物密集，阴影效应 的影响更加明显。
误码率的计算公式为
BER = 错误比特数 / 总比特数。在实际应用中，误码率通常以百万分之一（ppm）为 单位进行表示。
降低误码率的方法包括
采用差错控制编码、提高信噪比、采用抗干扰技术等。
数据速率
数据速率（Data Rate）
数据速率是指在单位时间内传输的数据量，通常以比特每秒 （bps）为单位进行表示。数据速率越高，传输效率越高。
03次课 第02章 移动信道的传播特性-2_2013
接收信号的统计分析（σ 为方差）
r e 2 1 相位概率密度函数（均匀分布）： p ( ) 2 p( r ) 包络概率密度函数（瑞利分布）：
r2 2 2
r0
0 2
数字移动通信 3-20
2、莱斯分布
产生的原因
离基站较近的区域，通常存在占支配地位的直射波 信号。 当存在一个主要的静态 ( 非衰落 ) 信号分量时，接收 信号包络服从莱斯分布。
接收信号的统计分析
(r 2 rs 2 ) rrs r pr (r ) 2 exp I0 ( 2 ) 2 2
当主要分量减弱后， 莱斯分布退化为瑞利 分布！
数字移动通信 3-21
3、 Nakagami-m分布
由Nakagami在20世纪60年代提出
2.5 电波传播损耗预测模型 2.6 多径衰落信道的建模和仿真
数字移动通信 3-3
第2章
第2讲
要求与重点
1. 了解多径衰落信号幅度的特征量
2. 掌握描述多径信道参数的物理意义
3. 理解多径衰落对通信系统的影响
4. 理解衰落类型和阴影衰落的特性
重点：描述多径信道的主要参数 难点：相关（干）带宽、相关时间、相关距离
看上去信号有什么变化呢？
数字移动通信 3-18
五、多径接收信号的统计特性(自学)
移动无线信道统计分析：对接收信号的功率或
电压包络进行定量描述。 瑞利分布
莱斯分布
Nakagami-m分布
数字移动通信 3-19
1、瑞利分布
产生的原因
在发信机与收信机之间没有直射波通路； 有大量反射波存在，到达接收天线的方向角和相位 随机，且在0～2π 内均匀分布； 各个反射波的幅度和相位统计独立。
移动通信原理及WCDMA技术特点(无线部分)
移动通信基础知识及WCDMA 技术特点
内容提要
第一章 • • 第二章 第三章 移动通信基础 智能天线 3G 无线部分
第一章 移动通信基础
1、移动通信系统的发展 2、无线接入原理
1.1 移动通信系统的发展
第一代模拟蜂窝移动通信系统
历史回顾：1978年，美国的贝尔实验室成功开发了AMPS（Advance Mobile Phone Service）系统，实现了真正意义上的可以随时随地通信的大容量的 蜂窝移动通信系统。1987年，中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成 商用，之后AMPS也曾被引入中国。 主要标准：美国的AMPS、欧洲的TACS、英国的ETACS、欧洲的NMT-450和 NMT-900、日本的NTT和JTACS/NTACS 主要特点： 用户的接入方式采用频分多址（FDMA），当一个呼叫建立后，该用户在 其呼叫结束以前一直占用一个频段 调制方式：FM 业务的种类单一，主要是话音业务 系统的保密性较差 频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户 容量之间的矛盾十分突出
接收信道统计分析曲线
• 多径传播导致瑞利衰落和时间色散 • 采用分集接收技术和跳频克服衰落
时间色散
010101 010101
1.2.3 无线电波传输存在问题的解决方法
• • • • •
1、信道编码 2、交织 3、天线分集（空间和极化分集） 4、自适应均衡 5、跳频
信道编码
作用：克服无线信道中传输过程的误码。可以纠正随 机性的差错 由于在GSM系统中的无线信道为变参信道，传输时的 误码较为严重，采用信道编码能够检出和校正接收比特流 中的差错，克服无线信道的高误码缺点。信道编码的纠错 和检错原理可以从下面简单的例子看出： 发 0 1 添加比特 000 111 接收比特 0001或1110 0011或1100
内容提要
第一章 • • 第二章 第三章 移动通信基础 智能天线 3G 无线部分
第一章 移动通信基础
1、移动通信系统的发展 2、无线接入原理
1.1 移动通信系统的发展
第一代模拟蜂窝移动通信系统
历史回顾：1978年，美国的贝尔实验室成功开发了AMPS（Advance Mobile Phone Service）系统，实现了真正意义上的可以随时随地通信的大容量的 蜂窝移动通信系统。1987年，中国首个TACS制式模拟移动电话系统建成 商用，之后AMPS也曾被引入中国。 主要标准：美国的AMPS、欧洲的TACS、英国的ETACS、欧洲的NMT-450和 NMT-900、日本的NTT和JTACS/NTACS 主要特点： 用户的接入方式采用频分多址（FDMA），当一个呼叫建立后，该用户在 其呼叫结束以前一直占用一个频段 调制方式：FM 业务的种类单一，主要是话音业务 系统的保密性较差 频谱效率较低，有限频谱资源和无限用户 容量之间的矛盾十分突出
接收信道统计分析曲线
• 多径传播导致瑞利衰落和时间色散 • 采用分集接收技术和跳频克服衰落
时间色散
010101 010101
1.2.3 无线电波传输存在问题的解决方法
• • • • •
1、信道编码 2、交织 3、天线分集（空间和极化分集） 4、自适应均衡 5、跳频
信道编码
作用：克服无线信道中传输过程的误码。可以纠正随 机性的差错 由于在GSM系统中的无线信道为变参信道，传输时的 误码较为严重，采用信道编码能够检出和校正接收比特流 中的差错，克服无线信道的高误码缺点。信道编码的纠错 和检错原理可以从下面简单的例子看出： 发 0 1 添加比特 000 111 接收比特 0001或1110 0011或1100
第04讲 移动通信信道(三) 现代移动通信ppt(新版教材课件)-文档资料
第2章 移动信道
现代移动通信
BSS
MS Um OMC-R 操作维护中心 BTS 基站 BTS 收发信机 BTS基站 收发信机 基站 收发信机
MS
BSC 基站 控制器
A接口
MSC 移动交换中心
MS
Abis
第2章 移动信道
通过本章学习，着重解决以下问题：
大尺度传播特性
大尺度传播模型:描述的是发射机与接收机之 间(T-R)长距离(几百米或几千米)上的场强变 化
2.5.1 地形环境分类
1、地形特征定义
（1）地形波动高度
在平均意义上描述了电波传播路径中地形变化的程度。 定义为：沿通信方向，距接收地点10km范围内，10％ 高度线和90％高度线的高度差。 10％高度线是指在地形剖面图上有10％的地段高度超过 此线的一条水平线
基站天线 平均地面高度
2.5.3、Hata 模型
Hata模型：根据Okumura模型中的各种图表曲线归 纳出一个经验公式。
L 6 9 . 5 5 2 6 . 1 6 l g ( f ) 1 3 . 8 2 l g ( h ) a ( h ) 4 4 . 9 6 . 5 5 l g ( h ) l g ( d ) M b m b
分析和实验相结合的方法 分析——了解各因素的影响 实验——找出各种地形地物下的传播损耗与距离、频率、天线高 度之间的关系 实验方法的优点——通过场强测试考虑了所有的传播因素，包括 已知的和未知的。 实验方法的不足——在一定频率和环境下获得的模型，在其他条 件应用时是否正确，只能建立在新的测试数据基础上。
Ks为郊区修正因 子，kh为丘陵地形 修正因子，kA为斜 坡地形修正因子， kis为水陆混合传播 路径修正因子。
现代移动通信
BSS
MS Um OMC-R 操作维护中心 BTS 基站 BTS 收发信机 BTS基站 收发信机 基站 收发信机
MS
BSC 基站 控制器
A接口
MSC 移动交换中心
MS
Abis
第2章 移动信道
通过本章学习，着重解决以下问题：
大尺度传播特性
大尺度传播模型:描述的是发射机与接收机之 间(T-R)长距离(几百米或几千米)上的场强变 化
2.5.1 地形环境分类
1、地形特征定义
（1）地形波动高度
在平均意义上描述了电波传播路径中地形变化的程度。 定义为：沿通信方向，距接收地点10km范围内，10％ 高度线和90％高度线的高度差。 10％高度线是指在地形剖面图上有10％的地段高度超过 此线的一条水平线
基站天线 平均地面高度
2.5.3、Hata 模型
Hata模型：根据Okumura模型中的各种图表曲线归 纳出一个经验公式。
L 6 9 . 5 5 2 6 . 1 6 l g ( f ) 1 3 . 8 2 l g ( h ) a ( h ) 4 4 . 9 6 . 5 5 l g ( h ) l g ( d ) M b m b
分析和实验相结合的方法 分析——了解各因素的影响 实验——找出各种地形地物下的传播损耗与距离、频率、天线高 度之间的关系 实验方法的优点——通过场强测试考虑了所有的传播因素，包括 已知的和未知的。 实验方法的不足——在一定频率和环境下获得的模型，在其他条 件应用时是否正确，只能建立在新的测试数据基础上。
Ks为郊区修正因 子，kh为丘陵地形 修正因子，kA为斜 坡地形修正因子， kis为水陆混合传播 路径修正因子。
移动通信与无线网络安全考前复习
移动通信及无线网络安全
考试复习内容
第一章 概 论
1 发展历程与趋势
2 特点
3 工作方式
4 分类及应用系统
5 基本技术
2
第一章 概 论
移动通信：通信双方或至少其中一方 在移动中进行信息传输和交换的通信 方式。
3
第一章 概 论
早期移动通信的发展： 1、第一阶段（二十世纪20年代-40年代初）
• 分贝表示：
小尺度衰落
• 小尺度是描述短距离或短时间内接收信号 强度的快速变化，无线信道的主要特征是 多径传播，这些多径使得接收信号的幅度 发生急剧变化，产生了小尺度衰落。 • 主要分为三个方面
– 无线信道的多径传播 – 移动台的移动 – 不同的散射环境
多普勒频移
• 当发射机与接收机之间存在相对运动时，接收机 接收的信号频率与发射机发射的信号频率会小同， 这种现象林为多普勒效应，接收频率与发射频率 之差称为多普勒频移。 • 它反映了频率的变化范围
• 纵观移动通信的发展历程， 当代移动通信 可分为四个阶段： • （1） 第一代移动通信以模拟调频、 频分多 址为主体技术， 包括以蜂窝网系统为代表的公用 移动通信系统、 以集群系统为代表的专用移动通 信系统以及无绳电话, 主要向用户提供模拟话音业 务。 • (2) 第二代移动通信以数字传输、 时分多址 或码分多址为主体技术， 简称数字移动通信， 包 括数字蜂窝系统、 数字无绳电话系统和数字集群 系统等， 主要向用户提供数字话音业务和低速数 据业务。
8
第一章 概 论
• 个人通信的概念
• 无论任何人 (Whoever) 在任何时 (Whenever) 和 任 何 地 点 (Wherever) 都 能 和 另 一 个 人 (Whomever) 进 行 任 何 方 式 (Whatever) 的 通 信。———————— “个人通信”。
考试复习内容
第一章 概 论
1 发展历程与趋势
2 特点
3 工作方式
4 分类及应用系统
5 基本技术
2
第一章 概 论
移动通信：通信双方或至少其中一方 在移动中进行信息传输和交换的通信 方式。
3
第一章 概 论
早期移动通信的发展： 1、第一阶段（二十世纪20年代-40年代初）
• 分贝表示：
小尺度衰落
• 小尺度是描述短距离或短时间内接收信号 强度的快速变化，无线信道的主要特征是 多径传播，这些多径使得接收信号的幅度 发生急剧变化，产生了小尺度衰落。 • 主要分为三个方面
– 无线信道的多径传播 – 移动台的移动 – 不同的散射环境
多普勒频移
• 当发射机与接收机之间存在相对运动时，接收机 接收的信号频率与发射机发射的信号频率会小同， 这种现象林为多普勒效应，接收频率与发射频率 之差称为多普勒频移。 • 它反映了频率的变化范围
• 纵观移动通信的发展历程， 当代移动通信 可分为四个阶段： • （1） 第一代移动通信以模拟调频、 频分多 址为主体技术， 包括以蜂窝网系统为代表的公用 移动通信系统、 以集群系统为代表的专用移动通 信系统以及无绳电话, 主要向用户提供模拟话音业 务。 • (2) 第二代移动通信以数字传输、 时分多址 或码分多址为主体技术， 简称数字移动通信， 包 括数字蜂窝系统、 数字无绳电话系统和数字集群 系统等， 主要向用户提供数字话音业务和低速数 据业务。
8
第一章 概 论
• 个人通信的概念
• 无论任何人 (Whoever) 在任何时 (Whenever) 和 任 何 地 点 (Wherever) 都 能 和 另 一 个 人 (Whomever) 进 行 任 何 方 式 (Whatever) 的 通 信。———————— “个人通信”。
移动通信- 第2章 移动通信信道与天线
地波、百千米 以内
百米波 十米 波
中等距离点到点广播和水上移 动
长和短距离点到点全球广播， 移动通信
对流层散射绕射 几百千米以内
米波
空 间波、对流 100km 以 层散射 绕射、视内 距
视距
30km 左
视距
20km
分米 波
右 厘米 波
毫米 波
短和中距离点到点移动通信， LAN 声音和视频广播个人通信
• 发射机发射信号后，经过一定距离的传播，功率因为辐射而受到损耗，这种损耗称为路径损耗。路径损耗 定义为有效发射功率与接收功率之间的差值。
• 当在有增益的情况下，自由空间的路径损耗为：
• 当天线具有单位增益，即发射天线的增益和接收天线的增益都为 1 时，其路径损耗 PL(dB)则简化为： • 把波长变换为频率后，考虑到发射和接收天线的增益，路径损耗用对数表示， 分别为：
第 2 章 移动通信信道与天线
2.1移动通信信道
• 通信信道(Communication Channel)是通信网中数据传输的通 路，一般分为物理信道和逻辑信道。物理信道指用于传输数据 信号的物理通路，它由传输介质与有关通信设备组成，逻辑信 道是指在物理信道的基础上，发送与接收数据信号的双方通过 中间节点所实现的逻辑通路。
• 2、慢衰落
• 慢衰落是由大气折射、大气湍流、大气层等平均大气条件的变化而引起的， 主要与气象条件、电路长度、 地形等因素有关。由于障碍物的阻挡而造成的阴影效应，使得接收信号强度下降，但该场强中值随地理位 置的改变变化缓慢，因此慢衰落又称为阴影衰落或对数正态衰落。
• 慢衰落的场强中值服从对数正态分布，且与位置与地点相关，衰落的速度取决于移动台的速度。接收信号 电平的随机起伏，即接收信号幅度随时间的不规则变化，衰落对传输信号的质量和传输可靠度都有很大的 影响，严重的衰落甚至会使传播中断。
精选第二章移动通信电波传播及传播预测模型第一讲资料
2
GrGt
1
Re
j
2
(2.8)
式中，Pr和Pt分别为接收和发射功率，GrGt分别为接收和发射天线增益， R为地面反射系数，为两径信号的相位差。
且有 2l /
Байду номын сангаас
(2.9)
l ( AC CB) AB (2.10)
( t 2 f t 2 c t 2 l )
2.两径传播模型
在接收天线B处的接收信号功率为
Pr
Pt
4d
2
GrGt
1
Re
j
(1
R)
Ae
j
2
(2.7)
第二章 移动通信电波传播及传播预测模型
第一讲 电波传播的基本特性与移动信道的电波传播
在大多数场合下，地面波的影响可以忽略，则有
Pr
Pt
4d
菲涅尔区的半径表示为
rn
nd1d2 ,
d1 d2
n 1时，得到第一菲涅尔半径。
通常认为，在接收点处第一菲涅尔区产生的场强是全部菲涅尔区场强的一半。 若收发距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以到达接收机。（接收点场强 是个菲涅尔区产生场强的矢量和，以奇数区参考，若奇数区为增强，则偶数区就 减弱，因相位差180度，互为倒相。）
2.3.1 反射与多经信号
1.反射
R R e j sin z sin z
式中 z 0 cos2 / 0 (垂直极化)
z 0 cos2 (水平极化) 0 j60 (为介电常数，为电导率，为波长) R 为反射点反射波场强与入射波场强的比值，为反射波相对于入射波的相移
移动通信第2章 无线移动信道
1．无线移动信道的损耗
（1）自由空间传播损耗与弥散。 （2）阴影衰落。 （3）多径衰落。 移动信道的主要特征是多径衰落。
图2-1给出了典型的实测接收信号场 强变化图。
图2-1 接收信号场强变化图
2．小尺度衰落和大尺度衰落
（1）小尺度衰落：在数十倍波长的范围 内，通常几个波长或短时间（微秒级） 内，接收信号场强的瞬时值呈现快速变 化的特征，这是由多径衰落引起的，又 称为快衰落。有些文献称这种衰落为。 在数十倍波长范围内对信号求平均，可 得到短区间中心值。
7
26
27%
8 9 10
35 45 56
1,2,5,10,16,23,33,55
23% 20% 18%
1,2,6,13,26,28,36,42,45
1,2,7,11,24,27,35,42,54,56
4．其他干扰
（1）阻塞干扰。 （2）时隙干扰和码间干扰。
2.3 电磁波与无线电频谱
1．电磁波的基本概念
第2章 无线移动信道
2.1 无线移动信道特性
2.2
无线环境下的噪声与干扰
2.3
电磁波与无线电频谱
2.4
无线电波传输环境
2.5
无线电波传播机制
2.6
阴影效应概念
2பைடு நூலகம்7
多径效应
2.8
移动信道传播损耗预测模型
1、教学内容
•
• • • • •
无线环境下的噪声与干扰； 电磁波与无线电频谱的基本概念； 无线电波传输环境介绍； 无线电波传播基本机制； 阴影效应和多径效应； 移动信道传播损耗预测模型。
（2-10）
式中，J n ( ) 是n和的函数，称为 的第一类n阶贝塞尔函数，其值可查表或 查曲线得到。
第2章 移动通信信道PPT课件
1．影响小尺度衰落的因素
无线信道中的许多物理因素都会影响小尺度衰落， 包 括：
(1) 多径效应。多径效应使得各条路径信号到达接收 机时有不同的相位、幅度及时延，从而引起时域的时 延扩展，在频域产生频率选择性衰落。
27
2020/11/8
影响小尺度衰落的因素
第2章 移动通信信道
(2) 多普勒效应
➢ 多普勒效应是与物体运动有关的，物体的运动包括基 站和移动台的相对运动以及无线信道中环境物体的运动。
1．路径损耗
大多数移动通信系统运行在复杂的传播环境中，路径损 耗除了受频率、距离等确定因素的影响，还会受到地形、地 貌、建筑物分布及街道分布等不确定因素的影响。这里我们 主要介绍在工程上普遍应用的电波传播损耗预测模型。
16
2020/11/8
路径损耗
第2章 移动通信信道
电波传播损耗预测模型是基于大量实测数据而得到的经验模型，
路径损耗
第2章 移动通信信道
（1）Hata模型
由于使用Okumura模型，需要查找其给出的各种曲线， 不利于计算机预测。Hata将Okumura模型中的经验曲线 与图表提炼成更加便于工程上使用的经验公式，即Hata 模型 。
Hata在提出这个模型时作了下列三点假设，以求简化：
➢ 作为两个全向天线之间的传播损耗处理； ➢ 作为准平滑地形而不是不规则地形处理； ➢ 以城市市区的传播损耗公式作为标准，其他地区采用校 正公式进行修正。
2．阴影衰落
第2章 移动通信信道
在路径损耗模型中一般认为对于相同的收发距离，路径 损耗也是相同的。然而实际情况是，与同一发射机等距离但 位于不同地理位置上的接收机，由于传播路径所经过的地理 环境不同，使得其接收到的信号强度有很大的差异。
(完整)第二章 移动通信信道精品PPT资料精品PPT资料
2.2 大尺度传播模型
何为传播模型？
电波传播损Leabharlann 预测模型作用——预测接收信号的中值场强(信号覆盖范围) 影响因素
地形环境特征（地形地貌、建筑物高度和密度、街道分布） 信号传播参数（信号频率、天线高度等）
2.2 大尺度传播模型
传播模型类型
自由空间传播模型（视距传播—直射波， 介电系数为1的均匀无吸收媒质）
落
由地形或人造障碍引起
多径衰落
来自不同方向不同长度路径信号引起的干扰
信号包络在几个波长间距内的变化幅度可达30dB
移动信道中无线传播分类
大尺度路径损耗 自由空间（无阻挡物）：视距传播LOS (line-of-sight)
—与λ2成正比（与f2成反比）→频率越高，衰减越大。
描述收发信机之间长距离上的场强变化，其传 —与λ2成正比（与f2成反比）→频率越高，衰减越大。
益；d是T-R间距离；L是与传播无关的系统损耗因子；λ为波长。
2. 2 大尺度传播模型 –自由空间
自由空间传播模型
– 距发射机d处天线的接收功率
物理意义
→ —与d2成反比 距离越远，衰减越大。
→ —与λ2成正比（与f2成反比） 频率越高，衰减越大。
—综合损耗L(L>=1)通常归因于传输线衰减、滤波损耗和
第二章 移动通信信道
2.1 概述 2.2 大尺度传播特性 2.3 小尺度传播特性
2.1 概述
无线电波的传播机制
自由空间（无阻挡物）：视距传播LOS (line-of-sight) 存在阻挡物（多条路径）:
反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，会发生反射 绕射：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时，
地面反射模型（双线或两径传播模型）：
12移动通信信道解析
d1
h1
R d2
h2
x
h2
h1
P
(a)
(b)
图1.2-1障碍物与余隙
(a) 负余隙； (b) 正余隙
1.2 移动通信信道
第1章 移动通信技术基础
绕 射 损 耗 / dB
由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系如图 1.2- 2所示。
－4 －2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 － 2.5－ 2.0－ 1.5－ 1.0－ 0.50 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
所以，电波传播损耗应为： L Lf s 附 加 损 耗
1.2 移动通信信道
第1章 移动通信技术基础
设障碍物与发射点和接收点的相对位置如图 1.2-1 所示。
x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离，称为菲涅尔余隙。
规定阻挡时时余隙为正，如图(b)。
T d1
d2
R
x T
当x＜0时， 即直射线低于障碍物顶点时， 损耗急剧增加
当x=0时， 即TR直射线从障碍物顶点擦过时， 附加损耗约为 6dB
1.2 移动通信信道
第1章 移动通信技术基础
例1 ：设图 1.2- 1(a)所示的传播路径中， 菲涅尔余隙x=-82m, d1=5km, d2=10km, 工作频率为150MHz。 试求出电波传播损耗。
x / x1
图1.2 – 2 绕射损耗与余隙关系
1.2 移动通信信道
第1章 移动通信技术基础
图中纵坐标为绕射引起的附加损耗， 即相对于自由空间传播损耗的分贝数
横坐标为x/x1, 其中x1是第一菲涅尔区在P点横截面的半径
它由下列关系式可求得： x1 由图知：
h1
R d2
h2
x
h2
h1
P
(a)
(b)
图1.2-1障碍物与余隙
(a) 负余隙； (b) 正余隙
1.2 移动通信信道
第1章 移动通信技术基础
绕 射 损 耗 / dB
由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系如图 1.2- 2所示。
－4 －2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 － 2.5－ 2.0－ 1.5－ 1.0－ 0.50 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
所以，电波传播损耗应为： L Lf s 附 加 损 耗
1.2 移动通信信道
第1章 移动通信技术基础
设障碍物与发射点和接收点的相对位置如图 1.2-1 所示。
x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离，称为菲涅尔余隙。
规定阻挡时时余隙为正，如图(b)。
T d1
d2
R
x T
当x＜0时， 即直射线低于障碍物顶点时， 损耗急剧增加
当x=0时， 即TR直射线从障碍物顶点擦过时， 附加损耗约为 6dB
1.2 移动通信信道
第1章 移动通信技术基础
例1 ：设图 1.2- 1(a)所示的传播路径中， 菲涅尔余隙x=-82m, d1=5km, d2=10km, 工作频率为150MHz。 试求出电波传播损耗。
x / x1
图1.2 – 2 绕射损耗与余隙关系
1.2 移动通信信道
第1章 移动通信技术基础
图中纵坐标为绕射引起的附加损耗， 即相对于自由空间传播损耗的分贝数
横坐标为x/x1, 其中x1是第一菲涅尔区在P点横截面的半径
它由下列关系式可求得： x1 由图知：
《无线移动通信信道》课件
5G和未来的无线通信系统
多天线技术是5G和未来无线通信系统中的关键技术之一， 将进一步发挥其在高速数据传输、低延迟和大规模连接等 方面的优势。
智能天线和有源天线
随着天线技术的发展，智能天线和有源天线将进一步提高 多天线技术的性能和应用范围。
THANKS
多天线技术的原理与分类
原理
多天线技术利用多个天线在发射端和 接收端进行信号处理，以提高无线通 信系统的性能。
分类
多天线技术可以分为分集天线、波束 成形和空间复用等类型。
多天线技术的应用场景
分集天线
在移动通信中，由于移动终端的移动速度和地形等因素，信号强度 会快速变化，分集天线可以提供更稳定的信号接收。
互调干扰
互调干扰是指两个或多个信号 在非线性器件中相互作用，产 生新的频率分量，从而对通信 系统造成干扰。
互调干扰会影响信号的接收和 识别，导致通信质量下降。
解决互调干扰的方法包括提高 发射机性能、采用抗互调技术 等。
噪声对无线通信的影响
噪声是无线通信信道中不可避免 的因素，它会对信号的传输和接
02
无线移动通信信道模型
大尺度衰落模型
01
路径损耗模型
02
阴影衰落模型
描述信号随距离增加而减小的现象，通常采用对数距离路径损耗模型 。
由于建筑物、地形等因素造成的信号遮挡，导致信号强度在一定区域 内随机变化。
小尺度衰落模型
多径传播
由于无线信号在传输过程中会遇到多 种障碍物反射、折射和散射，形成多 条传播路径，导致信号幅度、相位和 到达时间发生变化。
无线移动通信信道的特点
• 无线移动通信信道具有动态性、随机性和复杂性等特点。由于 移动终端的位置不断变化，信道环境也随之变化，导致信号传 输的不稳定性。此外，无线信号在传输过程中会受到多种因素 的影响，如多径效应、阴影效应、衰落等，使得信道性能呈现 出随机性和复杂性。
多天线技术是5G和未来无线通信系统中的关键技术之一， 将进一步发挥其在高速数据传输、低延迟和大规模连接等 方面的优势。
智能天线和有源天线
随着天线技术的发展，智能天线和有源天线将进一步提高 多天线技术的性能和应用范围。
THANKS
多天线技术的原理与分类
原理
多天线技术利用多个天线在发射端和 接收端进行信号处理，以提高无线通 信系统的性能。
分类
多天线技术可以分为分集天线、波束 成形和空间复用等类型。
多天线技术的应用场景
分集天线
在移动通信中，由于移动终端的移动速度和地形等因素，信号强度 会快速变化，分集天线可以提供更稳定的信号接收。
互调干扰
互调干扰是指两个或多个信号 在非线性器件中相互作用，产 生新的频率分量，从而对通信 系统造成干扰。
互调干扰会影响信号的接收和 识别，导致通信质量下降。
解决互调干扰的方法包括提高 发射机性能、采用抗互调技术 等。
噪声对无线通信的影响
噪声是无线通信信道中不可避免 的因素，它会对信号的传输和接
02
无线移动通信信道模型
大尺度衰落模型
01
路径损耗模型
02
阴影衰落模型
描述信号随距离增加而减小的现象，通常采用对数距离路径损耗模型 。
由于建筑物、地形等因素造成的信号遮挡，导致信号强度在一定区域 内随机变化。
小尺度衰落模型
多径传播
由于无线信号在传输过程中会遇到多 种障碍物反射、折射和散射，形成多 条传播路径，导致信号幅度、相位和 到达时间发生变化。
无线移动通信信道的特点
• 无线移动通信信道具有动态性、随机性和复杂性等特点。由于 移动终端的位置不断变化，信道环境也随之变化，导致信号传 输的不稳定性。此外，无线信号在传输过程中会受到多种因素 的影响，如多径效应、阴影效应、衰落等，使得信道性能呈现 出随机性和复杂性。
无线移动通信信道扩展学习射频基础知识
• 将电信息源（模拟或数字旳）用高频电流进行调制 （调幅或调频），形成射频信号，经过天线发射到空 中；远距离将射频信号接受后进行反调制，还原成电 信息源，这一过程称为无线传播。
7
无线通信使用旳频段和波段
移动通信原理
• 表1-1 无线通信使用旳电磁波旳频率范围和波段
频段名称 极低频（ELF） 超低频（SLF） 特低频（ULF）
22
噪声有关概念
移动通信原理
• 噪声系数 噪声系数是用来衡量射频部件对小信号旳处理能力， 一般这么定义：单元输入信噪比除输出信噪比，如 下图：
Si Ni NF So No
对于线性单元，不会产生信号与噪声旳互调产物及信号旳失真，这时噪 声系数能够用下式表达：
Pno NF G Pni
Pno表达输出噪声功率，Pni表达输入噪声功率，G为单元 增益
– 甚长波（甚低频VLF）传播
• 波长10公里~100公里（频率为3~30kHz）旳电磁波。无线通信中使用旳 甚长波旳频率为10~30kHz，该波段旳电磁波可在大地与低层旳电离层间 形成旳波导中进行传播，距离可达数千公里乃至覆盖全球
9
移动通信原理
无线通信旳电磁波传播
– 长波（低频LF）传播
• 波长1公里~10公里（频率为30~300kHz）旳电磁波。其可沿地表面传播 （地波）和靠电离层反射传播（天波）
11
12
移动通信原理
移动通信原理
课程内容
第一章 无线通信旳基本概念 第二章 射频常用计算单位简介 第三章 射频常用概念辨析 第四章 天线及射频器件基础知识
13
移动通信原理
功率单位简介
• 射频信号绝对功率旳dB表达：dBm、dBW • 射频信号相对功率旳dB表达：dB • 天线和天线增益
7
无线通信使用旳频段和波段
移动通信原理
• 表1-1 无线通信使用旳电磁波旳频率范围和波段
频段名称 极低频（ELF） 超低频（SLF） 特低频（ULF）
22
噪声有关概念
移动通信原理
• 噪声系数 噪声系数是用来衡量射频部件对小信号旳处理能力， 一般这么定义：单元输入信噪比除输出信噪比，如 下图：
Si Ni NF So No
对于线性单元，不会产生信号与噪声旳互调产物及信号旳失真，这时噪 声系数能够用下式表达：
Pno NF G Pni
Pno表达输出噪声功率，Pni表达输入噪声功率，G为单元 增益
– 甚长波（甚低频VLF）传播
• 波长10公里~100公里（频率为3~30kHz）旳电磁波。无线通信中使用旳 甚长波旳频率为10~30kHz，该波段旳电磁波可在大地与低层旳电离层间 形成旳波导中进行传播，距离可达数千公里乃至覆盖全球
9
移动通信原理
无线通信旳电磁波传播
– 长波（低频LF）传播
• 波长1公里~10公里（频率为30~300kHz）旳电磁波。其可沿地表面传播 （地波）和靠电离层反射传播（天波）
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移动通信原理
移动通信原理
课程内容
第一章 无线通信旳基本概念 第二章 射频常用计算单位简介 第三章 射频常用概念辨析 第四章 天线及射频器件基础知识
13
移动通信原理
功率单位简介
• 射频信号绝对功率旳dB表达：dBm、dBW • 射频信号相对功率旳dB表达：dB • 天线和天线增益
第二章移动通信信道二
t=t0
(a)
t=t0 +?
(b)
t=t0+ 2?
(c)
时变径信道响应示例
(a)N=3 (b)N=4 (c)N=5
1、时延扩展
? 描述时间色散的重要参数
? 平均附加时延
? ? ak2?k
P (? k )? k
? ? ? ? k
a
2 k
?
k
P (?k )
k
k
? rms时延扩展
?? ?
? 2 ? (? )2
2）信道的增益是随着时间变 化的，也就是接收端信号的 功率是不断变化的，这种信 号忽大忽不小的变化就是衰 落。
2、相干带宽
所传输的信号带宽大于相干 带宽,则所传输的信号将产 生明显的畸变如图所示。通 过图的动态变化，我们可以 看出：
1）在信号带宽范围内，对 不同的频率成份有了不同的 响应，也就是说对信号的频 率具有了选择性，信号发生 了失真；
由表可见：市区的时延要比郊区大，也就是说，从多径时间色散考 虑，市区传播条件更为恶劣。为了避免码间干扰，如无抗多径措施， 则要求信号的传输速率必须比 1/στ低得多。
2、相干带宽
? 起因：由时间色散引起。
? 定义：指某一特定频率范围内，在该范围内，任两个频率分量
有很强的幅度相关性，即所有频率分量几乎具有相同的增益及线 性相位。
? 描述信道在角度上的色散。
? 时延扩展、相关带宽、多普勒扩展、相关时间、角度扩 展和相干距离
2.3.1 时延扩展与相干带宽
? 时间色散(Time Dispersion Parameters)
? 定义：因多径传播造成信号时间扩散的现象。 ? 成因：发射信号经过不同路径到达接收点的时间各不相同。 ? 例子说明，以发射单脉冲为例。
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发射天 线增益
SPT 4d2
PT d
自 由 空 间 波 长
d 接收电波功率密度
S4PTd2GT (Wm2)
各向同性天线有效接收口径（面积）
AR
2 4
接收天 线增益
接收天线处的功率 PR(4d)2PTGTGR (W)
2.2 电波传播特性
移动通信
• 自由空间的直射传播损耗
L PT
PR(4d)2PTGTGR (W) GT GR
原因
影响
长距离 信号强 度的缓 慢变化
路径损耗 无线业务 阴影衰落 覆盖区域
平均信号衰落和衰落 的变化具有对数正态
分布的特征
Pr/Pt
具体分析
Slow Fast
Very slow
d=vt
短距离 多径衰落 多径产生
信号强 多普勒效应 时间扩散
度的快
，引起符
速波动 移动台运动 号间干扰
和地点变化 ，多普勒
PR
1L4d2
与距离平方成正比
c 3 1 0 8 ; b = ( 4 p i 1 0 0 0 0 0 0 / 3 / 1 0 0 0 0 0 ) ^ 2 ; 1 0 l o g 1 0 ( b ) = 3 2 .4 5 ff
L 3 2 . 4 5 2 0 l o g f ( M H Z ) 2 0 l o g d ( k m ) d B
传播特性直接关系到以下因素 • 天线高度的确定 • 预测信号的覆盖范围 • 为实现优质可靠的通信需采用何种抗衰落技术 • ……
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2.1概述
直射、反射、绕射和散射以及它们的合成
移动通信
电波传播的衰落的表现
• 路径损耗 随信号传播距离变化而导致的传播损耗和弥散
• 阴影衰落 由于传播环境中的地形起伏、建筑物及其他障碍物对电磁 波的遮蔽所引起的衰落
从而使电波射束发生弯曲（折射率随高度变化）。
• 绝对折射率
• 相对折射率
n c sin v sin
n12
n1 n2
v2 v1
sin2 sin1
真空
介质2
介质
介质1
d n 0 大气折射率随着高度升高而减小 dh
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➢ 折射
2.2 电波传播特性
移动通信
在工程上通常用“地球等效半径”来表示，认为电波依然按直线方向进行
• 多径衰落
无线电波到达接收端时是从多条路径传来的多个信号叠加 ，这种多径传播所引起的信号在接收端幅度、相位和到达 时 间的随机变化导致严重的衰落
• 多普勒效应
由于移动台的运动使得接收信号在频域扩展，多谱勒频移 产生附加的调频噪声，出现信号失真
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信道衰落模型
2.1概述
移动通信
描述
，只是地球的实际半径R 0
如下
（6.37*105）变为等效半径R e ，其间关系
k
Re R0
1 1 R0
dn dh
标 准 大 气 折 射 情 况 下 ， d d n h 4 1 0 - （ 8 1 m ） , k = 4 3 ,R e 8 5 0 0 k m
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2.2 电波传播特性
波在传播过程中，行进中的波前（面）上的每一点，都可作为产生次 级波的点源，这些次级波组合起来形成传播方向上新的波前（面）
绕射由次级波的传
P”
播进入阴影区而形 成。阴影区绕射波
d 2 / 2
P’
次级波前
场强为围绕阻挡物
d /2
所有次级波的矢量 T
90
和
R
P
d
扩展波前
▫在P’点处的次级波前中，只有夹角为θ的次级波前能到达接收点R ▫每个点均有其对应的θ角， θ的变化决定了到达R辐射能量的大小 ▫若经由 P’点的间接路径比经由P 点的直接路径d长λ/2，信号抵消
引起随机
调频
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2.1概述
移动通信
衰落的算式描述
r(t ) m( t)r0(t)
信道的衰落因子 大尺度衰落 小尺度衰落
小尺度衰落
接
收 功
大尺度衰落
率
图 无线信道中的大尺度和小尺度衰落
t
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2.2 电波传播特性
➢ 电波传播方式
视距传输
移动通信
反射
绕射
散射
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移动通信
移动通信
移动通信
移动通信
2.1概述
移动通信
➢ 电波传播和信道
无线电波传播方式
直射、反射、绕射和散射以及它们的合成
电波传播的 基本特性
= 移动信道的 基本特性
发射机与接收机之间的传播路径非常复杂
衰• 接收天线将接收从多条路径传来的信号 落• 移动台的运动 特性• 周围环境的变化
移 动 信 道 是一种典型的变参信道，特性十分复杂
移动通信
➢ 反射
反射系数与入射介质的光滑界面时，如果界 面尺寸比电波波长大得多时会产生镜面反射。
• 如果电磁波传输到理想介质表面（反射表面平滑），则
能量都将反射回来 • 极化
1 2
真
电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和
空
幅度随时间变化的状态；
真
R sin z sin z
空
介
质
垂直极化
z 0 cos2 0
0 j60
水平极化 z 0 cos2
介电常数，电导率，波长
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2.2 电波传播特性
移动通信
➢ 绕射
当直射路径上存在各种障碍物，围绕阻挡体也产生波的弯 曲，无线电信号可以传播到阻挡物后面
• 惠更斯-菲涅尔原理（略）
电磁波的极化形式：
介
线极化、圆极化和椭圆极化
质
线极化的两种特殊情况：
水平极化（电场方向平行于地面） 垂直极化（电场方向垂直于地面）
移动通信常采用垂直极化
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2.2 电波传播特性
移动通信
接收天线的极化方式同被接收的电磁波的极化形式一致时，才能有效地 接收到信号，否则将产生极化失配
• 反射系数 入射波场强与反射波场强的比值
2.2 电波传播特性
移动通信
➢ 直射（自由空间模型）
天线的增益
在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，电波传播不发
• 自由空间 生反射、折射、绕射、散射和吸收现象，只存在电磁波能量
扩散而引起的传播损耗。
• 模型适用范围
接收机和发射机之间是完全无阻隔的视距路径LOS
• 接收信号功率
发射功率为PT 半径d的球面上单位面积功率
自由空间的传播损耗只与工作频率和传播距离有关
与距离平方成正比 与频率平方成正比 频率或距离增大一倍，L将增加6dB
900M,1km91.53dB 2G,1km 98.47dB 900M,10km118.47dB
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2.2 电波传播特性
➢ 折射 • 低层大气不是均匀介质
移动通信
当一束电波通过大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，