05 无线电波传播理论及5G频谱

解决
均衡、RAKE技术
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Doppler频移
Doppler效应的例子：火车经过你的身边
移动通信中的Doppler频移
f1 f3
V：移动台速度 ：信号到达角度
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f2 V(km/h)
• 绕射损耗 T
• 地物损耗
损耗
T R
• 穿透损耗 R
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w2
ε 0μ 0
ε μ ε 0μ 0
E2
θ
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θ
WdBm XdBm
E1
穿透损耗=X-W=B dB
电磁波穿透墙体的反射和折射
穿透损耗
快衰落 慢衰落
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30
d (m)
分集技术
抗快衰落措施－分集技术
－显分集
• 空间分集 • 极化分集 • 频率分集：GSM--跳频，WCDMA--扩频技术 • 其它：方向性分集、场分集、发射分集
－隐分集
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• 隐分集即是利用信号处理技术将分集作用隐含在被传输信号之中， 如RAKE接收技术、信道交织、纠错编码等
绕射损耗
特点
电磁波在绕射点四处扩散 绕射波覆盖除障碍物外的所有方向 扩散损耗最为严重 计算公式复杂，随不同绕射常数变化
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穿透损耗
室内信号取决于建筑物的穿透损耗 室内窗口处与室内中部信号差别较大 建筑物材质对穿透损耗影响较大 电磁波的入射角对穿透损耗影响较大
d
w1 D
无线传播的理论基础
若接收天线有效接收面积为Ae (m2)，增益为Gr (dBi) ，则两者关系：
2 Ae 4 Gr
(m 2)
因此在距离d处接收到的功率为：
P Pfs A e
P tGt
4d
2
2Gr 4
2 (4d) 2 Pt Gt Gr (W)
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无线网络规划、设计的理论基础是传播损耗，自由空间传播损耗为：
空间某处只要有变化的磁场就能激发出涡旋电场，而变化的电场又能激发涡旋磁场。 交变的电场和磁场互相激发就形成了连续不断的电磁振荡即电磁波。 电磁波的速度只随介质的电和磁的性质而变化，电微波在真空中传播的速度，等于光在真空
中传播的速度。 光和电磁波在本质上是相同的，光是一定波长的电磁波。
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• 可看作时间分集
时延扩展
多径传播：不同路径的信号到达接收机的时间不同
当多径信号不能被接收机区分时就产生同信道干扰（CCI），对于 WCDMA系统，多径时延必须大于一个码片周期(0.26µs)才能被识别
典型值 (µs): Open < 0.2, Suburban = 0.5, Urban = 3
假设点源发射功率为Prad (W)，在距离d (m)处的单位面积功率（即Poynting矢量）为：
Pfs
P rad
4d 2
(W/m )2
对于实际天线，若辐射功率为Pt (W)，天线增益为Gt (dBi) ，则Poynting矢量为： www.huawei.com
Pfs
P tGt
4d 2
(W/m )2
10～1m
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分米波（UHF，超高频）
300～3000MHz
2
10～10cm
厘米波（SHF，特高频）
3～30GHz
10～1cm
毫米波（EHF，极高频）
30～300GHz
10～1mm
微波
亚毫米波（超极高频）
300～3000GHz
1～0.1mm
注：上表摘自 潘仲英所著《电磁波、天线与电波传播》。
振 子
电场
磁场
电场 电波传输方向
磁场
电场
电磁波的传播
池塘中的波纹：能量从源点向四周传播，并逐渐减弱 电磁波的传播与此类似，不同之处（当辐射源是各向同性的
理想点源时）：
在三维空间以球面波的形式传播 传播介质不同，空气、障碍Biblioteka Baidu、反射物
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无线传播的理论基础
在自由空间中，由点源发射的正弦波向各个方向辐射球面波，此时该点源称为各向同性辐射源
P
1
4
Lfs 10log(
Pt Gt Gr
) 20log( ) (dB)
Lfs 32.45 20log(dkm ) 20log(fMHz ) (dB)
其它传播模型都是以自由空间传播模型为理论基础发展起来的
无线传播的特点
陆地移动通信的电波传播机制
LOS和NLOS
实际环境的无线传播
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①建筑物反射波 ②绕射波 ③直射波 ④地面反射波
无线信道特征
无线信道随用户的位置和 时间而变化
Pr (dBm) -20
多径散射、阴影遮挡使得
接收功率发生剧烈变化
-40
慢衰落
-60
衰减：Pr正比于1/dn
阴影：障碍物遮挡
快衰落
10
20
多径效应
• 在很小的距离间隔和时间间隔上，信号强度快速变化 • 产生Doppler频移 • 产生时延扩展
无线电波理论及5G频谱
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提纲
无线电波频段 电磁波理论 5G频段
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电磁波谱
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无线电波波段划分
波段
频率范围
波长范围
极长波（EFL，极低频）
3～30Hz
54
10～10km
特长波（SLF，特低频）
30～300Hz
43
10～10km
超长波（ULF，超低频）
300～3000Hz
32
10～10km
甚长波（VLF，甚低频）
3～30kHz
2
10～10km
长波（LF，低频）
30～300kHz
10～1km
中波（MF，中频）
300～3000kHz
32
10～10m
短波（HF，高频）
3～30MHz
2
10～10m
超短波（VHF，甚高频）
30～300MHz
不同的频段内的频率具有不同的传播特性
无线电波波段用途
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提纲
无线电波频段 电磁波理论 5G频段
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无线电通信
利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的通信方 式称之为无线电通信（Wireless Communication）， 称之为无线通信。
利用无线通信可以传送电报、电话、传真、数据、图像 www.huawei.com 以及广播和电视节目等通信业务
无线电波的基本知识
无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中， 电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又 都垂直于传播方向
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电磁波的产生
根据Maxwell方程组：