移动通信-第4讲-移动信道2

基站天线 1
2
图 3-14 多径时散示例
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3 4
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(4) 多径时散
t = t0
（a）
t1 t1+τ11 t1+τ12
t=t0+α
（b）
t2
t2+τ22 t2+τ23
t2+τ21
t=t0+β
t3
（c）
t3+τ34
图 3-15 时变多径信道响应示例
(a) N=3; (b) N=4; (c) N=5
(3) 多普勒效应
多普勒频移使接收频率变为： fR= f0+ fi 若移动台 入射波方向， 则 fi 为正，fR 若移动台 入射波方向，则 fi 为负， fR
信号经不同方向传播，多径分量造成接收信号多普勒扩散， 因而造成频率调制。
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(4) 多径时散：多径效应在时域上造成信号时间扩散的现象 。
从频域的观点来看：多径时散将导致频率选择性衰落，即信 道对不同频率有不同的频率响应。这是因为信号带宽大于信 道带宽。
多径时间延迟引起的频率选择性衰落导致符号间干扰，造成 移动系统不可减少的误码率。
这一点要搞清楚
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3.2.4 慢衰落特性和衰落储备
慢衰落（长期衰落）：当信号电平发生快衰落的同时，其局 部中值电平还随地点、时间以及移动台速度作比较平缓的变化， 其衰落周期以秒级计，称为慢衰落或长期衰落。
3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(3) 多普勒效应
多普勒频移：由图看出由路程差造成的接收信号相位变化为：
2l 2vt cos 由此可得出频率变化值 , 即多普勒频移：
i
fi
与移动台速度
fi
v
,及2运1动 方t向与v入射co波s夹i 角
θi
有关。
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
衰落速率：每秒钟信号包络经过中值电平次数的一半。
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(1) 小尺度衰落（快衰落）
d2
hb
d
¦È
d1
¦È
图 3-6 移动信道的传播路径
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hm 2020/4/4
3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(2) 快衰落的三个主要效应表现
经过短距离或短时间传播的信号幅度急速变化； 不同多径信号存在时变多普勒（Doppler）引 起的随机频率
调制； 多径传播时延引起的时延扩展。
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3.2.3 小尺度衰落（快衰落）
(3) 多普勒效应
移动台以速率 v 在长度为 d 的路径上运动，信号电波从源 S 出发，在 x 点和 y 点分别被移动台接收时的路径差为：
Δl=dcosθ= vΔtcosθ
S
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l
x vd
y
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❖ 分析：了解各因素的影响，以自由空间传播为基础； ❖ 统计：大量实验，各种地形、地物下传播损耗、频率、天 线高度之间的关系； ❖ 修正
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3.3 陆地移动信道的场强估算
3.3.1 接收机输入电压、功率与场强的关系 3.3.2 地形、地物分类 3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中值 3.3.4 不规则地形上传播损耗的中值 3.3.5 任意地形地区的传播损耗中值
市区：有较密集的建筑物和高层楼房。
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中 值
(1) 市区传播损耗中值
基准中值 (基本中值)： 中等起伏地上市区的损 耗中值或场强中值。
测试条件： 基站天线高度 hb=200m 移动台天线高度 hm=3m
图 3-23 中等起伏地上市 区基本损耗中值
慢衰落产生的原因：由于移动台的不断运动，电波传播路径上的地形、 地物是不断变化的，因而局部中值也是变化的。这种变化造成的衰落比 多经效应引起的快衰落要慢的多，所以称作慢衰落。
慢衰落特性：近似服从对数正态分布。
对数正态分布：以分贝数表示的信号电平为正态分布。
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3.2.4 慢衰落特性和衰落储备
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第三章 移动信道中的电波传播与分集接收
3.1 无线电波传播 3.2 移动信道特征 3.3 陆地移动信道的场强估算 3.4 其它移动信道的传输特点 3.5 分集接收ຫໍສະໝຸດ 第3页2020/4/4
3.2 移动信道特征
3.2.1 传播路径与信号衰落 3.2.2 多径效应与瑞利衰落 3.2.3 慢衰落特性和衰落储备 3.2.4 多径时散与相关带宽
可通率T：代表通信的可靠性 .
可通率与中断率R的关系：
T=1－R
衰落储备：为防止因衰落引起
的通信中断，在信道设计中必
须使信号的电平留有足够的余
量，以使中断率 R 小于规定
的指标，这种电平余量称为衰
落储备。
图 3.13 衰落储备量
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3.3 陆地移动信道的传输损耗
移动信道电波传播条件十分恶劣 计算场强的方法：分析和统计相结合
(2) 郊区和开阔地损耗的中值
开阔地修正因子Ko： 开阔地场强中值与基 准场强中值之差。
准开阔地修正因子Kr： 准开阔地场强中值与基 准场强中值之差。
移
环境条件有关。例如大城市和中小城市的差别。
动
信
道
的
场
强
估
算
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中 值
(1) 市区传播损耗中值
影响市区场强中值的 其它因素：街道走向
（相对于电波传播方向 ）。纵向路线（与电波 传播方向平行）明显小 于横向路线（与传播方 向垂直）的损耗中值。
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3.2.2 多径效应与瑞利衰落
图 3.9 瑞利分布的概率密度
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3.2.2 多径效应与瑞利衰落
包络 r 的中值：
1
rmid
2
p(r)dr
0
得到 r 的中值：rmedian=1.177σ
而 r 的平均值： rmean=1.532σ
power
因此，瑞利衰落信号的平均
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中 值
(1) 市区传播损耗中值
基站天线增益 因子 Hb(hb,d)： hb>200m时， Hb(hb,d)>0dB hb<200m时， Hb(hb,d)<0dB
图 3.24 天线高度增益因子
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中 值
值与中值仅相差0.55dB。
这一点要搞明白
short term fading
long term fading
t
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3.2.2 多径效应与瑞利衰落
上述分析和大量实测表明：多径效应使接收信号包络变化接 近瑞利分布。在典型移动信道中：
衰落深度达30dB 左右； 衰落速率约30-40次/秒。
(1) 市区传播损耗中值
移动台天线增益 因子 Hm(hm,f)： hm>3m时， Hm(hm,f)>0 dB hm<3m时， Hm(hm,f)<0 dB
图 3-24 天线高度增益因子
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中 值
3.3 (1) 市区传播损耗中值
陆
地 影响移动台天线增益的其它因素：高度>5m时，Hm(hm,f)还与
离不到15km）
hb = hts － hga
移动台的有效高度hm：天线在当地地面上的高度。
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3.3.2 地形、地物分类
(2) 地物（地区）分类
开阔地：在电波传播的路径上无高大树木、建筑物等障碍物， 呈开阔状地面，如农田、 荒野、广场、沙漠和戈壁滩等；
郊区：在靠近移动台近处有些障碍物但不稠密，例如，有少 量的低层房屋或小树林等；
Kal—纵向路线修正值 Kac—横向路线修正值
图 3-25 街道走向修正曲线
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中 值
(2) 郊区和开阔地损耗的中值
郊区修正因子 Kmr： 郊区场强中值与基准 场强中值之差。
图 3-26 郊区修正因子
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3.3.3 中等起伏地形上传播损耗的中 值
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3.3.1 接收机输入电压、功率与场强的关系
(1) 接收机输入电压
天线上感应的信号电势Us = 接收机的输入电压；？ 接收机输入端的端电压U；
Us = 2U 以分贝计的电压和功率
电压以1μV作基准： [Us]=20lg Us +120 (dBμV)
功率以1mW作基准：
Us
E
E— V / m， — m，Us 8V
U
s
E
20
lg
(dBV )
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3.3.2 地形、地物分类
(1) 地形的分类
中等起伏地形（传播基准）：在传播路径的地形剖面图上， 地面起伏高度不超过20m，且起伏缓慢，峰点与谷点之间的 水平距离大于起伏高度。
不规则地形：丘陵、孤立山岳、斜坡和水陆混合地形等。