无线信道的传输模型解读

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自由空间传播（1）
◆什么叫自由空间？无任何衰减、无
任何阻挡、无任何多径的传播空间。
◆无线电波在自由空间传播时，其单位
面积中的能量会因为扩散而减少。这 种减少，称为自由空间的传播损耗。 如图所示，发射功率为PT，发射天线 为各向均匀辐射，则以发射源为中心， d为半径的球面上单位面积的功率为： S ＝ PT / 4 d2
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自由空间传播 陆地传播机制
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◆移动环境下的信道分析
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移动无线传播环境概述 ■小尺度多径衰落模型
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大尺度路径损耗模型

◆有线信道：平稳，可预测； ◆无线信道：极为随机，难于分析，难于模拟；非 视距、多径、运动，造成衰落。 ◆传播机制：反射、绕射和散射； 例，城市中多径，无直视路径。 ◆传播模型的重点：预测在距离发射机的给定距离 上平均接收的信号强度以及信号强度的变化
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实际空间传播
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移动通信环境---场强测试曲线
Cellular station
Cn
n V
Radio Building Tower
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复杂的移动通信信道

◆首先，传播环境十分复杂，传播机理多种 多样。几乎包括了电波传播的所有过程，如：直 射、绕射、反射、散射。 ◆其次，由于用户台的移动性，传播参数随 时变化，引起接收场强的快速波动。 ◆移动信道是一种是时变信道。
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小尺度模型
定义： 描述短距离或短时间内接收信号强度快速变 化的。 模型代表： AGWN模型、Raleigh 时变信道模型、伦琴衰 落模型
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规划综合考虑

在规划中一般只考虑大尺度衰落，关心的是 接收点信号场强的平均值，因此只用到大尺 度传播模型，而小尺度衰落一般用在理论研 究中，用于传输技术的选择和数字接收机的 设计，在规划中一般不予考虑。
(W )
自由空间传播(3)

令： Pr / PT = LS， 其中LS 定义为自由空 间传播损耗,


忽略天线增益的影响（理想点天线) 则： LS = (4 d / )2 = (4 f d / c )2 以分贝数表示为：
Lfs 32.44 20lg d (km) 20lg f ( MHz) (dB)
波的遮挡引起的随机性，表现为慢衰落 多径效应：由移动体周围的局部散射体引起的 多径传播，表现为快衰落 多普勒效应：由于移动体的运动速度和方向引 起,多径条件下，引起多普勒频谱展宽 远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动 用户与基站之间的距离也是在随机变化，若各 移动用户发射信号功率一样，那么到达基站时 信号的强弱将不同，离基站近者信号强，离基 站远者信号弱。通信系统中的非线性将进一步 加重信号强弱的不平衡性，甚至出现了以强压 弱的现象，即使离基站较远的用户产生掉话(通 2018/12/3 信中断)现象，通常称这一现象为远近效应。

阴影效应：由大型建筑物和其它物体的阻挡， 在电波传播的接收区域中产生传播半盲区。 它类似于太阳光受阻挡后可产生的阴影，光 波的波长较短，因此阴影可见，电磁波波长 较长，阴影不可见，但是接收终端(如手机)与 专用仪表可以测试出来。
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d PT
自由空间传播(2)
◆由于天线有方向性（设发射天线增益为GT）,则接收点 的电波功率密度
P T S GT 2 4d (W m 2 )
◆设接收天线的有效接收面积为 AR ，则
2 AR GR 4
(m 2 )
其中Gr为接收天线增益， 为自由空间波长 ◆接收天线处的功率为: 2 PR ( ) P T GT GR 4d 2018/12/3
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传播路径
◆直射波---视距传播 ◆反射波 ◆地表面波
发射天线 直射波 反射波 接收天线
地表面波
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反射（Reflection）

当电磁波遇到比波长大得多的物体时， 发生反射。反射发生在地球表面、建筑 物和墙壁表面
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信道的传输模型
信道模型的分类
信道的传播模型可以分为：

大尺度传播模型和小尺度衰落。
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大尺度传播模型
定义： 描述了长距离内接收信号的强度的缓慢变化， 这些变化是由发射天线和接收天线之间传播 路径上的障碍物遮挡造成的。 主要的模型代表有： Lee 模型、Okumura-Hata模型、COST231Hata模型、Walfisch-Ikegami模型(WIM)、室 内传播模型




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在上述移动信道的三个主要特点以及传
播的三种主要机制作用下，无线电波通过 移动信道时,接收点的信号将产生：
1、三类损耗
2、四种效应
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1. 三类不同层次的损耗
路径传播损耗：自由空间传播损耗 （ Path loss）与弥散； 慢衰落损耗：主要由阴影效应引起； 快衰落：主要由多径效应和多普勒效 应引起。 快衰落又可分为：空间选择性快 衰落、频率选择性快衰落与时间选择性 快衰落。
绕射（Diffraction）

当发射机和接收机之间的传播路由 被尖锐的边缘阻挡时，发生绕射.
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散射（Scattering）

当电磁波的传播路由上存在小于波长的 物体、并且单位体积内这种障碍物体的数目 非常巨大时，发生散射。散射发生在粗糙表 面、小物体或其它不规则物体，如：树叶、 街道标志和灯柱等.



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接收信号的统计分析
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移动环境的场强特性
移动通信环境下场强变化剧烈
场强变化的平均值随距离增加而衰减
场强特性曲线的中值呈慢速变化---慢衰
落
场强特性曲线的瞬时值呈快速变化 ---快
衰落
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2.接收信号中的四种效应
阴影效应：由地形结构起伏，不同障碍物对电
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为什么要研究无线信道? 无线通信系统的性能主要受到移动无线信道的制约, 移动无线信道具有多样性,同一无线空中接口在不同 的移动无线信道中的性能大不相同. 如何描述移动无线信道? 采用理论分析,场强实测统计和计算机模拟三种方法 .
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内容提要


◆无线电波传播特性分析