移动通信的基本技术

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电波传播的估算
Walfish Ikegami模型由欧洲电信科学技术研究联合 会推荐, 其特点是从对众多城市的电波实测中得出的一种小 区域覆盖范围内的电波损耗模式。
不管是用哪一种模型来估算电波传播损耗, 只是基于理 论分析和实际测试结果的近似计算。由于移动通信的实际 环境千差万别, 因而很难用一种数学模型来精确地表征各种 不同地区的传播特性。随着移动通信的发展, 小区半径越来 越小, 小区传播环境的特殊性也越来越突出, 也就越难归纳 出统一的传播模型。
3) 绕射波：电波在传播过程中被尖利的边缘阻挡时, 会由阻挡表面产生二次 波, 二次波能够散布于空间, 甚至到达阻挡体的背面, 那些到达阻挡体背 面的电波就称为绕射波。 由于地球表面的弯曲性和地表物体的密集性, 使得绕射波在电波传播过程中起到了重要作用。
4) 散射波：电波在传播过程中遇到障碍物表面粗糙或者体积小但数目多时, 会在其表面发生散射, 形成散射波。 散射波可能散布于许多方向, 因而电 波的能量也被分散于多个方向。
所谓频率选择性衰落是指信号中各分量的衰落状况与 频率有关, 即传输信道对信号中不同频率成分有不同的、 随机的响应。由于信号中不同频率分量衰落不一致, 因 此衰落信号波形将产生失真。
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电波传播现象
所谓时延扩展是指由于电波传播存在多条不同的路径, 路 径长度不同, 且传输路径随移动台的运动而不断变化, 因而 可能导致发射端一个较窄的脉冲信s0(t)=a0δ(t)在到达接 收端时变成了由许多不同时延脉冲构成的一组信号。时延扩 展可直观地理解为在一串接受脉冲中, 最大传输时延和最小 传输时延的差值, 即最后一个可分辨的延时信号与第一个延 时信号到达时间的差值, 记为Δ,Δ就是脉冲展宽的时间。
Lbs=32.44+20lgd+20 lgf
式中, 传输距离d的单位为km, 电波频率f的单位为MHz，Lbs单位为dB。
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电波传播的估算
对移动环境中电波传播特性的研究, 可以采用两种方法: 理论分析方法 和实测分析方法。 理论分析方法通常用射线表示电磁波束的传播, 在确 定收发天线的高度、 位置和周围环境的具体特征后, 可根据直射、折射、 反射、散射、透射等波动现象, 用电磁波理论计算电波传播路径损耗及 有关信道参数。实测分析方法是在典型的传输环境中进行现场测试, 并 用计算机对大量实测数据进行统计分析。 这两种方法最终都要建立有普 遍适用性的数学模型, 以进行传播预测。 在实际工作中, 人们往往把二 者结合起来, 从而能够实现对电波传播特性更准确的估算。
第三讲 移动通信的基本技术（一）
主要内容
电波传播分析 编码和解码技术
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电波传播分析
电波传播方式
直 射波
反 射波
绕 射波 散 射波
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电波传播方式
1) 直射波：电波传播过程中没有遇到任何的障碍物, 直接到达接收端的电波, 称为直射波。直射波更多出现于理想的电波传播环境中。
2) 反射波：电波在传播过程中遇到比自身的波长大得多的物体时, 会在物体 表面发生反射, 形成反射波。 反射常发生于地表、 建筑物的墙壁表面等。
快衰落(也称短期衰落或多径衰落)指的是接收信号强度 随机变化较快, 具有几秒钟或几分钟的短衰落周期。快衰落 主要是由电波传播中的多径效应所引起的, 具有莱斯分布或 瑞利分布的统计特性。当发射机和接收机之间有视距路径 时一般服从莱斯分布, 无视距路径时一般服从瑞利分布。
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电波传播现象
路径损耗是上述现象的一个综合结果, 指的是信号从发射天线经无 线路径传播到接收天线时的功率损耗, 可以用发射天线的绝对功率电平 与接收天线的绝对功率电平之差值来表示。路径损耗的一个主要原因是 电波会随着距离而扩散, 从而使接收机的接收功率随着传输距离的增加 而减小; 路径损耗的另一个原因是地表以及地表上的各种障碍物的影响。 因而, 影响路径损耗的几点要素是: 传输距离、天线高度和频率间隙等。 例如, 发射机的功率电平是10 dB, 若路径损耗为50 dB, 则接收机的接 收功率电平是-40 dB。
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电波传播现象
发射台
阴影效应 多径衰落 路径损耗
穿透损耗
移动电台
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电波传播现象
移动通信电波传播最具特色的现象是多径衰落, 或称多 径效应。无线电波在传输过程中会受到地形、地物的 影响而产生反射、绕射、散射等, 从而使电波沿着各种 不同的路径传播, 这称为多径传播。由于多径传播使得 部分电波不能到达接收端, 而接收端接收到的信号也是 在幅度、相位、频率和到达时间上都不尽相同的多条 路径上信号的合成信号, 因而会产生信号的频率选择性 衰落和时延扩展等现象, 这些被称为多径衰落或多径效 应。
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电波传播现象
移动台接收信号的强度随移动台的运动产生随机变化(即 衰落), 这种变化的周期从几分之一秒至几小时不等。 因此 移动通信电波传播中的衰落又分为慢衰落和快衰落两种。
(也称长期衰落)指的是接收信号强度随机变化缓 慢, 具有十几分钟或几小时的长衰落周期。慢衰落主要是由 电波传播中的阴影效应以及能量扩散所引起的, 具有对数正 态分布的统计特性。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ型电波传播的分析
自由空间是指相对介电常数和导磁率为1的均匀介质所存在的空间, 该 空间具有各向同性、电导率为零的特点, 它是一种理想的传播环境。 电波 在自由空间传播时与在真空中传播一样, 只有直线传播的扩散损耗。
对于移动通信系统而言, 其自由空间路径损耗Lbs仅与传输距离d和电 波频率f有关, 而与收、发天线增益无关。可用下式来表示:
公式为
Lb＝69.55＋26.16 lgf-13.82lghb-α(hm)＋(44.9-6.55 lghb)lgd
其中, Lb为市区准平滑地形电波传播损耗中值(dB), f是工作频率(MHz), hb是 基站天线有效高度(m), hm是移动台天线有效高度(m), d为移动台与基站之间 的距离(km), α(hm)是移动台天线高度因子。
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电波传播的估算
常用的电波传播模型有Okumura Hata模型和WalfishIkegami。
Okumura Hata模型由国际无线电咨询委员会(CCIR)推荐, 其特点是
以准平坦地形城市市区环境作为基准, 对其他传播环境和地形条件等因素分
别以校正因子的形式进行修正。 Okumura Hata模型中值路径损耗经验