移動(dòng)無(wú)線信道

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1、第三章移動(dòng)無(wú)線信道概述研究信道模型的意義無(wú)線通信系統(tǒng)的性能主要受到移動(dòng)無(wú)線信道的制約。無(wú)線信道的傳播模型（以波長(zhǎng)或時(shí)間作為參考值）l大尺度傳播模型：描述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間長(zhǎng)距離（幾百米或幾千米）上的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)變化。l小尺度傳播模型：描述短距離（幾個(gè)波長(zhǎng)）或短時(shí)間（幾秒）內(nèi)接收?qǐng)鰪?qiáng)的快速波動(dòng)。大尺度效應(yīng):包括視距路徑損耗/繞射、陰影和雨或植被造成的衰落等效應(yīng)。用來(lái)預(yù)測(cè)無(wú)線覆蓋范圍。小尺度效應(yīng):短距離（幾個(gè)波長(zhǎng)以內(nèi)）或短時(shí)間（秒量級(jí)）內(nèi)接收信號(hào)強(qiáng)度經(jīng)歷的劇烈變化。產(chǎn)生原因:無(wú)線信號(hào)的多徑傳播，用于傳輸技術(shù)的選擇和接收機(jī)的設(shè)計(jì)?？臻g傳播損耗:Pathloss(大尺度)陰影效應(yīng):

2、由地形結(jié)構(gòu)引起，表現(xiàn)為大尺度衰落。多徑效應(yīng):由移動(dòng)體周?chē)木植可⑸潴w引起多徑傳播，表現(xiàn)為小尺度衰落。大尺度路徑損耗1．傳播方式直射波：視距傳輸（LOS）反射：遇到比波長(zhǎng)大得多的物體時(shí)發(fā)生反射主要考慮地面的反射，會(huì)對(duì)直射波產(chǎn)生一定的干擾;繞射：遇到尖銳的障礙物阻擋時(shí)發(fā)生繞射;散射：遇到粗糙表面小物體或其他不規(guī)則物體時(shí)，在所有的方向散射能量，如樹(shù)葉、路燈桿。2．自由空間的傳播模型條件：理想的均勻介質(zhì)；無(wú)阻擋、反射、折射、繞射，無(wú)吸收。由于電磁波能量的擴(kuò)散，距離增加時(shí)，能量仍然會(huì)衰減。直射波可近似按此模型進(jìn)行計(jì)算。自由空間中距發(fā)射機(jī)d處天線的接收功率（Friis公式）：其中：

3、Pt為發(fā)射功率；Pr(d)為接收功率，是T-R距離的函數(shù)；Gt是發(fā)射天線增益；Gr是接收天線增益；d是T-R間距離（m）；L是系統(tǒng)損耗因子（L>=1）；λ為波長(zhǎng)（m）。天線增益與天線的有效截面Ae相關(guān)，即：有效截面Ae與天線的物理尺寸相關(guān)。λ與載頻相關(guān)：路徑損耗：有效發(fā)射功率和接收功率之間的差值，表示信號(hào)衰減。PL(dB)=10log(Pt/Pr)Friis自由空間模型僅當(dāng)d處于發(fā)射天線無(wú)場(chǎng)區(qū)域時(shí)適用。天線的遠(yuǎn)場(chǎng)：超過(guò)遠(yuǎn)場(chǎng)距離df的地區(qū)。其中遠(yuǎn)場(chǎng)距離：。其中，D為天線的最大尺寸，并且要求：df>>D和df>>λ取d0為參考距離（d0>=df），由當(dāng)d>d0時(shí)，自由空間的

4、接收功率為：由于接收電平的動(dòng)態(tài)范圍非常大（幾個(gè)數(shù)量級(jí)），經(jīng)常以dBm或dBW為單位來(lái)表示接收電平。Pr(d0)的單位為W。參考距離d0在室內(nèi)環(huán)境的典型值取為1m，室外環(huán)境取為100m或者1000m。例4.1求解最大尺寸為1m，工作頻率為900MHz的天線的遠(yuǎn)場(chǎng)距離。例4.2如果發(fā)射機(jī)發(fā)射50W的功率，將其換算成（a）dBm（b）dBW。如果該發(fā)射機(jī)為單位增益天線，并且載頻為900MHz，（c）求在自由空間中距天線100m接收功率為多少dBm。（d）10km處為多少？設(shè)接收天線為單位增益。3．功率、電壓、場(chǎng)強(qiáng)接收機(jī)輸入電壓的定義：Us－天線的感應(yīng)電勢(shì)Rs－天線的等效內(nèi)阻R

5、i－接收機(jī)的阻抗顯然，U≠Us為了使接收機(jī)獲得最大功率à此時(shí)，接收機(jī)電壓和功率的一般表示：電壓：dBμV－以1μV為基準(zhǔn)；功率：dBm－以1mW為基準(zhǔn)。若Us仍以V為單位，則：[Us]=20lgUs+120(dBμV)[P]=10lg(Us2/4R)+30(dBm)接收?qǐng)鰪?qiáng)與接收電壓的關(guān)系：1.線天線接收?qǐng)鰪?qiáng)的計(jì)算：接收?qǐng)鰪?qiáng)E是指有效長(zhǎng)度為1m的天線所感應(yīng)的電壓值，則長(zhǎng)度為L(zhǎng)的線天線的感應(yīng)電壓為：E×L。2.其它天線則通常求其有效長(zhǎng)度（等效為線天線的長(zhǎng)度）例如：半波振子天線有效長(zhǎng)度＝矩形的寬帶可求得：有效長(zhǎng)度＝λ/π故感應(yīng)電壓Us＝E×λ/π（結(jié)論）自由空間中，接收功率

6、與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系：4．地面反射模型反射波反射的條件：當(dāng)電波傳播中遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面時(shí)，如果界面的尺寸遠(yuǎn)大于電波的波長(zhǎng)時(shí)，產(chǎn)生反射。反射的表現(xiàn)：反射角＝入射角地面反射（雙線）模型反射波與直射波的路徑差：雙線反射模型通常：所以：；對(duì)應(yīng)的相位差：。因此，接收的合成場(chǎng)強(qiáng)：R=-1；則可見(jiàn)，處的接收功率：即：考慮到地面反射后，陸地傳播損耗時(shí)距離的4次方。注：該公式僅適用于遠(yuǎn)距離時(shí)的傳播損耗計(jì)算5．繞射繞射定義：發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間存在障礙（無(wú)法直線傳輸），電波傳播到障礙物之后的現(xiàn)象。原理（惠更斯原理）：波前上所有的點(diǎn)都可作為產(chǎn)生次級(jí)波的點(diǎn)源，這些次級(jí)波合起來(lái)形成傳播方向上新的波

7、前，繞射由次級(jí)波進(jìn)入陰影區(qū)域而形成。當(dāng)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間有障礙物時(shí)，某些次級(jí)波被障礙物阻擋，產(chǎn)生附加損耗——繞射損耗。6．散射在實(shí)際移動(dòng)無(wú)線環(huán)境中，接收信號(hào)比單獨(dú)繞射和反射模型預(yù)測(cè)的要強(qiáng)，這是因?yàn)樵趯?shí)際環(huán)境中，當(dāng)電波遇到粗糙表面時(shí)，反射能量由于散射而散布于所有方向，給接收機(jī)提供了額外的能量。7．路徑損耗模型及實(shí)際鏈路的預(yù)算設(shè)計(jì)前面介紹的幾種傳播模型（自由空間傳播模型、地面反射雙線模型、繞射模型、散射模型）都是理想化的模型。實(shí)際應(yīng)用環(huán)境非常復(fù)雜。實(shí)際應(yīng)用的模型大多都是通過(guò)理論分析和實(shí)際測(cè)試相結(jié)合來(lái)獲得。理論分析——針對(duì)應(yīng)用環(huán)境，找出主要的影