移动通信理论与实战第2章 无线电波传播与天馈系统.ppt

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1、第2章 无线电波传播与天馈系统,课程内容,无线电波的传播特性无线信道的损耗与效应信道传播模型天馈系统,移动无线信道,为什么研究无线信道的电波传播特性？无线信道与有线信道的根本区别决定了无线通信可能采用的无线传输技术关系到无线通信系统的通信能力和服务质量需要研究无线信道的哪些特性呢？在某个特定的频段和特定的环境下，电波传播和信号衰落的特点是什么？无线信号在空间中传播的过程中，功率上的路径损耗是多大？最终接收到的信号幅度、相位、多径分量的到达时间和功率分布是如何变化的？,移动无线信道,如何研究无线通信信道？理论分析：用数学模型描述；现场电波实测：实验测量、验证、校正；无线信道的研究成果会有哪些呢？

2、预测传播模型 无线网络规划与设计；信道仿真传输技术及网络性能优化的研究和开发,无线电波的传播方式,由于高大建筑物或远处高山等阻挡物的存在，电磁波传播路径可分为直射传播和非直射传播 直射波,f L，则Gt、Gr可以补偿这些损耗；,移动无线信道,多径反射波：指从不同建筑物或其他物体反射后到达接收点的传播信号，其信号强度次之。透射波（折射波）：当电磁波到达两种不同介质界面时，部分能量透射到第二种介质中（即透射波或折射波）。,绕射波：从较大的山丘或建筑物绕射后到达接收点的传播信号，其强度与反射波相当。散射波：由空气中离子受激后二次发射所引起的慢反射后到达接收点的传播信号，其信号强度最弱。,无线信道中的

3、电磁波就是上述信号的叠加。一般来说，直射信号最强，反射、透射信号次之，绕射信号再次之，散射信号最弱。,课程内容,无线电波的传播特性无线信道的损耗与效应信道传播模型天馈系统,多径效应,接收端接收到的信号是来自直射、反射、折射、绕射、散射等多条不同路径传播过来的信号的矢量之和。一般来说，直射信号最强，反射、透射信号次之，绕射信号再次之，散射信号最弱。,多径效应,两径传播的叠加（加强和减弱）,解决方案：时域均衡、OFDM、Rake接收,由于多径现象引起的干扰称为多径干扰或多径效应，产生的衰落称为多径衰落。,阴影效应,由移动无线通信信道传播环境中的地形起伏、建筑物及其它障碍物对电波路径的阻挡而形成的接

4、收区域的半盲区/盲区,补盲室内分布系统,远近效应,用户设备和基站间距离不同，则信号就具有不同的衰耗。若用户以同一功率发射，则距离基站远的用户设备信号很容易“淹没”在其它用户设备信号中；远近效应极易导致边缘小区的掉话！,克服远近效应功率控制！,多普勒效应,由于移动台的高速移动而产生的传播信号频率的扩散，称为多普勒效应多普勒频移：,若载波频率为2100MHz，移动终端以30km/h的速度运动时，其最大多普勒频移是多少？,在多径信道中，一个单频信号f扩展为ffd，导致频谱扩展，影响接收机的误码性能；解决：信道估计&补偿；,三种损耗,路径传播损耗（衰耗）电磁波在宏观大范围（即公里级）空间传播所产生的损

5、耗，它反映了传播在空间距离的接收信号电平的变化趋势。大尺度衰落损耗由于在电波传播路径上受到建筑物及山丘等阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗。它反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗。一般遵从对数正态分布。小尺度衰落损耗主要是由于多径传播而产生的衰落。它反映微观小范围内数十波长量级接收电平的均值变化而产生的损耗。一般遵从瑞利或莱斯分布，其变化率比慢衰耗快所以称为小尺度衰落。,小尺度衰落&大尺度衰落,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,课程内容,无线电波的传播特性无线信道的损耗与效应信道传播模型天馈系统,路径

6、损耗的经验模型,无线信道存在着随机性，工程实践中大量使用统计模型，统计模型一般只需知道地理环境的统计数据和信息，由大量实验测试数据拟合出经验公式或半经验半理论公式，也可以是经验曲线。根据统计模型预测的结果在实际应用中必须进行修正。室外：Okumura模型Hata模型COST231模型(COST 231-Walfisch/Ikegami模型)ITU传播模型室内：ITU-R室内传输模型Keenan-Motley模型,路径损耗的经验模型,课程内容,无线电波的传播特性无线信道的损耗与效应信道传播模型天馈系统,复习：什么是天线？,用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。,天线组成,通信系统天线一般由振子、

7、馈电网络、外罩这三部分组成。振子向空间发射电磁波；馈电网络连接收发信机与天线振子，实现能量的分配；外罩用来保护天线内部器件，兼有一定的美化作用；,天线参数解析,在板状定向天线的参数里有垂直波束宽度：7度 水平波束宽度：90度 定义为:在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。,90,3dB 水平波束宽度,Peak-3dB,7,Peak-3dB,3dB 垂直波束宽度,天线参数方向图&波瓣宽度,天线参数解析,天线参数方向图&前后比,天线参数解析,前后抑制

8、比天线方向图中，前后瓣最大值之比称为前后比。,选用前后比低的天线，天线的后瓣有可能产生越区覆盖，导致切换关系混乱，产生掉话。移动通信系统对天线的前后比有一定要求，其典型值为1830dB，特殊情况下则要求达到3540dB。,天线增益的定义：天线增益是指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力,一般把天线的最大辐射方向上的场强E与理想多向同性天线（理想点源）均匀辐射场强E相比，以功率密度增强的倍数定义为增益。增益越高，天线波束的范围就越小。增益单位：dBi室内微蜂窝：08dBi室外基站：全向天线9dBi，定向天线18dBi,切记：天线本身不增加所辐射信号的能量，它只是通过天线振子的组合并改变其馈

9、电方式把能量集中到某一个方向。,天线基础知识天线增益,天线性能指标,关于dB,天线功率增益单位dBi&dBddBi参考基准是全向天线；dBd参考基准是偶极子dBi=2.15+dBd功率比值dB&dBm&dBWdB：功率相对比值：10log(甲功率/乙功率)dBm：功率绝对比值：10log(甲功率/1mW)dBW：功率绝对比值：10log(甲功率/1W),天线基础知识倾角,天线的倾角是指电波的倾角，是无线系统中用于将天线方向图的主瓣调低于水平面的一种手段，常用于增强主服务区信号电平，减小对其它小区干扰的手段。,天线参数解析,机械下倾；电调下倾；,天线基础知识倾角类型,天线参数解析,覆盖正前方出现

10、明显凹坑，引起天线正前方覆盖不足且对两边基站的干扰加剧,无下倾各单元相位一样,电下倾各单元 有线性相位差可调移相器,天线基础知识倾角调整,机械调整天线指的是通过调整夹具的方法实现下倾角度的调整；电调天线调整指的是通过拉杆的调节控制天线内置的调节装置调整天线下倾角度；,机械调整,电调,天线参数解析,天线基础知识输入阻抗&天馈匹配,天线参数解析,输入阻抗输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。与天线的结构与工作波长有关。通常移动通信天线的输入阻抗为50，可以方便的和50的同轴电缆进行匹配。天馈匹配,朝前：10W,反射：0.5W,50,80,9.5W,回波损耗；驻波比；,天线基础知识工作频段,

11、天线的工作频段有两种不同的定义：在驻波比VSWR1.5的条件下，天线的工作频带宽度；天线增益下降3dB范围内的频带宽度；,工作在中心频率时，天线所能传输的功率最大，而偏离中心频率时，它所输送的功率将减小。即在工作频带宽度内的各个频点上，天线的性能是有所差异的，但这种差异造成的性能下降是可以接受的。,天线基础知识极化方式,天线辐射时电磁波的电场矢量所指向的方向。当电场强度方向垂直于地面时，此电波为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波为水平极化波；,垂直极化波,水平极化波,发射方和接收方的极化方式必须一致，即垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，才会有好的接收效果。如果极化方式不一

12、致，则会有1020dB的损失，称为极化损失。当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，天线就完全收不到来波的能量，此时极化损失最大，称为极化完全隔离。,工程天线双极化天线,双极化天线是由极化彼此正交的两根天线封装在同一天线罩中组成的，采用双线极化天线，可以大大减少天线数目，简化天线工程安装，降低成本，减少了天线占地空间。在双极化天线中，通常使用+45和-45正交双线极化。,郊区、农村使用,城区，高楼遮档多,单极化天线多采用垂直线极化双极化天线多采用45双线极化,天线参数解析,工程天线双极化天线,工程天线定向/全向天线,定向天线水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性；垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大；,水平面方向图,垂直面方向图,工程天线定向/全向天线,全向天线在水平方向图上表现为360都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性；在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大；,水平面方向图,垂直面方向图,工程天线,馈线系统,