1、會計學(xué)1移動無線電傳播大尺路徑損耗移動無線電傳播大尺路徑損耗第1頁/共135頁天線天線天線天線無線發(fā)無線發(fā)無線收無線收直射直射反射反射散射散射繞射繞射地面地面散射體散射體移動移動障礙物障礙物干擾干擾熱噪聲熱噪聲第2頁/共135頁第3頁/共135頁4.1 無線電傳播介紹第4頁/共135頁對于A，預(yù)測平均場強并用于估計無線覆蓋范圍的傳播模型，由于它們描述的是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間長距離（百米-千米）上的信號場強變化，稱為大尺度傳播模型。對于B，通常描述短距離（波長）或短時間（ms-s）內(nèi)接收信號場強的快速波動。這種模型稱為小尺度衰落模型。第5頁/共135頁小尺度衰落：小尺度衰落： 變化范圍：變化范圍：

2、 3040dB 速率：速率： 40次次/s左左右右大尺度衰落：大尺度衰落： 信號的局部中信號的局部中值。值。第6頁/共135頁作用：用于預(yù)測接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間完全無 阻擋的視距路徑時接收信號的場強； 實例：衛(wèi)星通信系統(tǒng)、微波視距無線鏈路等。 預(yù)測公式（Friis 公式）：4.2 自由空間傳播模型第7頁/共135頁第8頁/共135頁例題1：假設(shè)基站發(fā)送信號到移動臺的場景。已知基站處天線增益為10dB, 發(fā)射功率為10W, 移動臺接收天線增益為3dB, 傳輸距離為10km, 工作頻率為900MHz。求自由空間傳播下的接收信號功率。第9頁/共135頁路徑損耗：表示信號衰減，定義為有效發(fā)射功率和接收功

3、率的差，單位為dB(正值) -Friis自由空間模型有無適用條件？22(4)()10log10log,()()()() 20log(*) 32.44trtrrttrMHzkmPdLPL dBPGGP dBmP dBmG dBG dBfd或者第10頁/共135頁22,fDdD為天線的最大物理尺寸；ffdDd和第11頁/共135頁00dd（位于遠(yuǎn)場）2000( )(),rrfdP dP ddddd 00dBm10log20log0.001WrrP ddP dd第12頁/共135頁01md 01001000md 第13頁/共135頁第14頁/共135頁第15頁/共135頁第16頁/共135頁第17頁

4、/共135頁第18頁/共135頁第19頁/共135頁第20頁/共135頁第21頁/共135頁0)/(exp4sin)/(exp2sin)/(exp12cos20302220030200rcccccrHHEwithcdtjwdcdjwcLiHcdtjwdjwcdcdjwcLiEcdtjwdjwcdcLiE1/d 表示輻射場成分1/d2 表示感應(yīng)場成分1/d3 表示靜電場成分在遠(yuǎn)場區(qū)，靜電場和感應(yīng)場可忽略不計，只考慮輻射場元素第22頁/共135頁222222(/)44377ttdfsPGEIRPEEEPWmddR222222()120(4 )480rttrrdeeE GPGGEPP AAWd第23

5、頁/共135頁22UsRiRsRiPUsRiRsRiU，2/ 2/ 4RiRiRsUUsPUsR在上式中對求導(dǎo)，可得時輸出功率最大，此功率匹配所謂，這時:， 第24頁/共135頁 antantantantantrRVRVRVdP4)2/(222第25頁/共135頁例例 4 4.3.3 假設(shè)接收機(jī)距離50W的發(fā)射機(jī)有10km，載頻為900MHz且在自由空間傳播，Gt=1和Gr=2，求(a)接收機(jī)功率；(b)接收天線電場幅度；(c)假定接收天線具有50理想阻抗并和接收機(jī)匹配，則接收機(jī)的輸入電壓是多少？解解: : 已知 發(fā)送功率 Pt=50W; 載波頻率 fc=900MHz; 發(fā)送天線增益 Gt=1

6、; 接收天線增益 Gr=2; 接收天線阻抗 =50 第26頁/共135頁1021201207 101200.0039/ 42/(9 4 )rrrerPPEVmAG107 10500.187antrantVPRmV(c) 使用式 (4.16) ，接收機(jī)輸入處的均方根電壓為(b) 使用式 (4.15) , 接收電場幅度為dBmdBWdGGPPrttr5 .615 .9110000)4()3/1 (2150log10)4(log10222222(a) 使用式 (4. 5) , d=10km處的接收功率為第27頁/共135頁第28頁/共135頁第29頁/共135頁第30頁/共135頁111,222,第

7、31頁/共135頁第32頁/共135頁0r 1208.85 10/F m0rj 2f 第33頁/共135頁2121sinsinsinsintiritiEE 2121sinsinsinsinitriitEE /iiiiii其中為第 種(i=1,2)介質(zhì)的固有阻抗，和為介電常數(shù)和透射率。第34頁/共135頁1 122sin(90)sin(90)1itirritiEEEE 第35頁/共135頁2/2sincossincosriririririEE 22sincossincosiririiriEE 21/rri0i/1,1 21第36頁/共135頁第37頁/共135頁21sin1rBrr角/0 B11

8、2sinB第38頁/共135頁riEE riEE第39頁/共135頁p 自由空間模型的局限性自由空間模型的局限性：在移動無線信道中，MS和BS之間很少存在單一LOS傳播，所以只考慮了直射波的自由空間模型在很多情況下不準(zhǔn)確。p 地面反射雙線模型地面反射雙線模型：直達(dá)徑+地面反射路徑p 該模型以幾何光學(xué)為基礎(chǔ)，考慮了直射、反射路徑。并且認(rèn)為地面發(fā)生全反射，相差180，反射系數(shù) 。1 第40頁/共135頁第41頁/共135頁00,coscddE d tEtdccdd ,LOSEE d t,gEE dt EEEgLOStot第42頁/共135頁222222()() 1 ()1 () trtrtrtrd

9、ddhhdhhdhhhhddd221,112222trtrdhhdtthhddddcfc 通常：；引起的相位差和時延：第43頁/共135頁000000E dE dE dddd00000000,coscoscoscos2 sinsin22TOTLOSgccccccEd tEEE dE dddttdcdcE dddttdccE dddddtdcc1 第44頁/共135頁0000,2sin2sin22TOTcE dE dddEd tdcdcddc2trhhddd00000022224222TOTctrtrE dddEdcE dhhd hhEddd第45頁/共135頁24ttdPGd P2120dEP

10、 2230ttE dPG 222480rrE GP dtotE 2222222200002244448030trrtrtrrrttrEdE d hhG h hh hGP dPGGddd第46頁/共135頁第47頁/共135頁第48頁/共135頁解：已知： T-R距離 = 5km； 1 km處場強 = 10-3V/m； 工作頻率 f = 900MHz， =c/f=3x108/(900 x106)=0.333m(a)天線長度 L= /4=0.333/4=0.0833m=8.33cm 天線有效孔徑 Ae=G* 2/2=0.016m2.第49頁/共135頁trhhd 003333622( )2 101

11、 10250 1.55 100.333(5 10 )113.1 10/rtrE dh hE dddVm 262213( )(113.1 10 )1.8(0.333)( )12037745.4 10122.6892.68rreE dP dAWdBW ordBm (b) 由于 , 場強為： 使用式（4.15）得到距離d處的接收功率：第50頁/共135頁前。場強等于障礙物附近的所有次波源電磁場向量和。4.7 4.7 繞射繞射 ( (衍射衍射) )第51頁/共135頁第52頁/共135頁第53頁/共135頁第54頁/共135頁21212222ddhd d2121221222121212222212)(

12、)(2121)(ddddhdddhddhdddhdhd泰勒展開121212ddhhtgtghddd d 第55頁/共135頁第56頁/共135頁 212n1n21d,d2ndddddd 幾何問題求解：幾何問題求解： , n=1,2,3, 。求。求rn 。2121ddddnrn 第57頁/共135頁2222212 nddrdrnn 22222121,drddrdnnnn 由二項式定理：由二項式定理： 22222221221221112111drdrdrdrnnnn，由于，由于d1rn，由于，由于d2rn第58頁/共135頁2112212 nddrn 即：即：dddnddddnrn212121 第

13、59頁/共135頁第60頁/共135頁dddddddr2121211 dr 21max1 110577. 031rrr 第61頁/共135頁第62頁/共135頁dr 21max1 mr50max1 第63頁/共135頁第64頁/共135頁第65頁/共135頁第66頁/共135頁刃形繞射模型第67頁/共135頁Figure 4.1Figure 4.13 3 不同刃形繞射情況下的菲涅爾區(qū)不同刃形繞射情況下的菲涅爾區(qū)第68頁/共135頁voddttjjvFEE2/ )exp(21)(2EdEo)(vF12122 ddvhd d第69頁/共135頁20log( )dGF v2dB01dB20log 0

14、.50.6210dB20log 0.5exp0.9501dB20log 0.40.11840.380.112.40.225dB20log2.4dddddGvGvvGvvGvvGvv 第70頁/共135頁1 21212()2dBdddd 當(dāng) （h,)時，繞射損耗可忽略不計；當(dāng) 0（h=0)時，繞射損耗為6；當(dāng)0（h0)時，繞射損耗急劇增加。第71頁/共135頁 多重刃形繞射第72頁/共135頁第73頁/共135頁,8sinciichh h表面平整度的參考高度：為入射角如果平面上的最大突起高度：粗糙；反之，平滑。第74頁/共135頁2220;sinexp 8() sinsinexp 8() 8()

15、 hhihihiroughhAmentBoithiasIssss設(shè)表面高度 為高斯分布的隨機(jī)變量，方差為則散射損耗系數(shù)為：公式：公式：利用粗糙表面的修正反射系數(shù)：第75頁/共135頁2()()()20log()30log(4 )20log20logRTTTRP dBmP dBmGdBiRCS dB mdd第76頁/共135頁第77頁/共135頁第78頁/共135頁2( )PL dd4( )PL dd000( )()( )dB() 10 log()nddPL dPL dPL dndd或0ndd其中： 路徑損耗指數(shù)（表明路徑損耗隨距離的增長率）；近地參考距離（遠(yuǎn)場點）；發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離。書

16、中表4.2（P95）給出了幾種典型環(huán)境下的路徑損耗指數(shù)。對數(shù)距離路徑損耗模型LP第79頁/共135頁000( )(),ndPL dPL dddd對于000( )()10 lg,dBdBdPL dPL dnddd或?qū)τ谶@就表明，按每十 倍距離增加的規(guī) 律線性遞增。第80頁/共135頁( )PL( )rtP d dBmP dBmd dB000( )PL() 10 lg,rtdP d dBmP dBmddBnddd或?qū)τ诮邮展β首兓?guī)律接收功率變化規(guī)律第81頁/共135頁第82頁/共135頁第83頁/共135頁第84頁/共135頁( )( )dBPL d dBPL dXX高斯分布隨機(jī)變量：均值為0，

17、方差為 ，單位為其中，方差描述了不同陰影的特征。 該模型可用于無線系統(tǒng)設(shè)計和分析過程中，對任意位置的接收功率進(jìn)行計算機(jī)仿真。第85頁/共135頁211( )exp()1()2222zxzzdxerfQ第86頁/共135頁00( )( )() 10 lgrttP d dBmP dBmPL d dBdP dBmPL ddBnXdBd平均接收功率平均接收功率)d(Pr第87頁/共135頁( )( )( )1( )rrrrp dP dP dP d 接收電平超過某一特定值 的概率：PQ(接收電平低于某一特定值 的概率為：PP第88頁/共135頁0010ddlgndB)d(LPdBmPt ：在給定距離上，

18、接收功率小于系統(tǒng)最小可用功率的概率，稱為：在給定距離上，接收功率小于系統(tǒng)最小可用功率的概率，稱為（）。）。第89頁/共135頁作小區(qū)的面積覆蓋率面積覆蓋率。第90頁/共135頁第91頁/共135頁第92頁/共135頁NoImage)R(PobPrr )R(Pr第93頁/共135頁第94頁/共135頁2220 011U( )P( )P( )RrrP rdAP rrdrdRR ( )( )11( )()222rrrp dp dP derfPQ(第95頁/共135頁0000( )( )( )() 10 log() 10 log10 logrtP rPPL rrRrPL rPL dnPL dnnddR

19、00( )( )11( )()222() 10 log10 log)11222rrrp dp dP derfRrPL dnndRerfPQ(又由則第96頁/共135頁00202() 10log()(10 log )/21*(ln)1211( )exp(1)1()2tRRaPPL ddbnerr erf abdrRRababerf aerfbb假設(shè)：(1則：U( )2第97頁/共135頁Un實際上， ( )是 、 的函數(shù)。2( )(0)111( )1 exp()1( )2rP RaUerfbb選擇即，則：第98頁/共135頁第99頁/共135頁第100頁/共135頁第101頁/共135頁第102

20、頁/共135頁0.80.8jj如果，按自由空間傳播損耗計算；如果，分別按自由空間傳播損耗和陸地傳播損耗（雙線模型）計算，取最大值再加上繞射損耗。n 繞射損耗的計算：1）視距：以j進(jìn)行計算；2）非視距：a. 單繞射邊；b. 雙繞射邊；c. 三繞射邊；d.多繞射邊；第103頁/共135頁（奧村）模型第104頁/共135頁第105頁/共135頁第106頁/共135頁50.aXobPr 第107頁/共135頁第108頁/共135頁n移動臺天線的有效高度：天線距當(dāng)?shù)氐孛娴母叨取tsgahhh天 線 距 海 平 面 的 高 度減 去 平 均 地 面 高 度 ，即：第109頁/共135頁第110頁/共13

21、5頁樓房第111頁/共135頁。AREAretrmuFG)h(G)h(G)d , f(AL)dB(L 50第112頁/共135頁dlgflg.)dB(LF20204432 第113頁/共135頁90043dB第114頁/共135頁第115頁/共135頁定性劃分不可避免地導(dǎo)致對通信環(huán)境的主觀判斷。n對城區(qū)和郊區(qū)快速變化的反應(yīng)較慢。第116頁/共135頁50()(69.55 26.16log13.82log( ) (44.9 6.55log )logctrtL dBfha hhd市區(qū)）NoImage5050%150 1500110;1,tcrtrLhmfMHzhm dkmh h其中表示傳播路徑損耗

22、處的值，即中值30200 ；皆為有效高度第117頁/共135頁25050()(2log(/28)54cLdBLf市區(qū)）25050()(4.78(log)18.33log40.98ccL dBLff市區(qū)）n 郊區(qū)路徑損耗：n 農(nóng)村路徑損耗：22( ) (1.1log0.7)(1.56log0.8)( ) 8.29(log1.54 )1.1;300( ) 3.2(log11.75 )4.9 ;300rcrcrrcrrca hfhfa hhfMhza hhc fMhz中小城市：大城市：p 移動臺天線修正因子：第118頁/共135頁50(log13.82log( )(44.9 6.55log )logctrtMLfha hhd C市區(qū)）=43.