無線電波傳播第1頁，課件共49頁，創作于2023年2月主要內容電波傳播概述大尺度路徑損耗小尺度路徑損耗對數正態陰影模型鏈路預算2第2頁，課件共49頁，創作于2023年2月第一部分電波傳播概述第3頁，課件共49頁，創作于2023年2月移動通信系統中，影響傳播的三種最基本的機制：反射：當電磁波遇到比其波長大得多得物體時發生反射，發射發生于地球表面、建筑物和墻壁表面。繞射：當接收機與發射機之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時發生繞射。散射：當波穿行的介質中存在小于波長的物體并且單位體積內阻擋體的個數非常巨大時，發生散射。散射產生于粗糙表面、小物體或其他不規則物體。概述4第4頁，課件共49頁，創作于2023年2月繞射使得無線電信號能夠傳播到阻擋物后面，繞射損耗可用費涅爾區解釋。費涅爾區表示從發射機到接收機次級波路徑長度比總的視距長度大nλ/2的連續區域。費涅爾區的半徑為：5第5頁，課件共49頁，創作于2023年2月6第6頁，課件共49頁，創作于2023年2月由于不同物體間的反射、繞射和散射，產生了：大尺度路徑損耗——冪定律小尺度路徑損耗——瑞利分布對數正態陰影衰落——正態分布7第7頁，課件共49頁，創作于2023年2月8第8頁，課件共49頁，創作于2023年2月第二部分大尺度路徑損耗第9頁，課件共49頁，創作于2023年2月大尺度路徑損耗發射機與接收機之間長距離（幾百米或幾千米）上的場強變化傳播模型經驗模型：根據大量的測量結果統計分析后導出的公式，如HATA模型、COST231模型；確定性模型：對具體的現場環境直接應用電磁理論計算的方法，如自由空間模型；半確定性模型：基于確定性方法用于一般的市區或室內環境中導出的等式，如WIM模型。10第10頁，課件共49頁，創作于2023年2月自由空間傳播模型預測接收機和發射機之間完全無阻擋的視距路徑時的接收信號場強適用范圍：衛星通信系統和微波視距無線鏈路自由空間路徑損耗為：11第11頁，課件共49頁，創作于2023年2月HATA模型適用范圍：適用于宏小區，但不適用于微小區和微微小區。頻率f：100～1500MHz距離d：1～20km基站天線高度hb：30～200m移動臺天線高度hm：1～10m12第12頁，課件共49頁，創作于2023年2月路徑損耗公式：市區：L(dB)=69.55+26.16logf-13.82log(hb)+[44.9-6.55log(hb)]log(d)-a(hm)中小城市：a(hm)=(1.1logf-0.7)hm-(1.56logf-0.8)

大城市：a(hm)=3.2(log11.75hm)2-4.97

13第13頁，課件共49頁，創作于2023年2月郊區：L(dB)=L(市區)-2[log(f/28)]2-5.4

鄉村（準開放）：L(dB)=L(市區)-[log(f/28)]2-2.39(logf)2+9.17logf-23.17

鄉村（開放）：L(dB)=L(市區)－4.78(logf)2+18.33logf-40.9414第14頁，課件共49頁，創作于2023年2月頻率基站高度移動臺高度900MHz50

m1.5m15第15頁，課件共49頁，創作于2023年2月COST231模型適用范圍：HATA模型的擴展，適用于宏小區，但不適用于微小區和微微小區。頻率f：1500～2000MHz距離d：1～20km基站天線高度hb：30～200m移動臺天線高度hm：1～10m16第16頁，課件共49頁，創作于2023年2月路徑損耗公式：L(dB)=46.3+33.9logf-13.82log(hb)+[44.9-6.55log(hb)]logd-a(hm)+Cma(hm)與HATA模型相同Cm=0dB中等城市和郊區Cm=3dB大城市中心17第17頁，課件共49頁，創作于2023年2月COST231-Walfish-Ikegami模型適用范圍：適用于宏小區和微小區，但不適用于微微小區。頻率f：800～2000MHz距離d：0.02～5km基站天線高度hb：4～50m移動臺天線高度hm：1～3m18第18頁，課件共49頁，創作于2023年2月路徑損耗公式：視距路徑：L(dB)=Lfs+10.19+6logd其中，Lfs=自由空間損耗=32.45+20logd+20logf非視距路徑：L(dB)=Lfs+Lrts+LmdsLrts=從屋頂到街面的衍射和散射損耗Lmds=多遮蔽物衍射損耗19第19頁，課件共49頁，創作于2023年2月第三部分小尺度路徑損耗第20頁，課件共49頁，創作于2023年2月小尺度路徑損耗無線信號在經過短距離（幾個波長）或短時間（秒級）的傳播后其幅度快速衰落。這種衰落是由于同一傳輸信號沿兩個或多個路徑傳播，以微小的時間差到達接收機的信號相互干涉引起的。多徑衰落通常是圍繞由大尺度路徑損耗模型和陰影衰落所確定的平均電平而隨機起伏，其統計分布服從瑞利分布。21第21頁，課件共49頁，創作于2023年2月小尺度衰落的影響：多徑傳播時延擴展多普勒頻移頻率選擇性衰落時間選擇性衰落現代移動通信系統中，一般采用分集技術對付多徑衰落，對接收到的幾路信號進行合并或選擇其中最好的一個信號。22第22頁，課件共49頁，創作于2023年2月相關概念（1）多普勒頻移fd：移動臺或周圍物體運動時的路徑差造成接收信號相位的變化引起多普勒頻移。多普勒頻移與移動臺運動速度及運動方向、與電波入射方向之間的夾角有關。多普勒擴展Bd：多普勒功率譜不為0的頻率范圍。其值等于最大多普勒頻移fm。23第23頁，課件共49頁，創作于2023年2月相關概念（2）相干時間Tc：多普勒擴展在時域的表示，信道特性沒有顯著變化的持續時間。比特持續時間小于信號相干時間Tc時，信道衰減和相移對于至少一個比特持續時間內基本上固定不變，此時，信道呈現慢衰落性。否則，信道呈現快衰落性，引起信號失真。因此，必須保證數據速率大于信道的頻率衰落速率1/Tc。24第24頁，課件共49頁，創作于2023年2月速度(km/h)80120160200250300350多普勒擴展(Hz)67100133167208250292相干時間(μs)634542303172253820301692145025第25頁，課件共49頁，創作于2023年2月26第26頁，課件共49頁，創作于2023年2月27第27頁，課件共49頁，創作于2023年2月相關概念（3）時延擴展：經不同路徑達到接收機的時間不同引起時延擴展。時延擴展一般用均方根時延擴展τrms表示。相干帶寬Bc：兩個接收信號的幅度、相位具有高度相關性的頻率范圍。信號帶寬超過相干帶寬時，信道呈現平坦衰落性；否則，信道呈現頻率選擇性衰落，引起碼間干擾。因此，必須保證數據速率小于信道的時延衰落速率Bc。28第28頁，課件共49頁，創作于2023年2月相關概念（4）電平通過率NR：信號包絡沿正向通過某一規定電平的速率。平均衰落持續時間：接收信號低于某一特定電平的持續時間。29第29頁，課件共49頁，創作于2023年2月電平通過率30第30頁，課件共49頁，創作于2023年2月平均衰落持續時間31第31頁，課件共49頁，創作于2023年2月分集技術分為兩類：微分集：只利用接收機進行分集，接收同一發射點發射的不相關或微相關的同一信息信號，各接收分支接收到的信號被同時衰落的概率很小。用來對付多徑效應。宏分集：允許一個移動臺同時接收幾個基站來的信號或發給幾個基站信號。用來對付陰影衰落。分集技術（1）32第32頁，課件共49頁，創作于2023年2月在實際的移動通信中，存在三種選擇性衰落，它們的形成都是由多徑傳播引起的：由于快速移動用戶附近物體的反射，在頻域上產生多普勒擴散，引起時間選擇性衰落；由遠處山丘與高大建筑物反射，使信號在時域和空間角度上產生擴散，引起頻率選擇性衰落和空間選擇性衰落；由基站附近建筑物和其他物體的反射，影響達到天線的信號入射角分布，引起空間選擇性衰落。分集技術（2）33第33頁，課件共49頁，創作于2023年2月一般在基站上使用微分集技術時間分集：在不同時刻發射相同的信息，時刻間隔大于或等于相干時間，不同時間的衰落是不相關的。如交織與糾錯編碼。頻率分集：由多個載頻發射同一信號，載頻間隔大于或等于相干帶寬，不同頻率的衰落是不相關的。由于頻率資源有限，一般不采用。如調頻。空間分集：使用相隔0.5λ~0.8λ的兩個接收天線，接收到的信號可認為是不相關的。極化分集：使用正交極化的接收天線，可以合并在一個天線單元內。分集技術（3）34第34頁，課件共49頁，創作于2023年2月第四部分陰影衰落第35頁，課件共49頁，創作于2023年2月陰影衰落基站發射的信號遇到地形地物等陰影的影響，接收信號服從均值為0的對數正態分布。計算一個移動通信系統的陰影衰落時，通常會用到小區邊緣通信概率或區內通信概率。小區邊緣通信概率：小區邊緣接收電平高于某一特定值γ的概率；區內通信概率：小區內接收電平高于某一特定值γ的概率。36第36頁，課件共49頁，創作于2023年2月小區邊緣通信概率區內通信概率37第37頁，課件共49頁，創作于2023年2月小區邊緣通信概率與區內通信概率的關系38第38頁，課件共49頁，創作于2023年2月衰落儲備的計算39第39頁，課件共49頁，創作于2023年2月移動類型功率等級通信地點高度覆蓋等級最小電平分類車上手持臺2w車箱內1.5m85%－98dBm1沿線手持臺2w全線1.5m90%－98dBm2無線列調機車臺8w全線4.5m95%－95dBm3列控機車臺8w全線4.5m98%－92dBm440第40頁，課件共49頁，創作于2023年2月MS1MS2MS3MS4未考慮陰影衰落的接收功率-97-97-99-99區內通信概率85％90％95％98％邊緣通信概率63.5％73.5％85％93.5％最小電平-98-98-95-92考慮陰影衰落的接收功率-95-93-87-81陰影衰落儲備241218當σ=7，n=3.5時41第41頁，課件共49頁，創作于2023年2月42第42頁，課件共49頁，創作于2023年2月第五部分鏈路預算第43頁，課件共49頁，創作于2023年2月對于陸地移動通信系統，傳播路徑損耗和陰影衰落將影響系統的覆蓋范圍，而多徑衰落將影響信號的傳輸質量。發射機和接收機之間增益和損耗一般用鏈路預算來表示。44第44頁，課件共49頁，創作于2023年2月參數頻率基站高度移動臺高度環境900MHz40m1.5m城市RXTX2W移動臺天線增益0dBi饋線及接頭損耗0dB輸出功率33

dBm天線增益電纜及接頭損耗

接收靈敏度-104

dBm12

dBi選擇項接收分集增益5dB路徑損耗人體損耗3dB區內通信概率90%:-98

dBm陰影衰落儲備4dB基站RXmRXd

耦合系統快衰落保護儲備3dB環境噪聲保護2dB4dB絕緣子和耦合損耗0dB上行鏈路預算45第45頁，課件共49頁，創作于2023年2月參數頻率基站高度移動臺高度環境900MHz40m1.5m城市RXTX移動臺天線增益0dBi電纜及接頭損耗0dB靈敏度-102

dBm天線增益電纜及接頭損耗耦合和絕緣子損耗

12

dBi3dB選擇項接收分集增益0dB路徑損耗人體損耗3dB區內通信概率90%:-98dBm陰影衰落儲備4dB20W基站最大發射輸出功率RXmRXd

43

dBm耦合系統快衰落保護儲備3dB環境噪聲保護2dB4dB下行鏈路預算46第46頁，課件共49頁，創作于2023年2月額定功率2w移動臺的鏈路預算表鏈路參數上行下行接收部分BTSMS接收靈敏度-104-104快衰落保護儲備33耦合和