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1、移動通信講授內容移動通信講授內容第1章 移動通信發(fā)展概述第第2章章 移動通信基礎移動通信基礎:信道傳播、多址接入、組網(wǎng)第3章 移動通信系統(tǒng)GSMCDMAWCDMACDMA2000TD-SCDMA第4章 第三代移動通信系統(tǒng)演進移動通信移動通信第第2章章移動通信基礎移動通信基礎第第2章章 無線通信基礎無線通信基礎 無線信道傳播無線信道傳播 抗摔落技術抗摔落技術 多址接入技術多址接入技術 移動通信網(wǎng)絡技術移動通信網(wǎng)絡技術有線信道特性是穩(wěn)定的、可預測的。但鋪有線信道特性是穩(wěn)定的、可預測的。但鋪設固定,不靈活。設固定,不靈活。無線信道特性是隨機的、時變的、不可預無線信道特性是隨機的、時變的、不可預測的。

2、但取消連線,鋪設靈活,適應各種測的。但取消連線,鋪設靈活,適應各種地理環(huán)境。地理環(huán)境。近三十多年來,無線通信獲得快速發(fā)展。近三十多年來,無線通信獲得快速發(fā)展。無線通信利用電磁波傳播進行信息傳輸與信息交換。無線通信利用電磁波傳播進行信息傳輸與信息交換。掌握電磁波傳播特性是無線通信系統(tǒng)研究與應用的掌握電磁波傳播特性是無線通信系統(tǒng)研究與應用的基礎?;A。電磁波有多種傳播方式:地球表面波傳播、空間波電磁波有多種傳播方式:地球表面波傳播、空間波傳播、對流層反射和電離層反射等。傳播、對流層反射和電離層反射等。不同傳播方式具有不同的傳播特性。不同傳播方式具有不同的傳播特性。城市傳播環(huán)境復雜,發(fā)射機和接收機之

3、間基本上無城市傳播環(huán)境復雜,發(fā)射機和接收機之間基本上無視線(視線(LOS)路徑,多徑傳播普遍存在,高層建筑)路徑,多徑傳播普遍存在,高層建筑物引起的繞射損耗也非常大。物引起的繞射損耗也非常大。u多徑傳播會使接收信號產(chǎn)生多徑衰落(小尺度衰落),接收信號電平急劇起伏,嚴重影響通信效果。u多徑傳播會產(chǎn)生時間色散現(xiàn)象,造成碼間干擾。u多徑傳播是影響無線通信系統(tǒng)性能和通信效果的主要因素。u減小多徑傳播影響的技術措施:分集接收(時間分集、空間分集、頻率分集)、匹配濾波等。 時間色散時間色散 掌握電磁波傳播特性是理解無線通信協(xié)議設計背后原因的基礎。無線信道傳播特性也是無線通信系統(tǒng)工程設計和研究頻譜有效利用、

4、系統(tǒng)電磁兼容性等課題所必須了解和掌握的內容之一。3G長期演進技術的核心MIMO則是直接利用了多徑傳播特性。電磁波的傳播機制,總體上主要是反射、透射、散射和繞射(衍射)等。對這些傳播機制的研究是掌握電磁波傳播特性的基礎。u無線通信傳播環(huán)境下,主要關心電磁波兩個方面的傳播特性:u大尺度路徑損耗:決定無線信號的最大傳播距離,是無線網(wǎng)絡規(guī)劃設計中的一個基本參數(shù)。 u多徑傳播:造成的小尺度衰落現(xiàn)象直接影響實時通信效果。 u決定決定Rx與與Tx相距一定距離時的平均接收信號電平。相距一定距離時的平均接收信號電平。u大型地物障礙時形成陰影,產(chǎn)生陰影衰落。大型地物障礙時形成陰影,產(chǎn)生陰影衰落。u在陰影區(qū)域,雖然

5、在陰影區(qū)域,雖然Rx與與Tx之間距離沒有變化,但平之間距離沒有變化,但平均接收信號電平會發(fā)生變化。均接收信號電平會發(fā)生變化。u氣象因素也影響信號傳播的衰減特性。氣象因素也影響信號傳播的衰減特性。u因陰影效應或氣象因素產(chǎn)生的電平起伏一般隨距離因陰影效應或氣象因素產(chǎn)生的電平起伏一般隨距離的變化比較緩慢,稱為的變化比較緩慢,稱為慢衰落慢衰落或或大尺度衰落大尺度衰落。u受各種地形、地物阻擋會發(fā)生反射、散射、繞射等,使Rx收到的無線信號來自不同傳播方向,經(jīng)過不同的傳播路徑,這種現(xiàn)象稱為多徑傳播多徑傳播。u經(jīng)由不同傳播路徑到達接收天線的電磁波,會因傳播距離不同而存在相位差。u多徑電磁波在接收天線上合成的信

6、號強度會出現(xiàn)比較大的起伏,往往達到幾十個dB,這就是多徑衰落(小尺度衰落)產(chǎn)生的原因。多徑衰落現(xiàn)象對通信效果的影響非常大,多徑衰落現(xiàn)象對通信效果的影響非常大,當當Rx天線處在深衰落位置點上時,甚至會天線處在深衰落位置點上時,甚至會造成通信中斷。造成通信中斷。固定無線通信系統(tǒng)布局需要避免深衰落點。固定無線通信系統(tǒng)布局需要避免深衰落點。任何輻射結構都能產(chǎn)生輻射電磁場。變化的電磁場在空間的傳播就形成了電磁波。電基本振子是一段長為l的線型輻射體,可以將這樣的線型輻射體看作是構成線天線的基本構成部分,即構成線天線的電流元。輻射體長度 l,由于非常小,上面載有的傳導電流I可以看成振幅均勻分布且相位處處相同

7、。 圖 2-3 分析點基本振子輻射的坐標系統(tǒng)ry l Oz)/(coscdtjcrcedjcdcLiE320012)/(sincdtjcccedjcdcdjcLiE32204)/(sincdtjccedcdjcLiH20404sin4sin)/()/(00)/()/(20000000HHEEjHeecdlijHjEeedclijErrcdtjcdtjcdtjcdtjfc/依據(jù)不同的頻率,無線電波在空間的傳播依據(jù)不同的頻率,無線電波在空間的傳播有三種基本方式:有三種基本方式:v地球表面波傳播地球表面波傳播v天波傳播天波傳播1.空間波傳播??臻g波傳播。 地球表面波傳播是超視距傳播。優(yōu)點:1)可用來

8、在地球上兩點之間建立長距離通信;2)傳播比較穩(wěn)定,基本不受大氣條件影響。缺點:1)地球表面波傳播只適合較低頻率的電磁波。地球是良導體,會因地球表面波的傳播引起感應電流,從而產(chǎn)生電阻損耗和介質損耗,電磁波不斷衰減,頻率越高衰減越嚴重。2)發(fā)射設備體積大,造價高,天線架設困難。3)只能是窄帶系統(tǒng),不能實現(xiàn)寬帶通信。 電磁波在靠近地面的低空大氣層中的傳播,是無線通信中電磁波的主要傳播方式。頻率在30 MHz以上的調頻廣播、電視信號發(fā)射、以及陸地移動通信波段的電磁波傳播都屬于空間波傳播方式。一般將電磁波在低空大氣層中的傳播當作視距(horizon)傳播。在分析傳播距離時,需要考慮地球低空大氣層的特點。

9、 發(fā)射天線 直射(LOS)路徑 接收天線hthr d圖圖2-7 空間波的視距傳播空間波的視距傳播Re地球大氣不均勻,介電常數(shù)隨高度增加逐漸減小,大氣折射率也隨高度增加而減小并趨于1。將大氣層分成許多平行于地球面的薄層,可認為薄層折射率n均勻,各薄層折射率隨高度增加逐漸減小。電磁波從低層射向高層時,即從光密媒質射向光疏媒質,穿過每一薄層的波都會向著離開法線的方向偏折,每穿過一個薄層就偏折一次。傳播路徑是一條不斷向地面偏折的曲線,實際傳播距離大于視距傳播的直線距離。折射定理:折射定理: 入射角與折射角的正弦之比,等于兩種媒質的入射角與折射角的正弦之比,等于兩種媒質的折射率之反比。折射率之反比。21

10、n2n12211sinsinnn4321n1n2n3n4圖圖2-8 大氣層對電磁波的折射大氣層對電磁波的折射)(4120)(2rtrtehhhhRd相對介電常數(shù)與媒質中自由電子密度Ne的關系為r=1-80.8Ne/f 2。媒質折射率為 上式中, Ne 0,因此n1。折射率先是隨著高度的增加而減小,然后又隨高度的增加而增大。2/8 .801fNne電磁波在電離層中傳播時,先是從光密媒質射向光疏媒質,電磁波的傳播方向將因連續(xù)的折射而不斷地向著地面的方向偏折。當傳播到某個高度時,就會有一部分電磁波由原來的向太空方向轉為向地面方向傳播。轉向地面?zhèn)鞑サ碾姶挪ㄗ兂捎晒馐杳劫|射向光密媒質,傳播方向將連續(xù)地向

11、著靠近法線的方向偏折,而這時靠近法線的方向即是靠近地面的方向。這部分電磁波重回地面。 電 離層231231波長短于10m的微波能穿過電離層,波長超過3000km的長波,幾乎會被電離層全部吸收。短波最適宜以天波的形式傳播,它可以被電離層反射到幾千km以外,從而可用于長距離通信。電離層的物理特性不穩(wěn)定,白天受陽光照射時電離程度高,夜晚電離程度低,因此夜間對中波和中短波的吸收減弱,這時中波和中短波也能以天波的形式傳播。收音機夜晚能收聽到許多遠地的中波或中短波電臺。 u電磁波的極化:順著電磁波傳播方向看去,電場矢量末端在空間變化的規(guī)律,也就是電場矢量末端隨時間變化時在空間描繪出的軌跡,稱為電磁波的極化。u電場矢量末端軌跡為直線時稱為線極化,末端軌跡為圓時為圓極化,末端軌跡為橢圓時為橢圓極化。u電磁波極化特性具有重要的應用:無線電系統(tǒng)發(fā)射天線與接收天線的極化狀態(tài)相匹配時具有最佳的接收效果,這就是為什么也可以通過控制天線的極化狀態(tài)來控制接收效果的原因。u線極化、圓極化和橢

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