第04讲-信道.ppt

第04讲：信道（2） 地面视距传播 地面超视距传播 移动传播 移动传播的大尺度模型 移动传播的小尺度模型 地面视距传播 简 介 地面微波通信属于视距传播。 视距传播的主要特点是收发天线都在视距范围内。 视距传播要考虑大气效应和地面效应。 视距和天线高度的关系 由于地球是一个曲面，天线高度h1、h2和视距d之间存在以下关系： d = 3.57( ) 其中h1、h2的单位是m，d的单位是km。 说明：此公式没有考虑大气及地面对传播的影响，所以只能用作大致的估计。 大气效应之一：吸收衰减 主要发生在高频段 水蒸汽的最大吸收峰在23GHz(1.3cm)； 氧气的最大吸收峰在60GHz(5mm)； 对于12GHz(2.5cm)以下的频率，大气吸收衰减小于： 0.015dB/km。 大气效应之二：雨雾衰减 在10GHz以下频段，雨雾衰减并不严重，一般只有几dB。 在10GHz以上频段，雨雾衰减大大增加，达到几dB/km。 下雨衰减是限制高频段微波传播距离的主要因素。 大气效应之三：大气折射 引入等效地球半径的概念： 大气折射现象是由于空气的折射率随高度变化引起的。在一般情况下，它随高度的增加而减少，使得电磁波在传播过程中向下弯曲，以致超越视距范围的接收点也能收到信号功率，这时，大气折射的最后效果相当于的一个等效半径为Re的地球上沿直线传播一样。 地面效应之一：费涅尔半径和余隙 利用波动光学的惠更斯－费涅尔原理，在遇到障碍物时将产生附加损耗。 障碍物到T，R连线的垂直距离为hc，称为余隙。一阶费涅尔半径为h1，定义hc/h1为相对余隙。就可以从右图求出附加损耗。 地面效应之二：地面反射 这是产生电平衰落的主要原因之一。 模型如下图。由于两条路径的载波相位不同，就会产生接收场强的相互增强，或相互抵销。 假定：d??ht,hr,d1?d2?d,???1,??1,?=?,就可以得到路径损耗公式： 地面超视距传播 对流层散射传播 在地球表面10－12 km处为对流层，存在大量随机运动的不均匀介质，能对电波产生折射、散射和反射。 散射通信是利用部分散射体内介质的前向散射信号。这是典型的多径信道。 通信距离可达几百－上千公里。 电离层反射传播 在地球上空60km以上是电离层，可以分为D层、E层、F层。D层能吸收电波，E层能反射电波，然而在晚上都会消失。对电波起良好反射作用的是F层，并且能够在昼夜都保持一定的通信功能。 电离层反射传播（续） 存在严重的多径效应，最大传播延时差可达毫秒量级。 存在严重的时变性，电离层的特性随时变化，并且很难准确预测 存在最高可用频率，为了实现较好的传输质量，工作频率应尽可能接近最高可用频率。这些频率都在短波波段（2－30MHz）。 流星余迹传播 据统计，每昼夜有数百亿的流星进入大气层，和空气碰撞产生电离。在地面80－120km处形成电离气体带，这就是流星余迹。 利用流星余迹的散射和反射进行通信。 工作频率30－80MHz，传输距离200－2000km，传输速率低，用于突发通信。 卫星传播 静止卫星 信道稳定，可以按照自由空间传播损耗计算 长延时，要考虑对话音质量和通信协议的影响 移动传播 说 明 移动无线传播面临的是随时变化的、复杂的环境。 首先，传播环境十分复杂，传播机理多种多样。几乎包括了电波传播的所有过程，如：直射、绕射、反射、散射。 其次，由于用户台的移动性，传播参数随时变化，引起接收场强的快速波动。 为此，提出大尺度传播模型和小尺度传播模型。 忽略色散及时变的传播模型 假定多径时延扩展比信号的符号周期小得多，可以认为是平衰落信道，而且平均时延是时不变的，信道的冲激响应可以写成： 发送信号为x(t)，接收信号为r(t)，就有： 接收信号除了有一个时延外，还有一个时变的增益g(t)。 忽略色散及时变的传播模型（续） 忽略色散及时变的传播模型（续） 信道的时变增益g(t)可以分解为小尺度（或短期）衰落成分和大尺度（或长期）衰落成分。路径损耗传播模型： 大尺度多径衰落传播模型：信道增益的“宏观值”，与发射机和接收机之间的距离有关，也和传播环境有关，是路径损耗在一定距离或一定时间内的平均，用于预测平均场强并估计无线覆盖范围。 小尺度多径衰落传播模型：信道增益的“微观值”，是由多径传播造成的，与发射机和接收机之间的距离无关，描述移动台在极小范围内移动时，短距离或短时间上接收场强的快速变化，用于确定移动通信系统应该采取的技术措施。 移动传播的大尺度模型 大尺度传播损耗的计算 大尺度传播损耗是在一个较大空间或较大时间内统计得到的衰减值，包括： 由于路径衰减引入的损耗（对应于前一讲的中值衰减），是一个统计平均值，统计距离为几公里，和传播距离、工作频率有关，也和传播环境有