《移動通信技術(shù)》本科教學(xué)PPT課件

《移動通信技術(shù)》本科教學(xué)PPT課件,移動通信技術(shù),移動,通信,技術(shù),本科,教學(xué),PPT,課件 第第1 1章章 概述概述移動通信的概念及特點移動通信的概念及特點1.1移動通信的發(fā)展歷史移動通信的發(fā)展歷史1.2本章主要內(nèi)容如下。本章主要內(nèi)容如下。移動通信的概念、特點和分類。移動通信的概念、特點和分類。移動通信的發(fā)展歷史，我國移動通信移動通信的發(fā)展歷史，我國移動通信的發(fā)展概況。的發(fā)展概況。第二代（第二代（2G）移動通信系統(tǒng)的特點，）移動通信系統(tǒng)的特點，介紹不同標準的介紹不同標準的2G移動通信系統(tǒng)。移動通信系統(tǒng)。第三代（第三代（3G）移動通信系統(tǒng)的特點，）移動通信系統(tǒng)的特點，介紹不同標準的介紹不同標準的3G移動通信系統(tǒng)。移動通信系統(tǒng)。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)和數(shù)字集群移動通衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)和數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)的特點和標準。信系統(tǒng)的特點和標準。無線局域網(wǎng)（無線局域網(wǎng)（WLAN）的概念，重點）的概念，重點介紹介紹802.11系統(tǒng)標準。系統(tǒng)標準。LTE移動通信系統(tǒng)的特點。移動通信系統(tǒng)的特點。1.1 1.1 移動通信的概念及特點移動通信的概念及特點1.1.1移動通信概念移動通信概念移動通信是指通信雙方至少有一方移動通信是指通信雙方至少有一方在移動中（或者臨時停留在某一非預(yù)定在移動中（或者臨時停留在某一非預(yù)定的位置上）進行信息傳輸和交換，這包的位置上）進行信息傳輸和交換，這包括移動體（車輛、船舶、飛機或行人）括移動體（車輛、船舶、飛機或行人）和移動體之間的通信，移動體和固定點和移動體之間的通信，移動體和固定點（固定無線電臺或有線用戶）之間的通（固定無線電臺或有線用戶）之間的通信。采用移動通信技術(shù)和設(shè)備組成的通信。采用移動通信技術(shù)和設(shè)備組成的通信系統(tǒng)即為移動通信系統(tǒng)。信系統(tǒng)即為移動通信系統(tǒng)。1.1.2移動通信的主要特點移動通信的主要特點1移動網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別移動網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別（1）數(shù)字移動通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖）數(shù)字移動通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖圖圖1-1所示為一個典型的數(shù)字移動通信系所示為一個典型的數(shù)字移動通信系統(tǒng)框圖，由發(fā)送端、接收端和傳輸介質(zhì)三部統(tǒng)框圖，由發(fā)送端、接收端和傳輸介質(zhì)三部分組成，發(fā)送端和接收端分別對應(yīng)分組成，發(fā)送端和接收端分別對應(yīng)4個單元：個單元：信源和信宿，信源編碼和譯碼，信道編碼和信源和信宿，信源編碼和譯碼，信道編碼和譯碼，調(diào)制和解調(diào)。譯碼，調(diào)制和解調(diào)。（2）移動通信和有線通信的區(qū)別）移動通信和有線通信的區(qū)別圖圖1-1 典型的數(shù)字移動通信系統(tǒng)框圖典型的數(shù)字移動通信系統(tǒng)框圖2移動通信的主要特點移動通信的主要特點（1）移動通信必須利用無線電波進行信）移動通信必須利用無線電波進行信息傳輸息傳輸（2）移動通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運）移動通信是在復(fù)雜的干擾環(huán)境中運行的行的（3）移動通信可以利用的頻譜資源有限）移動通信可以利用的頻譜資源有限（4）由于通信用戶的隨機移動性，網(wǎng)絡(luò)）由于通信用戶的隨機移動性，網(wǎng)絡(luò)管理和控制必須有效管理和控制必須有效（5）移動終端必須適于在移動環(huán)境中使）移動終端必須適于在移動環(huán)境中使用用1.1.3移動通信系統(tǒng)的分類移動通信系統(tǒng)的分類依據(jù)不同的劃分標準，移動通信系依據(jù)不同的劃分標準，移動通信系統(tǒng)有多種分類方法。統(tǒng)有多種分類方法。按使用對象不同，可分為民用移動通按使用對象不同，可分為民用移動通信系統(tǒng)和軍用移動通信系統(tǒng)。信系統(tǒng)和軍用移動通信系統(tǒng)。按使用環(huán)境不同，可分為地面移動通信系統(tǒng)、按使用環(huán)境不同，可分為地面移動通信系統(tǒng)、水上移動通信系統(tǒng)和空中移動通信系統(tǒng)。水上移動通信系統(tǒng)和空中移動通信系統(tǒng)。按多址方式不同，可分為頻分多址（按多址方式不同，可分為頻分多址（FDMA）移動通信系統(tǒng)、時分多址（移動通信系統(tǒng)、時分多址（TDMA）移動通信系）移動通信系統(tǒng)和碼分多址（統(tǒng)和碼分多址（CDMA）移動通信系統(tǒng)。）移動通信系統(tǒng)。按覆蓋范圍不同，可分為廣域移動通按覆蓋范圍不同，可分為廣域移動通信系統(tǒng)和局域移動通信系統(tǒng)。信系統(tǒng)和局域移動通信系統(tǒng)。按業(yè)務(wù)類型不同，可分為電話移動通按業(yè)務(wù)類型不同，可分為電話移動通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)移動通信系統(tǒng)和多媒體移信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)移動通信系統(tǒng)和多媒體移動通信系統(tǒng)。動通信系統(tǒng)。按工作方式不同，可分為單工移動通按工作方式不同，可分為單工移動通信系統(tǒng)、雙工移動通信系統(tǒng)和半雙工移信系統(tǒng)、雙工移動通信系統(tǒng)和半雙工移動通信系統(tǒng)。動通信系統(tǒng)。按服務(wù)范圍不同，可分為專用移動通按服務(wù)范圍不同，可分為專用移動通信系統(tǒng)和公用移動通信系統(tǒng)。信系統(tǒng)和公用移動通信系統(tǒng)。按信號形式不同，可分為模擬移動通按信號形式不同，可分為模擬移動通信系統(tǒng)和數(shù)字移動通信系統(tǒng)。信系統(tǒng)和數(shù)字移動通信系統(tǒng)。1.2 1.2 移動通信的發(fā)展歷史移動通信的發(fā)展歷史l第第1階段從階段從20世紀世紀20年代至年代至20世紀世紀40年代，年代，為早期發(fā)展階段。為早期發(fā)展階段。l第第2階段從階段從20世紀世紀40年代中期至年代中期至20世紀世紀60年年代初期。代初期。l第第3階段從階段從20世紀世紀60年代中期至年代中期至20世紀世紀70年年代中期。代中期。l第第4階段從階段從20世紀世紀70年代中期至年代中期至20世紀世紀80年年代中期。代中期。l第第5階段從階段從20世紀世紀80年代中期開始至年代中期開始至20世紀世紀90年代后期。年代后期。l第第6階段從階段從20世紀世紀90年代后期至年代后期至21世紀初。世紀初。20世紀世紀90年代末開始是第三代（年代末開始是第三代（3G）移動通信技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用階段。移動通信技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用階段。隨著信息社會對無線隨著信息社會對無線Internet業(yè)務(wù)需求業(yè)務(wù)需求的日益增長，第三代移動通信系統(tǒng)的日益增長，第三代移動通信系統(tǒng)2Mbit/s的最高傳輸速率已遠遠不能滿足需求，第的最高傳輸速率已遠遠不能滿足需求，第三代移動通信系統(tǒng)正逐步采用各種速率增三代移動通信系統(tǒng)正逐步采用各種速率增強型技術(shù)。強型技術(shù)。l第第7階段從階段從21世紀初至今。世紀初至今。1.3 1.3 常用的無線通信系統(tǒng)常用的無線通信系統(tǒng)1.3.1第二代移動通信系統(tǒng)第二代移動通信系統(tǒng)2G移動通信系統(tǒng)主要包括下面幾種標移動通信系統(tǒng)主要包括下面幾種標準：準：1991年美國提出的先進的數(shù)字移動電年美國提出的先進的數(shù)字移動電話系統(tǒng)話系統(tǒng)（D-AMPS）；）；1992年歐洲推出的年歐洲推出的全球移動通信系統(tǒng)（全球移動通信系統(tǒng)（GSM）；）；1993年日本年日本提出的個人數(shù)字蜂窩（提出的個人數(shù)字蜂窩（PDC）；）；1993年美年美國提出的國提出的IS-95，即，即N-CDMA。各個標準的。各個標準的主要系統(tǒng)參數(shù)如表主要系統(tǒng)參數(shù)如表1-1所示。所示。各各項項指指標標GSMIS-95D-AMPSPDC上行上行頻頻段段/MHz890915824849824849810830或或14291453下行下行頻頻段段/MHz935960869894869894940960或或14771501調(diào)調(diào)制方式制方式GMSKOQPSK（上行）（上行）QPSK（下行）（下行）/4-QPSK/4-QPSK載載波波帶寬帶寬/kHz20012502530語語音音編碼編碼方式方式RELP-LTPQCELPVSELPVSELP信道信道編碼編碼方式方式CRC+卷卷積碼積碼CRC+卷卷積碼積碼CRC+卷卷積碼積碼CRC+卷卷積碼積碼信信 道道 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 速速 率率/（kbit/s）270.8331228.848.642語語 音音 編編 碼碼 速速 率率/（kbit/s）13886.7多址方式多址方式TDMA/FDMACDMA/FDMATDMA/FDMATDMA/FDMA表表1-1第二代移動通信系統(tǒng)的主要參數(shù)第二代移動通信系統(tǒng)的主要參數(shù)1.3.2第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng)1第三代移動通信標準第三代移動通信標準1999年年11月月5日在芬蘭赫爾辛基召開的日在芬蘭赫爾辛基召開的ITUTG8/1第第18次會議上最終確定了次會議上最終確定了5種技種技術(shù)標準作為第三代移動通信的基礎(chǔ)，如表術(shù)標準作為第三代移動通信的基礎(chǔ)，如表1-2所示。所示。多址接入技術(shù)多址接入技術(shù)正正式式名名稱稱習習慣慣稱稱呼呼CDMAIMT-2000CDMA-DSWCDMAIMT-2000CDMA-MCCDMA2000IMT-2000CDMA-TDDTD-SCDMA/UTRA-TDDTDMAIMT-2000TDMA-SCUWC-136IMT-2000TDMA-MCEP-DECT表表1-2IMT-2000無線接口的無線接口的5種技術(shù)標準種技術(shù)標準采用碼分多址接入（采用碼分多址接入（CDMA）技術(shù)）技術(shù)的的3種候選方案成為第三代移動通信的主種候選方案成為第三代移動通信的主流標準。流標準。23大主流技術(shù)標準性能對比大主流技術(shù)標準性能對比3G的的3大主流技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、核心網(wǎng)、大主流技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、核心網(wǎng)、空中接口、碼片速率、載頻間隔、擴頻方式、空中接口、碼片速率、載頻間隔、擴頻方式、同步和功控速度等主要技術(shù)特點如表同步和功控速度等主要技術(shù)特點如表1-3所示。所示。標準標準性能指標性能指標WCDMACDMA2000TD-SCDMA核心網(wǎng)核心網(wǎng)GSMMAPANSI-41GSMMAP帶寬帶寬5MHz1.25MHz1.6MHz多址方式多址方式CDMACDMACDMA/TDMA碼碼片速率片速率3.84Mchip/s1.2288Mchip/s1.28Mchip/s雙工方式雙工方式FDD/TDDFDDTDD幀長幀長10ms/15時時隙隙/幀幀5、10、20、40、80ms/16時時隙隙/幀幀52ms/72時時隙隙/2子子幀幀/幀幀語語音音編碼編碼自自適適應(yīng)應(yīng)多多速速率率語語音音編編碼碼器器（AMR）可可變變速率聲速率聲碼碼器器IS-773、IS-127自自 適適 應(yīng)應(yīng) 多多 速速 率率 語語 音音 編編 碼碼 器器（AMR）信道信道編碼編碼卷卷積碼積碼和和Turbo碼碼卷卷積碼積碼和和Turbo碼碼卷卷積碼積碼和和Turbo碼碼信道化信道化碼碼前前向向OVSF，擴擴頻頻因因子子5124；反反向向OVSF，擴擴頻頻因因子子2564前向：前向：Walsh和和長碼長碼；反向：反向：Walsh和準正交和準正交碼碼OVSF，擴頻擴頻因子因子161擾碼擾碼前向：前向：18位位GOLD碼碼；反向：反向：24位位GOLD碼碼長碼長碼和短和短PN碼碼擾碼擾碼，長長度固定度固定為為16功率控制功率控制開開環(huán)環(huán)+閉環(huán)閉環(huán)開開環(huán)環(huán)+閉環(huán)閉環(huán)開開環(huán)環(huán)+閉環(huán)閉環(huán)切切換換軟軟切切換換軟軟切切換換接力切接力切換換導(dǎo)頻結(jié)導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)構(gòu)上行上行專專用用導(dǎo)頻導(dǎo)頻；下行公共或下行公共或?qū)Ｓ糜脤?dǎo)頻導(dǎo)頻上行上行專專用用導(dǎo)頻導(dǎo)頻；下行公共或下行公共或?qū)Ｓ糜脤?dǎo)頻導(dǎo)頻下行公共下行公共導(dǎo)頻導(dǎo)頻DwPTS；上行同步上行同步UpPTS基站同步基站同步同步同步/異步異步GPS同步同步同步同步表表1-33G的主流標準性能對比的主流標準性能對比1.3.3衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)是指利用人造地球通衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)是指利用人造地球通信衛(wèi)星作為空間鏈路的一部分進行移動通信信衛(wèi)星作為空間鏈路的一部分進行移動通信業(yè)務(wù)的通信系統(tǒng)，如圖業(yè)務(wù)的通信系統(tǒng)，如圖1-2所示。所示。衛(wèi)星移動通信不受地理條件的限制，具衛(wèi)星移動通信不受地理條件的限制，具有全球范圍的覆蓋面，信道頻帶寬，通信容有全球范圍的覆蓋面，信道頻帶寬，通信容量大，電波傳播穩(wěn)定，通信質(zhì)量好。但衛(wèi)星量大，電波傳播穩(wěn)定，通信質(zhì)量好。但衛(wèi)星通信系統(tǒng)造價昂貴，運行費用高。通信系統(tǒng)造價昂貴，運行費用高。圖圖1-2 衛(wèi)星通信示意圖衛(wèi)星通信示意圖1.3.4數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)1集群移動通信系統(tǒng)的特點集群移動通信系統(tǒng)的特點集群通信系統(tǒng)屬于專用移動通信網(wǎng)集群通信系統(tǒng)屬于專用移動通信網(wǎng)。集群通信系統(tǒng)具有指揮調(diào)度業(yè)務(wù)的特集群通信系統(tǒng)具有指揮調(diào)度業(yè)務(wù)的特征征。集群通信系統(tǒng)一般采用半雙工（現(xiàn)在集群通信系統(tǒng)一般采用半雙工（現(xiàn)在已有全雙工產(chǎn)品）工作方式已有全雙工產(chǎn)品）工作方式。在蜂窩通信系統(tǒng)中，可以采用頻道再在蜂窩通信系統(tǒng)中，可以采用頻道再用技術(shù)來提高系統(tǒng)的頻率利用率；而在用技術(shù)來提高系統(tǒng)的頻率利用率；而在集群系統(tǒng)中，主要通過改進頻道共用技集群系統(tǒng)中，主要通過改進頻道共用技術(shù)來提高系統(tǒng)的頻率利用率。術(shù)來提高系統(tǒng)的頻率利用率。早期的集群通信系統(tǒng)為大區(qū)制覆蓋方早期的集群通信系統(tǒng)為大區(qū)制覆蓋方式，不需要切換和漫游功能，相比蜂窩式，不需要切換和漫游功能，相比蜂窩移動通信系統(tǒng)，價格較便宜。移動通信系統(tǒng)，價格較便宜。2集群移動通信系統(tǒng)的組網(wǎng)集群移動通信系統(tǒng)的組網(wǎng)集中式控制方式的單區(qū)單基站系統(tǒng)集中式控制方式的單區(qū)單基站系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖的基本結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，由移動臺、調(diào)所示，由移動臺、調(diào)度臺、基站、系統(tǒng)控制中心和系統(tǒng)管理度臺、基站、系統(tǒng)控制中心和系統(tǒng)管理終端組成。終端組成。圖圖1-4 集中式控制方式的單區(qū)單基站系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)集中式控制方式的單區(qū)單基站系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.3.5無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)1無線局域網(wǎng)的概念及特點無線局域網(wǎng)的概念及特點無線局域網(wǎng)（無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是利用無線通信技術(shù)）是利用無線通信技術(shù)在一定的局部范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，是計在一定的局部范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它以無線多址信道作為傳輸介質(zhì)，它以無線多址信道作為傳輸介質(zhì)，利用電波完成數(shù)據(jù)交互，提供傳統(tǒng)有線利用電波完成數(shù)據(jù)交互，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)（局域網(wǎng)（LAN）的功能，構(gòu)成可以互相）的功能，構(gòu)成可以互相通信和實現(xiàn)資源共享的網(wǎng)絡(luò)體系，使用通信和實現(xiàn)資源共享的網(wǎng)絡(luò)體系，使用戶能夠真正實現(xiàn)隨時、隨地的寬帶網(wǎng)絡(luò)戶能夠真正實現(xiàn)隨時、隨地的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。接入。WLAN能執(zhí)行像文件傳輸、外設(shè)共能執(zhí)行像文件傳輸、外設(shè)共享、享、Web瀏覽、電子郵件收發(fā)和數(shù)據(jù)庫瀏覽、電子郵件收發(fā)和數(shù)據(jù)庫訪問等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信功能。訪問等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信功能。2WLAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（1）自組織型）自組織型WLAN（2）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型WLAN3WLAN標準標準在在WLAN迅猛發(fā)展的同時，迅猛發(fā)展的同時，WLAN的標準之爭也成為眾多廠商和運營實體的標準之爭也成為眾多廠商和運營實體非常關(guān)注的一個話題。非常關(guān)注的一個話題。主要有美國電子電氣工程師協(xié)會（主要有美國電子電氣工程師協(xié)會（IEEE）的的802.11系列標準，歐洲電信標準協(xié)會（系列標準，歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）大力推廣的大力推廣的HipperLAN1/HiperLAN2標準，日本標準，日本的多媒體移動接入通信促進委員會（的多媒體移動接入通信促進委員會（MMAC）致力推廣的致力推廣的HiSWANa/HisWANb標準等。標準等。（1）802.11系列標準系列標準（2）HipperLAN1/HiperLAN2標準標準（3）HiSWANa/HisWANb標準標準1.3.6LTE移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)LTE是是3GPP主導(dǎo)的一種先進的空中主導(dǎo)的一種先進的空中接口技術(shù)，被認為是準接口技術(shù)，被認為是準4G技術(shù)。技術(shù)。LTE區(qū)別于以往的移動通信系統(tǒng)，它區(qū)別于以往的移動通信系統(tǒng)，它完全是為了分組交換業(yè)務(wù)來優(yōu)化設(shè)計的，完全是為了分組交換業(yè)務(wù)來優(yōu)化設(shè)計的，無論是無線接入網(wǎng)的空中接口技術(shù)還是無論是無線接入網(wǎng)的空中接口技術(shù)還是核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了較大的變化。核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了較大的變化。LTE規(guī)范的第一個版本，第規(guī)范的第一個版本，第8版（版（R8），），完成于完成于2008年春季，商業(yè)網(wǎng)絡(luò)在年春季，商業(yè)網(wǎng)絡(luò)在2009年年底開年年底開始運營。始運營。3GPPLTE（R8）的主要性能指標描述如）的主要性能指標描述如下。下。支持支持1.2520MHz帶寬，提供上行帶寬，提供上行50Mbit/s、下行下行100Mbit/s的峰值數(shù)據(jù)速率。的峰值數(shù)據(jù)速率。提高小區(qū)邊緣的比特率，改善小區(qū)邊緣用戶提高小區(qū)邊緣的比特率，改善小區(qū)邊緣用戶的性能。的性能。頻譜效率達到頻譜效率達到3GPPR6的的24倍。倍。降低系統(tǒng)延遲，用戶面延遲（單向）降低系統(tǒng)延遲，用戶面延遲（單向）小于小于5ms，控制面延遲小于，控制面延遲小于100ms。支持與現(xiàn)有支持與現(xiàn)有3GPP和非和非3GPP系統(tǒng)的互系統(tǒng)的互操作。操作。支持增強型的廣播組播（支持增強型的廣播組播（MBMS）業(yè)務(wù)。）業(yè)務(wù)。實現(xiàn)合理的終端復(fù)雜度、成本和耗電。實現(xiàn)合理的終端復(fù)雜度、成本和耗電。支持增強的支持增強的IP多媒體子系統(tǒng)（多媒體子系統(tǒng)（IPMultimediaSubsystem，IMS）和核心網(wǎng)。）和核心網(wǎng)。取消取消CS（電路（電路交換交換）域，）域，CS域業(yè)務(wù)在域業(yè)務(wù)在PS（分組（分組交換交換）域?qū)崿F(xiàn)。）域?qū)崿F(xiàn)。以盡可能相似的技術(shù)同時支持成對和以盡可能相似的技術(shù)同時支持成對和非成對頻段。非成對頻段。支持運營商間的簡單鄰頻共存和鄰區(qū)支持運營商間的簡單鄰頻共存和鄰區(qū)域共存。域共存。1.4 1.4 我國移動通信的發(fā)展概況我國移動通信的發(fā)展概況A網(wǎng)和網(wǎng)和B網(wǎng)的發(fā)展。網(wǎng)的發(fā)展。G網(wǎng)的發(fā)展。網(wǎng)的發(fā)展。D網(wǎng)的發(fā)展。網(wǎng)的發(fā)展。GPRS網(wǎng)的發(fā)展。網(wǎng)的發(fā)展。C網(wǎng)的發(fā)展。網(wǎng)的發(fā)展。TD-SCDMA網(wǎng)的發(fā)展網(wǎng)的發(fā)展。WCDMA網(wǎng)的發(fā)展網(wǎng)的發(fā)展。CDMA20001xEV-DO網(wǎng)的發(fā)展網(wǎng)的發(fā)展。LTE移動通信系統(tǒng)的應(yīng)用移動通信系統(tǒng)的應(yīng)用。第第2 2章章 無線移動信道無線移動信道無線移動信道特性無線移動信道特性2.1無線環(huán)境下的噪聲與干擾無線環(huán)境下的噪聲與干擾2.2本章主要內(nèi)容如下。本章主要內(nèi)容如下。無線移動信道特性及所需基本知識。無線移動信道特性及所需基本知識。無線環(huán)境下的噪聲與干擾。無線環(huán)境下的噪聲與干擾。電磁波與無線電頻譜的基本概念。電磁波與無線電頻譜的基本概念。無線電波傳播環(huán)境介紹。無線電波傳播環(huán)境介紹。無線電波傳播基本機制，主要介紹直無線電波傳播基本機制，主要介紹直射、反射、折射、繞射的基本原理。射、反射、折射、繞射的基本原理。陰影效應(yīng)和多徑效應(yīng)，重點分析多普陰影效應(yīng)和多徑效應(yīng)，重點分析多普勒效應(yīng)、多徑信道描述方法、多徑接收勒效應(yīng)、多徑信道描述方法、多徑接收信號的特點。信號的特點。移動信道傳播損耗預(yù)測模型。移動信道傳播損耗預(yù)測模型。2.1 2.1 無線移動信道特性無線移動信道特性2.1.1無線移動信道與無線電信號無線移動信道與無線電信號無線移動信道與有線信道不同，不是固無線移動信道與有線信道不同，不是固定、可預(yù)見的，而是具有很強的隨機性，屬定、可預(yù)見的，而是具有很強的隨機性，屬于時變信道。于時變信道。1無線移動信道的損耗無線移動信道的損耗自由空間傳播損耗。自由空間傳播損耗。陰影衰落。陰影衰落。多徑衰落。多徑衰落。移動信道的主要特征是多徑衰落。移動信道的主要特征是多徑衰落。2小尺度衰落和大尺度衰落小尺度衰落和大尺度衰落在數(shù)十倍波長的范圍內(nèi)，通常幾個波在數(shù)十倍波長的范圍內(nèi)，通常幾個波長或短時間（微秒級）內(nèi)，接收信號場長或短時間（微秒級）內(nèi)，接收信號場強的瞬時值呈現(xiàn)快速變化的特征，這是強的瞬時值呈現(xiàn)快速變化的特征，這是由多徑衰落引起的，又稱為快衰落。有由多徑衰落引起的，又稱為快衰落。有些文獻稱這種衰落為小尺度衰落。在數(shù)些文獻稱這種衰落為小尺度衰落。在數(shù)十倍波長范圍內(nèi)對信號求平均，可得到十倍波長范圍內(nèi)對信號求平均，可得到短區(qū)間中心值。短區(qū)間中心值。在數(shù)百倍波長的區(qū)間內(nèi)，通常幾百米在數(shù)百倍波長的區(qū)間內(nèi)，通常幾百米或幾千米范圍內(nèi)，信號的短區(qū)間中心值或幾千米范圍內(nèi)，信號的短區(qū)間中心值也出現(xiàn)緩慢變動的特征，這就是陰影衰也出現(xiàn)緩慢變動的特征，這就是陰影衰落。在較大區(qū)間內(nèi)對短區(qū)間中心值求平落。在較大區(qū)間內(nèi)對短區(qū)間中心值求平均，可得長區(qū)間中心值。均，可得長區(qū)間中心值。長區(qū)間中心值隨距離基站的位置變化長區(qū)間中心值隨距離基站的位置變化而變化，距離越遠，衰減越大，稱為傳而變化，距離越遠，衰減越大，稱為傳輸損耗。輸損耗。和和引起的衰落被稱為大尺度衰引起的衰落被稱為大尺度衰落。落。2.1.2無線電信號描述無線電信號描述1信號強度的表示方法信號強度的表示方法（1）dBW和和dBmdBW和和dBm都是表征功率絕對值的值，都是表征功率絕對值的值，也可以認為以也可以認為以1W和和1mW功率為基準的一個功率為基準的一個比值。計算公式為比值。計算公式為P(dBm)=10logP(mW)/(1mW)P(dBW)=10logP(W)/(1W)（2）分貝）分貝分貝（分貝（dB）定義為兩個參數(shù)（如功）定義為兩個參數(shù)（如功率、電壓、電流）之比的對數(shù)單位，用率、電壓、電流）之比的對數(shù)單位，用來表征兩個物理量的相對大小關(guān)系。來表征兩個物理量的相對大小關(guān)系。若兩個功率之比為若兩個功率之比為KP,則兩個功率之比則兩個功率之比的分貝值為的分貝值為10lgKP（dB）。）。若兩個電壓（或電流）之比為若兩個電壓（或電流）之比為KV，考，考慮到慮到P=U2/R，則兩個電壓（或電流）之，則兩個電壓（或電流）之比的分貝值為比的分貝值為20lgKV（dB）。）。（3）dBmV和和dB VdBmV和和dB V都是表征電壓絕對值的值，都是表征電壓絕對值的值，也可以認為以也可以認為以1mV和和1 V電壓為基準的一個比電壓為基準的一個比值。計算公式為值。計算公式為U（dBmV）=20logU（mV）/（1mV）U（dB V）=20logU（V）/（1 V）2天線增益的表示方法天線增益的表示方法天線增益是指在輸入功率相等的條天線增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與無方向性理想點源天件下，實際天線與無方向性理想點源天線在空間同一點處所產(chǎn)生的信號功率密線在空間同一點處所產(chǎn)生的信號功率密度之比；也可以定義為使接收點場強相度之比；也可以定義為使接收點場強相同時，無方向性的理想點源天線所需的同時，無方向性的理想點源天線所需的輸入功率與被測天線所需的輸入功率之輸入功率與被測天線所需的輸入功率之比。比。對于同一個天線，如果參考基準不對于同一個天線，如果參考基準不一樣，得出的增益系數(shù)是不同的。一樣，得出的增益系數(shù)是不同的。參考基準為全方向性天線時得到的參考基準為全方向性天線時得到的增益系數(shù)為增益系數(shù)為Gi，參考基準為偶極子時得，參考基準為偶極子時得到的增益系數(shù)為到的增益系數(shù)為Gd，用分貝表示為，用分貝表示為dBi和和dBd。dBi和和dBd是表示天線增益的值（功是表示天線增益的值（功率增益），兩者都是一個相對值。率增益），兩者都是一個相對值。通常用于表示同一個天線增益時，通常用于表示同一個天線增益時，用用dBi表示出來的數(shù)值比用表示出來的數(shù)值比用dBd表示出來表示出來的數(shù)值要大的數(shù)值要大2.15dB，即，即0dBd=2.15dBi。3等效全向輻射功率等效全向輻射功率等效全向輻射功率（等效全向輻射功率（EIRP）定義為）定義為供給天線的功率和在給定的方向上相對供給天線的功率和在給定的方向上相對于無方向天線的增益的乘積，表示發(fā)射于無方向天線的增益的乘積，表示發(fā)射機獲得的在最大天線增益方向上的最大機獲得的在最大天線增益方向上的最大發(fā)射功率。發(fā)射功率。設(shè)發(fā)射機功率為設(shè)發(fā)射機功率為PT，饋線損耗為，饋線損耗為LT，天線增益為天線增益為GT，天線發(fā)出的等效全向輻射，天線發(fā)出的等效全向輻射功率（功率（EIRP）為）為（2-6）若發(fā)射機功率（若發(fā)射機功率（PT）用）用dBW表示，表示，饋線損耗（饋線損耗（LT）和天線增益（）和天線增益（GT）用）用dB表示，則有表示，則有（2-7）若發(fā)射機功率（若發(fā)射機功率（PT）用）用dBm表示，饋線表示，饋線損耗（損耗（LT）和天線增益（）和天線增益（GT）用）用dB表示，則表示，則有有（2-8）4靈敏度靈敏度靈敏度是衡量物理儀器的一個標志，靈敏度是衡量物理儀器的一個標志，特別是特別是電學(xué)電學(xué)儀器尤其注重儀器靈敏度的提儀器尤其注重儀器靈敏度的提高。高。無線電接收機的靈敏度可以理解為無無線電接收機的靈敏度可以理解為無線電接收機對輸入線電接收機對輸入電波電波的反應(yīng)程度。的反應(yīng)程度。2.2 2.2 無線環(huán)境下的噪聲與干擾無線環(huán)境下的噪聲與干擾噪聲是指與信號無關(guān)的一些破壞性因素，如噪聲是指與信號無關(guān)的一些破壞性因素，如各種工業(yè)噪聲（各種工業(yè)噪聲（Industrialnoise）、交流聲（）、交流聲（Humnoise）、脈沖噪聲（）、脈沖噪聲（Pulsenoise），銀河系噪聲），銀河系噪聲（Galacticnoise）、大氣噪聲（）、大氣噪聲（Atmosphericnoise）、）、太陽噪聲（太陽噪聲（Solarnoise）等宇宙噪聲（）等宇宙噪聲（Comicnoise）以及由元器件內(nèi)部各種微觀粒子的熱騷動所產(chǎn)生的以及由元器件內(nèi)部各種微觀粒子的熱騷動所產(chǎn)生的熱噪聲（熱噪聲（Thermalnoise）等。）等。干擾（干擾（Interference）則是指與信號有關(guān)的一）則是指與信號有關(guān)的一些破壞性因素。些破壞性因素。如符號間干擾（如符號間干擾（Inter-symbolinterference）、）、同信道干擾（同信道干擾（Co-channelinterference）、鄰近信道）、鄰近信道干擾（干擾（Adjacentchannelinterference）、阻塞干擾）、阻塞干擾（Jamminginterference）以及各種人為的故意干）以及各種人為的故意干擾（如軍事通信或雷達系統(tǒng)中的瞄準干擾）等。擾（如軍事通信或雷達系統(tǒng)中的瞄準干擾）等。2.2.1噪聲噪聲噪聲分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲。噪聲分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲。內(nèi)部噪聲主要是指系統(tǒng)設(shè)備自身間產(chǎn)內(nèi)部噪聲主要是指系統(tǒng)設(shè)備自身間產(chǎn)生的各種噪聲。生的各種噪聲。外部噪聲包括自然噪聲和人為噪聲。外部噪聲包括自然噪聲和人為噪聲。2.2.2干擾干擾1同頻干擾同頻干擾由相同頻率的無用信號對同頻有用由相同頻率的無用信號對同頻有用信號接收機造成的干擾稱為同頻干擾。信號接收機造成的干擾稱為同頻干擾。在移動通信系統(tǒng)中，為了提高頻譜在移動通信系統(tǒng)中，為了提高頻譜利用率，蜂窩系統(tǒng)中采用了頻率復(fù)用技利用率，蜂窩系統(tǒng)中采用了頻率復(fù)用技術(shù)，頻率復(fù)用的無線小區(qū)相距越遠，同術(shù)，頻率復(fù)用的無線小區(qū)相距越遠，同頻干擾就越小，頻率利用率越低。頻干擾就越小，頻率利用率越低。2鄰頻干擾鄰頻干擾鄰頻干擾是指相鄰的或鄰近的頻率之鄰頻干擾是指相鄰的或鄰近的頻率之間的干擾，是由于接收濾波器不理想，導(dǎo)間的干擾，是由于接收濾波器不理想，導(dǎo)致鄰頻信號落入接收機通帶內(nèi)所造成的干致鄰頻信號落入接收機通帶內(nèi)所造成的干擾。擾。如果鄰頻用戶在離用戶接收機距如果鄰頻用戶在離用戶接收機距離很近的位置發(fā)射，將會引起遠近效應(yīng)。離很近的位置發(fā)射，將會引起遠近效應(yīng)。3互調(diào)干擾互調(diào)干擾互調(diào)干擾是指兩個或多個不同頻率互調(diào)干擾是指兩個或多個不同頻率信號作用在通信設(shè)備的非線性器件上，信號作用在通信設(shè)備的非線性器件上，產(chǎn)生同有用信號頻率相近的組合頻率，產(chǎn)生同有用信號頻率相近的組合頻率，如果新頻率正好落在接收機共用信道帶如果新頻率正好落在接收機共用信道帶寬內(nèi)，則形成對該接收機的干擾，稱為寬內(nèi)，則形成對該接收機的干擾，稱為互調(diào)干擾。互調(diào)干擾?；フ{(diào)干擾主要有互調(diào)干擾主要有3種類型。種類型。發(fā)射機互調(diào)干擾。發(fā)射機互調(diào)干擾。接收機互調(diào)干擾。接收機互調(diào)干擾。外部效應(yīng)引起的互調(diào)。外部效應(yīng)引起的互調(diào)。4其他干擾其他干擾阻塞干擾。阻塞干擾。時隙干擾和碼間干擾。時隙干擾和碼間干擾。2.3 2.3 電磁波與無線電頻譜電磁波與無線電頻譜1電磁波的基本概念電磁波的基本概念電磁波是人類用于遠距離實時接收和發(fā)電磁波是人類用于遠距離實時接收和發(fā)送信息的主要載體之一。送信息的主要載體之一。由電磁感應(yīng)原理可知，交變的電場產(chǎn)生由電磁感應(yīng)原理可知，交變的電場產(chǎn)生磁場，交變的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場和磁場，交變的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場和磁場之間相互聯(lián)系、相互依存、相互轉(zhuǎn)化。磁場之間相互聯(lián)系、相互依存、相互轉(zhuǎn)化。以場能的形式存在于空間的電場能以場能的形式存在于空間的電場能和磁場能按一定的周期不斷進行轉(zhuǎn)化，和磁場能按一定的周期不斷進行轉(zhuǎn)化，形成具有一定能量的電磁場。形成具有一定能量的電磁場。交變的電磁場不僅可存在于電荷、交變的電磁場不僅可存在于電荷、電流或?qū)w的周圍，而且能夠脫離其產(chǎn)電流或?qū)w的周圍，而且能夠脫離其產(chǎn)生的波源向遠處傳播。生的波源向遠處傳播。這種在空間或媒質(zhì)中以波動形式傳這種在空間或媒質(zhì)中以波動形式傳播的交變電磁場，就稱為電磁波。播的交變電磁場，就稱為電磁波。2電磁波頻率的劃分電磁波頻率的劃分電磁波的頻率范圍很廣，可以從零電磁波的頻率范圍很廣，可以從零到無窮大。到無窮大。為了使用方便，按照其不同的屬性為了使用方便，按照其不同的屬性及傳播特性將電磁波頻譜劃分為不同的及傳播特性將電磁波頻譜劃分為不同的波段，頻率在波段，頻率在3000GHz以下的電磁波稱以下的電磁波稱為無線電波，也可簡稱為電波。不同波為無線電波，也可簡稱為電波。不同波段的電磁波具有不同的屬性。段的電磁波具有不同的屬性。3電磁波頻譜特性電磁波頻譜特性電磁波頻譜是一種有限的自然資源，與電磁波頻譜是一種有限的自然資源，與其他自然資源相比有許多不同的特性。其他自然資源相比有許多不同的特性。（1）頻譜資源的有限性）頻譜資源的有限性（2）頻譜資源的非消耗性）頻譜資源的非消耗性（3）頻譜資源的三維性）頻譜資源的三維性（4）頻譜資源的易受污染性）頻譜資源的易受污染性（5）頻譜資源的共享性）頻譜資源的共享性2.4 2.4 無線電波傳播環(huán)境無線電波傳播環(huán)境1大氣層的分層特性大氣層的分層特性包圍地球的大氣層通常被分為包圍地球的大氣層通常被分為4個層次：對個層次：對流層、同溫層（平流層）、電離層和磁球?qū)?，如流層、同溫層（平流層）、電離層和磁球?qū)?，如圖圖2-4所示。所示。圖圖2-4 大氣層的分層大氣層的分層2地球表面及其覆蓋物地球表面及其覆蓋物地球表面（即地面）及其覆蓋物是地球表面（即地面）及其覆蓋物是影響無線電波傳播的重要因素之一。影響無線電波傳播的重要因素之一。地面及其覆蓋物可以引起無線電波地面及其覆蓋物可以引起無線電波的反射、散射、繞射等效應(yīng)，這些傳播的反射、散射、繞射等效應(yīng)，這些傳播現(xiàn)象與地面覆蓋物的類型、地面的電磁現(xiàn)象與地面覆蓋物的類型、地面的電磁特性和地形粗糙度緊密相關(guān)。特性和地形粗糙度緊密相關(guān)。在無線電通信中，地形和地物對無在無線電通信中，地形和地物對無線電波的阻擋也是經(jīng)常需要考慮的重要線電波的阻擋也是經(jīng)常需要考慮的重要問題。問題。無論是對于地空通信還是對于地面無論是對于地空通信還是對于地面通信，特別是地面通信，地面覆蓋物的通信，特別是地面通信，地面覆蓋物的影響都是不容忽視的因素。影響都是不容忽視的因素。3地面一般特性地面一般特性地面的地形特性、環(huán)境特性和地面覆蓋地面的地形特性、環(huán)境特性和地面覆蓋物特性與無線電波的傳播密切相關(guān)，對于物特性與無線電波的傳播密切相關(guān)，對于不同的地面和環(huán)境，應(yīng)采用不同的傳播模不同的地面和環(huán)境，應(yīng)采用不同的傳播模型。型。2.5 2.5 無線電波傳播機制無線電波傳播機制2.5.1直射直射通常直射波傳播按理想的傳播條件來進通常直射波傳播按理想的傳播條件來進行分析，即假定天線周圍為無限大真空區(qū)，行分析，即假定天線周圍為無限大真空區(qū)，也稱為自由空間。也稱為自由空間。在這種理想空間中，電磁波的能量不會在這種理想空間中，電磁波的能量不會被障礙物所吸收，也不存在電波的反射、折被障礙物所吸收，也不存在電波的反射、折射、繞射、色散和吸收等現(xiàn)象，而且電波傳射、繞射、色散和吸收等現(xiàn)象，而且電波傳播速率等于真空中光速。播速率等于真空中光速。1自由空間特點自由空間特點自由空間作為一種理想空間具有如自由空間作為一種理想空間具有如下特點。下特點。擁有均勻無損耗的無限大空間。擁有均勻無損耗的無限大空間。各向同性的均勻介質(zhì)。各向同性的均勻介質(zhì)。相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率恒為相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率恒為1。2自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗根據(jù)電磁場理論，雖然電磁波在自根據(jù)電磁場理論，雖然電磁波在自由空間傳播，但是電波經(jīng)過一段路徑傳由空間傳播，但是電波經(jīng)過一段路徑傳播后，由于能量的擴散也會引起能量的播后，由于能量的擴散也會引起能量的衰減。衰減。傳輸損耗（傳輸損耗（Lf）或稱系統(tǒng)損耗定義為發(fā)）或稱系統(tǒng)損耗定義為發(fā)送功率送功率Pt與接收功率與接收功率Pr之比。由式（之比。由式（2-17）可得出傳輸損耗的表達式為可得出傳輸損耗的表達式為如果用如果用dB表示，式（表示，式（2-18）可表示）可表示為為式中，距離式中，距離d以以km為單位，頻率為單位，頻率f以以MHz為單位。為單位。接收功率可表示為接收功率可表示為2.5.2反射反射當電磁波遇到比其波長大得多的物體時當電磁波遇到比其波長大得多的物體時就會發(fā)生反射。就會發(fā)生反射。電磁波反射發(fā)生在不同物體界面上，比電磁波反射發(fā)生在不同物體界面上，比如地球表面、建筑物和墻壁表面。如地球表面、建筑物和墻壁表面。物體界面即反射界面可能是規(guī)則的，物體界面即反射界面可能是規(guī)則的，也可能是不規(guī)則的；可能是平滑的，也可也可能是不規(guī)則的；可能是平滑的，也可能是粗糙的。能是粗糙的。反射是產(chǎn)生多徑衰落的主要因素。反射是產(chǎn)生多徑衰落的主要因素。1平滑表面的反射平滑表面的反射2兩徑傳播模型兩徑傳播模型實際移動傳播環(huán)境是十分復(fù)雜的，在簡實際移動傳播環(huán)境是十分復(fù)雜的，在簡化條件下，地面電波兩徑傳播模型如圖化條件下，地面電波兩徑傳播模型如圖2-6所示。所示。該模型適用于基站天線高度超過該模型適用于基站天線高度超過50m，幾千米范圍內(nèi)的信號強度預(yù)測，也適用于城幾千米范圍內(nèi)的信號強度預(yù)測，也適用于城區(qū)視距范圍內(nèi)的微蜂窩環(huán)境。區(qū)視距范圍內(nèi)的微蜂窩環(huán)境。圖圖2-6 兩徑傳播模型兩徑傳播模型2.5.3折射折射1折射的基本概念折射的基本概念當電磁波從一種介質(zhì)射入另一種介當電磁波從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，傳播方向會發(fā)生變化，這就是折質(zhì)時，傳播方向會發(fā)生變化，這就是折射現(xiàn)象射現(xiàn)象。2大氣折射大氣折射3視線傳播極限距離視線傳播極限距離2.5.4繞射繞射在實際的移動通信環(huán)境中，發(fā)射與在實際的移動通信環(huán)境中，發(fā)射與接收之間的傳播路徑上存在山丘、建筑接收之間的傳播路徑上存在山丘、建筑物、樹木等各種障礙物，無線電波被尖物、樹木等各種障礙物，無線電波被尖利的邊緣阻擋時會發(fā)生繞射，其所引起利的邊緣阻擋時會發(fā)生繞射，其所引起的電波傳播損耗稱為繞射損耗。的電波傳播損耗稱為繞射損耗。1菲涅耳區(qū)的概念菲涅耳區(qū)的概念繞射現(xiàn)象可由惠更斯繞射現(xiàn)象可由惠更斯-菲涅耳原理來菲涅耳原理來解釋，即波在傳播過程中，行進中的波解釋，即波在傳播過程中，行進中的波前（面）上的每一點，都可作為產(chǎn)生次前（面）上的每一點，都可作為產(chǎn)生次級波的點源，這些次級波組合起來形成級波的點源，這些次級波組合起來形成傳播方向上新的波前（面）。傳播方向上新的波前（面）。繞射由次級波的傳播進入陰影區(qū)而繞射由次級波的傳播進入陰影區(qū)而形成。形成。陰影區(qū)繞射波場強為圍繞阻擋物所陰影區(qū)繞射波場強為圍繞阻擋物所有次級波的矢量和，如圖有次級波的矢量和，如圖2-9所示。所示。圖圖2-9 惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理 2刃形繞射模型刃形繞射模型當障礙物是單個物體，且障礙物的當障礙物是單個物體，且障礙物的寬度與其高度相比很小，稱為刃形障礙寬度與其高度相比很小，稱為刃形障礙物。物。刃形障礙物對電波傳播影響示意圖刃形障礙物對電波傳播影響示意圖如圖如圖2-11所示。所示。圖圖2-11 菲涅耳余隙的定義菲涅耳余隙的定義2.5.5散射散射在實際的移動環(huán)境中，接收信號比在實際的移動環(huán)境中，接收信號比單獨繞射和反射模型預(yù)測的要強。單獨繞射和反射模型預(yù)測的要強。散射波產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或散射波產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體，比如樹葉、街道標志其他不規(guī)則物體，比如樹葉、街道標志和燈柱等都會引發(fā)散射。和燈柱等都會引發(fā)散射。反射能量由于散射而散布于所有方反射能量由于散射而散布于所有方向，散射給接收機提供了額外的能量。向，散射給接收機提供了額外的能量。2.6 2.6 陰影效應(yīng)陰影效應(yīng)由于電波傳播遇到建筑物等阻擋，由于電波傳播遇到建筑物等阻擋，形成電波陰影區(qū)，陰影區(qū)的電場強度減形成電波陰影區(qū)，陰影區(qū)的電場強度減弱的現(xiàn)象稱為陰影效應(yīng)。弱的現(xiàn)象稱為陰影效應(yīng)。接收天線處場強中值的變化引起的接收天線處場強中值的變化引起的衰落，稱為陰影衰落。衰落，稱為陰影衰落。由于這種衰落的變化速率較慢，又由于這種衰落的變化速率較慢，又稱為慢衰落。稱為慢衰落。慢衰落速率主要決定于傳播環(huán)境，即慢衰落速率主要決定于傳播環(huán)境，即移動臺周圍地形，包括山丘起伏、建筑物移動臺周圍地形，包括山丘起伏、建筑物的分布與高度、街道走向、基站天線的位的分布與高度、街道走向、基站天線的位置與高度，以及移動臺行進速度，而與頻置與高度，以及移動臺行進速度，而與頻率無關(guān)。率無關(guān)。慢衰落的深度，即接收信號局部中值慢衰落的深度，即接收信號局部中值電平變化的幅度取決于信號頻率與周圍環(huán)電平變化的幅度取決于信號頻率與周圍環(huán)境。境。2.7 2.7 多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)無線電波主要傳播類型包括直射、無線電波主要傳播類型包括直射、反射和繞射等。反射和繞射等。移動臺所處地理環(huán)境的復(fù)雜性，使移動臺所處地理環(huán)境的復(fù)雜性，使得接收端的信號不僅會含有直射波的主得接收端的信號不僅會含有直射波的主徑信號，還會有從不同建筑物反射及繞徑信號，還會有從不同建筑物反射及繞射過來的多條不同路徑的信號，而且它射過來的多條不同路徑的信號，而且它們到達時的信號強度、時間及載波相位們到達時的信號強度、時間及載波相位都不同，如圖都不同，如圖2-13所示。所示。在接收端收到的信號是上述各路徑信號在接收端收到的信號是上述各路徑信號的矢量和。的矢量和。不同相位的多個信號在接收端疊加，有不同相位的多個信號在接收端疊加，有時同相疊加而增強，有時反相疊加而減弱。時同相疊加而增強，有時反相疊加而減弱。這樣，接收信號的幅度將急劇變化，可這樣，接收信號的幅度將急劇變化，可能產(chǎn)生達能產(chǎn)生達3040dB的深度衰落。的深度衰落。通常這種由于多徑現(xiàn)象引起的干擾稱為通常這種由于多徑現(xiàn)象引起的干擾稱為多徑干擾或多徑效應(yīng)，產(chǎn)生的衰落稱為多多徑干擾或多徑效應(yīng)，產(chǎn)生的衰落稱為多徑衰落。徑衰落。圖圖2-13 多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)2.7.1多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)由于移動臺的高速移動而產(chǎn)生的傳由于移動臺的高速移動而產(chǎn)生的傳播信號頻率的擴散，稱為多普勒效應(yīng)，播信號頻率的擴散，稱為多普勒效應(yīng)，如圖如圖2-14所示。所示。圖圖2-14 多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)傳播信號頻率擴散程度與移動臺的傳播信號頻率擴散程度與移動臺的運動速度成正比，即多普勒頻率運動速度成正比，即多普勒頻率fd為為式中，式中，v是移動臺的速度，是移動臺的速度，是傳播信是傳播信號的波長，號的波長，是移動臺前進方向與入射波是移動臺前進方向與入射波的夾角。的夾角。當移動臺運動方向與入射波一致時，當移動臺運動方向與入射波一致時，最大多普勒頻移最大多普勒頻移。多普勒頻率。多普勒頻率fd也也可以表示為可以表示為2.7.2多徑信道描述多徑信道描述1多徑信道的沖激響應(yīng)模型多徑信道的沖激響應(yīng)模型沖激響應(yīng)是信道的一個重要特性，沖激響應(yīng)是信道的一個重要特性，可用于比較不同通信系統(tǒng)的性能，無線可用于比較不同通信系統(tǒng)的性能，無線移動通信系統(tǒng)的多徑信道與無線信道的移動通信系統(tǒng)的多徑信道與無線信道的沖激響應(yīng)直接相關(guān)。沖激響應(yīng)直接相關(guān)。移動無線信道可建模為一個具有時移動無線信道可建模為一個具有時變沖激響應(yīng)特性的線性濾波器，信號的變沖激響應(yīng)特性的線性濾波器，信號的濾波特性以任一時刻到達的多徑波為基濾波特性以任一時刻到達的多徑波為基礎(chǔ)，其幅度與時延之和影響信道濾波特礎(chǔ)，其幅度與時延之和影響信道濾波特性。性。2多徑信道的主要參數(shù)多徑信道的主要參數(shù)（1）多徑時延擴展與相關(guān)帶寬）多徑時延擴展與相關(guān)帶寬（2）多普勒擴展和相干時間）多普勒擴展和相干時間2.7.3多徑接收信號分析多徑接收信號分析1多徑接收信號的分布函數(shù)描述多徑接收信號的分布函數(shù)描述在無線移動信道中，電磁波信號傳在無線移動信道中，電磁波信號傳輸過程經(jīng)常遭受障礙物和其他移動體的輸過程經(jīng)常遭受障礙物和其他移動體的影響，到達接收端的信號是來自不同的影響，到達接收端的信號是來自不同的傳播路徑的信號之和。傳播路徑的信號之和。接收端收到的信號不是固定、可預(yù)接收端收到的信號不是固定、可預(yù)見的，而是具有很強的隨機性，屬于時見的，而是具有很強的隨機性，屬于時變信號。變信號。移動通信系統(tǒng)分析中，對于接收端移動通信系統(tǒng)分析中，對于接收端信號包絡(luò)統(tǒng)計時變特性常用瑞利分布和信號包絡(luò)統(tǒng)計時變特性常用瑞利分布和萊斯分布進行描述。萊斯分布進行描述。2衰落的特征量衰落的特征量（1）衰落速率）衰落速率（2）電平通過率）電平通過率（3）衰落持續(xù)時間）衰落持續(xù)時間2.8 2.8 移動信道傳播損耗預(yù)測模型移動信道傳播損耗預(yù)測模型移動通信系統(tǒng)中用戶的位置是隨機移動通信系統(tǒng)中用戶的位置是隨機的，不同的用戶遇到的無線電波傳播環(huán)的，不同的用戶遇到的無線電波傳播環(huán)境是不一樣的，而且是隨機變化的，所境是不一樣的，而且是隨機變化的，所以很難精確地計算移動信道傳播損耗。以很難精確地計算移動信道傳播損耗。工程實踐中大量使用統(tǒng)計模型。工程實踐中大量使用統(tǒng)計模型。2.8.1Okumura模型模型1中等起伏地上市區(qū)傳播損耗的中值中等起伏地上市區(qū)傳播損耗的中值在計算各種地形、地物上的傳播損耗時，均在計算各種地形、地物上的傳播損耗時，均以中等起伏地上市區(qū)的損耗中值或場強中值作為以中等起伏地上市區(qū)的損耗中值或場強中值作為基準，因而把它稱作基準中值或基本中值?；鶞?，因而把它稱作基準中值或基本中值。在考慮基站天線高度增益因子與移動臺天線在考慮基站天線高度增益因子與移動臺天線高度增益因子的情況下，中等起伏地上市區(qū)實際高度增益因子的情況下，中等起伏地上市區(qū)實際傳播損耗（傳播損耗（LT）為）為LT=Lf+Am（f，d）Hb（hb,d）Hm（hm，f）2郊區(qū)和開闊地傳播損耗的中值郊區(qū)和開闊地傳播損耗的中值郊區(qū)的建筑物一般是分散、低矮的，故郊區(qū)的建筑物一般是分散、低矮的，故電波傳播條件優(yōu)于市區(qū)。電波傳播條件優(yōu)于市區(qū)。郊區(qū)的傳播損耗中值比市區(qū)傳播損耗中郊區(qū)的傳播損耗中值比市區(qū)傳播損耗中值要小。值要小。3不規(guī)則地形上傳播損耗的中值不規(guī)則地形上傳播損耗的中值實際的傳播環(huán)境中，如下一些地形也需實際的傳播環(huán)境中，如下一些地形也需要考慮，用來修正傳播損耗預(yù)測模型，其分要考慮，用來修正傳播損耗預(yù)測模型，其分析方法與前面類似，不再詳述。析方法與前面類似，不再詳述。丘陵地的修正因子丘陵地的修正因子Kh。孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子Kjs。斜波地形修正因子斜波地形修正因子Ksp。水陸混合路徑修正因子水陸混合路徑修正因子KS。2.8.2Okumura-Hata模型模型Hata模型的分析思路與模型的分析思路與Okumura模模型一致，以市區(qū)傳播損耗為標準，其他型一致，以市區(qū)傳播損耗為標準，其他地形地物在此基礎(chǔ)上進行修正。地形地物在此基礎(chǔ)上進行修正。考慮修正因子后，市區(qū)的中值路徑考慮修正因子后，市區(qū)的中值路徑損耗的標準公式如下，單位為損耗的標準公式如下，單位為dB。Lurban=69.55+26.16lgfc 13.82lghb a（hm）+（44.9 6.55lghb）lgd（2-52）式中，式中，a（hm）是移動臺接收機的有效天）是移動臺接收機的有效天線高度的修正因子，取決于所處傳播環(huán)境。線高度的修正因子，取決于所處傳播環(huán)境。2.8.3COST231模型模型COST231模型為歐洲科技合作委員會模型為歐洲科技合作委員會（COST）提出的傳播模型，理論上主要借）提出的傳播模型，理論上主要借用了用了Walfisch與與Ikegami的研究成果，屬于的研究成果，屬于半經(jīng)驗半理論的傳播模型，該模型也被稱半經(jīng)驗半理論的傳播模型，該模型也被稱為為COST231-Walfisch/Ikegami模型，適用模型，適用于微小區(qū)的實際工程設(shè)計，比如基站的覆于微小區(qū)的實際工程設(shè)計，比如基站的覆蓋范圍小于蓋范圍小于lkm。2.8.4ITU模型模型ITU傳播模型最早來自于傳播模型最早來自于Okumura模型，后模型，后來來Hata在在1980年對這些實驗曲線進行了數(shù)值模擬。年對這些實驗曲線進行了數(shù)值模擬。國際無線電咨詢委員會（國際無線電咨詢委員會（CCIR）和）和ITU-R使使用全球廣泛的實驗數(shù)據(jù)并綜合了國際上公認的可用全球廣泛的實驗數(shù)據(jù)并綜合了國際上公認的可靠研究成果，對此模型進行了許多改進，形成了靠研究成果，對此模型進行了許多改進，形成了適用范圍更廣泛、更加成熟的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，并推薦適用范圍更廣泛、更加成熟的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停⑼扑]此模型作為移動通信場強預(yù)測的優(yōu)選模型。此模型作為移動通信場強預(yù)測的優(yōu)選模型。