移动通信教学大纲作者 张玉艳 于翠波 2传播信道.doc

第2章 无线移动信道教学内容难点等第2章 无线移动信道1、教学内容 无线环境下的噪声与干扰；电磁波与无线电频谱的基本概念；无线电波传输环境介绍；无线电波传播基本机制；阴影效应和多径效应；移动信道传播损耗预测模型2、教学基本要求 熟悉无线移动信道特性及所需基本知识；掌握无线环境下的噪声与干扰；掌握电磁波与无线电频谱的基本概念；了解无线电波传输环境；了解无线电波传播基本机制，直射、反射、折射、绕射的基本原理；掌握阴影效应和多径效应；掌握多普勒效应、多径信道描述方法、多径接收信号的特点；了解移动信道传播损耗预测模型3、重点、难点 掌握无线环境下的噪声与干扰；掌握阴影效应和多径效应；掌握多普勒效应、多径信道描述方法、多径接收信号的特点；2.1无线移动信道特性2.1.1无线移动信道的特性 移动通信系统的性能主要取决于信号通过无线移动信道的能力无线电信号通过移动信道时会遭受来自不同途径的衰减损害按引起衰减的类型分类主要有3种类型，自由空间传播损耗、阴影衰落和多径衰落；按照传统的传输模型分类，分为大尺度衰落模型和小尺度衰落模型1）无线信道的损耗①自由空间传播损耗与弥散②阴影衰落，由于电波传播遇到建筑物等阻挡，形成电波阴影区，阴影区的电场强度减弱的现象称为阴影效应。

引起的衰落幅度服从对数正态分布（正态衰落或高斯衰落）③多径衰落，由于移动传播环境的多径传输而引起的衰落衰落振幅服从瑞利分布（瑞利衰落），莱斯分析，多径衰落使信号电平起伏不定，严重时将影响通话质量移动信道的主要特征是多径衰落图2-1给出了典型的实测接收信号场强变化图图2-1 接收信号场强变化图（2）小尺度衰落和大尺度衰落①在数十倍波长的范围内，通常几个波长或短时间（微秒级），接收信号场强的瞬时值呈现快速变化的特征，这是多径衰落引起的，又称为快衰落有些文献称这种衰落为小尺度衰落在数十波长范围内对信号求平均，可得到短区间中心值②在数百倍波长的区间内，通常几百米或几千米范围内场强的变化（秒级），信号的短区间中心值也出现缓慢变动的特征，这就是阴影衰落在较大区间内对短区间中心值求平均，可得长区间中心值③长区间中心值随距离基站的位置变化而变化，距离越远，衰减越大，称为传输损耗②和③引起的衰落被称为大尺度衰落2.1.2．与无线移动信道相关的基本概念（1）信号强度的表示方法 dBW和dBm公式为P（dBm）＝10log[P（mW）/（1mW）] （2-1）P（dBW）＝10log[P（W）/（1W）] （2-2）例2-1 （A）如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为多少dBm。

（B）对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为多少?(C) 对于40W的功率，按dBW单位进行折算后的值应为多少?解：（A）10lg 1（mW）/1mW=0dBm (B) 10lg 40*1000(mW )/1mw=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBmC) 10lg 40（W）/1W=10lg4+10lg10=16dBW① 分贝（dB）l 若两个功率之比为Kp,则两个功率之比的分贝值为10lgKp(dB)l 若两个电压（或电流）之比为KV，考虑到P=U2/R，则两个电压（或电流）之比的分贝值为20lgKV(dB)例2-2 （A）设两个信号的功率P1=10W，P2=20W，计算 P2/P1的比值，表示为分贝值为？（B）设两个信号的电压U1=10V，U2=20V，计算U2/U1的比值，表示为分贝值为？（C）如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，请比较甲比乙大多少？解 （A）设两个信号的功率P1=10W，P2=20W，KP=P2/P1=2倍，表示为分贝值为10lgKp=3dBB）设两个信号的电压U1=10V，U2=20V，KV=U2/U1=2倍，表示为分贝值为20lgKV=6dB。

C）如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大6 dB② dBmV和dBμVU(dBmV）＝20log[U（mV）/（1mV）] （2-3）U（dBμV）＝20log[U（μV）/（1μV）] （2-4）例2-3（A）如果电压U为1mV，折算为dBmV后的值为多少？ （B）对于1V的电压，按dBmV单位进行折算后的值应为多少?(C) 对于1mV的电压，按dBμV单位进行折算后的值应为多少?解：（A）20lg 1（mV）/1mV=0dBmV (B) 20lg 1*1000(mV )/1mV=20lg（1000）=60dBmVC) 20lg 1*1000（μV）/（1μV）=60dBμV2）等效全向辐射功率（EIRP）等效全向辐射功率（EIRP）定义为供给天线的功率和在给定的方向上相对于无方向天线的增益的乘积，表示发射机获得的在最大天线增益方向上的最大发射功率设发射机功率为PT，馈线损耗为LT，天线增益为GT，天线发出的等效全向辐射功率（EIRP）为 （2-6）若发射机功率（PT）用dBW表示，馈线损耗(LT)和天线增益(GT)用dB表示，则有 （2-7）若发射机功率（PT）用dBm表示，馈线损耗(LT)和天线增益(GT)用dB表示，则有 （2-8）2.2无线环境下的噪声与干扰 在无线通信中，承载信息的传输手段为电磁波信号，电磁波信号在传输过程不可避免的要受到噪声或干扰的破坏。

噪声是指与信号无关的一些破坏性因素干扰(Interference)则是指与信号有关的一些破坏性因素2.2.1噪声噪声分为内部噪声和外部噪声内部噪声主要是指系统设备自身间产生的各种噪声如由元器件内部各种微观粒子的热骚动所产生的热噪声，真空管中电子的起伏性发射或半导体中载流子的起伏变化引起的散弹噪声及交流声等内部噪声的瞬时值服从高斯分布，又称高斯噪声或白噪声外部噪声包括自然噪声和人为噪声，自然噪声主要有大气噪声、太阳噪声和银河噪声，太阳噪声和银河噪声也可统称为宇宙噪声人为噪声是指各种电气设备中电流或电压急剧变化而产生的电磁辐射，如汽车点火系统、电机电器、电力线等产生的电磁辐射，可以经电力线和接收机天线间的电容性耦合进入接收机图2-2各种噪声的功率与频率关系 （图中不同的噪声可动态进入）由图可见，图2-2中给出6种噪声的功率与频率的关系，除典型的接收机内部噪声外，其余5种均为外部噪声当工作频率在100MHz以上时，大气噪声和宇宙噪声都比接收机内部噪声小，可忽略不计在30-1000MHz频段，人为噪声较大，尤其是城市噪声影响较大，在移动通信系统设计时是不能忽略的因素2.2.2干扰 移动通信系统中的干扰是指终端自身产生的干扰、终端间和终端与基站间的相互干扰，一般包括同频干扰、邻频干扰、互调干扰、阻塞干扰和带外干扰等。

1．同频干扰由相同频率的无用信号对同频有用信号接收机造成的干扰都称为同频道干扰，也称为共道干扰在移动通信系统中，为了提高频谱利用率，蜂窝系统中采用了频率复用技术，频率复用的无线小区相距越远，同频道干扰就越小，频率利用率越低 2．邻频干扰邻频干扰是指相邻的或邻近的频率之间的干扰由于接收滤波器的不理想，导致邻频信号落入接收机通带内所造成的干扰下面介绍引起邻频干扰的简单原理，假设单音调频波为 (2-9)式（2-1）展开合并后可写为： （2-10）式（2-2）中，是n和的函数，称为的第一类n阶贝塞尔函数，其值可查表或查曲线得到由式（2-2）中可见，调频波具有无限多对边频分量，用频谱表示出来，如图2-3所示图2-3 调频波频谱调频波的频带宽度为无限大，但当n›4后，幅度将越来越小边频分量落入邻道接收机的通带内将造成干扰3．互调干扰互调干扰是指两个或多个不同频率信号作用在通信设备的非线性器件上，产生同有用信号频率相近的组合频率，如果新频率正好落在接收机共用信道带宽内，则形成对该接收机的干扰，称为互调干扰互调干扰的起因是由于器件的非线性造成的在移动通信系统中，互调干扰主要有3种类型： (1)发射机互调干扰(2)接收机互调干扰（3）外部效应引起的互调接收机中产生互调干扰的基本原理如下。

假定由于输入回路选择性较差，同时有频率为ωA、ωB、ωC的干扰信号进入接收机，而我们需要的信号频率为ω0一般非线性器件的输出电流ic与输入电压u的关系式可用幂级数表示如下： （2-11）式中，a0、a1、a2、┄、an为非线性器件的特性参数，通常n值越大，系数越小将输入信号代入式（2-11），取n=3，展开并观察所含的频率成分，可发现产生的谐波及组合频率如下：（2-12）当产生的组合频率与接收信号频率ω0接近时，将形成对有用信号的干扰，也称为三阶互调干扰，如式（2-4）所示，包括二信号三阶互调和三信号三阶互调例2-5 已知干扰频率为f1=150.2MHz、f2=150.1MHz、f3=150.0MHz问当某用户电台的接收频率为f0=150.3MHz时能否产生三阶互调干扰？解： ∵2 f1- f2=150.3MHz；f1+f2- f3=150.3MHz； ∴既产生二信号三阶互调干扰，又产生三信号三阶互调干扰为了避免互调干扰，在分配频率时，应合理地选择频道组中的频率，使得可能产生的组合频率不要落入同组频道中的任一频道利用计算机搜索得到具有最小频道数的无三阶互调的频道组，如表2-1所示。

表2-1 无三阶互调频道 4.其它干扰（1）阻塞干扰（2）时隙干扰和码间干扰移动通信所使用的无线信道中充满了各种各样的噪声与干扰为了提高移动通信系统的性能，需要对这些噪声和干扰采取有效的抑制措施2.3 电磁波与无线电频谱2.3．1．电磁波的基本概念 电磁波是人类用于远距离实时接收和发送信息的主要载体之一由电磁感应原理可知，交变的电场产生磁场，交变的磁场产生电场，变化的电场和磁场之间相互联系、相互依存、相互转化以场能的形式存在于空间的电场能和磁场能按一定的周期不断进行转化，形成具有一定能量的电磁场交变的电磁场不仅可存在于电荷、电流或导体的周围，而且能够脱离其产生的波源向远处传播这种在空间或媒质中以波动形式传播的交变电磁场，就称为电磁波电磁波在单位时间内重复变化的次数，称为电磁波频率，一般用f表示，单位为Hz (赫)，常用单位还有kHz(千赫)、MHz(兆赫)和GHz(吉赫)；电磁波在单个周期内传播的距离称为波长，一般用λ表示，单位是m(米)，常用的单位还有cm(厘米)、mm(毫米)、nm(纳米)；电磁波在单位时间内传播的距离称为电磁波的传播速度，一般用v表示，单位是m/s (米/秒)。

电磁波在自由空间中的传播速度是恒定的，其传播速度为c=3×108m/s，即每秒30万公里电磁波的频率、波长与速度的关系如下： f=c/λ (2-13)2．3.2．电磁波频率的划分 《中华人民共和国无线电频率划分规定》把3000 GHz以下的电磁频谱(无线电波)按十倍。