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无线传播特性
——衰落及其影响
信道的危害
信道是个表现很坏的“时变滤波器”
信道让一切变得不确定:确定信号→随机信号
延迟:未知的符号边界/采样时间的同步、PN码相位;
带限:信号畸变、符号间干扰;
衰减:未知的信号强度;
多普勒频移:未知的载波频率/相位;
加入了干扰、噪声;
快速衰落导致的时变性、;
如何重现发送的信号?
如果实现不了,那么就无法实现通信;
导致通信失败的两因素:S/N(S/I)降低,ISI;
无线通信的根本
核心技术围绕信道设计
信道损害
信道带宽受限:
传输延迟:
传输路径损耗:
衰落:由传播方向上无线电波与障碍物的相互作用导致;
多普勒效应:
多径传输:
噪声/干扰侵入
这些信道损害类型并不仅仅在无线信道中存在,除了多普勒频移现象外,在有线信道中同样存在。
信号发生的变化
极度衰落,且快速起伏,导致未知的信号强度;
信号丢失;
信号中叠加了干扰/噪声,导致S/N很低;
未知且变化的传输延迟时间,导致多径效应;
未知的载波频率、相位,且快速抖动;
未知的扩频码相位和边界;
未知的符号边界,;
TDMA时,未知的时隙边界;
接收的数据符号间存在干扰(ISI);
这些变化从宏观上看,导致同样条件下,在不同时间、不同位置、不同频段,接收机所收到的信号均不相同。从微观上看,使得信号取样时间的确定和同步困难、解调、检测和估计容易出错。
其它系统的无线信道,如卫星通信、无线电视、卫星导航系统等,也存在类似的影响。
研究传播特性的意义
规划和建设一个移动通信网首先考虑的物理问题
频段确定、频率分配;
无线电波的覆盖范围,链路预算;
计算通信概率及系统间的电磁干扰;
确定无线设备的参数;
站点规划;
规划和建设一个移动通信网考虑的服务问题
业务类型——与传输的质量密切相关,QoS;
用户数量与类型——与动态控制密切相关;
针对信道传输损害的具体技术对策
实施无线通信功能的保障
物理可行
经济可行
主要内容
无线电波的基本传输机制
↓
实际的无线通信系统环境
↓
实际环境下的无线传播特性
↓
抽象出来的信道模型
↓
仿真与抗衰落测试
无线传播的基本机制
反射
2维尺度上远大于电磁波的波长,表面起伏不大时(近似平整的表面),对电磁波看起来就近似一种镜面。
干涉
多个无线电波相互作用时产生的叠加;
绕射(衍射)
物体的尺度远大于电磁波的波长,电磁波传播遭遇其边缘时。
散射
遭遇不平整、粗糙的与波长相当的表面,向所有的方向反射,多个反射波干涉的结果使得波呈散射状。存在一个散射系数。
透射
大气分子的作用;
建筑物的透射损耗;
实际的无线通信环境
无线传播环境
地形结构(开阔区、平滑地形、丘陵地形和山区);
人为环境(乡村地区、准郊区、郊区和市区、沿路、水面etc.);
动态特性(速度,天气……)
不同频段的频率具有不同的传播特性
低频段频率传播损耗小,绕射能力强,室内覆盖效果好,但是容量有限。
高频段频率资源丰富,容量大,但是传播损耗大,绕射能力差,室内覆盖效果较差。
无线电波传输途径
直射波或地面反射波(最一般的传播方式);
对流层反射波(传播具有很大的随机性,波长小于10米,频率大于30M);
山体绕射波(阴影区信号来源,频率越高绕射能力越差)和电离层反射波(超视距通信途径,波长小于1米,频率大于300M)。
移动
收发机任何一方的移动,信道内障碍物的移动,
实际网络规划时无线传播环境的定义(6类)
密集市区
普通市区
郊区
农村
公路干道
风景区/展区/旅游区