1、移動通信講授內(nèi)容移動通信講授內(nèi)容第1章 移動通信發(fā)展概述第第2章章 移動通信基礎(chǔ)移動通信基礎(chǔ)：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(jìn)移動通信移動通信第第2章章移動通信基礎(chǔ)移動通信基礎(chǔ)第第2章章 無線通信基礎(chǔ)無線通信基礎(chǔ)無線信道傳播無線信道傳播抗摔落技術(shù)抗摔落技術(shù)多址接入技術(shù)多址接入技術(shù)移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有線信道特性是穩(wěn)定的、可預(yù)測的。但鋪有線信道特性是穩(wěn)定的、可預(yù)測的。但鋪設(shè)固定，不靈活。設(shè)固定，不靈活。無線信道特性是隨機(jī)的、時(shí)變的、不可預(yù)無線信道特性是隨機(jī)的、時(shí)變的、不可預(yù)測的。但取消連

2、線，鋪設(shè)靈活，適應(yīng)各種測的。但取消連線，鋪設(shè)靈活，適應(yīng)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(jìn)行信息傳輸與信息交換。無線通信利用電磁波傳播進(jìn)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(yīng)用的掌握電磁波傳播特性是無線通信系統(tǒng)研究與應(yīng)用的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)。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(fù)雜，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間基本上

3、無城市傳播環(huán)境復(fù)雜，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)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(yán)重影響通信效果。u多徑傳播會產(chǎn)生時(shí)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(shù)措施：分集接收（時(shí)間分集、空間分集、頻率分集）、匹配濾波等。 時(shí)間色散時(shí)間色散 掌握電磁波傳播特性是理解無線通信協(xié)議設(shè)計(jì)背后原因的基礎(chǔ)。無線信道傳播特性也是無線通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)和研究頻譜有效利用、系統(tǒng)電磁

4、兼容性等課題所必須了解和掌握的內(nèi)容之一。3G長期演進(jìn)技術(shù)的核心MIMO則是直接利用了多徑傳播特性。電磁波的傳播機(jī)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(jī)制的研究是掌握電磁波傳播特性的基礎(chǔ)。u無線通信傳播環(huán)境下，主要關(guān)心電磁波兩個(gè)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(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的一個(gè)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(shí)時(shí)通信效果。 u決定決定Rx與與Tx相距一定距離時(shí)的平均接收信號電平。相距一定距離時(shí)的平均接收信號電平。u大型地物障礙時(shí)形成陰影，產(chǎn)生陰影衰落。大型地物障礙時(shí)形成陰影，產(chǎn)生陰影衰落。u在陰影區(qū)域，雖然在陰影區(qū)

5、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(yīng)或氣象因素產(chǎn)生的電平起伏一般隨距離因陰影效應(yīng)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(dá)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號強(qiáng)度會

6、出現(xiàn)比較大的起伏，往往達(dá)到幾十個(gè)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(dāng)當(dāng)Rx天線處在深衰落位置點(diǎn)上時(shí)，甚至?xí)炀€處在深衰落位置點(diǎn)上時(shí)，甚至?xí)斐赏ㄐ胖袛唷Ｔ斐赏ㄐ胖袛唷９潭o線通信系統(tǒng)布局需要避免深衰落點(diǎn)。固定無線通信系統(tǒng)布局需要避免深衰落點(diǎn)。任何輻射結(jié)構(gòu)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(gòu)成線天線的基本構(gòu)成部分，即構(gòu)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(dǎo)電流I可以看成振幅均勻分布且相位處處相同。 圖

7、2-3 分析點(diǎn)基本振子輻射的坐標(biāo)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：1.地球表面波傳播地球表面波傳播2.天波傳播天波傳播3.空間波傳播。空間波傳播。 地球表面波傳播是超視距傳播。優(yōu)點(diǎn)：1）可用來在地

8、球上兩點(diǎn)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(diǎn)：1）地球表面波傳播只適合較低頻率的電磁波。地球是良導(dǎo)體，會因地球表面波的傳播引起感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生電阻損耗和介質(zhì)損耗，電磁波不斷衰減，頻率越高衰減越嚴(yán)重。2）發(fā)射設(shè)備體積大，造價(jià)高，天線架設(shè)困難。3）只能是窄帶系統(tǒng)，不能實(shí)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(diào)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(dāng)作視距(horizon)傳播。在分析傳播距離時(shí)，需要考慮地球低空大氣層的特點(diǎn)。 發(fā)

9、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(rèn)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(shí)，即從光密媒質(zhì)射向光疏媒質(zhì)，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(gè)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(shí)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(zhì)的入射角與折射角的正弦之比，等于兩種媒質(zhì)的折射率之反比。折射率之反比。21n2

10、n12211sinsinnn4321n1n2n3n4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(zhì)中自由電子密度Ne的關(guān)系為r=1-80.8Ne/f 2。媒質(zhì)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(shí)，先是從光密媒質(zhì)射向光疏媒質(zhì)，電磁波的傳播方向?qū)⒁蜻B續(xù)的折射而不斷地向著地面的方向偏折。當(dāng)傳播到某個(gè)高度時(shí)，就會有一部分電磁波由原來的向太空方向轉(zhuǎn)為向地面方向傳播。轉(zhuǎn)向地面?zhèn)鞑サ碾姶挪ㄗ兂捎晒馐杳劫|(zhì)射向光密媒質(zhì)，傳播方向?qū)⑦B續(xù)地向著靠

11、近法線的方向偏折，而這時(shí)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(shí)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(shí)中波和中短波也能以天波的形式傳播。收音機(jī)夜晚能收聽到許多遠(yuǎn)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(shí)間變化時(shí)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(shí)稱為線極化，末端軌跡為圓時(shí)為圓極化，末端軌跡為橢圓時(shí)為橢圓極化。u電磁波極化特性具有重要的應(yīng)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(shí)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