现代无线通信课件.ppt

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1、第二章传播与噪声现代无线通信对于无线通信：2.1引言+噪声=信道传播影响7/28/202110:17AMOUTLINE自由空间传播模型地面无线传播物理模型地面无线传播统计模型室内传播特性多径及衰落等局部传播影响统计散射模型噪声与干扰的影响链路预算2.1引言7/28/202110:17AM假设发射天线与接受天线相距R，如果两者之间没有阻隔，信号沿直线传播，这就是自由空间传播情况，对应于视径（LOS）信道模型。2.2.1全向辐射发射天线是全向天线（isotropicantenna）的情况。功率通量密度（powerflu

2、xdensity）：单位面积上通过的发射功率（W/m2）。接收功率其中Ae表示天线的有效面积或吸收截面，由天线的物理面积和天线效率决定2.2自由空间传播7/28/202110:17AM对于全向天线，其有效面积为：那么，接收功率为：其中，定义为自由空间传播的路径损耗（PathLoss）。例2.1：一个用于数据传输的商用移动接收机的灵敏度为-90dBm。假设有一个100mW发射机，介于发射和接收全向天线之间为自由空间，在传输频率为800MHz时，这个接收机可工作的区域半径为多少？接收机灵敏度为-90dBm，相当于10-

3、9mW2.2.1全向辐射7/28/202110:17AM2.2.2定向辐射大多数天线都是非全向的，一般都具有增益或者方向性,是方位角，是仰角可以定义天线的发射增益为：根据定义可知，全向天线的发射增益为1。同样可以定义接收增益为如果发射天线和接收天线完全相同，根据互易原理，天线在任意方向上的最大发射或接收增益为2.2.2定向辐射7/28/202110:17AM例2.2抛物线天线增益：试计算一个用来接收12GHz卫星直播电视信号的0.6m抛物线天线的增益，假设天线效率为50%。以上讨论的是正对天线轴向的情况，即最大天线

4、增益情况，非轴向情况，即通信方向与天线轴向存在偏离情况可参考p12-13。2.2.2定向辐射7/28/202110:17AM2.2.3Friis方程推广到更一般的情况，当发送与接收使用不同的各向异性天线时称为Friis方程。为简化计算通常写成：Friis方程是最基本的链路预算方程，反映了无线链路发射功率与接收功率之间的关系。对于闭合链路，要求上式右边为接收机提供足够的功率，以便可靠检测发送的信息。2.2.3Friis方程7/28/202110:17AM习题2.2地面微波链路中，视距传输限制发射机与接收机之间的距离约

5、为40km。假设用一频率为4GHz、功率为100mW的发射机发射信号，而接受天线的有效区域为0.5m2，则a)接受功率是多少？b)在接收天线处的电场强度是多少?（自由空间特性波阻抗120πΩ）c)如果接受天线终端与一个50欧姆的阻抗匹配，则发射信号在这些终端产生的电压是多少？2.2.3Friis方程7/28/202110:17AM2.2.4极化极化（polarization）是指通过天线将电磁波在两个正交方向发射。水平和垂直极化左手和右手循环极化2.2.4极化7/28/202110:17AM2.3.1反射和地面模型

6、平坦地面模型：发射和接收机之间由视径和地面反射路径组成的双径模型。如果用Ed和Er分别表示视径和反射路径在接收天线处的电场强度，那么总的电场强度为反射：，其中Ei表示入射电场，Er表示反射电场（并且使用低通等效形式），ρ表示电场的衰减，ψ表示由于反射引起的相位变化。所以，其中，∆φ是路径差引起的相位变化，ρ’是路径差引起的衰减。2.3地面传播：物理模型7/28/202110:17AM1）假设发射和接收天线之间距离R远大于天线高度，可以近似认为Rd≈Rr，那么ρ’≈1，即两径对电场的衰减相同；2）由于R很大，反射的入

7、射角就很小，趋近0，且对于平坦地面，3）虽然Rd≈Rr，因此我们忽略了电场的衰减，但是路径差引起的相位差却不能忽略由于R远大于天线高度，对上两式可做泰勒级数展开2.3.1反射和地面模型所以，接收天线处的电场强度为：7/28/202110:17AM空间中某处的功率通量密度与电场强度之间存在关系:我们在2.2节的例题中其实已经使用了这一关系。由以上两个式子我们可以得到接收功率由自由空间传播模型：R大大于天线高度，所以上式可以简化为2.3.1反射和地面模型7/28/202110:17AM地面传播方程：定义平坦地面模型（两

8、径模型）的路径损耗为地面传播方程与自由空间传播方程的差别：1）地面传播与载波频率无关；2）地面传播接收功率与距离的四次方成反比，而自由空间是平方反比，可见地面传播中功率衰减要快很多；3）地面传播接收功率与天线高度成平方正比。而且从方程可以看出，天线高度、通信距离等参数微小的变化都可能造成接收功率的明显不同。2.3.1反射和地面模型7/28/202110:17