無(wú)線(xiàn)移動(dòng)信道特性分析

摘 要：為了更快捷方便地搭建無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)
通信網(wǎng)

　　通信的實(shí)質(zhì)就是信息的傳遞，通網(wǎng)就是由硬件和軟件組成的用來(lái)傳輸信息的網(wǎng)絡(luò)。由各種用戶(hù)終端、交換中心、集中器、連接器以及連接它們之間的傳輸線(xiàn)路組成。還必須有管理網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的軟件（如所謂的標(biāo)準(zhǔn)、信今、協(xié)議）。

絡(luò)，對(duì)由多徑效應(yīng)和多普勒頻移引起的大尺度衰落和小尺度衰落等信道特性進(jìn)行了分析，總結(jié)其一般的傳播規(guī)律，并利用Matlab軟件對(duì)路徑損耗模型及平坦衰 落模型進(jìn)行了仿真分析，為無(wú)線(xiàn)通信研究人員分析和仿真信道提供基礎(chǔ)。

　　0引言

　　移動(dòng)通信系統(tǒng)
通信系統(tǒng)

　　通信系統(tǒng)是為把用戶(hù)非電形式的消息傳送到遠(yuǎn)方，現(xiàn)代通信技術(shù)在發(fā)送端以用戶(hù)終端設(shè)備將作為信源的消息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并令其經(jīng)信道傳送到遠(yuǎn)方的接收端，接收端用戶(hù)終端設(shè)備再?gòu)乃邮招盘?hào)中還原出受信消息（信宿）。

是依靠無(wú)線(xiàn)信道實(shí)現(xiàn)的，它是最復(fù)雜的無(wú)線(xiàn)通信信道之一。移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能主要受到無(wú)線(xiàn)信道的制約，無(wú)線(xiàn)信道環(huán)境的好壞直接影響著通信質(zhì)量的好壞。信號(hào)從發(fā)送機(jī)到接收機(jī)的過(guò)程 中，受到地形或障礙物的影響，會(huì)發(fā)生反射、繞射、衍射等現(xiàn)象，接收機(jī)接收到的信號(hào)是由不同路徑的來(lái)波組合而成，這種現(xiàn)象稱(chēng)為多徑效應(yīng)。由于不同路徑的來(lái)波到達(dá)時(shí)間不同，導(dǎo)致相位不同。不同 相位的來(lái)波在接收端因同相疊加而加強(qiáng)，因反相疊加而減弱，會(huì)造成信號(hào)幅度的變化，稱(chēng)為衰落，這種由多徑引起的衰落稱(chēng)為多徑衰落。當(dāng)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收機(jī)接收的信號(hào)頻率 與發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)頻率不相同，這種現(xiàn)象稱(chēng)為多普勒效應(yīng)，接收頻率與發(fā)射頻
射頻
　　射頻（簡(jiǎn)稱(chēng)RF）射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱(chēng)。每秒變化小于1000次的交流電稱(chēng)為低頻電流，大于10000次的稱(chēng)為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。通常是指30MHz ~ 4GHz頻段。

率之差稱(chēng)為多普勒頻移。

　　為了深人研究和實(shí)際應(yīng)用的需要，把無(wú)線(xiàn)信道的衰落主要分為兩種形式：大尺度衰落和小尺度衰落。

　　1 大尺度衰落

　　大尺度衰落是由于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離和兩者之間的障礙物引起的平均信號(hào)能量減少，包括路徑損耗和陰影衰落，其中路徑損耗是由發(fā)射功率的幅度擴(kuò)散及信道的傳播特性造成的。陰影衰落是由 發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的障礙物造成的。

　　1．1 路徑損耗

　　陸地傳播的路徑損耗的公式可簡(jiǎn)單表示為：

　　式中：A是傳播常量；α是路徑損耗系數(shù)；d是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的距離。

　　在自由空間下，接收機(jī)接收的信號(hào)平均功率P，可由下式給出：

　　式中：Pt是發(fā)射功率；gt是發(fā)射天線(xiàn)
天線(xiàn)

　　天線(xiàn)的基本功能是輻射和接收無(wú)線(xiàn)電波。發(fā)射時(shí)，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波；接收時(shí)，把電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流。天線(xiàn)的一般原理是：當(dāng)導(dǎo)體上通以高頻電流時(shí)，在其周?chē)臻g會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)與磁場(chǎng)。按電磁場(chǎng)在空間的分布特性，可分為近區(qū)、中間區(qū)、遠(yuǎn)區(qū)。設(shè)R為空間一點(diǎn)到導(dǎo)體的距離，是高頻電流信號(hào)的波長(zhǎng)，在R＜λ／2π時(shí)的區(qū)域稱(chēng)近區(qū)，在該區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)與導(dǎo)體中電流、電壓有緊密的聯(lián)系；在R＞A／2π的區(qū)域稱(chēng)為遠(yuǎn)區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電磁場(chǎng)能離開(kāi)導(dǎo)體向空間傳播，它的變化相對(duì)于導(dǎo)體上的電流、電壓就要滯后一段時(shí)間，此時(shí)傳播出去的電磁波已不與導(dǎo)線(xiàn)上的電流、電壓有直接的聯(lián)系了，這區(qū)域的電磁場(chǎng)稱(chēng)為輻射場(chǎng)。 [全文]

增益；gr是接收天線(xiàn)
天線(xiàn)
　　天線(xiàn)的基本功能是輻射和接收無(wú)線(xiàn)電波。發(fā)射時(shí)，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波；接收時(shí)，把電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流。天線(xiàn)的一般原理是：當(dāng)導(dǎo)體上通以高頻電流時(shí)，在其周?chē)臻g會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)與磁場(chǎng)。按電磁場(chǎng)在空間的分布特性，可分為近區(qū)、中間區(qū)、遠(yuǎn)區(qū)。設(shè)R為空間一點(diǎn)到導(dǎo)體的距離，是高頻電流信號(hào)的波長(zhǎng)，在R＜λ／2π時(shí)的區(qū)域稱(chēng)近區(qū)，在該區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)與導(dǎo)體中電流、電壓有緊密的聯(lián)系；在R＞A／2π的區(qū)域稱(chēng)為遠(yuǎn)區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電磁場(chǎng)能離開(kāi)導(dǎo)體向空間傳播，它的變化相對(duì)于導(dǎo)體上的電流、電壓就要滯后一段時(shí)間，此時(shí)傳播出去的電磁波已不與導(dǎo)線(xiàn)上的電流、電壓有直接的聯(lián)系了，這區(qū)域的電磁場(chǎng)稱(chēng)為輻射場(chǎng)。

增益；λ是電波波長(zhǎng)。

　　自由空間的路徑損耗Lf定義為：

　　由式（1）可得出，路徑損耗與距離的α次方成正比。

　　由式（3）可知，在自由空間下，路徑損耗與距離的平方成反比。然麗在實(shí)際的移動(dòng)環(huán)境中，接收信號(hào)的功率要比自由空間下小很多，路徑損耗系數(shù)一般可取為3～4。

　　1．2 路徑傳輸損耗模型

　　關(guān)于路徑損耗的模型，目前應(yīng)用最廣泛的是Okumura模型，Hata對(duì)Okumura模型進(jìn)行了公式化處理，所得到的基本損耗（單位：dB）公式如下：

　　式中：Fc是載波頻率（150～1 500 MHz）；hte是基站
基站

　　基站子系統(tǒng)(BSS)是移動(dòng)通信系統(tǒng)中與無(wú)線(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)關(guān)系最直接的基本組成部分。在整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中基站主要起中繼作用?；九c基站之間采用無(wú)線(xiàn)信道連接，負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)發(fā)送、接收和無(wú)線(xiàn)資源管理。而主基站與移動(dòng)交換中心(MSC)之間常采用有線(xiàn)信道連接，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶(hù)之間或移動(dòng)用戶(hù)與固定用戶(hù)之間的通信連接。

天線(xiàn)有效高度（30～200 m），定義為基站天線(xiàn)實(shí)際海拔高度與基站沿傳播方向?qū)嶋H距離內(nèi)的平均地面海拔高度之差；hre是移動(dòng)臺(tái)有效天線(xiàn)高度（1～10 m），定義為移動(dòng)臺(tái)天線(xiàn)高出地表的高度；d是基站天線(xiàn)和移動(dòng)臺(tái)天線(xiàn)之間的水平距離（1～20 km）；α(hre)是有效天線(xiàn)修正因子，是覆蓋區(qū)大小的函數(shù)，對(duì)于不同的區(qū)域，a（hre）具有不同的表示形式。

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