第2章 WSN—無線系統(tǒng)基礎

1、1第2章 無線系統(tǒng)基礎2無線系統(tǒng)基礎提綱n電磁波頻段與傳播電磁波頻段與傳播n無線通信制式無線通信制式n射頻基礎與天線射頻基礎與天線n無線信道特征無線信道特征n無線收發(fā)過程分解無線收發(fā)過程分解n傳感節(jié)點無線收發(fā)傳感節(jié)點無線收發(fā)3電磁波頻段通常無線電波所指的是從極低頻10KHz到極超高頻的頂點300GHz（Giga Hertz）。通常劃分成12個區(qū)域，參看下表：帶號 頻 帶 名 稱 頻 率 范 圍 波 段 名 稱 波 長 范 圍 1 至低頻（TLF） 0.030.3 Hz 至長波或千兆米波 10 0001 000 兆米（Mm） 0 至低頻（TLF） 0.33 Hz 至長波或百兆米波 1 00010

2、0 兆米（Mm） 1 極低頻（ELF） 330 Hz 極長波 10010 兆米（Mm） 2 超低頻（SLF） 30300 Hz 超長波 101 兆米（Mm） 3 特低頻（ULF） 3003 000 Hz 特長波 1 000100 千米（km） 4 甚低頻（VLF） 330 kHz 甚長波 10010 千米（km） 5 低頻（LF） 30300 kHz 長波 101 千米（km） 6 中頻（MF） 3003 000 kHz 中波 1 000100 米（m） 7 高頻（HF） 330 MHz 短波 10010 米（m） 8 甚高頻（VHF） 30300 MHz 米波 101 米（m） 9 特高頻（

3、UHF） 3003 000 MHz 分米波 101 分米（dm） 10 超高頻（SHF） 330 GHz 厘米波 101 厘米（cm） 11 極高頻（EHF） 30300 GHz 毫米波 101 毫米（mm） 12 至高頻（THF） 3003 000 GHz 絲米波或亞毫米波 101 絲米（dmm） 4電磁波頻段（續(xù)）頻段名稱頻率范圍波段名稱波長范圍特高頻（UHF）3003000MHz分米波10.1m（110-1m）超高頻（SHF）330GHz厘米波101cm（10-110-2m）極高頻（EHF）30300GHz毫米波101mm（10-210-3m）至高頻（THF）3003000GHz微波亞毫

4、米波10.1mm（10-310-4m）光波310-3310-5mm（310-6310-8m）n 無線通信使用的電磁波頻率范圍和波段5電磁波頻段（續(xù)）n 無線通信使用的電磁波的常用波段和用途6電磁波頻段（續(xù)）n由于歷史原因，在一些歐、美、日等西方國家常常把部分微波波段分為L、S、C、X、Ku、K、Ka等波段（或稱子波段），具體如表所示范圍和波段雷 達 空間無線電通信 字母代碼 頻率范圍（GHz） 舉例（GHz） 標稱頻段 舉例（GHz） L 1-2 1.215-1.4 1.5 GHz 頻段 1.525-1.710 S 2-4 2.3-2.5 2.7-3.4 2.5 GHz 頻段 2.5-2.69

5、0 C 4-8 5.25-5.85 4/6 GHz 頻段 3.4-4.2 4.5-4.8 5.85-7.075 X 8-12 8.5-10.5 - Ku 12-18 13.4-14.0 15.7-17.3 11/14 GHz 頻段 12/14 GHz 頻段 10.7-13.25 14.0-14.5 K（注） 18-27 24.05-24.25 20 GHz 頻段 17.7-20.2 Ka（注） 27-40 33.4-36.0 30 GHz 頻段 27.5-30.0 V 40-75 46-56 40 GHz 頻段 37.5-42.5 47.2-50.2 7電磁波頻段分配細則國際電聯(lián)（ITU）區(qū)域

6、劃分圖8電磁波頻段分配（續(xù)）9電磁波頻段GSM系統(tǒng)分配移動通信中頻段的劃分為：技術CDMA標準GSM900波段1800波段890-915MHz(MS)1710-1755MHz(MS)935-960MHz(BS)1805-1850MHz(BS)擴展GSM波段885-915MHz(MS)930-960MHz(BS)頻率范圍GSM 825-835MHz (MS) 870-880MHz (BS)由上表可以看出移動通信頻段位于UHF頻段范圍內，是以空間波的方式進行傳輸?shù)摹?0電磁波頻段中國3G分配中國中國3G頻譜分配頻譜分配:60 MHz30 MHz FDDTDD100 MHz15MHz 40 MHz

7、155MHz178518501755188019201980 201020252110217022002400 Satellite Empty Satellite 230011電磁波傳播特性n無線通信中的電磁波按照其波長的不同具有不同的傳播特點，下面按波長分述如下：n極長波（極低頻ELF）傳播n極長波是指波長為110萬公里（頻率為330Hz）的電磁波。理論研究表明，這一波段的電磁波沿陸地表面和海水中傳播的衰耗極小。n 超長波（超低頻SLF）傳播n超長波是指波長1千公里至1萬公里（頻率為30300Hz）的電磁波。這一波段的電磁波傳播十分穩(wěn)定，在海水中衰耗很?。l率為75Hz時衰耗系數(shù)為0.3dB

8、/m）對海水穿透能力很強，可深達100m以上。n甚長波（甚低頻VLF）傳播n甚長波是指波長10公里100公里（頻率為330kHz）的電磁波。無線通信中使用的甚長波的頻率為1030kHz，該波段的電磁波可在大地與低層的電離層間形成的波導中進行傳播，距離可達數(shù)千公里乃至覆蓋全球。12電磁波傳播特性（續(xù)）n長波（低頻LF）傳播n長波是指波長1公里10公里（頻率為30300kHz）的電磁波。其可沿地表面?zhèn)鞑ィǖ夭ǎ┖涂侩婋x層反射傳播（天波）。n中波（中頻MF）傳播n中波是指波長100米1000米（頻率為3003000kHz）的電磁波。中波可沿地表面?zhèn)鞑ィǖ夭ǎ┖涂侩婋x層反射傳播（天波）。中波沿地表面?zhèn)?/p>

9、播時，受地表面的吸收較長波嚴重。中波的天波傳播與晝夜變化有關。n短波（高頻HF）傳播n短波是指波長為10米100米（頻率為330MHz）的電磁波。短波可沿地表面?zhèn)鞑ィǖ夭ǎ乜臻g以直接或繞射方式傳播（空間波）和靠電離層反射傳播（天波）。n超短波（甚高頻VHF）傳播n超短波是指波長為1米10米（頻率為30300MHz）的電磁波。超短波難以靠地波和天波傳播，而主要以直射方式（即所謂的“視距”方式）傳播。13電磁波傳播特性（續(xù)）n微波傳播n微波是指波長小于1米（頻率高于300MHz）的電磁波。目前又按其波長的不同，分為分米波（特高頻UHF）、厘米波（超高頻SHF）、毫米波（極高頻EHF）和亞毫米波

10、（至高頻THF）。n微波的傳播類似于光波的傳播，是一種視距傳播。其主要在對流層內進行。總的說來，這種傳播方式比較穩(wěn)定，但其傳播也受到大氣折射和地面反射的影響。另外，對流層中的大氣湍流氣團對微波有散射作用。利用這種散射作用可實現(xiàn)微波的超視距傳播。視距傳播（line-of-sight propagation，LOS propagation）是指利用超短波、微波作地面通信和廣播時，其空間波在所能直達的兩點間的傳播。其距離同在地面上人的視線能及的距離相仿，一般不超過50km。14電磁波傳播衰減單位 Calculations in dB (deci-Bel)logarithmic, relative s

11、caleAlways with respect to a referencedBW :dB above WattdBm :dB above mWattdBi :dB above isotropicdBd :dB above dipoledBV/m:dB above V/mrule-of-thumb: +3 dB = factor 2 +7 dB = factor 5 +10 dB = factor 10-30 dBm = 1 W-20 dBm = 10 W-10 dBm = 100 W-7 dBm = 200 W-3 dBm = 500 W 0 dBm = 1 mW+3 dBm = 2 mW+

12、7 dBm = 5 mW+10 dBm = 10 mW+13 dBm = 20 mW+20 dBm = 100mW+30 dBm = 1 W+40 dBm = 10W+50 dBm = 100W15電磁波傳播衰減單位PowerVoltages Conversion factor E(dBV/m) = P(dBm) + 106,4 + antenna factorantenna factor = 20 log(f MHz) -29,8 - ant_gain + cable_lossantenna factor for 900 MHz : 29 dB1800 MHz : 35 dBdBPPPlin

13、P dB1010010log.()dBEEElinE dB2010020log.()16電磁波傳播衰減在研究傳播時，特定接收機功率接收的信號電平是一個主要特性。由于傳播路徑和地形干擾，傳播信號減小，這種信號減小稱為傳播損耗。自由空間的傳播損耗可以由下式表示：)log(20)log(204 .32kmMHzpdfL其中f為頻率(MHz)，d為距離(km)。上式與距離d成反比，當距離增加一倍時，自由空間的路徑損耗增加6dB。同時，減小波長提高頻率也會使路徑損耗增大。當已知頻率f還可以簡化上式：)log(100kmpdLL式中2。稱為路徑損耗傾斜因子。在實際蜂窩環(huán)境中，隨著環(huán)境的不同的取值范圍在26

14、之間變化。17電磁波傳播衰減環(huán)境路徑損耗傾斜因子自由空間2市區(qū)蜂窩環(huán)境2.73.5市區(qū)陰影蜂窩環(huán)境35室內視距1.61.8室內非視距4625 dB/dec30 dB/dec20 dB/dec40 .50 dB/decpath loss18無線系統(tǒng)基礎提綱n電磁波頻段與傳播電磁波頻段與傳播n無線通信制式無線通信制式n射頻基礎與天線射頻基礎與天線n無線信道特征無線信道特征n無線收發(fā)過程分解無線收發(fā)過程分解n傳感節(jié)點無線收發(fā)傳感節(jié)點無線收發(fā)19無線通信制式發(fā)展歷程AMPSTACSNMT其它GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第一代 80年代模擬第二代 90年代數(shù)字第三代 IMT-200

15、0UMTSWCDMACDMA2000需求驅動需求驅動需求驅動需求驅動模擬技術數(shù)字技術語音業(yè)務寬帶業(yè)務TD-SCDMA3G為客戶與運營商提供了完整的綜合業(yè)務解決方案。為客戶與運營商提供了完整的綜合業(yè)務解決方案。4G LTE正在建網正在建網全球移動通信系統(tǒng)Global System for Mobile Communicationadvanced mobile phone system 模擬移動通信系統(tǒng)是蜂窩移動通信系統(tǒng)發(fā)展的早期階段Total Access Communications System是一種全入網通信系統(tǒng)技術NMT即Nordic Mobile Telephony(北歐移動電話),是

16、第一代移動通信技術 PDC (Personal Digital Cellular telecommunication system) 個人數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)TIME DIVIDE MULTIPLE ADDRESS）：時分多址，應用于GSM數(shù)字移動系統(tǒng)CODE DIVIDE MULTIPLE ADDRESS碼分多址。CDMA是以不同的代碼序列實現(xiàn)通信20無線通信制式發(fā)展歷程AMPSTACSNMT其它GSMCDMA IS95TDMAIS-136PDC第一代 80年代模擬第二代 90年代數(shù)字第三代 IMT-2000UMTSWCDMACDMA2000需求驅動需求驅動需求驅動需求驅動模擬技術數(shù)字技術語音業(yè)

17、務寬帶業(yè)務TD-SCDMA3G為客戶與運營商提供了完整的綜合業(yè)務解決方案。為客戶與運營商提供了完整的綜合業(yè)務解決方案。4G LTE正在建網正在建網通用移動通信系統(tǒng)，簡稱UMTS(Universal Mobile Telecommunications SystemWCDMA的全稱是寬帶碼分多址（WidebandCodeDivision Multiple Access），是UMTS首選的空中接口技術Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access（時分同步碼分多址） 的簡稱，中國提出的第三代移動通信標準(簡稱3G)，也是ITU批準的三個

18、3G標準中的一個21無線通信制式接入方式u FDMA（FREQUENCE DIVIDE MULTIPLE ADDRESS）：頻分多址，應用于模擬蜂窩移動系統(tǒng)上。u TDMA（TIME DIVIDE MULTIPLE ADDRESS）：時分多址，目前應用于GSM數(shù)字移動系統(tǒng)。具體是指：每一頻帶上有8個時隙，最多可有8個移動用戶使用同一頻帶，一個用戶占用時隙。u CDMA（CODE DIVIDE MULTIPLE ADDRESS）：碼分多址。CDMA是以不同的代碼序列實現(xiàn)通信。以往的蜂窩系統(tǒng)對鄰接小區(qū)必須提供不同的頻率配置，而CDMA則可重復使用所有小區(qū)全部頻譜，或者說所有小區(qū)使用同一無線信道傳送

19、不同的信息。其基本原理是使用一組正交的偽隨機噪聲序列（簡稱偽碼），通過相關處理實現(xiàn)多客戶共享頻率的同時入網接續(xù)的功能。因此CDMA技術是最有效的頻率復用技術。22無線通信制式接入方式（續(xù)） 幾種無線接入方式：幾種無線接入方式：用戶用戶1 用戶用戶2 用戶用戶3用戶用戶1用戶用戶2用戶用戶3時間時間頻率頻率時間時間時間時間頻率頻率頻率頻率碼碼業(yè)務信道在不同業(yè)務信道在不同頻段分配給不同用戶頻段分配給不同用戶如：如：AMPS、TACS業(yè)務信道在不同業(yè)務信道在不同時間分配給不同用戶時間分配給不同用戶如：如：DAMPS、GSMFDMATDMACDMA用戶用戶3用戶用戶2用戶用戶1所有用戶在同所有用戶在同

20、一時間、同一一時間、同一頻段上、根據(jù)頻段上、根據(jù)編碼獲得業(yè)務編碼獲得業(yè)務信道信道23無線通信制式接入方式（續(xù)） 幾種無線接入方式：幾種無線接入方式：FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA采用調頻的多址技術采用調頻的多址技術. .業(yè)務信道在不同業(yè)務信道在不同頻段分配給不同的用戶。頻段分配給不同的用戶。TACSTACS、AMPSAMPS采用時分的多址技術。業(yè)務信道在不采用時分的多址技術。業(yè)務信道在不同的時間分配給不同的用戶同的時間分配給不同的用戶GSMGSM、DAMPSDAMPSCDMACDMA是采用擴頻

21、的碼分多址技術。所是采用擴頻的碼分多址技術。所有用戶在同一時間、同一頻段上、根有用戶在同一時間、同一頻段上、根據(jù)不同的編碼獲得業(yè)務信道據(jù)不同的編碼獲得業(yè)務信道24主流無線制式CDMA發(fā)展與演進IS95B115.2kbpsIS95A9.6kbpsCDMA2000 WCDMACDMA 1X307.2kbps話音容量更大話音容量更大手機待機更長手機待機更長更高的頻譜效率和網絡容量更高的頻譜效率和網絡容量更高的分組數(shù)據(jù)速率和更豐富的業(yè)務更高的分組數(shù)據(jù)速率和更豐富的業(yè)務平滑向平滑向3G3G過渡過渡TD-SCDMALTE-FDDLTE-TDD25主流無線制式CDMA擴頻概念26主流無線制式CDMA擴頻概念

22、27無線系統(tǒng)基礎提綱n電磁波頻段與傳播電磁波頻段與傳播n無線通信制式無線通信制式n射頻基礎與天線射頻基礎與天線n無線信道特征無線信道特征n無線收發(fā)過程分解無線收發(fā)過程分解n傳感節(jié)點無線收發(fā)傳感節(jié)點無線收發(fā)射頻（RF）定義n射頻（RF）是Radio Frequency的縮寫，表示可以輻射到空間的電磁頻率，頻率范圍從300KHz300GHz之間。是一種高頻交流變化電磁波的簡稱。每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流，大于10000次的稱為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。高頻(大于10K)；射頻（300K-300G）是高頻的較高頻段；微波頻段（300M-300G）又是射頻的較高頻段。282

23、9SystemView00500.e-3500.e-3111.51.522-40-2002040Am plitudeTime in SecondsSink 1射頻基礎PARn信號的峰值功率、平均功率和峰均比PAR解釋：很多信號從時域觀測并不是恒定包絡，而是如下面圖形所示。峰值功率即是指以某種概率出現(xiàn)的肩峰的瞬態(tài)功率。通常概率取為0.01%。30射頻基礎熱噪聲n噪聲定義噪聲是指在信號處理過程中遇到的無法確切預測的干擾信號（各類點頻干擾不是算噪聲）。 常見的噪聲有，來自外部的地球大氣層外銀河系產生的噪聲，大氣干擾和電磁暴，人為噪聲，汽車的點火噪聲，來自系統(tǒng)內部的熱噪聲，晶體管等在工作時產生的散粒噪

24、聲，信號與噪聲的互調產物。 31射頻基礎相位噪聲n相位噪聲相位噪聲是用來衡量本振等單音信號頻譜純度的一個指標。理想的單音信號，在頻域應為一脈沖。一般的本振信號可以認為是隨機過程對單音調相的過程，因此信號所具有的邊帶信號被稱為相位噪聲。 相位噪聲在頻域的可以這樣定量描述：偏離中心頻率多少Hz處，單位帶寬內的功率與總信號功率相比。32射頻基礎噪聲系數(shù)n噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)是用來衡量射頻部件對小信號的處理能力，通常這樣定義：單元輸入信噪比除輸出信噪比，如下圖：NFSiNiSoNo對于線性單元，不會產生信號與噪聲的互調產物及信號的失真，這時噪聲系數(shù)可以用下式表示：NF = Pno/(G*KTB)Pno表示

25、輸出端的噪聲功率，G為單元增益,KTB為熱噪聲功率。33射頻基礎噪聲系數(shù)G1、NF1G2、NF2Gn、NFnNF總NF1NF21G1.NFn1G1G2.Gn1n級聯(lián)網絡的噪聲系數(shù)公式：信號放大鏈34射頻基礎線性與非線性n信號在通過射頻通道（這里所謂的射頻通道是指射頻收發(fā)信機通道，不包括空間段衰落信道）時會有一定程度的失真，失真可以分為線性失真和非線性失真。n產生線性失真的主要有一些濾波器等無源器件，產生非線性失真的主要有一些放大器、混頻器等有源器件。另外射頻通道還會有一些加性噪聲和乘性噪聲的引入。35射頻基礎線性與非線性n線性失真線性失真又可以分成線性幅度失真和線性相位失真，從頻域可以很方便表

26、示這些失真，如下圖：幅頻特性相頻特性36射頻基礎線性與非線性n非線性失真非線性失真與線性失真相似，可以分成非線性幅度失真和非線性相位失真，圖形表示如下：90c1n20c0n00.20.40.60.811.21.41.61.8201234567893935c2n20c0n00.20.40.60.811.21.41.61.82353637383937射頻基礎特征阻抗n特征阻抗解釋：特征阻抗是微波傳輸線的固有特性，它等于模式電壓與模式電流之比。無耗傳輸線的特征阻抗為實數(shù)，有耗傳輸線的特征阻抗為復數(shù)。在做射頻PCB板設計時，一定要考慮匹配問題，考慮信號線的特征阻抗是否等于所連接前后級部件的阻抗。當不相

27、等時則會產生反射，造成失真和功率損失。反射系數(shù)(此處指電壓反射系數(shù))可以由下式計算得出：ZlZoZlZo在目前世界上的微波通訊系統(tǒng)一般分為兩種特性阻抗，一種是50歐姆系統(tǒng)，如軍用的微波、毫米波通訊系統(tǒng)，天線，雷達，我們目前開發(fā)的蜂窩通訊系統(tǒng)GSM、WCDMA等； 另一種是75歐姆系統(tǒng)，這種系統(tǒng)相對比較少，如我們目前使用的有線電視系統(tǒng)。38射頻基礎駐波比n駐波比解釋：駐波系數(shù)式衡量負載匹配程度的一個指標，它在數(shù)值上等于：VSW R11由反射系數(shù)的定義我們知道，反射系數(shù)的取值范圍是01，而駐波系數(shù)的取值范圍是1正無窮大。射頻很多接口的駐波系數(shù)指標規(guī)定小于2.0。駐波比惡化意味著信號反射比較厲害，也

28、就是說負載和傳輸線的匹配效果比較差。所以在一個系統(tǒng)中，如果駐波比很差，可能會使信號傳輸效果變差，通道增益下降。一個比較典型的例子就是靈敏度問題。39天線基礎B B l la ah h blahb l a hblah40天線基礎電性能參數(shù)電性能參數(shù)（Electrical properties）工作頻段輸入阻抗駐波比極化方式增益方向圖水平、垂直波瓣3dB寬度下傾角前后比旁瓣抑制與零點填充功率容量三階互調天線口隔離機械參數(shù)機械參數(shù)（Mechanical properties）尺寸重量天線罩材料外觀顏色工作溫度存儲溫度風載迎風面積接頭型式包裝尺寸天線抱桿防雷41天線基礎為了能良好地實現(xiàn)上述目的，要求天

29、線具有一定的方向特性為了能良好地實現(xiàn)上述目的，要求天線具有一定的方向特性（定向接收或輻射）；較高的轉換效率；能滿足系統(tǒng)正常（定向接收或輻射）；較高的轉換效率；能滿足系統(tǒng)正常工作的頻帶寬度；滿足匹配條件；（工作的頻帶寬度；滿足匹配條件；（凡高頻源都能產生輻凡高頻源都能產生輻射但必須有效輻射才能作為天線，）射但必須有效輻射才能作為天線，）產生有效的輻射或接收即產生有效的輻射或接收即應該是一個開放系統(tǒng)（如平行雙線、同軸線是保守系統(tǒng)，對稱應該是一個開放系統(tǒng)（如平行雙線、同軸線是保守系統(tǒng)，對稱振子是開放系統(tǒng)。振子是開放系統(tǒng)。) 發(fā)射天線的功能（任務、作用）是發(fā)射天線的功能（任務、作用）是將發(fā)射機輸出的高

30、頻電流將發(fā)射機輸出的高頻電流能量（或導波能量）轉換成電磁波能量輻射到空間去；能量（或導波能量）轉換成電磁波能量輻射到空間去；收、發(fā)天線具有互易性收、發(fā)天線具有互易性接收天線接收天線的功能（任務、作的功能（任務、作用）是用）是將空間傳來電波信號將空間傳來電波信號轉換成高頻電流能量或導波轉換成高頻電流能量或導波能量）送給接收機。能量）送給接收機。42n天線輻射能量集束程度和能量轉換效率的總效益nG（、）=4 U（、）/PA 單位：dBinG= GA/ GA0 單位：dBdn0dBd=2.15 dBi天線基礎- dBd與與dBi半波振子半波振子理想點源（無耗均勻輻射器）理想點源（無耗均勻輻射器）eg

31、: 0dBd = 2.15dBi2.15dB43天線基礎n全向天線例：例：1個個 dipole 接收功率：1mW多個多個 dipole組陣組陣接收功率：4 mWGAIN= 10log(4mW/1mW) = 6dBd44天線基礎n定向天線10log(8mW/1mW) = 9dBd扇區(qū)天線扇區(qū)天線“Sector antenna”接收功率：8mW全向陣列全向陣列“Omnidirectional array”接收功率：4mW(頂視)Antenna45天線基礎方向圖46天線基礎波束寬度波束寬度 （Beamwidth）120 (eg)PeakPeak - 10dBPeak - 10dB10dB Beamw

32、idth60 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB3dB Beamwidth47天線基礎旁瓣旁瓣（旁瓣（Sidelobes）下副瓣 (dB)上副瓣 (dB)48天線基礎阻抗輸入阻抗輸入阻抗（Impedance）n50Cable 50 ohmsAntenna 50 ohms49天線基礎極化極化（Polarization）VerticalHorizontal+ 45degree slant- 45degree slant50天線基礎前后比典型值典型值 ： 25dB后向功率后向功率前向功率前向功率n前后比前后比（Front to Back Ratio）主瓣最大值與后瓣最大值之比5

33、1天線基礎下傾n各種下傾的覆蓋分布各種下傾的覆蓋分布無下傾無下傾電子下傾電子下傾較大機械下傾較大機械下傾為了加強對基站近期的覆蓋盡可能減少死區(qū)，同時盡量減少對其他基站的干擾，天線應避免過高架設，同時應采用下傾的方式52天線基礎下傾覆蓋電調下傾與機械下傾電調下傾與機械下傾53無線系統(tǒng)基礎提綱n電磁波頻段與傳播電磁波頻段與傳播n無線通信制式無線通信制式n射頻基礎與天線射頻基礎與天線n無線信道特征無線信道特征n無線收發(fā)過程分解無線收發(fā)過程分解n傳感節(jié)點無線收發(fā)傳感節(jié)點無線收發(fā)54無線信道特征n為什么要研究無線信道?n無線通信系統(tǒng)的性能主要受到移動無線信道的制約,移動無線信道具有多樣性,同一無線空中接

34、口在不同的移動無線信道中的性能大不相同.n如何描述移動無線信道?n采用理論分析,場強實測統(tǒng)計和計算機模擬三種方法.55無線信道概述56無線信道大小尺度模型 信道的傳播模型可以分為：n大尺度傳播模型和小尺度衰落大尺度模塊定義：描述了長距離內接收信號的強度的緩慢變化，這些變化是由發(fā)射天線和接收天線之間傳播路徑上的障礙物遮擋造成的。 主要的模型代表有：Lee 模型、Okumura-Hata模型、COST231-Hata模型、Walfisch-Ikegami模型(WIM)、室內傳播模型 小尺度衰落定義：n描述短距離或短時間內接收信號強度快速變化的。 模型代表：AGWN模型、Raleigh 時變信道模型

35、、倫琴衰落模型 57無線信道大小尺度示意BuildingRadio TowerCellular stationVCnn58無線信道大尺度傳播模型 隨著網絡規(guī)模的擴大，對通信質量要求的提高，網絡規(guī)劃、覆蓋預測已不可能靠手工運算來完成。通過計算機應用傳播模型就能夠很好的解決這一問題。通過模型進行預測能夠得到誤差在10dB以內的路徑損耗的本地均值 移動通信中用到的傳播模型有很多,常見的有： Hata-Okumura模型 Walfisch-Ikegami模型 Planet通用模型不同的模型有不同的特點，有各自的適用范圍。下面將介紹幾種國內用來做場強預測的幾種模型。59無線信道Hata大尺度傳播模型 H

36、ata-Okumura模型mOkummurahbbpAdhhfLlog)log55. 69 .44(log82.13log26.2655.69Lp從基站到移動臺的路徑損耗(dB) f載波頻率(MHz)hb基站天線高度 d基站到移動臺之間的距離(m)hm移動臺天線高度(110m)，一般取1.5m，單位為mmOkummurahA移動臺高度修正，在中等城市取)8 . 0log56. 1 ()7 . 0log1 . 1 (fhfm在大城市取值97. 4)75.11(log(2 . 32mh60無線信道小尺度衰落n小尺度衰落用于描述在短時間或短的傳輸距離內，信號的幅度、相位或多徑時延的快速變化，因此可以

37、忽略大尺度路徑損耗。n衰落的原因：發(fā)射的信號在不同的時間和不同的方向到達接收端。61無線信道小尺度衰落n小尺度衰落的原因：多徑多徑。主要表現(xiàn)在以下三個方面：在比較小的傳輸距離或者傳輸時間內，信號強度發(fā)生了快速的變化；由于不同的多徑信號的多普勒頻移不同，因此頻域上的信號調制是隨機變化的; 由于多徑時延擴展引起，信號的時域彌散；n小尺度衰落的要素：多徑傳播：由于可能存在ISI，可以引起信號畸變；移動速度：多徑信號中不同徑的多普勒頻移不同，這導致隨機的頻率調制；周圍物體的運動速度：導致多徑信號的時變多普勒頻移；（多普勒頻移直接決定相干時間)信號的傳輸帶寬：如果信號的帶寬遠大于多徑信號愛的帶寬，那么接收信號將會畸變，但是在一個局部區(qū)域內，接收信號強度將不