无线信道传输模型——室内传播模型ppt课件
无线通信基本原理PPT课件
MS MS
BTS MS
41
移动通信基本原理
一、蜂窝理论 二、网络结构 三、多址技术 四、概念辨析
42
a)话务量概念
话务量的严格定义应该叫做话务强度，是电 话系统业务多少的度量，它与单位时间（一般取 忙时1小时）内的呼叫次数n及呼叫占用信道的平 均时间（T）成正比。
• 在分配成语音信道后，基站和移动台就会同时地连续不断地发射 • FDMA通常是窄带系统，TACS为代表，每信道25kHz带宽 • FDMA比TDMA简单，同步和组帧比特少，系统开销小
• FDMA需要精确的RF滤波器，需要双工器（单天线）
• 非线性效应：许多信道共享一个天线，功率放大器的非线性会产生交 调频率（IM），产生额外的RF辐射
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无线传播模型和校正
随着网络规模的扩大，对通信质量要求的提高，网络规划、 覆盖预测已不可能靠手工运算来完成。通过计算机应用传播模 型就能够很好的解决这一问题。通过模型进行预测能够得到误 差在10dB以内的路径损耗的本地均值。
·移动通信中用到的传播模型有很多,常见的有：
● Hata-Okumura模型 ● Walfisch-Ikegami模型 ● Planet通用模型 不同的模型有不同的特点，有各自的适用范围。
39
• CDMA：Code Division Multiple Access 码分多
址
频率
时间
码字
CDMA
所有用户在同一时间、同一频段上、根据编码获 得业务信道
40
SDMA(Space Division Multiple Access)：空分多 址
无线传播理论与模型 PPT
Designation
ELF
VF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
不同频段内的频率具有不同的传播特性
无线传播理论概述
▪ 无线电波分布在3Hz到3000GHz之间,在这个频谱内划分为12个带,如 上表。在不同的频段内的频率具有不同的传播特性。
▪ 频率越低,传播损耗越小,覆盖距离越远;而且频率越低,绕射能力越强, 建筑物内覆盖效果越好。然而,低频段频率资源紧张,系统容量有限,因 此主要应用于广播、电视、寻呼等系统。
▪ 实际上用有效发射功率(ERP)代替EIRP,来表示同半波偶极子天线相比 的最大发射功率。由于偶极子天线具有1、64的增益(比全向天线高2 、15dB),因此关于同一传输系统,ERP比EIRP低2、15dB。实际上,天线 增益是以dBi为单位与全向天线相比的dB增益或以dBd为单位与半波 偶极子天线相比的dB增益。
自由空间传播模型
▪ 自由空间传播模型用于预测接收机和发射机之间是完全无阻挡的视距路径
时的接收信号场强。卫星通信和微波视距无线链路是典型的自由空间传播
。与大多数大尺度无线电波传播模型类似,自由空间模型预测接收功率的
衰减为T－R距离的函数(幂函数)。自由空间中距发射机d处天线的接收功
率由Friis公式给出:
▪
PL(dB) 10log Pt Pr
2
10log
(4
)2
d
2
公式 (6)
自由空间传播模型
▪ Friis自由空间模型仅当d为发射天线远场值时使用。天线的远场定义为
d d 超过远场距离 的地区, 与发射天线截面的最大线性尺寸和载波
波长有关:
f
f
▪
d f 2D2
最新第5章无线通信传输理论介绍教学讲义PPT
32
5.2.2 自由空间传播损耗
1. 自由空间传播损耗的计算
解：（1）该信道的基本传输损耗为：
L /P 3.4 2 5 2l0 g d (k)m 2l0 g f(M ) H [G T ]d z () B [G R ]d ()B
1. 自由空间传播损耗的计算
➢ 若无方向性（也称全向天线）天线的辐射功率为PT瓦 时，则距辐射源d米处收点B处的单位面积上的电波平
均功率，见图5-25得：
WS
PT
4d2
(w/m2)
（5-11）
➢ 由天线理论知道，一个各向均匀接收的天线，其有效
接收面积为 A 2 4
➢ 一个无方向性天线在B点收到的功率为：
15
天波传播
➢是指电波由高空电离层反射回来而到达地 面接收点的传播方式。
➢长、中、短波都可以利用天波进行远距离 通信。
16
5.1.3 电波传播的方式及特征 散射传播
➢ 利用对流层或电离层中介质的不均匀性或 流星通过大气时的电离余迹对电磁波的散 射作用来实现远距离传播的。
➢ 主要用于超短波和微波远距离通信。
23
5.2 无线电波传播损耗
1. 能量的扩散与吸收 2. 自由空间传播损耗的计算 3. 自由空间传播条件下收信功率的计算 4. 大气吸收损耗 5. 雨雾引起的散射损耗 6. 大气折射的引起损耗 7. 电离层、对流层闪烁的引起损耗 8. 多经传播引起损耗
24
5.2.1 能量的扩散与吸收
➢ 当电磁波离开天线后，便向四面八方扩散，随着 传播距离增加，空间的电磁场就越来越弱
➢ 微波工作频率小于12GHz时，和自由空间传播损耗 相比，可以忽略不计。
无线传输基础知识PPT课件
短波
超短波: 米波
微波： 分米波
厘米波
毫米波
亚毫米波
光波： 红外光
可见光
30－300 KHz
10-1km
0.3-1.5 MHz
1000-200m
1.5-30 MHz
100-10m
30-300 MHz
10-1m
0.3－3 GHz
100-10cm
3-30 GHz
10-1cm
30-300 GHz
10-1mm
无线基础知识
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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ASB
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目录
无线通信系统回顾
无线传输基本概念
无线通信的双工多址技术 无线通信的编码 基带传输 载波传输
天线与馈线
天线的基本概念 馈线的基本概念
电磁波传输
微波无线链路 无线传输特性
网络结构 －无线接入是必要的条件 以无线接入为基础的个人通信叫做无
线个人通信 Wireless Personal Communications
ASB
Slide 26
无线通信回顾
发展（7）：21世纪电信网的发展趋势 无线通信热点之二：无线接入
技术关键
－多址
－有效性与可靠性
－组网
－蜂窝
－信令与空间接口
无线分组网原理
ASB
Slide 3
目录
无无线线通信通系信统回回顾顾
无线传输基本概念
无线通信的双工多址技术 无线通信的编码 基带传输 载波传输
天线与馈线
天线的基本概念 馈线的基本概念
通信系统中的无线信号传播模型与特点
通信系统中的无线信号传播模型与特点无线通信是指通过无线电波或红外线等无线电磁波来实现信息传输的通信方式。
现如今，无线通信系统已经广泛应用于无线电、移动通信、卫星通信、无线局域网等多个领域。
无线信号传播模型与特点对于确保通信质量和提高通信效率非常重要。
一、信号传播模型无线信号传播模型是描述无线信号在空间传播过程中衰减和传播路径的模型。
常用的信号传播模型主要包括自由空间传播模型、自由路径传播模型和多径传播模型。
1. 自由空间传播模型：自由空间传播模型是最简单的无线信号传播模型，它假设空间中没有障碍物，信号在传播过程中不会受到衰减。
该模型适用于空旷的地区，如在广场上使用遥控器控制无人机。
2. 自由路径传播模型：自由路径传播模型考虑到了地面、建筑物等直射路径上的障碍物对信号传播的影响。
一般采用二维平面模型或三维平面模型来描述信号的传播路径。
该模型可以应用于城市中高楼大厦之间的通信。
3. 多径传播模型：多径传播模型认为信号在传播过程中会经历多条传播路径，包括直射路径、反射路径和散射路径。
反射路径是信号经过建筑物等物体表面反射，并到达接收点。
散射路径是信号在随机散射体表面发生散射后到达接收点。
该模型可以应用于室内无线通信和城市中街道间的通信。
二、信号传播特点无线信号传播具有独特的特点，了解这些特点对于设计和优化无线通信系统非常重要。
1. 多径效应：多径效应是指信号在传播过程中经历了多条路径，导致接收信号中出现多个分量。
这些分量之间存在相位差和时间延迟，会造成信号的频谱扩展和码间干扰。
在调制解调、信道估计和误码控制等方面需要针对多径效应进行处理。
2. 反射和折射：无线信号在传播过程中会经过建筑物、树木等物体的表面，发生反射和折射。
这会导致信号的强度、相位和传播路径的改变。
因此，在设计信号传播模型时需要考虑建筑物和其他物体对信号传播的影响。
3. 阻塞效应：阻塞效应是指由于障碍物的存在，信号不能直接到达接收点。
这会导致信号衰减、散射和影子区等问题。
《无线信号的传播》课件
土壤
无线信号在土壤中的传播主要是通过 电磁波的形式。由于土壤的电导率和 磁导率较高，无线信号在土壤中的传 播速度会受到一定影响。
在地下通信和定位系统中，无线信号 可以通过土壤进行传播。土壤中的无 线信号传播距离通常较短，但可用于 地下探测和通信应用。
空间
空间环境中的无线信号传播主要受到地球磁场、太阳辐射和其他天体的影响。在 空间中，无线信号的传播不受地球表面的限制，因此可以覆盖全球范围。
01
红外线是指频率在0.75至1000微米之间的电磁波，具有较高的
频率和能量。
传播方式
02
红外线主要通过大气中的分子和颗粒物散射和吸收传播，通常
用于短距离通信和遥控。
传播距离
03
红外线的传播距离取决于发射功率、接收器灵敏度、大气条件
等因素，通常在几十米范围内。
光线传播
光线
光线是指可见光部分的光 波，具有特定的波长和颜 色。
数字信号传
优点
传输质量高，抗干扰能力强，适合传 输大量数据。
缺点
需要更复杂的调制解调技术，成本相 对较高。
扩频传
优点
抗干扰能力强，传输质量高，保密性好。
缺点
频带利用率较低，需要复杂的调制解调技术 。
多载波传
优点
频谱利用率高，传输速率快，适合高速数据传输。
缺点
需要复杂的调制解调技术，对信道条件要求较高。
无线信号在空间中传播的过程， 不受物理线路的限制。
无线信号的特点
传播方式
无线信号通过电磁波在空间中传播，不受地理环境的限制。
传播速度
无线信号的传播速度等于光速，即约3x10^8米/秒。
传播损耗
无线信号在传播过程中会受到空气阻力、地面反射和吸收等因素 的影响，导致信号强度逐渐减弱。
无线传播模型
无线传播模型2.2无线传播模型2.2.1无线传播机制?直射波：指在自由空间中，电磁波沿直线传播而不被吸收，且不发生反射、折射和散射等现象而直接到达接收点的传播方式。
2.2无线传播模型2.2.1无线传播机制反射波：指从其他物体反射后到达接收点的传播信号，反射波信号强度次于直射波。
2.2.1无线传播机制绕射波：指从障碍物绕射后到达接收点的传播信号。
通常，绕射波的强度与反射波相当。
12.2.1无线传播机制散射波：当波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内物体的个数非常巨大时，会发生散射，散射波信号强度相对较弱。
Wireless and Mobile Networks Technology Zhenzhou Tang@ Wenzhou University 1 22.2 无线传播模型2.2.2 自由空间传播模型为了给通信系统的规划和设计提供依据，人们通过理论分析或实测等方法，对电磁波在某些特定环境下的传播特性进行统计分析，从而总结和建立了一些具有普遍性的数学模型。
我们将这些模型称为无线传播模型（Propagation Model ）。
自由空间传播模型（Free Space Propagation Model ）是最简单、理想情况的无线电波传播模型。
PG G λ2P (d ) = t t r r (4π)2 d 2L4πd2 ?10 l og P r = 10 log P t + 10 log G t + 10 log G r - 10 log L - 10 log ?λ ? ??Wireless and Mobile Networks Technology Zhenzhou Tang @ Wenzhou University132.2 无线传播模型2.2.2自由空间传播模型自由空间路径损耗用于描述信号衰减，定义为有效发射功率和接收功率之间的差值，不包括天线增益PL(dB) = 10 l og P tPr=-147.56 + 20 log d + 20 log fWireless and Mobile Networks Technology Zhenzhou Tang @ Wenzhou University 1 42.2 无线传播模型2.2.3 双线地面反射模型双线地面反射模型（Two-ray Ground Reflection Propagation Model ）除了考虑直线传播路径外，还考虑了地面反射路径PG G h 2 h 2P r (d ) = t t r t rd 4 L双线地面反射模型在描述短距离情况时的效果并不准确。
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11
综合损耗L(L>=1)通常归因于传输线损耗、滤波损耗 和天线损耗，L=1则表明系统中不考虑硬件损耗。
路径损耗表示信号衰减，单位为dB的正直，定义为 有效发射功率和接收功率之间的差值。当包含天线增益 是，路径损耗为
Lfs
(dB)
10
log
Pt Pr
10log[ GtGr2 ] (4 )2 d 2
无线信道传输模型——室内传播模型
2011-4-7
1
概要
• 背景 • 室内分布系统的组成 • 室内传播模型分析 • 总结
2
背景
• 建筑物通讯质量不良
酒店
地铁
3
改善室内覆盖的基本方法
• 加大室外信号方式 • 分层覆盖方式 • 室内信号分布系统方式
4
室内分布系统的组成
• 信号源
直放站（无线同频、无线频移或光线直放 站）、基站（宏蜂窝或微蜂窝）
根据需要增加容 不能增加容量 量
相对较小
可能影响较大
传输电路
需要
不需要
设备安装 成本投入
安装复杂，时间 安装简单，时间
较长
较短
较多
较少
9
室内覆盖系统的理论分析
• 室内通用传播模型
该模型是一个站点的通用模型，可用于典型的室 内环境，它需要很少的环境路径损耗信息，用平均的 路径损耗和有关的阴影衰减统计来表征室内路径的损 耗。这里的模型计算穿过多层楼层的损耗以应用于频 率在楼层间复用的状况，基本的模型如下:
Pr
(d
)
PtGtGr 2 (4 )2 d 2L
Pt 为发射功率；Pr (d )是接收功率；Gt 是发射天线增益；Gr 是接收天线增益；d是T-R之间距离，单位是m；L是与
传播无关的系统损耗因子； 是波长，单位m。
天线的增益与它的有效截面
Ae 有关，即：G
4 Ae 2
。
则与载频相关： c f 。
L
L(d
0
)
20
log(
d d0
)
j
Nwj Lwj
j 1
i i 1
N Fi LFi
d是传播距离，单位m，N wj 、NFi 分别表示信号穿过不同类型的
墙和地板的数目；Lwj 、LFi 则为对应的损耗因子，单位是dB；j， i分别表示墙和地板的类型数目。
为了更好的拟合测量数据，对K-M模型进行修正，路径损 耗可表示为
设备和机房投资较大，需要增 加传输电路
6
室内分布系统的组成
• 信号分布系统
信号分布系统 优点
缺点
无源电分布
成本低、故障率低、安装方便、 由于信号源功率有限
无噪声积累、工作频率宽
和传输损耗，有效覆
盖范围不大
有源电分布
设计简单、布线灵活、信号调 整方便、覆盖范围较大
成本高、故障率高、 有噪声积累、工作频 带窄
不包括天线增益时，设定天线具有单位增益。路径损耗为
Lp (dB) 10log
Pt Pr
10
log[
2 (4 )2
d
2
]
即： Lp (dB) 32.4 20 log( fMHZ ) 20 log(dkm ) 27.6 20log( fMHZ ) 20log(dm )
12
Chan模型
• Chan模型适用于室内微蜂窝区的场强预测，该模 型认为电波在室内传播时的路径损耗L近似于自由 空间直接传播时的路径损耗Lp加上室内墙壁的穿透 损耗Lw(与工作频率和墙体材料有关)。
L(d0 ) 10nsf
log( d ) d0
FAF
对于多层建筑物，室内路径损耗等于自由空间损 耗附加上损耗因子，并随距离成指数增长。
L
L(d0
)
20
log(
d d0
)
d
FAF
其中， 为信道的衰减常数，单位是dB/m。 的取值范围在
0.48-0.62之间。
14
பைடு நூலகம்数距离路径损耗模型
• 适用于在传输路径上具有相同T-R距离的不同随机效 应。模型路径损耗公式
PL(d) PL 10* Nsf * Log(d) FAF
其中：PL为1米距离的空间损耗，GSM900典型值30dB Nsf为同层损耗因子，需经过模拟场强测试决定。 FAF为不同层路径损耗附加值。
10
自由空间传播模型
自由空间传播模型适用于预测接收机和发射机之
间是完全无阻挡的视距路径时的接收场强。自由空间 中距发射机d 处天线的接收功率
L Lp Lw 32.4 20 log( fMHZ ) 20 log(dkm ) Lw 27.6 20 log( fMHZ ) 20 log(dm ) Lw
13
衰减因子模型
• 在进行室内覆盖的网络规划时，经常选取衰减因 子模型作为室内传播模型，基本模型公式即可改 写为：
L(d )
L
L(d0
)
10
log
n(
d d0
)
X
其中：n为路径损耗指数，表明路径损耗随距离增长 的速度，依赖于特定的传播环境；d0 为近地参考距 离；d为T-R距离；X 为零均值的高斯分布随机变量，
单位为dB，标准偏差为 ，单位也为dB。
15
Keenan-Motley模型
• 适用于模拟室内路径损耗，模型预测的路径损耗为：
• 信号分布系统
无源电分布、有源电分布、光-电分布、泄 漏电缆分布
5
室内分布系统的组成
• 信号源
信号源
优点
缺点
无线同频直放站 不需铺设传输线路，设备造 价低，配置简单
无线频移直放站 光纤直放站
不需铺设传输线路，对空间 隔离度要求不高，信号相对 纯净和稳定
对无线环境要求低，信号纯 净和稳定
宏蜂窝基站
光-电分布
结合了电分布和光纤分布的优 需要进行光-电转换 点，覆盖范围大
泄漏电缆分布 安装方便、信号均匀、引入噪 造价非常昂贵 声小
7
室内分布系统的信号源接入方式
• 宏蜂窝作信源接入 • 微蜂窝作信源接入 • 直放站作信源接入
– 无线直放站 – 光纤直放站
8
微蜂窝与直放站的比较
微蜂窝
直放站
容量 对网络的影响
j
L L(d0 ) Lc Lf k f Ef kwj Lwj j 1
Lc为常数，Lwj 为穿过收发天线之间j类墙体的衰减，kwj 为收
发天线之间j类墙体数目，L f 表示穿透相邻地板的衰减，k
楼层数目，即穿透地板的数目。
f
表示
16
基于反演模式的电波传播模型
• 接收信号与发射信号功率比可以表示为：
结构简单，投入小
不能提高容量，对无线环境要 求高，对施主基站需要严格选 择室内信号要严格控制
不能提高容量，配置复杂，造 价较高
不能提高容量，设备造价较高， 对施主基站仍有反向干扰，而 且需要提供传输电路
对原基站的噪声和容量有一定 的影响
微蜂窝基站
增加了系统容量，不需要从 其他基站引用信号，使用方 便灵活