全向覆蓋的概念
全向覆蓋(omnidirectional coverage)是指在水平面內能夠覆蓋各個方向的無線電傳播方式。
無線移動通信信道是由長期慢衰落和短期快衰落效應來表征的。忽略
熱噪聲時,接收機接收的信號可以表示為
式中,
表示長期慢衰落,即本地平均或對數正態衰落分量,其幅度是對數正態功率密度函式;
表示短期快衰落,即多徑或瑞利衰落分量。兩種衰落都與接收機天線的位移有關。
長期慢衰落是由移動通信信道路徑上的固定障礙物的陰影引起的,衰減特性一般服從
律,平均信號衰落和關於平均衰落的變化具有對數常態分配的特徵。利用不同測試環境下的移動通信信道的長期慢衰落中值計算公式,可以計算移動通信系統的業務覆蓋區域。從無線系統工程的角度看,傳播的衰落主要影響到無線區的覆蓋。
短期快衰落是由移動台運動和地點的變化而產生的。其中,多徑產生時間擴散,引起信號符號間干擾;運動產生都卜勒效應,引起信號相位變化。不同的測試環境有不同的短期快衰落特性。而多徑衰落嚴重影響信號傳輸質量,並且是不可避免的,只能採用抗衰落技術來減少其影響。
在移動通信中,無線電波主要是以地波形式傳播的,因此主要考慮直達波和反射波傳播。
一般情況下,對電波反射按平面波處理,即電波在反射點的入射角等於反射角,電波相位發生一次變化。在接收端接收到的信號是直達波和多個反射波的合成。由於大氣折射隨時間變化,傳播路徑差也隨時間和近端地形地物變化,信號有時同相相加,有時反相抵消,由此會造成接收端信號的幅度變化,這就稱為衰落。
在移動傳播環境中,到達移動台天線的信號不是單一路徑來的,而是許多路徑來的眾多反射波的合成。由於電波通過各個路徑的距離不同,因而各個路徑來的反射波到達時間不同,相位也不同。不同相位的多個信號在接收端疊加,有時同相疊加而加強,有時反向疊加而減弱。這樣,接收信號的幅度將急劇變化,即產生了衰落。
全向覆蓋的工作原理
自由空間的無線電傳播
自由空間是指在理想的、均勻的、各向同性的介質中傳播,電波傳播部發生反射、折射、繞射、散射和吸收現象,只存在由電磁波能量擴散而引起的傳播損耗。
在自由空間中,設發射點處的發射功率為
,以球面波輻射;設接收的功率為
,則有
式中,
,
為工作波長;
、
分別表示發射天線和接收天線增益;
為發射天線和接收天線之間的距離。
電波的自由空間傳播損耗是與距離的平方成正比的。
陰影衰落傳播的基本特性
陰影衰落時長期衰落(大尺度衰落),是移動無線通信信道傳播環境中的地形起伏、建築物及其他障礙物對電波傳播路徑的阻擋而形成的電磁場陰影效應。
陰影衰落的信號電平起伏是相對緩慢的,又稱為慢衰落。其特點是衰落與無線電傳播地形和地物的分布、高度有關。
陰影衰落一般表示為電波傳播距離
的
次冪與表示音響損耗的正態對數分量的乘積。移動用戶與基站之間的距離為
時,傳播路徑損耗和陰影衰落可以表示為
式中,
是由於陰影產生的對數損耗,服從零平均和標準的對數常態分配。