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無線多媒體通訊無線傳輸技術 林信標 台北科技大學電子工程系 2005.9.8 內容 第一章 無線傳播通道 第二章 無線通訊之數位調變技術 第三章 無線通訊之通道編碼技術 第四章 寬頻分時多工技術與系統 第五章 展頻技術與寬頻分碼多工存取 第六章 正交分頻多工技術與系統 第七章 智慧型天線與MIMO系統 第八章 無線多媒體通訊系統與標準 第一章無線傳播通道 目錄 1.1 無線傳播通道 1.2 電磁波基本原理 1.3 各種衰落程序介紹 1.4 窄頻快速衰落通道 1.5 寬頻快速衰落通道 無線傳播通道基本概念 無線通道雜訊分類 無線通訊系統 在無線通道中，雜訊可分為相乘性雜訊與相加性雜訊。 衰落程序分類 衰落程序可分為三類，分別為：路徑損失(path loss)、遮蔽效應(shadowing)造成的慢速衰落(slow fading)及都卜勒效應(Doppler effect)與多重路徑延遲(Multi-path delay)所造成的快速衰落(fast fading) 衰落種類 路徑損失(path Loss) 路徑損失，顧名思義即訊號強度隨著傳播路徑增加而衰減，為發射天線至接收天線之間的功率差值。 路徑損失之傳播模型，以傳播範圍大小可區分為 Megacell Macrocell Microcell Picocell 等四類。 若以傳播模型建立之方法來區分，則可分成 經驗模型 (empirical model) 物理模型 (physical model)。 路徑損失示意圖 自由空間(Free Space)中的傳播模型為最簡單、最理想化的傳播模型。所謂自由空間是指傳送與發射端天線之間的區域是沒有任何物體會阻礙電磁波的傳遞或是吸收、反射電磁波的能量。 遮蔽效應(shadowing effect)與慢速衰落(slow fading) 遮蔽效應主要是接收機周圍數十公尺到數百公尺的範圍內有大型障礙物，如大樓、山丘、樹葉及樹木等，對訊號所造成的遮蔽效應而產生的衰落現象，一般稱為遮蔽效應或慢速衰落 多重路徑效應(multipath effect) 訊號從傳送端發射經過無線通道後到達接收端的傳送過程中，會遭遇到各種不同的阻隔物，使得電磁波產生反射、折射、散射以及繞射等作用，當訊號到達接收端時，原本一個訊號將變成多個不同路徑的入射訊號，而由於每一個入射訊號到達時的時間、強度、角度等均不相同，因此，在接收端會引起訊號的干擾及混亂，這種現象，我們稱之為多重路徑效應(multipath effect) 萊斯與瑞利衰落通道示意圖 杜卜勒效應(Doppler Effect) 當發射端與接收端之間有相對移動時，接收信號會有頻率飄移的現象，此現象為杜卜勒效應(Doppler Effect)，若移動速度越快時，這樣的效應將會更加明顯。 訊號衰落的分類 發射訊號經電波傳播通道而形成的訊號衰落是與均方根延遲(RMS Delay)、都卜勒分散(Doppler Spread)、頻寬與符碼週期(Symbol Period)有密切關係的 在將信號的小範圍衰落分類前，我們將先定義同調頻寬(Coherent Bandwidth)和同調時間(Coherent Time)這兩個參數。 同調頻寬表示為 定義同調時間為 訊號衰落的分類 窄頻通道快速衰落現象 而當接收端或接收端週遭物體移動時，因為這兩個路徑成份之間的相位關係會隨位置不同而改變，使得接收信號波封的大小也會隨位置不同而不同。 在此移動範圍內，平均的接收信號我們將視為常數(亦或由路徑損失與慢速衰落所表示)，因此由於接收信號強度波封大小會因移動而隨位置不同而變化，造成接收信號忽大忽小、時強時落的現象，我們將此稱之為快速衰落或小區域範圍衰落。此現象在都市地區特別明顯，例如台北市等。 平坦衰落(Flat Fading) 在無線行動通訊中，假如無線通道擁有常數增益及線性相位，且通道頻寬大於訊號頻寬，則在接收端所接收到的訊號會有平坦衰落。 寬頻通道(Wideband Channel) 若手機與基地台(base)間之大圓路徑(great circle path)上，無有效的反射物體(strong scatterers) 存在，則各路徑到達之時間差將會非常巨大。假如，相對延遲時間遠比在通道內傳送資料的基本單位(通常為字符或位元)來的大，訊號將會遭受嚴重的失真。這失真會隨著通道的頻率而改變，稱之為頻率選擇性衰落(frequency selective fading)，或稱寬頻衰落(wideband fading)。 頻率選擇性衰落(Frequency Selective Fading) 在無線行動通訊中，假如無線通道擁有常數增益及線性相位，