移动通信-ch3-无线传播及信道-01

1、2-2-1 1第2章移动通信信道2-2-2 2n 信道分类 按传输媒质分 有线信道 无线信道 根据信道特性参数随时间变化的快慢 恒参信道：传输特性随时间变化速度极慢，或者说在足够长的时间内，其参数基本不变。 变参信道：传输特性随时间的变化较快。n 移动通信信道 典型的无线变参信道。2-2-3 3缩写名称频率范围波长名称传播方式目前频率分配情况VLF基低频30kHz以下万米波(甚长波)天波,地波,以地波传播为主(1020)kHz,主要用于无线电导航,海上移动通信和广播LF低频Low30kHz300kHz千米波(长波)天波,地波,以地波传播为主(2003000)kHz,主要用于广播,无线电导航,海

2、上移动通信,地对空通信MF 中频Medium300kHz3000kHz百米波(中波)主要以地波播,夜间天波亦可传播HF高频High3MHz30MHz十米波(短波)地波传播距离极近,以视距内直线传播为主主要用于定点通信,航海和航空移动通信,广播,热带广播及业余无线电等VHF基高频Very30MHz300MHz米波(超短波)视距内直线传播(301000)MHz,主要用于电视广播,陆上移动通信,航空移动通信,海上移动通信,定点通信,空间通信和雷达等UHF特高频Ultra300MHz3000MHz分米波(微波)与光的传播特性基本相同SHF超高频Super3GHz30GHz厘米波(微波)1GHz-10G

3、Hz,主要用于无线电微波接力系统,其次是定点通信和移动通信业务EHF极高频Extremely30GHz300GHz毫米波(微波)10GHz以上,主要用于无线电中继接力通信,空间通信,雷达,导航,无线电天文学等2-2-4 4n 目前典型移动通信使用频段：1、150 MHz （VHF）2、450 MHz （UHF）3、900 MHz （UHF）4、1800MHz （UHF）第三代移动通信IMT-2000也将使用1.8-2.2GHz频段（UHF）。n 那么，VHF、UHF频段电波传播有些什么特性呢？2-2-5 52.1.1 电波传播方式2.1.2 直射波2.1.3 大气中的电波传播2.1.4 障碍物

4、的影响与绕射损耗2.1.5 反射波2.1.6 散射波2-2-6 6nVHF与UHF频段，典型传播方式1、直射2、反射3、散射4、绕射2-2-7 72.1.1 电波传播方式2.1.2 直射波2.1.3 大气中的电波传播2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗2.1.5 反射波2.1.6 散射波2-2-8 8n采用模型自由空间传播模型n自由空间模型的定义天线周围是均匀无损耗的无限大空间大气层是各向同性的均匀媒质电导率为0，相对介电常数和相对磁导率为1n自由空间特性不存在电波的反射、折射、绕射、色散和吸收等现象，电波的传播速率等于真空中光速C2-2-9 9n自由空间损耗的本质球面波在传播过程中，随着传播距

5、离增大，球面单位面积上的能量减小了，而接收天线的有效截面积是一定的，故而接收天线所捕获的信号功率是减小了，这是自由空间损耗的本质。dPTPR2-2-1010n传播媒体的近似实际情况中，只要地面上空的大气层是各向同性的均匀媒质，其相对介电常数和相对磁导率为1，传播路径上没有障碍物的阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计，这样情况下，电波可视作在自由空间传播。2-2-11 11n 自由空间的接收功率： PT = 发射功率 (W) GT = 发射天线增益 GR = 接收天线增益 = c/f 波长(m)，c = 光速 (3108 m/s) d = 发射机和接收机之间的距离(m) 222)4

6、()(dGGPdPRTTRdPTPR2-2-12122-2-1313n自由空间传播损耗可以定义为：(不考虑天线增益)n以dB计，得到：n或n可见，自由空间电波传播损耗只与工作频率 f 和传播距离 d 有关。)(lg20)(lg2044.32)(MHzfkmddBLfs24dPPLRTfs24lg10)(ddBLfs2-2-14142.1.1 电波传播方式2.1.2 直射波2.1.3 大气中的电波传播2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗2.1.5 反射波2.1.6 散射波2-2-1515n实际移动信道在低层大气中。n低层大气并不是均匀介质，对电波传播对影响：有利：可使极限视线传播的距离增大。不利：

7、吸收等2-2-1616n折射产生机理大气折射率是变化的，当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，从而使电波射束发生弯曲，弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度。这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象，称为折射。2-2-1717n其弯曲程度取决于大气折射率n的垂直梯度：n大气折射对电波传播的影响，在工程上通常用“地球等效半径”来表征，n也就是认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径变成了等效半径。dndh00011eRk RRdnRdh2-2-1818n标准大气情况下，等效地球半径系数k=4/3。地球实际半径是6370km, 地球等效半径为8

8、500km。n大气折射的结果是传播距离比极限视距更远了，即所谓的超视距传播。2-2-1919假设假设A点架设一部发信机，天线的架高是点架设一部发信机，天线的架高是H1，AB是是和地球相切的一条射线。若要接收到来波，天线的架和地球相切的一条射线。若要接收到来波，天线的架高必须超出这条切线，如果天线的高度不够高，为了高必须超出这条切线，如果天线的高度不够高，为了接收到来波，天线应该向哪个方向移动接收到来波，天线应该向哪个方向移动?CABH1OC1H2C22-2-2020122etrdddRhh4.12trdhh2212()22eteettetdRhRR hhR h2222()22ereerrerd

9、RhRR hhR h8500eRkm2-2-21212.1.1 电波传播方式2.1.2 直射波2.1.3 大气中的电波传播2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗2.1.5 反射波2.1.6 散射波2-2-2222n 原理波理论。绕射可以用惠更斯原理(Huygens Principle, 1690)解释。惠更斯原理：波前的所有点可作为产生次级波的点源，这些次级波组合起来形成传播方向上新的波前。绕射由次级波的传播进入阴影区而形成。 2-2-2323n绕射损耗：在实际情况下，电波的直射路径上存在各种障碍物，由障碍物引起的附加传播损耗。nx表示障碍物顶点至直射线的距离，称为菲涅尔余隙(Fresnel)。2

10、-2-2424n如下图所示，自由空间Q点是波源，P点是接收点，以Q、P为焦点的旋转椭球面所包含的空间区域，称为空间菲涅尔区。图中S1是空间的一点，其所在与直线QP垂直的平面截菲涅尔区域得到一个圆C1，该圆半径为：12112xd ddd2-2-2525n 其中d为Q、P点间的距离，d1、d2分别是Q点和P点到圆C1圆心的距离，这个圆所在的菲涅尔区域称为第一菲涅尔区。n 在自由空间，从波源Q点辐射到P点的电磁能量主要是通过第一菲涅尔区传播的，只要第一菲涅尔区不被阻挡，就可以获得近似自由空间的传播条件。n 为保证系统正常通信，收发天线架设的高度要满足使它们之间的障碍物尽可能不超过其菲涅尔区的20，否

11、则电磁波多径传播就会产生不良影响，导致通信质量下降，甚至中断通信。12112xd ddd2-2-2626n 工程上采用图表形式。如图2-4。n x/x10.5时附加损耗为0dB。n X反射模型。小于波长的粗糙表面散射模型。2-2-3838n实际移动环境中，有时接收信号比单独绕射和反射模型预测的要强，这是因为当电波遇到粗糙表面时，发生散射作用，这就给接收机提供了额外的能量。2-2-3939n 无线电波传播机制直射、折射、反射、绕射和散射。n 自由空间（无阻挡物）：直射，视距传播LOS (line-of-sight)n 存在阻挡物（多条路径）：反射：当电波在不同性质的介质交界处，会有一部分发生反射

12、。绕射：惠更斯原理。能够传播到阻挡物后面。散射：粗糙的表面会向所有方向散射电磁波。 平滑表面 反射模型。粗糙表面散射模型。n 传播损耗自由空间模型：双径模型：)(lg20)(lg2044.32)(MHzfkmddBLfs()40lg ()()t rLdBd km常数 与f无关2-2-4040n大多数情况都是空间传播损耗、反射、绕射、散射等多种因素的综合。n预测接收点的信号场强是研究传播模型的主要目的，通过以上的学习，同学们可以对预测接收点的信号场强有定性和一些定量的分析。要想较为准确地预测出接收点的信号场强大小，则还需要全面地考虑各种传播方式的传播损耗。 2-2-4141n 研究电波传播特性的

13、基本方法 理论分析即用电磁场理论或统计理论分析电波在移动环境中的传播特性，并用各种模型来描述移动信道。现场电波传播实测 即在不同的传播环境中，做电波传播试验。测试参数包括接收信号幅度、时延以及其它反映信道特征的参数。计算机模拟 即利用计算机强大的计算能力，快速灵活地模拟各种移动环境。该方法可弥补前两种方法的不足。 2-2-4242n自由空间传播损耗模型？n双径传播损耗模型？n电波传播的几种方式？典型方式的传播损耗如何计算？n自由空间传播损耗模型？n电波传播的几种方式？自由空间传播模型和两径传播模型的传播损耗如何计算？n掌握掌握移动通信中电波传播的主要方式n掌握自由空间电波传播损耗规律1.理解两径传播模型的合成场强计算方法及传播损耗规律2-2-4343重点：典型传播方式及传播损耗规律难点：两径传播模型的合成场强计算2-2-4444讲述内容2.1 陆地无线电波传播特性2.2 移动通信信道的多径传播特性2.3 描述多径衰落信道的主要参数2.4 阴影衰落的基本特性2.5 电波传播损耗预测模型2.6 多径衰落信道的建模和仿真第一次课第二次课第三次课2-2-4545要求与重点n 掌握移动通信中电波传播的主要方式，理解两径传播