第三章移动信道的传播特性

1、12u无线电波的传播特性无线电波的传播特性u移动信道的特征移动信道的特征u陆地移动信道的传输损耗陆地移动信道的传输损耗u移动信道的传播模型移动信道的传播模型3u以以vhf/uhf频段传播特性为例频段传播特性为例vhf：30m300mhzuhf：300m3000mhzu电波传播方式电波传播方式发射机天线发出的无线电波，可依不同的路径到达接收发射机天线发出的无线电波，可依不同的路径到达接收机，当频率机，当频率f30 mhz时，典型的传播通路为时，典型的传播通路为发射天线接收天线4u直射波直射波：从发射天线直接到达接收天线的电波，：从发射天线直接到达接收天线的电波，主要传播方式主要传播方式u地面地面

2、反射波反射波：电波经地面反射到达接收天线：电波经地面反射到达接收天线u地表面波：电波沿地球表面传播。损耗随频率升地表面波：电波沿地球表面传播。损耗随频率升高而急剧增大，在高而急剧增大，在vhf/uhf频段地表面波的传播频段地表面波的传播忽略不计忽略不计u障碍物反射和散射：产生多径衰落障碍物反射和散射：产生多径衰落5直射波直射波u直射波传播可按直射波传播可按自由空间传播自由空间传播来考虑。来考虑。 自由空间传播：指天线周围为无限大真空时的电波传自由空间传播：指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。播，它是理想传播条件。u电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物电波在自由空间传播时

3、，其能量既不会被障碍物所所吸收吸收，也不会产生，也不会产生反射或散射反射或散射。u实际情况下，只要地面上空的实际情况下，只要地面上空的大气层是各向同性大气层是各向同性的均匀媒质的均匀媒质，其相对介电常数，其相对介电常数和相对导磁率和相对导磁率都都等于等于1，传播路径上没有障碍物阻挡传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计线的地面反射信号场强也可以忽略不计，在这样，在这样情况下，电波可视作在自由空间传播。情况下，电波可视作在自由空间传播。6直射波直射波u自由空间传播不会产生反射、折射、绕射、散射和吸收自由空间传播不会产生反射、折射、绕射、散射和吸收u当电波

4、经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是由于辐射能量的扩散而引起的由于辐射能量的扩散而引起的自由空间传播损耗自由空间传播损耗u自由空间传播损耗的计算自由空间传播损耗的计算由电磁场理论可知，由电磁场理论可知， 若各向同性天线若各向同性天线(亦称亦称全向天线全向天线或或无方向性天线无方向性天线)的辐射功率为的辐射功率为pt瓦时，则距辐射源瓦时，则距辐射源d米处的米处的电场强度有效值电场强度有效值e0为为 )/(300mvdpet7 磁场强度有效值磁场强度有效值h0为为 )/(120300madpht单位面积上的电波功率密度单位面积上的电波功率密

5、度s为为 )/(422mwdpst用用天线增益为天线增益为gt的方向性天线的方向性天线取代同向天线取代同向天线)/(300mvdgpett直射波直射波8 )/(120300madgphtt)/(422mwdgpstt 接收天线获取的电波功率接收天线获取的电波功率等于该点的电波功率密度乘以等于该点的电波功率密度乘以接收天线的有效面积，即接收天线的有效面积，即 rrsap 直射波直射波9 式中，式中，ar为接收天线的有效面积，它与接收天线增益为接收天线的有效面积，它与接收天线增益gr满足下列关系满足下列关系 rrga42式中，式中，2/4为各向同性天线的有效面积。为各向同性天线的有效面积。 24d

6、ggpprttr当收、发天线增益为当收、发天线增益为0db，即当即当gr=gt=1时，接收天线上时，接收天线上获得的功获得的功率为率为 24dpptr直射波直射波10自由空间传播损耗自由空间传播损耗lfs可定义为可定义为 24dpplrtfs以以db计，计， 得得 24101)(dgdblfs4()201()ddbgdb或 )(201)(20144.32)(zfsmhgfkmgddbl式中，式中，d的单位为的单位为km，频率单位以频率单位以mhz计。计。 (3-13)u结论：结论：自由空间传播自由空间传播损耗只与工作频率损耗只与工作频率 f 和传播距离和传播距离d有关有关直射波直射波11大气中

7、的电波传播大气中的电波传播u实际移动信道中，电波在低层大气中传播实际移动信道中，电波在低层大气中传播低层大气并不是均匀介质，会发生折射和吸收现象低层大气并不是均匀介质，会发生折射和吸收现象u在在vhf/uhf频段频段折射现象折射现象尤为突出，尤为突出，直接影响视线传播的直接影响视线传播的极限距离极限距离u大气折射大气折射在不考虑传导电流和介质磁化的情况下，介质折射在不考虑传导电流和介质磁化的情况下，介质折射率率n与相对介电系数与相对介电系数r的关系为的关系为rn12大气的相对介电系数与温度、湿度和气压有关。大气高度大气的相对介电系数与温度、湿度和气压有关。大气高度不同，不同，r也不同，即大气折

8、射率的垂直梯度也不同，即大气折射率的垂直梯度dn/dh是不同的。是不同的。根据折射定律，电波传播速度根据折射定律，电波传播速度v与大气折与大气折射率射率n成反比，即成反比，即 nc式中，式中，c为光速。为光速。 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，度上的电波传播速度不同，从而使电波射束发生弯曲， 弯弯曲的方向和程度取决于曲的方向和程度取决于dn/dh。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，称为大气对电波的折射大气对电波

9、的折射。13 大气折射对电波传播的影响，在工程上通常用大气折射对电波传播的影响，在工程上通常用“地球地球等效半径等效半径”来表征，即认为电波依然按直线方向行进，只来表征，即认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径是地球的实际半径r0(6.37106 m)变成了变成了等效半径等效半径re, re与与r0之间的关系为之间的关系为 dhdnrrrke0011式中，式中，k称作地球等效半径系数。称作地球等效半径系数。 14 当当dn/dh0时，表示大气折射率时，表示大气折射率n随着高度升高而随着高度升高而减少。因而减少。因而k1, rer0。 在标准大气折射情况下，在标准大气折射情况下，即当即当

10、dn/dh-410-8(l/m)，等效地球半径系数等效地球半径系数k=4/3，等等效地球半径效地球半径re=8 500km。结论：结论：大气折射有利于超视距的传播大气折射有利于超视距的传播在视线距离内，因为由折射现象所产生的在视线距离内，因为由折射现象所产生的折射波会折射波会同直射波同时存在，从而也会产生多径衰落。同直射波同时存在，从而也会产生多径衰落。 15视线传播极限距离视线传播极限距离u求视线传播距离求视线传播距离d1+d2=?htreoad1cd2bhr16自发射天线顶点a到切点c的距离d1为 tehrd21同理，由切点c到接收天线顶点b的距离d2为 rehrd22)(221rtehh

11、rddd在标准大气折射情况下，re=8 500km, 故 4.12()trdhh式中，ht、hr的单位是m, d的单位是km。 视线传播极限距离视线传播极限距离17障碍物的影响与绕射损耗障碍物的影响与绕射损耗u实际情况下，电波的直射路径上存在各种障碍物实际情况下，电波的直射路径上存在各种障碍物u由障碍物引起的附加传播损耗称为由障碍物引起的附加传播损耗称为绕射损耗绕射损耗u障碍物与发射点和接收点的相对位置障碍物与发射点和接收点的相对位置u菲涅尔余隙菲涅尔余隙x 障碍物顶点障碍物顶点p至直射线至直射线tr的距离的距离u负余隙负余隙u正余隙正余隙18u绕射损耗与菲涅尔余绕射损耗与菲涅尔余隙的关系隙的

12、关系ux1：第一菲涅尔区在：第一菲涅尔区在p点横截面的半径点横截面的半径21211ddddx障碍物的影响与绕射损耗障碍物的影响与绕射损耗19u结论：结论： 当当x/x10.5 时，附加损耗约为时，附加损耗约为0db， 即障碍物对即障碍物对直射波传播基本上没有影响。为此，在选择天线高度直射波传播基本上没有影响。为此，在选择天线高度时，根据地形尽可能使服务区内各处的菲涅尔余隙时，根据地形尽可能使服务区内各处的菲涅尔余隙x0.5x1; 当当x0，即直射线低于障碍物顶点时，损耗急剧增加，即直射线低于障碍物顶点时，损耗急剧增加 当当x=0时，即时，即tr直射线从障碍物顶点擦过时，附加损直射线从障碍物顶点

13、擦过时，附加损耗约为耗约为 6 db障碍物的影响与绕射损耗障碍物的影响与绕射损耗20 例例 设图 3 - 3(a)所示的传播路径中，菲涅尔余隙x=-82m, d1=5km, d2=10km, 工作频率为150mhz。试求出电波传播损耗。 解解 先由式(3 - 13)求出自由空间传播的损耗lfs为 dbgglfs5 .99150201)105(20144.32由式(3 - 21)求第一菲涅尔区半径x1为 mddddx7 .811015101105234321211由图 3 - 4 查得附加损耗(x/x1-1)为17db, 所以电波传播的损耗l为 dbllfs5 .11617障碍物的影响与绕射损耗

14、障碍物的影响与绕射损耗21反射波反射波u反射发生的条件：反射发生的条件：电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面，如果界面尺电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面，如果界面尺寸比电波波长寸比电波波长大很多大很多，就会产生镜面发射，就会产生镜面发射u已知直射波场强为已知直射波场强为e0，求求接收场强接收场强e（直射波与地面反射波的合成场强（直射波与地面反射波的合成场强）发射波与直射波的路径差发射波与直射波的路径差d =a+b-c路径差引起的附加相移路径差引起的附加相移taobcrhrd1d2ht22 通常，在考虑地面对电波的反射时，按平面波处理，即通常，在考虑地面对电波的反射时，按平面波处理，即电波在

15、反射点的反射角等于入射角。电波在反射点的反射角等于入射角。不同界面的反射特性用不同界面的反射特性用反射系数反射系数r表征，它定义为反射波表征，它定义为反射波场强与场强与入射波场强的比值，入射波场强的比值，r可表示为可表示为 jerr式中，式中，|r|为反射点上反射波场强与入射波场强的振幅比，为反射点上反射波场强与入射波场强的振幅比， 代表反射波相对于入射波的代表反射波相对于入射波的相移。相移。 反射波反射波23 对于水平极化波和垂直极化波的反射系数对于水平极化波和垂直极化波的反射系数rh和和rv分别分别由下列公式计算由下列公式计算：2/122/122/122/12cossincossincos

16、sincossinccccvccjhhrerr式中，式中，c是反射媒质的等效复介电常数，它与反射媒质是反射媒质的等效复介电常数，它与反射媒质的相对介电常数的相对介电常数r、电导率电导率和工作波长和工作波长有关，即有关，即 60jrc(3-23)(3-24)反射波反射波24 对于地面反射，当工作频率高于对于地面反射，当工作频率高于150mhz(2m)时，时，1，由式由式(3- 23)和式和式(3 - 24)可得可得 1hvrr 即反射波场强的幅度等于入射波场强的幅度，而相差即反射波场强的幅度等于入射波场强的幅度，而相差为为180。 反射波反射波25u直射线直射线tr与地面反射路径线与地面反射路径

17、线tor所经路径不同，路径差为所经路径不同，路径差为222221222111)()()()(dhhdhhdhhddhhddcbadrtrtrtrt式中，d=d1+d2。 通常通常(ht+hr)d, 故上式中每个根号均可用二项式定理展故上式中每个根号均可用二项式定理展开，开， 并且只取展开式中的前两项。并且只取展开式中的前两项。反射波反射波26例如：例如： 222111dhhdhhrtrtdhhdrt22d式中，式中，2/称为传播相移常数称为传播相移常数。 )(00)1 ()re1 (jjereee由路径差由路径差d引起的附加相移引起的附加相移为为 这时这时接收场强接收场强e可表示为可表示为 反

18、射波反射波27u结论：结论： 直射波与地面反射波的合成场强随直射波与地面反射波的合成场强随反射系数以反射系数以及路径差的变化而变化及路径差的变化而变化 同相相加，反相抵消，造成同相相加，反相抵消，造成合成波的衰落现象合成波的衰落现象 在固定地址通信中，在固定地址通信中，选择站址时力求减弱地面选择站址时力求减弱地面反射，或调整天线的位置或高度，反射，或调整天线的位置或高度，使地面反射使地面反射区离开光滑界面。区离开光滑界面。反射波反射波28u无线电波的传播特性无线电波的传播特性u移动信道的特征移动信道的特征u陆地移动信道的传输损耗陆地移动信道的传输损耗u移动信道的传播模型移动信道的传播模型29移

19、动信道的特征移动信道的特征u移动信道是典型的随参信道移动信道是典型的随参信道u传播路径与信号衰落传播路径与信号衰落移动信道电波传播方式移动信道电波传播方式直射波直射波反射波反射波散射波：障碍物界面尺寸比电波波长散射波：障碍物界面尺寸比电波波长小很多小很多dd1d2hmhb30假设反射系数r=-1(镜面反射)， 则合成场强e为 )1 (2102221djdjeaeaee式中，e0是直射波场强，是工作波长，1和2分别是地面反射波和散射波相对于直射波的衰减系数，而 dddddd221131u实际接收信号是由多个直射波、反射波和散射波合成的实际接收信号是由多个直射波、反射波和散射波合成的u产生信号衰落

20、产生信号衰落 慢衰落（中值变化）慢衰落（中值变化） 快衰落快衰落32多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落u多径传播多径传播u关心关心接收信号包络服从的分布接收信号包络服从的分布iyxsi(t)基站天线33假设基站发射的信号为 )(exp0000tjas式中，0为载波角频率，0为载波初相。经反射(或散射)到达接收天线的第i个信号为si(t)，其振幅为i, 相移为i。 假设si(t)与移动台运动方向之间的夹角为i, 其多普勒频移值为 imiiffcoscos式中，v为车速，为波长，fm为i=0时的最大多普勒频移，因此s i(t)可写成 )(exp)cos2(exp)(00jtjatsiiii多径效

21、应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落34 假设n个信号的幅值和到达接收天线的方位角是随机的且满足统计独立， 则接收信号为 niniiiininiiiiiiiniiyayxaxttsts11111sincoscos2)()()(exp)()(00tjjyxts则s(t)可写成 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落35由于x和y都是独立随机变量之和，根据概率的中心极限定理，大量独立随机变量之和的分布趋向正态分布，即有概率密度函数为： 22222221)(21)(yxyyxxeypexp式中，x、y分别为随机变量x和y的标准偏差。x、y在区间dx、dy上取值概率分别为p(x) dx、p(y)dy，由于它们

22、相互独立，所以在面积dxdy中的取值概率为 dyypdxxpdxdyyxp)()(),(式中，p(x, y)为随机变量x和y的联合概率密度函数。 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落36假设 ，且p(x)和p(y)均值为零，则222yx2222221),(yxeyxp 通常，二维分布的概率密度函数使用极坐标系(r, )表示比较方便。此时，接收天线处的信号振幅为r, 相位为， 对应于直角坐标系为： xyyxrarctan222在面积drd中的取值概率为 dxdyyxpdrdrp),(),(多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落37得联合概率密度函数为 22222),(rerrp对积分，可求得包络概

23、率密度函数p(r)为 222222220221)(rrerderrp0r同理，对r积分可求得相位概率密度函数p()为 2121)(22202drerpr20(3-44)多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落38 多径衰落的信号包络服从瑞利分布，故把这种多径衰多径衰落的信号包络服从瑞利分布，故把这种多径衰落称为瑞落称为瑞利衰落利衰落。 均均 值值 253. 12)()(0drrprrem均方值均方值 20222)()(drrprre多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落39瑞利分布的概率密度瑞利分布的概率密度 多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落40当 时， 有 177. 1212nr21)(177

24、. 10drrp 当r=时，p(r)为最大值，表示r在值出现的可能性最大。由式(3- 44)不难求得 )21exp(1)(p多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落41 上式表明，衰落信号的包络有50%概率大于1.177。这里的概率即是指任意一个足够长的观察时间内，有50%时间信号包络大于1.177。因此，1.177常称为包络r的中值，记作rmid。 信号包络低于的概率为 39. 01)(210edrrp同理，信号包络r低于某一指定值k的概率为 2021)(kkedrrp多径效应与瑞利衰落多径效应与瑞利衰落42慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备u信号衰落发生瑞利衰落（快衰落）的同时，其局部中

25、值电信号衰落发生瑞利衰落（快衰落）的同时，其局部中值电平也随地点、时间以及移动台速度作比较平缓的变化，即平也随地点、时间以及移动台速度作比较平缓的变化，即发生慢衰落发生慢衰落u慢衰落近似服从慢衰落近似服从对数正态分布对数正态分布 对数正态分布：以分贝数表示的信号电平为正态分布对数正态分布：以分贝数表示的信号电平为正态分布 由于大气折射率平缓变化引起的慢衰落变化更缓慢，常忽略不计由于大气折射率平缓变化引起的慢衰落变化更缓慢，常忽略不计u研究慢衰落规律，通常把同一类地形、地物中的某一段距研究慢衰落规律，通常把同一类地形、地物中的某一段距离（离（12km）作为样本区间，每隔）作为样本区间，每隔20m

26、左右观察信号电平左右观察信号电平的中值变化，以统计分析信号在各小区间的累积分布和标的中值变化，以统计分析信号在各小区间的累积分布和标准差准差43u市区和郊区的慢衰落分布市区和郊区的慢衰落分布曲线曲线 市区：图市区：图(a)中，基站天线中，基站天线高度为高度为220m, 移动台天线移动台天线高度为高度为3m; 郊区：图郊区：图(b)中，基站天线中，基站天线高度为高度为60m, 移动台天线高移动台天线高度为度为3m。慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备44u结论：结论： 不管是市区还是郊区不管是市区还是郊区，慢衰落均接近虚线，慢衰落均接近虚线所示的对数正态分布所示的对数正态分布 标准偏差标准偏

27、差取决于地取决于地形、地物和工作频率形、地物和工作频率等因素，郊区比市区等因素，郊区比市区大，大，也随工作频率也随工作频率升高而增大。升高而增大。慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备45u衰落储备：为了防止因衰衰落储备：为了防止因衰落落(包括快衰落和慢衰落包括快衰落和慢衰落)引起的通信中断，在信道引起的通信中断，在信道设计中，必须使信号的电设计中，必须使信号的电平留有足够的余量，以使平留有足够的余量，以使中断率中断率r小于规定指标。这小于规定指标。这种电平余量称为衰落储备种电平余量称为衰落储备u衰落储备的大小决定于地衰落储备的大小决定于地形、地物、工作频率和要形、地物、工作频率和要求的通信

28、可靠性指标。求的通信可靠性指标。u通信可靠性也称作可通率通信可靠性也称作可通率，并用，并用t表示，它与中断率表示，它与中断率的关系是的关系是t=1-r。慢衰落特性和衰落储备慢衰落特性和衰落储备46多径时散与相关带宽多径时散与相关带宽u多径传播多径传播 不同时延的多径信号叠加不同时延的多径信号叠加u时域时域: 信号时间扩散信号时间扩散 多径时散多径时散（时延扩展）（时延扩展） 码间串扰码间串扰u频域频域: 频率选择性衰落频率选择性衰落 相关带宽相关带宽 信号畸变信号畸变47多径时散多径时散u多径效应在时域上将造成数字信号波形的展宽多径效应在时域上将造成数字信号波形的展宽u发射端：基站发射一个极短

29、的脉冲信号发射端：基站发射一个极短的脉冲信号si(t)=a0(t)，u接收端：经过多径信道后，移动台接收信号呈现为一串脉冲，接收端：经过多径信道后，移动台接收信号呈现为一串脉冲， 使脉冲宽度被展宽了。使脉冲宽度被展宽了。u这种因多径传播造成信号时间扩散的现象，称为这种因多径传播造成信号时间扩散的现象，称为多径时散多径时散。基站天线342148多径时散多径时散u多径性质是随时间变化的多径性质是随时间变化的u进行多次发送脉冲试验，进行多次发送脉冲试验，接收到的脉冲序列是变化的接收到的脉冲序列是变化的脉冲数目脉冲数目n脉冲大小脉冲大小脉冲延时差脉冲延时差t = t0t1t1+11t1+12t=t0+

30、t2t2+22 t2+23t2+21t3t3+34t=t0+（a）（b）（c）49多径时散多径时散u发送信号：发送信号： si(t)u接收信号：为接收信号：为n个不同路径传来的信号之和，即个不同路径传来的信号之和，即u实际情况要复杂得很多实际情况要复杂得很多各个脉冲幅度随机变化各个脉冲幅度随机变化时间上可以重叠，可以交叠时间上可以重叠，可以交叠随移动台周围散射体数目的增加，接收到的一串离散脉冲将会变为有一随移动台周围散射体数目的增加，接收到的一串离散脉冲将会变为有一定宽度的连续信号脉冲定宽度的连续信号脉冲niiiittsats10)()(式中，式中，ai是第是第i条路径的衰减系数；条路径的衰减

31、系数；i(t)为第为第i条路径的相对延条路径的相对延时差。时差。50多径时散多径时散u根据统计测试结果，移动通信中接收机接收到多径的时延根据统计测试结果，移动通信中接收机接收到多径的时延信号强度为信号强度为 t为相对时延为相对时延 e(t)为归一化的时延强度曲线为归一化的时延强度曲线 由不同时延信号强度构成的时延谱由不同时延信号强度构成的时延谱多径散布谱多径散布谱51多径时散多径时散ut=0e（t）的前沿）的前沿ut=e（t）的一阶矩）的一阶矩平均多径时延平均多径时延ut= e（t）的均方根）的均方根时延扩展时延扩展表示表示多径时延散布的程度，多径时延散布的程度，越大，时延扩展越严重；越大，时

32、延扩展越严重；越小，时越小，时延扩展越轻。延扩展越轻。 0( )te t dt220( )t e t dt52多径时散多径时散ut= max max为最大时延为最大时延 包络电平下降包络电平下降30db时测定的时延值时测定的时延值u多径时散参数典型值多径时散参数典型值53多径时散多径时散u结论：结论： 时延大小取决于地形、地物的影响时延大小取决于地形、地物的影响 一般情况下，市区的时延要比郊区的大一般情况下，市区的时延要比郊区的大 从多径时散考虑，市区传播条件更为恶劣从多径时散考虑，市区传播条件更为恶劣u时延扩展与码间串扰时延扩展与码间串扰 在数字传输中，由于时延扩展，接收信号中一个码元的波形

33、会扩在数字传输中，由于时延扩展，接收信号中一个码元的波形会扩展到其他码元周期中，引起码间串扰展到其他码元周期中，引起码间串扰 为避免码间串扰，要求为避免码间串扰，要求 码元周期大于码元周期大于 信号的传输速率低于信号的传输速率低于1/ 54相关带宽相关带宽u频域角度频域角度多径时散现象将导致多径时散现象将导致频率选择性衰落频率选择性衰落u频率选择性衰落频率选择性衰落 不同频率成分有不同的衰落特性不同频率成分有不同的衰落特性 不同频率衰落幅度不一样不同频率衰落幅度不一样 在频率上很接近的分量，衰落也很接近在频率上很接近的分量，衰落也很接近 在频率上相隔很远的分量，衰落相差也很大在频率上相隔很远的

34、分量，衰落相差也很大u发送带宽发送带宽足够窄足够窄，发送信号的所有频率分量几乎经历相同，发送信号的所有频率分量几乎经历相同的衰落，不会发生频率选择性衰落的衰落，不会发生频率选择性衰落u足够窄？足够窄？相关带宽相关带宽55相关带宽相关带宽u两径（两条射线）情况两径（两条射线）情况u接收信号为两者之和接收信号为两者之和)1)()()(0tjiretsts 为分析简便，不计信道的固定衰减，用为分析简便，不计信道的固定衰减，用“1”表示第一条射线，表示第一条射线，信号为信号为si(t); 用用“2”表示另一条射线，其信号为表示另一条射线，其信号为rsi(t)ej(t)，这里这里r为为一比例常数，一比例

35、常数，(t)为相对多径时延差为相对多径时延差( )0( )1(, )( )jteis trehjts t 56相关带宽相关带宽u传递函数：传递函数：u双射线信道等效网络双射线信道等效网络r(t)si(t)hc(j,t)s0(t)2( )(, )1jtehjtre 信道的幅频特性为信道的幅频特性为 )(sin)(cos1),(tjrtrta57相关带宽相关带宽u幅频特性曲线幅频特性曲线u出现峰点：当出现峰点：当 时，双径信号同相叠加时，双径信号同相叠加u出现谷点：当出现谷点：当 时，双径信号反相相消时，双径信号反相相消a(,t)1+r1-r2n(t)(2n+1)(t)2tn(21)tn58由图可

36、见，其相邻两个谷点的相位差为由图可见，其相邻两个谷点的相位差为 )(12)(22)(tbttc则 或 由此可见，两相邻场强为最小值的频率间隔是与多径由此可见，两相邻场强为最小值的频率间隔是与多径时延时延(t)成反比的，通常称成反比的，通常称bc为多径时散的为多径时散的相关带宽相关带宽。 相关带宽相关带宽59相关带宽相关带宽u总结：总结：相关带宽与衰落的关系相关带宽与衰落的关系 衰落信号中的两个频率分量，当其频率间隔小于相关带宽时，它们衰落信号中的两个频率分量，当其频率间隔小于相关带宽时，它们是相关的，其衰落具有一致性；当频率间隔大于相关带宽时，它们是相关的，其衰落具有一致性；当频率间隔大于相关

37、带宽时，它们就不相关了，其衰落具有不一致性。就不相关了，其衰落具有不一致性。相关带宽与传输信号带宽的关系相关带宽与传输信号带宽的关系 若所传输的信号带宽较宽，以至与若所传输的信号带宽较宽，以至与bc可比拟时，则所传输的信号将可比拟时，则所传输的信号将产生明显的畸变。产生明显的畸变。u实际中，信道的传递函数呈现复杂情况，很难准确地分析相关带宽的实际中，信道的传递函数呈现复杂情况，很难准确地分析相关带宽的大小大小 移动信道中的传播路径通常不止两条，而是多条移动信道中的传播路径通常不止两条，而是多条 移动台处于运动状态，相对多径时延差移动台处于运动状态，相对多径时延差(t)也是随时间变化的也是随时间

38、变化的 合成信号幅度的谷点和峰点在频率轴上的位置也将随时间变化合成信号幅度的谷点和峰点在频率轴上的位置也将随时间变化60工程上，对于角度调制信号，相关带宽可按下式估算： 21cb式中，为时延扩展。 例如，=3s, bc=1/(2)=53khz。此时传输信号的带宽应小于bc=53khz。 相关带宽相关带宽61u无线电波的传播特性无线电波的传播特性u移动信道的特征移动信道的特征u陆地移动信道的传输损耗陆地移动信道的传输损耗u移动信道的传播模型移动信道的传播模型62陆地移动信道的传输损耗陆地移动信道的传输损耗u如何衡量信道的传播损耗（信号场强）？如何衡量信道的传播损耗（信号场强）？ 移动信道电波传播

39、条件十分恶劣和复杂，计算传播损耗困难移动信道电波传播条件十分恶劣和复杂，计算传播损耗困难 采用分析和统计相结合的方法采用分析和统计相结合的方法 分析：了解各因素的影响分析：了解各因素的影响 统计：通过大量实验，找出各种地形和地物下的传播损耗与距离、统计：通过大量实验，找出各种地形和地物下的传播损耗与距离、频率、天线高度之间的关系频率、天线高度之间的关系u移动信道场强中值的估算移动信道场强中值的估算 自由空间传播为基础自由空间传播为基础 考虑各种地形、地物对电波传播的实际影响考虑各种地形、地物对电波传播的实际影响 必要的修正必要的修正63接收机输入电压、功率与场强的关系接收机输入电压、功率与场强

40、的关系u接收机输入电压接收机输入电压端电压端电压电势电势us/2接收机信号产生器ri=rsrsusri 将电势为us和内阻为rs的信号源(如天线)接到接收机的输入端，若接收机的输入电阻为ri且ri=rs，则接收机输入端的端电压u=us/2，相应的输入功率 。由于ri=rs=r是接收机和信号源满足功率匹配的条件，因此 是接收机输入功率的最大值，常称为额定输入功率。 rups4/2rus4/264接收机输入电压接收机输入电压u感应电势感应电势us：并不等于接收机输入端的端电压：并不等于接收机输入端的端电压u。u实际中，采用线天线的接收机常常用天线上感应的信号电势实际中，采用线天线的接收机常常用天线

41、上感应的信号电势us作为接收机的输入电压。作为接收机的输入电压。u下面的分析，将以电势下面的分析，将以电势us作为接收机的输入电压作为接收机的输入电压)(120lg20vdbuuss 为了计算方便，电压或功率常以分贝计。其中，电为了计算方便，电压或功率常以分贝计。其中，电压常以压常以1v作基准，功率常作基准，功率常以以1mw作基准，因而有：作基准，因而有： )(304lg102dbmrups式中，式中， us以以v计。计。 65接收场强与接收电压的关系接收场强与接收电压的关系u在采用线天线时，接收场强在采用线天线时，接收场强e是指有效长度为是指有效长度为1m的天线所感的天线所感应的电压值，常以

42、应的电压值，常以v/m作单位。作单位。u以基本天线（半波振子）为例：以基本天线（半波振子）为例：有效长度的计算有效长度的计算266接收场强与接收电压的关系接收场强与接收电压的关系u感应电压的计算感应电压的计算u实际中，接收机的输入电路与接收天线之间并不一定满足匹实际中，接收机的输入电路与接收天线之间并不一定满足匹配条件（配条件（ ri=rs=r）u为了保持匹配，在接收机的输入端加入一阻抗匹配网络和天为了保持匹配，在接收机的输入端加入一阻抗匹配网络和天线连接线连接 eus式中，式中，e的单位为的单位为v/m，以以m为单位，为单位，us的单位为的单位为v。若场若场强用强用dbv/m计，则计，则 )

43、(lg20vdbeus67接收场强与接收电压的关系接收场强与接收电压的关系u阻抗匹配网络阻抗匹配网络阻抗匹配网络73.12505073.12usus25073.12u假定天线阻抗为假定天线阻抗为 73.12， 接收机的输入阻抗为接收机的输入阻抗为50。接收机输入端的端电压接收机输入端的端电压u与天线上的感应电势与天线上的感应电势us有以下有以下关系关系： sssisuurruu41. 012.7350212168地形、地物分类地形、地物分类u地形：丘陵、山坡、地形：丘陵、山坡、u地物：高大树木、建筑物地物：高大树木、建筑物u地形的分类地形的分类 中等起伏地形：传播基准，指在传播径的地形剖面图上

44、中等起伏地形：传播基准，指在传播径的地形剖面图上，地面起伏高度不超过，地面起伏高度不超过20m，且起伏缓慢，峰点与谷点，且起伏缓慢，峰点与谷点之间的水平距离大于起伏高度。之间的水平距离大于起伏高度。 不规则地形：如丘陵、孤立山岳、斜坡和水陆混合地形不规则地形：如丘陵、孤立山岳、斜坡和水陆混合地形等统称为不规则地形。等统称为不规则地形。 69天线有效高度天线有效高度u天线有效高度：天线有效高度： 天线通常架设在高度不同的地形上天线通常架设在高度不同的地形上 把把20m的天线架设在地面上和架设在几十层的高楼顶上，通信效的天线架设在地面上和架设在几十层的高楼顶上，通信效果不同果不同u基站天线的有效高

45、度基站天线的有效高度70天线有效高度天线有效高度u移动台天线的有效高度移动台天线的有效高度hm指天线在当地地面上的高度指天线在当地地面上的高度 若基站天线顶点的海拔高度为若基站天线顶点的海拔高度为hts，从天线设置地点从天线设置地点开始，沿着电波传播方向的开始，沿着电波传播方向的3km到到15km之内之内的地面平均的地面平均海拔高度为海拔高度为hga，则定义基站天线的有效高度为则定义基站天线的有效高度为 gatsbhhh 若传播距离不到若传播距离不到15km, hga是是3km到实际距离之间的到实际距离之间的平均海拔高度平均海拔高度。71地物地物(或地区或地区)分类分类u不同地物环境其传播条件

46、不同，按照地物的密集程度不同不同地物环境其传播条件不同，按照地物的密集程度不同可分为三类地区：可分为三类地区： 开阔地开阔地 在电波传播的路径上无高大树木、建筑物等障碍物，呈开阔状地面在电波传播的路径上无高大树木、建筑物等障碍物，呈开阔状地面，如农田、，如农田、 荒野、广场、沙漠和戈壁滩等；荒野、广场、沙漠和戈壁滩等； 郊区郊区 在靠近移动台近处有些障碍物但不稠密，例如，有少量的低层房屋在靠近移动台近处有些障碍物但不稠密，例如，有少量的低层房屋或小树林等；或小树林等； 市区市区 有较密集的建筑物和高层楼房。有较密集的建筑物和高层楼房。72不同地形、地物传播损耗的中值不同地形、地物传播损耗的中值

47、u不同地形、地物传播损耗的中值不同地形、地物传播损耗的中值 中等起伏地形中等起伏地形 市区市区 郊区郊区 开阔地开阔地 不规则地形不规则地形 丘陵地丘陵地 孤立山岳孤立山岳 斜坡斜坡 水陆混合水陆混合73中等起伏地形上传播损耗的中值中等起伏地形上传播损耗的中值u市区传播损耗的中值市区传播损耗的中值 在计算各种地形、地物上的传播损耗时，均以中等起伏地上市区在计算各种地形、地物上的传播损耗时，均以中等起伏地上市区的损耗中值或场强中值作为基准，因而把它称作的损耗中值或场强中值作为基准，因而把它称作基准中值或基本基准中值或基本中值。中值。u由电波传播理论可知，传播损耗取决于由电波传播理论可知，传播损耗

48、取决于 传播距离传播距离d 工作频率工作频率f 基站天线高度基站天线高度hb 移动台天线高度移动台天线高度hmu通过大量实验、统计分析，作出传播损耗中值的预测曲线通过大量实验、统计分析，作出传播损耗中值的预测曲线74中等起伏地市区基本损耗中值中等起伏地市区基本损耗中值u中等起伏地市区基本损耗中值中等起伏地市区基本损耗中值75中等起伏地市区基本损耗中值中等起伏地市区基本损耗中值u纵坐标：自由空间传播损耗的相对值纵坐标：自由空间传播损耗的相对值 基本损耗中值大于自由空间传播损耗的数值基本损耗中值大于自由空间传播损耗的数值u结论：结论： 随着频率升高和距离增大，市区传播基本损耗中值增随着频率升高和距

49、离增大，市区传播基本损耗中值增加加 基站天线的高度不是基站天线的高度不是200m，移动台天线高度不是，移动台天线高度不是3m时，做相应修正时，做相应修正76基站天线高度增益因子基站天线高度增益因子u如果基站天线的高度不是如果基站天线的高度不是200m, 则损耗中值的差异用基站则损耗中值的差异用基站天线高度增益因子天线高度增益因子hb(hb, d)表示。表示。u当hb200m时， hb(hb, d) 0db；反之，当hb 200m时， hb(hb, d) 0 db。77移动台天线高度增益因子移动台天线高度增益因子u当移动台天线高度不是当移动台天线高度不是3m时，需用移动台天线高度增益时，需用移动

50、台天线高度增益因子因子hm(hm, f)加以修正加以修正u当当hm3m时，时， hm(hm, f) 0db； 反之，当反之，当hm3m时时， hm(hm, f) 0db。78移动台天线高度增益因子移动台天线高度增益因子u当移动台天线高度大于当移动台天线高度大于5m以上时以上时 高度增益因子不仅与天线高度、频率有关，而且还与环境有关高度增益因子不仅与天线高度、频率有关，而且还与环境有关u市区的场强中值还与街道走向有关市区的场强中值还与街道走向有关 街道走向：相对与电波传播方向街道走向：相对与电波传播方向 纵向路线：与电波传播方向平行纵向路线：与电波传播方向平行 横向路线：与电波传播方向垂直横向路

51、线：与电波传播方向垂直u沟道效应：沿建筑物形成的沟道有利于无线电波的传播，沟道效应：沿建筑物形成的沟道有利于无线电波的传播，使得纵向路线上的场强中值高于基准场强中值，横向路线使得纵向路线上的场强中值高于基准场强中值，横向路线上的场强中值低于基准场强中值上的场强中值低于基准场强中值79街道走向修正曲线街道走向修正曲线u街道走向修正曲线街道走向修正曲线80郊区损耗的中值郊区损耗的中值u郊区的建筑物一般是分散、郊区的建筑物一般是分散、低矮的，电波传播条件优于低矮的，电波传播条件优于市区市区 郊区场强中值大于市区场强郊区场强中值大于市区场强中值中值 郊区的传播损耗中值比市区郊区的传播损耗中值比市区传播

52、损耗中值要小传播损耗中值要小u郊区修正因子郊区修正因子=郊区场强中郊区场强中值值-基准场强中值基准场强中值81开阔地、准开阔地损耗的中值开阔地、准开阔地损耗的中值u准开阔地：开阔地与郊准开阔地：开阔地与郊区间的过渡区区间的过渡区 开阔地的传播条件优于市开阔地的传播条件优于市区、郊区及准开阔地区、郊区及准开阔地 相同条件下，开阔地的场相同条件下，开阔地的场强中值比市区高近强中值比市区高近20db82不规则地形上传播损耗的中值不规则地形上传播损耗的中值u不规则地形：丘陵地、孤立山岳、斜坡、水陆混合不规则地形：丘陵地、孤立山岳、斜坡、水陆混合 同样采用基准场强中值修正的方法同样采用基准场强中值修正的

53、方法u丘陵地的修正因子丘陵地的修正因子 地形起伏高度地形起伏高度h 表征丘陵地的地形参数表征丘陵地的地形参数 定义：自接收点向发射点延伸定义：自接收点向发射点延伸10km的范围内，地形起伏的的范围内，地形起伏的90%与与10%的高度差的高度差83丘陵地场强修正因子丘陵地场强修正因子u丘陵地场强修正因子分为两项丘陵地场强修正因子分为两项丘陵地平均修正因子丘陵地平均修正因子kh 丘陵地微小修正因子丘陵地微小修正因子khf 场强中值在丘陵地的顶部和谷部必然有较大差异，可进一步场强中值在丘陵地的顶部和谷部必然有较大差异，可进一步修正修正84丘陵地场强修正因子丘陵地场强修正因子u微小修正微小修正u微小修

54、正因子微小修正因子khf85孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子u当电波传播路径上有近似刃形的单独山岳时当电波传播路径上有近似刃形的单独山岳时 山背后的电场强度山背后的电场强度=自由空间场强自由空间场强-刃峰绕射损耗刃峰绕射损耗 对于天线高度较低的陆地移动台来说对于天线高度较低的陆地移动台来说,必须考虑障碍物的阴影效必须考虑障碍物的阴影效应和屏蔽吸收等附加损耗应和屏蔽吸收等附加损耗.u由于附加损耗不易计算由于附加损耗不易计算,仍采用传统方法给出修正因子仍采用传统方法给出修正因子u孤立山岳典型地形孤立山岳典型地形86孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子u孤立山岳修正因子孤立山岳修正因子kjs适用于工作频

55、段为适用于工作频段为450900mhz、山岳高度在、山岳高度在110350m范围范围当山岳高度当山岳高度h=200m时，时，u如果实际的山岳高度不为如果实际的山岳高度不为200m时，上述求得的修正时，上述求得的修正因子因子kjs还需乘以系数还需乘以系数，计，计算算的经验公式为的经验公式为h07. 087斜波地形修正因子斜波地形修正因子u斜坡地形：指在斜坡地形：指在510km范围内的倾斜地形范围内的倾斜地形 正斜坡正斜坡:在电波传播方向上，地形逐渐升高，倾角为在电波传播方向上，地形逐渐升高，倾角为+m 负斜坡负斜坡:在电波传播方向上，地形逐渐降低，倾角为在电波传播方向上，地形逐渐降低，倾角为-m

56、88斜波地形修正因子斜波地形修正因子u斜波地形修正因子斜波地形修正因子kspu若斜坡地形处于丘陵地形，还必须增加由地形起伏高度若斜坡地形处于丘陵地形，还必须增加由地形起伏高度h引起的修正引起的修正因子因子kh89水陆混合路径修正因子水陆混合路径修正因子u水陆混合路径水陆混合路径 传播路径除了陆地，还经过湖泊或其它水域传播路径除了陆地，还经过湖泊或其它水域 水陆混合路径接收信号的场强比全是陆地时高水陆混合路径接收信号的场强比全是陆地时高u水面位置水面位置udsr表水面距离表水面距离ud表全程距离表全程距离90水陆混合路径修正因子水陆混合路径修正因子u水陆混合路径修正因子水陆混合路径修正因子 取水

57、面距离与全程距离的比值取水面距离与全程距离的比值 dsr/d为地形参考为地形参考u若水面位于传播距离中间，应取中间值若水面位于传播距离中间，应取中间值u在同样在同样dsr/d 的情况下的情况下，水面位于移动台一方，水面位于移动台一方的修正因子较大的修正因子较大91任意地形地区的传播损耗的中值任意地形地区的传播损耗的中值u任意地形地区的传播损耗的中值任意地形地区的传播损耗的中值la=中等起伏地市区的中等起伏地市区的传播损耗的中传播损耗的中lt-地形地物修正因子地形地物修正因子ktukmr郊区修正因子，可由图郊区修正因子，可由图 3 - 26 求得；求得；uqo、qr开阔地或准开阔地修正因子，可由

58、图开阔地或准开阔地修正因子，可由图 3-27 求得；求得；ukh、khf丘陵地修正因子及微小修正值，可由图丘陵地修正因子及微小修正值，可由图 3- 28求得；求得；ukjs孤立山岳修正因子，可由图孤立山岳修正因子，可由图 3 - 29 求得；求得；uksp斜坡地形修正因子，可由图斜坡地形修正因子，可由图 3 - 30 求得；求得；uks水陆混合路径修正因子，可由图水陆混合路径修正因子，可由图 3 - 31 求得求得ttakll地形地区修正因子地形地区修正因子kt一般可写成一般可写成 sspjshfhromrtkkkkkqqkk92任意地形地区的传播损耗的中值任意地形地区的传播损耗的中值u根据地

59、形地区的不同情况，确定根据地形地区的不同情况，确定kt包含的修正因子包含的修正因子 传播路径是开阔地上斜坡地形，那么传播路径是开阔地上斜坡地形，那么kt =qo+ksp，其其余各项为零；余各项为零； 传播路径是郊区和丘陵地，则传播路径是郊区和丘陵地，则kt =kmr+kh+khf。 其它情况类推。其它情况类推。93中等起伏地市区的传播损耗的中值中等起伏地市区的传播损耗的中值u中等起伏地市区的传播损耗的中值中等起伏地市区的传播损耗的中值lt=自由空间传播损耗自由空间传播损耗lfs+中等起伏地市区基本损耗中值中等起伏地市区基本损耗中值-基站天线高度增益因子基站天线高度增益因子-移动台移动台天线高度

60、增益因子天线高度增益因子),(),(),(fhhdhhdfallmmbbmfst am(f, d)是中等起伏地市区的基本损耗中值，即假定自由空间损耗是中等起伏地市区的基本损耗中值，即假定自由空间损耗为为0 db，基站天线高度为，基站天线高度为200m, 移动台天线高度为移动台天线高度为3 m的情况下得的情况下得到的损耗中值，它可由图到的损耗中值，它可由图 3-23 求出。求出。hb(hb, d)是基站天线高度增益因子，它是以基站天线高度是基站天线高度增益因子，它是以基站天线高度200m为基为基准得到的相对增益，其值可由图准得到的相对增益，其值可由图3-24(a)求出。求出。 hm(hm, f)