无线电波传播理论

无线电波传播理论学习目标学习完此课程，您将会：了解电磁波的相关基本概念掌握无线电波的几种实际传播途径掌握无线电波的衰落特性了解常用的宏蜂窝及微蜂窝模型目录电磁波基础无线电波的传播无线电波传播模型电磁波基础电磁波的产生电磁波的传播相关基本概念电磁波波段划分提纲电磁波的产生麦克斯韦电磁理论在时变电磁场中，变化的磁场激发旋涡电场；而变化的电场同样可以激发涡旋磁场。电场与磁场的相互联系，相互激发，时间上周而复始，空间上交链重复。

TEM波的传播形式电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。电磁波的传播速度v相关的单位dB/dBm/dBuv/dBi/dBd电磁波的波长λ电磁波的频率f电磁波的相关基本概念电磁波的相关基本概念传播速度v电磁波的速度只随介质的电和磁的性质而变化电磁波在真空中的传播速度等于光速在其他媒质中的传播速度为：Ｖε＝Ｃ/sqrt(ε)ε为传播媒质的介电常数波长λ电磁波的传播具有周期性，这又包括时间周期性和空间周期性在任意时刻，波长在空间的分布具有周期性，即物理量在空间周期分布，这种周期性用波长λ来描述。电磁波的波长是指电磁波在介质中传播时，相邻两个波峰与波峰之间，或者波谷与波谷之间的距离，单位为米电磁波基础频率f电磁波的传播具有周期性，这又包括时间周期性和空间周期性在波场中任一位置（点），该点的物理量经过一定的时间后又恢复原来的数值，具有时间周期性。这种周期性可以用振动的周期T来描述，振动的频率为周期的倒数，表示为f=1/T，单位为Hz。波长、频率和传播速度的关系：λ=v/f电磁波基础几个相关单位W与dBmP(dBm)=10lg（P(W)/10^-3）dBi与dBddBi-天线相对于理想电源的增益dBd-天线相对于单一对称半波振子的增益dBi=2.15+dBddBG(dB)=10lgG（G为增益，倍数）3dBm-1dBm=2dBdBuvdBuv为电压特定的分贝单位，dBm为功率特定的分贝单位。电磁波基础波段频率范围波长范围极长波（EFL，极低频）3～30Hz105～104km特长波（SLF，特低频）30～300Hz104～103km超长波（ULF，超低频）300～3000Hz103～102km甚长波（VLF，甚低频）3～30KHz102～10km长波（LF，低频）30～300KHz10～1km中波（MF，中频）300～3000KHz103～102m短波（HF，高频）3～30MHz102～10m超短波（VHF，甚高频）30～300MHz10～1m微波分米波（UHF，超高频）300～3000MHz102～10cm厘米波（SHF，特高频）3～30GHz10～1cm毫米波（EHF，极高频）30～300GHz10～1mm亚毫米波（超级高频）300～3000GHz1～0.1mm电磁波的波段划分电磁波基础目录电磁波基础无线电波的传播无线电波传播模型无线电波的传播自由空间中的无线电波传播陆地移动通信环境的特点无线电波的衰落特性菲涅尔区、多普勒频移和时间色散无线电波的实际传播途径视距与非视距传播提纲自由空间中的电波传播自由空间中的电波传播公式为：PL(dB)=32.44+20lgf（MHz）+20lgd（km）其中，PL为自由空间的路损，单位是dB；f为载波的频率，单位是MHz；d为发射源与接收点的距离，单位是km。当f和d扩大一倍时，损耗均增加6dBGSM1800基站传播损耗在自由空间就比GSM900基站大6dB。视距传播视距传播的一般形式主要是直射波及地面反射波的叠加，结果可能使信号加强，也可能使信号减弱。绕射波对流层反射波电离层反射波非视距传播无线电波的实际传播途径直射反射绕射（衍射）散射穿透复杂性开放性波导效应人为噪声严重随机移动性信号电平随机变化陆地移动通信环境的特点陆地移动通信环境的特点中尺度---阴影衰落衰落特性大尺度---中值信号小尺度---快衰落无线电波的衰落特性中值，慢衰落，快衰落慢衰落慢衰落的产生原因高大建筑物、树林和高低起伏的地势地貌的阻挡，造成电磁场的阴影，致使接收信号强度下降；大气折射条件的变化（大气介电常数变化）使多径信号相对时延变化，造成同一地点场强中值随时间的慢变化。慢衰落的统计规律慢衰落是信号在几十个波长范围里经历慢的随机变化，其统计规律服从对数正态分布，可以理解成接收到的衰落信号的平均值。在一个特定的长度L内平均得到的信号电平值（或场强值、损耗值），L的取值一般是40个波长内取30～50个测试信号。快衰落快衰落的产生原因由于信号的多径传播而产生的衰落，反映了小范围波长量级（短时间）的接收电平变化选择性衰落特性空间选择性衰落时间选择性衰落频率选择性衰落快衰落的选择性快衰落恶化量储备快衰落恶化量储备是指存在多径传播效应及人为噪声（主要是汽车火花干扰）的情况下，为了达到只有接收机内部噪声条件下的同样的话音质量所必需的接收电平的增加量。多径传播效应对于进行中的车载台和对于停着的车载台及手持机所造成的恶化量是不同的。步行条件下：2.0--5.0dB高速移动条件下：0dB在GSM系统中，语音和数据两种业务的快衰落量均取3dB。多普勒效应多普勒效应由于波源和接收者之间存在着相互运动而造成接收者接收到的频率与波源发出的频率之间发生变化。典型现象：火车由远及近开过，声调的变化多普勒频移（DopplerShift）定义：由于发射机和接收机间的相对运动，接收机接收到的信号频率将与发射机发出的信号频率之间产生一个差值，该差值就是多普勒频移。多普勒频移符合下面的公式：

f=f0-fdcosθ=f0-(v/λ)cosθ当移动台快速远离基站时为f=f0-fd；当移动台快速靠近基站时为f=f0+fd。时间色散时间色散起源于反射，其反射信号来自远离接收天线的物体约在几千米远处。码间干扰采用自适应均衡技术可减少时间色散的影响。目录电磁波基础无线电波的传播无线电波传播模型常用传播模型Okumura-HATA-宏蜂窝模型-900MCOST-231-HATA-宏蜂窝模型-1800M通用模型-宏蜂窝模型-900M、1800MCOST231-Walfish-Ikegami-微蜂窝模型提纲OKUMURA-HATA模型HATA的三点假设作为两个全向天线之间的传播损耗处理；作为准平滑地形而不是不规则地形处理；以城市市区的传播损耗公式作为标准，其他地区采用校正公式进行修正。适用条件

f为150~1500MHz；基站天线有效高度为30~200米；移动台天线高度为1~10米；通信距离为1~35km；OKUMURA-HATA模型传播损耗公式移动台天线高度修正因子远距离传播修正因子OKUMURA-HATA模型各种修正因子的组合使用情况下的总体路损COST-231-HATA模型COST-231模型思想与Okumura-Hata模型一样，也是利用测试数据拟合的结果；

在1800频段比Okumura-Hata模型更合适；修正因子同OKUMURA-HATA模型传播损耗公式通用模型适用条件GSM900/1800基站天线有效高度为30~200米；移动台天线高度为1~10米；通信距离为1~35km；基本思想统一Okumura-Hata模型和Cost-231模型的公式；在城区