第二章之一 电波传播特性

1、1、移动通信第2课，移动信道的无线电波传播特性，2、研究移动通信信道的含义和方法；分析移动渠道的特点；估计移动信道的传播模型噪声和干扰；3、研究移动通信渠道的含义和方法；研究无线移动信道模型；预测接收信号的场强：衰减、吸收、折射和干扰信号带宽的增加、全球移动通信系统的均衡、码分多址的多径组合、时域多径资源的开发、智能天线的引入、空域多径资源的开发、4、移动通信信道的意义和方法、无线电传输包括电磁场分量、电场分量、感应场分量、辐射场分量，辐射场分量有e和b分量。eb在距离d处的场强为1/d2。以发射机为球心的表面积有两个影响接收信号强度的因素：距离=路径衰减多径=相位差，5。研究移动通信信道的意

2、义和方法，模型具体，6。电磁波传播理论、无线电波传播模式和特性三种损耗和四种效应三种主要快衰落多径信道的统计分析。无线电波的传播方式和特点，电磁波从发射机到接收天线可以有不同的传播方式，主要有四种传播方式：一、无线电波的几种主要传播方式，地波传播：它是一种沿地球表面传播的电磁波，简称表面波或表面波传播。天波传播：无线电波辐射到天空并被电离层反射回地面的传播模式称为天波传播，也称为电离层传播。直达波传播：无线电波从发射天线到接收天线的传播称为直达波传播，有时也称为视线传播或视线传播。散射传播：这种传播主要是由于电磁波被投射到大气中不均匀的气团(如对流层)时发生散射，其中一部分电磁波到达接收处。无

3、线电波传播模式和特征，9。直接反射，折射，衍射和散射，电磁波的基本传播机制，无线电波传播模式和特征，10，1。无线电波在均匀介质中直线传播。一般来说，辐射到太空中的电磁波是球面波。然而，当我们只考虑远离场源的小空间中的波面时，它可以近似地视为均匀平面波。2.能量的扩散和吸收随着传播距离的增加，电磁波能量分布在越来越大的区域。因为天线辐射的总能量是恒定的，所以分布面积越大，通过单位面积的能量就越小。因此，离天线越远，空间电磁场就越弱。在自由空间中的直接传播，11，射频和波长满足以下关系：其中是射频波长f是射频c是光速，c=3108 m/s，典型示例：gsm系统使用900 mhz频带，其波长为31

4、08/900106=0.33m，在自由空间中的直接传播，12，发射和接收功率分别为pt和pr，发射和接收天线的增益分别为gt和gr。自由空间传播损耗定义为：l，自由空间直接传播，13，自由空间传播损耗，自由空间传播损耗的计算公式为：结论：自由空间传播损耗l只与工作频率f和传播距离d有关，当f或d加倍时，传播损耗增加6 db。移动通信的例子：d=50公里，f=2千兆赫，l=132分贝可以计算；卫星通信示例：d=40000公里，f=6 ghz，此时l=200db，14，计算自由空间接收电平，接收电平以分贝表示：l，示例：pt=1w=30dbm，f=3800mhz，d=45km公里，gt=gr=39

5、db，然后pr=pt gt grl=30 39 39137=-29 dbm=1.26w.15，计算视线los，发射天线和接收天线的高度分别为ht和hr，地球的等效半径为re=8500km公里，点o为地球的中心。视线传播的极限距离，自由空间传播损耗，16、反射波、直达波、地面理想介质表面的反射，如果电磁波传输到理想介质表面，能量将被反射回来。反射系数(r)入射波与反射波入射角(垂直偏振)(水平偏振)之比，其中是介电常数，是电导率，是波长。极化特性，极化电磁波的电场矢量的方向和幅度在传播过程中随时间而变化。电磁波的偏振形式有线偏振、圆偏振和椭圆偏振。水平极化(电场方向平行于地面)垂直极化(电场方向

6、垂直于地面)极化反射系数反映地面。当工作频率高于150兆赫()时，可以计算出，只有当所应用的接收天线的极化模式与所接收电磁波的极化模式一致时，信号才能被有效接收，否则将会出现极化失配，不同极化模式的天线也可以相互配合使用。20。在双径传播模型的接收信号功率被简化后：其中相位差和多径传播模型，n是路径的数量。当n较大时，接收信号的功率比不能用公式精确计算，必须用统计方法计算接收信号的功率。双路径传播模型，多路径信号，21，折射，无线电波传播特性的分析，当无线电波束穿过折射率随高度变化的大气时，无线电波束由于在不同高度的不同传播速度而弯曲，并且弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度。无线电波的

7、传播方向由于大气的折射率而弯曲的现象称为大气对无线电波的折射。22、衍射、23、惠更斯-菲涅耳原理、菲涅耳区、基尔霍夫公式、衍射、24、惠更斯-菲涅耳原理，主波的前进波前(表面)上的每个点都可以用作点源来产生二次波，二次波在传播方向上结合形成新的波前(表面)。衍射是由二次波传播到阴影区域形成的。阴影区衍射波的场强是障碍物周围所有次级波的矢量和。解释在点p处的次级波前中，只有夹角为(即)的次级波前才能到达接收点r，并且每个点都有其相应的角，将从0变为180。越大，到达接收点时的辐射能量越大。图2-3解释惠更斯-菲涅耳原理，25，菲涅耳面积，在菲涅耳面积中，二次波从发射点到接收点的路径长度直接大于

8、/2。当接收点信号的合成n为奇数且两个信号的偏移n为偶数时，两个信号叠加的菲涅耳区的同心半径为第一菲涅耳区半径(n=1)。接收点的第一菲涅尔区域的场强是总场强的一半，发射器和接收器之间的距离略大于第一菲涅尔区域的距离，那么大部分能量可以到达接收器。菲涅尔区截面，26，多叶片衍射1)两个连续障碍物的衍射损耗2)衍射，27，如果电磁波的直接路径上有障碍物，将导致接收到的电磁波的额外损耗。根据障碍物与发射和接收天线之间的关系，可分为正净空和负净空。在实际的移动无线环境中，接收信号比单独的衍射和反射模型预测的信号更强，因为当无线电波遇到粗糙表面时，反射能量由于散射而向所有方向散射，这为接收器提供了额外

9、的能量。相邻的金属物体(街道标志等。):统计模型，散射，通常使用29。当无线电波遇到粗糙的表面时，反射的能量向四面八方散射。决定表面光滑度的参数。高度平面上的最大突起高度h 粗糙表面下反射场强的散射损耗系数，是表面高度h的标准偏差，以及反射场强用粗糙表面的修正反射系数表示，30。电磁波传播理论、无线电波传播模式和特性三种主要快衰落多径信道的统计分析，31。路径传播损耗慢衰落损耗快衰落空间选择性快衰落频率选择性快衰落时间选择性快衰落，接收信号中的三种损耗和四种效应，32。阴影效应被大型建筑和其他物体阻挡，并在无线电波中传播。它类似于阳光被阻挡后产生的阴影。光波的波长很短，所以阴影是可见的，而电磁

10、波的波长很长，但是阴影是不可见的，但是可以通过接收终端(如手机)和专用仪器进行测试。在接收信号中有三种损耗和四种效应，四种主要效应，远近效应由于接收用户的随机移动性，移动用户和基站之间的距离也是随机变化的。如果每个移动用户发射相同的信号功率，当到达基站时，信号强度将不同，并且基站附近的信号将是强的，而远离基站的信号将是弱的。通信系统中的非线性将进一步加剧信号强度的不平衡，甚至导致强弱现象，并使弱，即用户远离基站，掉话(通信中断)，这通常被称为远近效应。多径效应由于接收器所处地理环境的复杂性，接收信号不仅包括直达波的主路径信号，还包括从不同建筑物反射和衍射的多个不同路径信号。此外，它们的到达信号

11、强度、到达时间和载波相位是不同的。接收信号是上述路径信号的矢量和，也就是说，路径之间可能会发生自干扰，这称为多径干扰或多径效应。这种多径干扰非常复杂。有时，根本没有接收到主直达波，但是接收到一些连续的反射波。在接收信号中有三种损耗和四种效应，四种主要效应，34，多径对信号的影响，35，多普勒效应，它是由接收用户高速移动时(如车载通信)传播频率的扩散引起的，并且扩散程度与用户的移动速度成比例。这种现象仅在高速(70公里/小时)车载通信中出现，但在慢速行走和准静态室内通信中不考虑。在接收信号中有三种损耗、四种效应和四种主要效应。36.衰落：在电磁波传播过程中，由于传播介质和传播路径随时间变化而导致

12、接收信号强度变化的现象，称为衰落。衰落根据其时间特性可分为慢衰落和快衰落。信号强度曲线的中值变化缓慢，称为慢衰落。曲线的瞬时值变化很快，这被称为快速衰落。快衰落和慢衰落不是两个独立的衰落(尽管它们的原因不同)。快衰落反映瞬时值，慢衰落反映瞬时值加权平均后的中值。根据其频率特性，衰落可分为非频率选择性衰落(平坦衰落)和频率选择性衰落。什么在褪色？37.衰落的影响之一是接收电平降低，无法保证正常通信。衰落的第二个影响是：接收波形失真，导致严重的误码。衰落的第三个影响：传播延迟改变，这破坏了与延迟相关的同步。衰落的第四个影响：在快衰落的情况下，电平变化很快，这影响了一些跟踪过程。因此，有必要对衰落进

13、行研究，以解决如何抵抗衰落的问题。衰落的影响是什么？38.慢衰落：由于移动台的不断移动，无线电波传播路径的地形也在不断变化，当地的中值也是如此。接收信号的中值场强在长时间内的缓慢变化称为慢衰落，这比多径效应引起的快衰落慢得多。中值：在当地时间(或地点)，信号电平高于或低于50%的时间40.原因：慢衰落是由大气折射、大气湍流和大气分层等平均大气条件变化引起的，主要与气象条件、电路长度和地形有关。阴影效应：由障碍物引起的阴影效应，衰落率与工作频率无关。大气折射：大气介电常数的变化，时变特性。衰落与传播地形和地面物体的分布和高度有关。移动环境的衰落特性-慢衰落，41。慢衰落一般服从对数正态分布。在公

14、式中，中值信号的分贝值是中值信号的平均值(分贝)。移动环境的衰落特性慢衰落，对数正态分布：如果一个变量可以看作是许多小独立因子的乘积，那么这个变量可以看作是对数正态分布。一个典型的例子是股票投资的长期收益率，它可以被视为每日收益率的乘积。42、电磁波传播的理论，无线电波传播的方式和特点，三种损耗和四种效应，三种主要快衰落多径信道的统计分析，43、多径传播信号由散射体(地形、地面物体和运动物体等)引起的现象。)叠加在接收点上，导致接收信号的快速波动称为快速衰落。导致多径效应：沿两条或多条路径传播的同一信号的多普勒频移：移动站和基站之间的相对运动，相对于基站和移动站运动的随机调频环境对象，时间变化

15、对系统性能的影响，场强信号的随机和快速波动，延迟扩展的随机调频，移动环境的衰落特性-快衰落，44，多径时间色散：由于多径效应，在时域中(数字)信号变宽，假设基站发射非常短的脉冲信号。多径时间色散和相关带宽，45，相关带宽：它描述延迟扩展，是表征多径信道特性的重要参数。在多径衰落中，两个频率间隔相近的衰落信号具有不同的时延，这使得两个信号相关。这个频率间隔称为“相干”或“相关”带宽(bc)。它是指一个特定的频率范围，其中任意两个频率分量具有很强的幅度相关性，即在相干带宽范围内，多径信道具有恒定的增益和线性相位。相关带宽是信道保持恒定的最大频率差范围。通常，相干带宽大约等于最大多径延迟的倒数。bc

16、=1/(2 )(赫兹)(工程估计)，相关带宽，意思是：在相关带宽内，信号可以平滑传输而没有大的失真；如果信号带宽超过相关带宽，将会有很大的失真。46，三种主要类型的快速衰落，不同的频率选择性衰落具有不同的频率衰落特性，这导致不同的时延扩展。不同的地点和不同的传输路径具有不同的衰落特性。时间选择性衰落移动迅速，在频域产生多普勒效应，导致频率扩展。47、频率选择性衰落是指不同频带的衰落特性不同。频率选择性衰落发生在频率超过相干带宽时。如果多信道信号的相对时间延迟与一个符号的时间相比不可忽略，当多信道信号重叠时，不同时间的符号将重叠在一起，导致符号之间的干扰。这种衰落称为频率选择性衰落。48，时间色散，时间色散：指由于空间传输的时间差，直接信号和到达接收机的其他多径