oint2移動(dòng)信道的電波傳播特性課件

1、移動(dòng)通信的特點(diǎn)移動(dòng)通信的特點(diǎn) 與其他通信方式相比較，移動(dòng)通信有以下幾方面的特點(diǎn)。（1）移動(dòng)通信的電波傳播環(huán)境。 移動(dòng)臺(tái)處在快速運(yùn)動(dòng)中，多徑傳播會(huì)造成瑞利衰落（又稱(chēng)），接收?qǐng)鰪?qiáng)的振幅和相位會(huì)快速變化。 移動(dòng)臺(tái)還經(jīng)常處于建筑物與障礙物之間，場(chǎng)強(qiáng)中值隨地形環(huán)境而變動(dòng)，這將導(dǎo)致接收信號(hào)的陰影衰落（又稱(chēng)）。 多徑傳播產(chǎn)生的多徑時(shí)延擴(kuò)展，等效為移動(dòng)信道傳輸特性的畸變，對(duì)數(shù)字移動(dòng)通信影響較大。 移動(dòng)通信電波傳播的理論基本模型是超短波在平面大地移動(dòng)通信電波傳播的理論基本模型是超短波在平面大地上的上的。 2.1移動(dòng)信道的電波傳播特性移動(dòng)信道的電波傳播特性現(xiàn)代移動(dòng)通信廣泛使用VHF和UHF頻段。從移動(dòng)信道的電磁波

2、傳播上看，有三種傳播方式：（1）直射波：是指在視距覆蓋范圍內(nèi)無(wú)遮擋的傳播，是超短波、微波的主要傳輸方式，經(jīng)直射波傳播的信號(hào)最強(qiáng)。（2）反射波：是指從不同建筑物或其他反射體反射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號(hào)，其信號(hào)強(qiáng)度較直射波弱。 （3）繞射波：從較大建筑物或山丘繞射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播信號(hào)。它需要滿足電波產(chǎn)生繞射的條件，其信號(hào)強(qiáng)度亦較直射波弱，與反射波相當(dāng)。 對(duì)移動(dòng)信道進(jìn)行研究有以下三種基本方法：1）理論分析建立數(shù)學(xué)模型描述移動(dòng)信道。2）現(xiàn)場(chǎng)電波傳播的實(shí)測(cè)移動(dòng)信道特性的測(cè)試，信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試和誤碼率測(cè)試。 3）移動(dòng)信道的計(jì)算機(jī)模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且也是針對(duì)某個(gè)特定環(huán)境進(jìn)行的。因而，計(jì)算機(jī)模擬越來(lái)越成

3、為研究移動(dòng)信道的重要方法。 2.1.1直射波直射波1.自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗自由空間傳播是指在的、均勻的各向同性的介質(zhì)中傳播，不發(fā)生反射、折射、散射和吸收現(xiàn)象，只存在因電磁波能量擴(kuò)散而引起的傳播損耗。在自由空間中，若發(fā)射點(diǎn)處的發(fā)射功率為Pt，以球面波輻射接收的功率為Pr，則有 ttrrGPdAP24(2.1) 式中，4/2rrGA ，為工作波長(zhǎng)；rtGG ,分別為發(fā)射天線和接收天線的增益；d為發(fā)射天線和接收天線之間的距離。 自由空間傳播損耗定義為 124rtGGrtsbdPPL(2.2) 若以分貝數(shù)表示，則有 (dB)32.4520lg20lgbsLdf(2.3) 式中:f為工作頻率

4、(MHz）;d為發(fā)射天線和接收天線之間的距離（km）。由上面的傳播損耗公式可知，自由空間傳播損耗只與工作頻率f和傳播距離d有關(guān)。當(dāng)f或d增大一倍時(shí)，Lbs將分別增加6dB。 2.1.2反射波反射波多徑傳播理論模型多徑傳播理論模型1.雙徑傳播模型雙徑傳播模型實(shí)際的多徑傳播環(huán)境是非常復(fù)雜的。在研究傳播問(wèn)題時(shí)往往將其簡(jiǎn)化，并且是從最簡(jiǎn)單的情況入手。僅考慮從基站到移動(dòng)臺(tái)以及地面反射波的兩徑傳播模型是最簡(jiǎn)單的傳播模型。在開(kāi)闊地區(qū)，兩徑傳播模型很接近于移動(dòng)信道。2.多徑傳播模型多徑傳播模型當(dāng)存在建筑物和起伏地形時(shí)，接收信號(hào)中將包含建筑物等反射的電波，此時(shí)，可用三徑、四徑等多徑傳播模型來(lái)描述移動(dòng)信道。考慮到

5、N條路徑，式（2.9）可推廣為 2112)exp(14NiiirttrjRGGdPP(2.11) 這里，要根據(jù)實(shí)際傳播環(huán)境計(jì)算出各路徑反射電波的Ri和i。采用三徑模型且僅考慮一個(gè)反射體時(shí)，根據(jù)基站、移動(dòng)臺(tái)和與建筑物反射波之間的相互位置以及建筑物表面材料可求出建筑物反射波的反射系數(shù)和相位差。四徑、五徑等模型也是如此，當(dāng)模型中的電波達(dá)到四、五徑后，電場(chǎng)強(qiáng)度變化的不規(guī)則性逐漸增大，這種情況下，已不能用公式準(zhǔn)確地計(jì)算出接收信號(hào)的功率，必須用統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)分析。 移動(dòng)通信中，基站用固定的高天線，移動(dòng)臺(tái)用接近地面的低天線。例如，。這樣，。移動(dòng)臺(tái)周?chē)膮^(qū)域稱(chēng)為近端區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的物體造成的反射是形成多徑效應(yīng)的

6、主要原因。離移動(dòng)臺(tái)較遠(yuǎn)的區(qū)域稱(chēng)為遠(yuǎn)端區(qū)域，在遠(yuǎn)端區(qū)域，只有高層建筑物的反射才能對(duì)移動(dòng)臺(tái)構(gòu)成多徑，并且，這些路徑要比近端區(qū)域中建筑物所引起的多徑的長(zhǎng)度要長(zhǎng)。離移動(dòng)臺(tái)更遠(yuǎn)的區(qū)域，如較高的山峰，也能對(duì)該移動(dòng)臺(tái)構(gòu)成多徑，不過(guò)路徑將更長(zhǎng)。區(qū)域反射情況如圖2-5所示。 圖2-5各種多徑反射 衰落測(cè)試示意圖圖2-9多徑時(shí)延擴(kuò)展 2.6電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型電波傳播損耗預(yù)測(cè)模型2.6.1地形、地物的分類(lèi)地形、地物的分類(lèi) 1.地形特征的定義地形特征的定義從電波傳播的角度考慮，有關(guān)地形特點(diǎn)的兩個(gè)基本問(wèn)從電波傳播的角度考慮，有關(guān)地形特點(diǎn)的兩個(gè)基本問(wèn)題必須給以明確。第一，傳播路徑中的地形變形如何衡量；題必須給以明確。第

7、一，傳播路徑中的地形變形如何衡量；第二，從天線發(fā)出的電波會(huì)覆蓋一定的區(qū)域，而這個(gè)區(qū)域第二，從天線發(fā)出的電波會(huì)覆蓋一定的區(qū)域，而這個(gè)區(qū)域中的地形又是起伏的，那么，天線的高度如何計(jì)算呢？為中的地形又是起伏的，那么，天線的高度如何計(jì)算呢？為此，定義下面兩個(gè)參數(shù)。此，定義下面兩個(gè)參數(shù)。 1）地形波動(dòng)高度）地形波動(dòng)高度h地形波動(dòng)高度地形波動(dòng)高度h在平均意義上描述了電波傳播路徑中在平均意義上描述了電波傳播路徑中地形變化的程度。地形變化的程度。h定義為：沿通信方向，距接收地點(diǎn)定義為：沿通信方向，距接收地點(diǎn)10km范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，10%高度線和高度線和90%高度線之間的高度差，如高度線之間的高度差，如圖圖2-

8、12所示。所謂所示。所謂10%高度線，是指在地形剖面圖的有高度線，是指在地形剖面圖的有10%地段的高度超過(guò)此線的一條水平線。地段的高度超過(guò)此線的一條水平線。90%高度線可用同樣高度線可用同樣的方法定義。的方法定義。 圖2-12地形波動(dòng)高度的定義 2）天線有效高度）天線有效高度移動(dòng)臺(tái)天線有效高度移動(dòng)臺(tái)天線有效高度hm定義為移動(dòng)臺(tái)天線距地面的實(shí)定義為移動(dòng)臺(tái)天線距地面的實(shí)際高度。際高度?；咎炀€的有效高度基站天線的有效高度hb定義為沿電波傳播方向，距基站定義為沿電波傳播方向，距基站天線天線315km的范圍內(nèi)平均地面高度以上的天線高度，如圖的范圍內(nèi)平均地面高度以上的天線高度，如圖2-13所示。所示。

9、圖2-13天線有效高度的定義 2.地形分類(lèi)地形分類(lèi)實(shí)際地形千差萬(wàn)別，但從電波傳播角度考慮，可以分實(shí)際地形千差萬(wàn)別，但從電波傳播角度考慮，可以分為兩類(lèi)，即準(zhǔn)平滑地形和不規(guī)則地形。為兩類(lèi)，即準(zhǔn)平滑地形和不規(guī)則地形。準(zhǔn)平滑地形是指該地區(qū)的地形波動(dòng)高度在準(zhǔn)平滑地形是指該地區(qū)的地形波動(dòng)高度在20m以?xún)?nèi)，而以?xún)?nèi)，而且起伏緩慢，地形峰點(diǎn)與谷點(diǎn)之間的距離大于地面波動(dòng)高且起伏緩慢，地形峰點(diǎn)與谷點(diǎn)之間的距離大于地面波動(dòng)高度，在以公里計(jì)的范圍內(nèi)，其平均地面高度差仍在度，在以公里計(jì)的范圍內(nèi)，其平均地面高度差仍在20m內(nèi)。內(nèi)。實(shí)際上，平坦地形也包括在這一類(lèi)中。實(shí)際上，平坦地形也包括在這一類(lèi)中。不規(guī)則地形是指除準(zhǔn)平滑地形

10、外的其他地形，包括丘不規(guī)則地形是指除準(zhǔn)平滑地形外的其他地形，包括丘陵地形、孤立山岳、斜坡地形和水陸混合地等。陵地形、孤立山岳、斜坡地形和水陸混合地等。 3.地物分類(lèi)地物分類(lèi)影響電波傳播的因素不僅有地形條件，還有樓房、人工建筑影響電波傳播的因素不僅有地形條件，還有樓房、人工建筑以及高大的樹(shù)木等，即地物。從廣義上講，地物應(yīng)包括電波傳播以及高大的樹(shù)木等，即地物。從廣義上講，地物應(yīng)包括電波傳播地區(qū)的自然地形、人工建筑和植被狀況。根據(jù)建筑物分布情況和地區(qū)的自然地形、人工建筑和植被狀況。根據(jù)建筑物分布情況和植被狀況，可將地物分為三類(lèi)：植被狀況，可將地物分為三類(lèi)：（1）開(kāi)闊地：在電波傳播方向上沒(méi)有建筑物或高

11、大樹(shù)木等）開(kāi)闊地：在電波傳播方向上沒(méi)有建筑物或高大樹(shù)木等障礙物的開(kāi)闊地帶，可有少量的農(nóng)舍等建筑。平原地區(qū)的農(nóng)村就障礙物的開(kāi)闊地帶，可有少量的農(nóng)舍等建筑。平原地區(qū)的農(nóng)村就屬于開(kāi)闊地。另外，在電波傳播方向?qū)儆陂_(kāi)闊地。另外，在電波傳播方向300400m以?xún)?nèi)沒(méi)有任何遮以?xún)?nèi)沒(méi)有任何遮擋的小片場(chǎng)地，如廣場(chǎng)也可視為開(kāi)闊地。擋的小片場(chǎng)地，如廣場(chǎng)也可視為開(kāi)闊地。（2）郊區(qū)：有）郊區(qū)：有12層樓房，但分布不密集，還可有小樹(shù)林層樓房，但分布不密集，還可有小樹(shù)林等。城市外圍以及公路網(wǎng)可視為郊區(qū)。等。城市外圍以及公路網(wǎng)可視為郊區(qū)。（3）市區(qū)：有較密集的建筑物和高層樓房。）市區(qū)：有較密集的建筑物和高層樓房。 2.4.2移

12、動(dòng)信道上傳播損耗估算的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵苿?dòng)信道上傳播損耗估算的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?準(zhǔn)平滑地形上的傳播損耗中值準(zhǔn)平滑地形上的傳播損耗中值1）市區(qū)傳播損耗中值）市區(qū)傳播損耗中值在計(jì)算各種地形、地物上的傳播損耗時(shí)，均以準(zhǔn)平滑在計(jì)算各種地形、地物上的傳播損耗時(shí)，均以準(zhǔn)平滑地形城市市區(qū)的損耗中值或場(chǎng)強(qiáng)中值作為基準(zhǔn)，因而我們地形城市市區(qū)的損耗中值或場(chǎng)強(qiáng)中值作為基準(zhǔn)，因而我們把市區(qū)傳播損耗中值稱(chēng)為基準(zhǔn)中值。把市區(qū)傳播損耗中值稱(chēng)為基準(zhǔn)中值。 圖2-14中等起伏地上市區(qū)基本損耗中值與頻率、距離的關(guān)系 2.6.1奧村奧村-哈塔（哈塔（Okumura-Hata） 模型模型 為了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)為了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí), 使使Okumura預(yù)測(cè)方法能采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行預(yù)測(cè)方法能采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)， Hata對(duì)對(duì)Okumura提出的基本中值場(chǎng)強(qiáng)曲線進(jìn)行了公式提出的基本中值場(chǎng)強(qiáng)曲