電子科技大學(xué)《移動(dòng)通信原理》第二章移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型

1、第一章內(nèi)容回顧第一章內(nèi)容回顧n移動(dòng)通信的分類(lèi)及應(yīng)用系統(tǒng)移動(dòng)通信的分類(lèi)及應(yīng)用系統(tǒng)n移動(dòng)通信的特點(diǎn)和工作方式移動(dòng)通信的特點(diǎn)和工作方式n移動(dòng)通信的發(fā)展移動(dòng)通信的發(fā)展2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型1什么是無(wú)線(xiàn)通信信道（鏈路）？什么是無(wú)線(xiàn)通信信道（鏈路）？2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型2圖圖2.1 無(wú)線(xiàn)通信鏈路無(wú)線(xiàn)通信鏈路n無(wú)線(xiàn)通信鏈路無(wú)線(xiàn)通信鏈路：從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的整個(gè)通信路：從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的整個(gè)通信路徑鏈路。徑鏈路。移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道的特點(diǎn)移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道的特點(diǎn)(1)n移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道是最

2、為復(fù)雜的一種無(wú)線(xiàn)信道移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道是最為復(fù)雜的一種無(wú)線(xiàn)信道n移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道的特點(diǎn)移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道的特點(diǎn)n傳播的開(kāi)放性傳播的開(kāi)放性n接收點(diǎn)地理環(huán)境的復(fù)雜性和多樣性接收點(diǎn)地理環(huán)境的復(fù)雜性和多樣性n通信用戶(hù)的隨機(jī)移動(dòng)性通信用戶(hù)的隨機(jī)移動(dòng)性n移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能主要受到移動(dòng)信道的制約移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能主要受到移動(dòng)信道的制約n有效性有效性n可靠性可靠性n安全性安全性2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型3信道函數(shù)信道函數(shù)2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型4信道信道s(t)r(t) r th ts tn

3、tn tR fHf S fNf為為噪噪聲聲1Hf r ts tn t120lLjfllHfhe ?r tn t 10-310-3不同無(wú)線(xiàn)信道下的性能不同無(wú)線(xiàn)信道下的性能高斯白噪聲信高斯白噪聲信道傳輸性能道傳輸性能慢瑞利衰落信慢瑞利衰落信道道傳輸性能傳輸性能7dB24dB 120lLjfllH fhe 1Hf第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播移動(dòng)通信電波傳播 與傳播預(yù)測(cè)模型與傳播預(yù)測(cè)模型程郁凡程郁凡通信抗干擾技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室通信抗干擾技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室第二章內(nèi)容第二章內(nèi)容2.1 無(wú)線(xiàn)電波傳播概述無(wú)線(xiàn)電波傳播概述2.2 自由空間的電波傳播自由空間的電波傳播2.3 三種基本電波傳播機(jī)制三種基本電波

4、傳播機(jī)制2.4 路徑損耗模型路徑損耗模型2.5 多徑衰落信道及特性參數(shù)多徑衰落信道及特性參數(shù)2.6 多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型72.1 無(wú)線(xiàn)電波傳播概述無(wú)線(xiàn)電波傳播概述2.1.1 電磁波的產(chǎn)生電磁波的產(chǎn)生2.1.2 無(wú)線(xiàn)電波頻段劃分無(wú)線(xiàn)電波頻段劃分2.1.3 無(wú)線(xiàn)電波傳播方式無(wú)線(xiàn)電波傳播方式2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型8參考書(shū)籍：參考書(shū)籍：移動(dòng)通信無(wú)線(xiàn)電波傳播移動(dòng)通信無(wú)線(xiàn)電波傳播 作者：吳志忠作者：吳志忠2.1.1 電磁波

5、的產(chǎn)生電磁波的產(chǎn)生(1)n電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)n如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場(chǎng)，那如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場(chǎng)，那么這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周?chē)臻g產(chǎn)生周期性么這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周?chē)臻g產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)；這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周?chē)臻g變化的磁場(chǎng)；這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周?chē)臻g產(chǎn)生新的周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生新的周期性變化的電場(chǎng)n變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系著的，形變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系著的，形成不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)。成不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型92.1.1 電磁波的產(chǎn)生電磁

6、波的產(chǎn)生(2)n電磁波電磁波n變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地傳播。這種地傳播。這種變化的電磁場(chǎng)變化的電磁場(chǎng)在空間以一定的速在空間以一定的速度向遠(yuǎn)處傳播的過(guò)程叫做電磁波。度向遠(yuǎn)處傳播的過(guò)程叫做電磁波。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型10圖圖2.2 變化的電磁場(chǎng)變化的電磁場(chǎng)2.1.2 無(wú)線(xiàn)電波頻段劃分無(wú)線(xiàn)電波頻段劃分11圖圖2.3 電磁波譜電磁波譜圖圖2.4 無(wú)線(xiàn)電波頻段無(wú)線(xiàn)電波頻段2.1.3 無(wú)線(xiàn)電波傳播方式無(wú)線(xiàn)電波傳播方式 n無(wú)線(xiàn)電波傳播基本概念無(wú)線(xiàn)電波傳播基本概念n無(wú)線(xiàn)電波傳播主要

7、方式無(wú)線(xiàn)電波傳播主要方式n地波傳播地波傳播n對(duì)流層電波傳播對(duì)流層電波傳播n天波傳播天波傳播n衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型12無(wú)線(xiàn)電波傳播基本概念無(wú)線(xiàn)電波傳播基本概念2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型13n無(wú)線(xiàn)電波傳播無(wú)線(xiàn)電波傳播n發(fā)射源所發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電波通過(guò)發(fā)射源所發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電波通過(guò)自然條件下的媒自然條件下的媒質(zhì)質(zhì)到達(dá)接收天線(xiàn)的過(guò)程稱(chēng)為無(wú)線(xiàn)電波傳播。到達(dá)接收天線(xiàn)的過(guò)程稱(chēng)為無(wú)線(xiàn)電波傳播。圖圖2.5 無(wú)線(xiàn)電波傳播無(wú)線(xiàn)電波傳播n研究傳播過(guò)程中電磁波與媒質(zhì)的相互作用研

8、究傳播過(guò)程中電磁波與媒質(zhì)的相互作用n傳播機(jī)理、信道模式傳播機(jī)理、信道模式n傳播環(huán)境與建模傳播環(huán)境與建模n傳播效應(yīng)傳播效應(yīng)傳輸媒質(zhì)對(duì)電磁波的影響傳輸媒質(zhì)對(duì)電磁波的影響2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型14圖圖2.6 傳輸媒質(zhì)對(duì)電磁波的影響傳輸媒質(zhì)對(duì)電磁波的影響n(yōu)傳輸媒質(zhì)對(duì)電磁波的影響傳輸媒質(zhì)對(duì)電磁波的影響無(wú)線(xiàn)電波傳播無(wú)線(xiàn)電波傳播地波傳播地波傳播n地波傳播地波傳播電波沿著地球表面?zhèn)鞑ル姴ㄑ刂厍虮砻鎮(zhèn)鞑?022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型15圖圖2.7 地波傳播地波傳播n特點(diǎn)特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)

9、：信號(hào)穩(wěn)定，不受氣象條件、晝夜及季節(jié)變優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)穩(wěn)定，不受氣象條件、晝夜及季節(jié)變化的影響；化的影響；n缺點(diǎn)：地面對(duì)電波吸收嚴(yán)重，衰減隨著頻率的升缺點(diǎn)：地面對(duì)電波吸收嚴(yán)重，衰減隨著頻率的升高而增大。高而增大。n用途：地波導(dǎo)航、標(biāo)時(shí)臺(tái)、遠(yuǎn)程通信、廣播用途：地波導(dǎo)航、標(biāo)時(shí)臺(tái)、遠(yuǎn)程通信、廣播n出現(xiàn)情況：出現(xiàn)情況：n天線(xiàn)低架于地面上；天線(xiàn)低架于地面上；n最大輻射方向沿地球表面；最大輻射方向沿地球表面；n頻率：中、長(zhǎng)波以下的頻頻率：中、長(zhǎng)波以下的頻率。率。地波傳播影響因素地波傳播影響因素n地波傳播影響因素地波傳播影響因素地質(zhì)磁電特性地質(zhì)磁電特性n相對(duì)介電常數(shù)：相對(duì)介電常數(shù)：n電導(dǎo)率：電導(dǎo)率：n相對(duì)復(fù)介電常

10、數(shù)：相對(duì)復(fù)介電常數(shù)：n電磁波在自由空間中的波長(zhǎng)：電磁波在自由空間中的波長(zhǎng)：2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型16地面地面類(lèi)型類(lèi)型相對(duì)介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù) r電導(dǎo)率電導(dǎo)率 （S/m）均值均值變化范圍變化范圍均值均值變化范圍變化范圍海水海水808040.666.6淡水淡水808010-310-32.4 10-2濕土濕土20103010-23 10-33 10-2干土干土42610-31.1 10-52 10-3表表2.1 地面特性表地面特性表r r 0 0060rrrjj 地面媒質(zhì)的電特性地面媒質(zhì)的電特性n常用相對(duì)復(fù)介電常數(shù)來(lái)表示媒質(zhì)的電常

11、用相對(duì)復(fù)介電常數(shù)來(lái)表示媒質(zhì)的電特性特性n良導(dǎo)體：良導(dǎo)體：n電介質(zhì)：電介質(zhì)：n半電介質(zhì)：兩者相差不大半電介質(zhì)：兩者相差不大2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型17300MHz30MHz3MHz 300kHz30kHz3kHz海水海水3303 1023 1033 1043 105濕土濕土3 10-23 10-133 1013 1023 103干土干土1.5 10-21.5 10-11.51.5 1011.5 1021.5 103巖石巖石10-610-510-410-310-210-1060r 頻率頻率地質(zhì)地質(zhì)超長(zhǎng)波超長(zhǎng)波長(zhǎng)波長(zhǎng)波中波中波短波短

12、波超短波超短波80,4r 220,10r34,10r 76,10r 060rrj 00601601rr表表2.2 地面媒質(zhì)的電特性地面媒質(zhì)的電特性傳播特性傳播特性n地面波的傳播特性地面波的傳播特性n地表具有半導(dǎo)電特性，電波被吸收。地層電導(dǎo)地表具有半導(dǎo)電特性，電波被吸收。地層電導(dǎo)率越大，頻率越低，地面對(duì)電波的吸收越小。率越大，頻率越低，地面對(duì)電波的吸收越小。n在不平坦地面的繞射傳播條件在不平坦地面的繞射傳播條件n只有當(dāng)波長(zhǎng)超過(guò)障礙物或與障礙物相當(dāng)時(shí)，才只有當(dāng)波長(zhǎng)超過(guò)障礙物或與障礙物相當(dāng)時(shí)，才具有繞射作用。具有繞射作用。n地波傳播方式適合長(zhǎng)波、超長(zhǎng)波波段，沿海面地波傳播方式適合長(zhǎng)波、超長(zhǎng)波波段，沿

13、海面?zhèn)鞑ケ嚷访嬉h(yuǎn)。傳播比路面要遠(yuǎn)。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型18060rrj 典型應(yīng)用典型應(yīng)用(1)n低頻地波導(dǎo)航系統(tǒng)低頻地波導(dǎo)航系統(tǒng)n羅蘭羅蘭C導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)(Loran- Long Range Navigation )n一種遠(yuǎn)程一種遠(yuǎn)程脈沖脈沖-相位相位雙曲線(xiàn)無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航系統(tǒng)雙曲線(xiàn)無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航系統(tǒng)（100kHz，可實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)2000km導(dǎo)航），陸、海、導(dǎo)航），陸、海、空導(dǎo)航定位系統(tǒng)空導(dǎo)航定位系統(tǒng)2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型19PF2F1發(fā)射臺(tái)發(fā)射臺(tái)2發(fā)射臺(tái)發(fā)射

14、臺(tái)1F3發(fā)射臺(tái)發(fā)射臺(tái)3圖圖2.8 羅蘭羅蘭C導(dǎo)航儀導(dǎo)航儀典型應(yīng)用典型應(yīng)用(2)n高頻高頻(HF)地波超視距雷達(dá)地波超視距雷達(dá)n海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)，頻率：海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)，頻率：330MHz，作用距離，作用距離可達(dá)可達(dá)300km。n可跟蹤、監(jiān)視艦船等?？筛?、監(jiān)視艦船等。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型20圖圖2.9 高頻地波超視距雷達(dá)高頻地波超視距雷達(dá)高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型21圖圖2.10 美國(guó)雷聲公司制作的高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)美國(guó)雷聲公司制作的高

15、頻地波雷達(dá)系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電波傳播無(wú)線(xiàn)電波傳播對(duì)流層電波傳播對(duì)流層電波傳播n對(duì)流層電波傳播影響因素對(duì)流層電波傳播影響因素n對(duì)流層的彎曲傳播對(duì)流層的彎曲傳播n對(duì)流層電波傳播機(jī)制對(duì)流層電波傳播機(jī)制2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型22對(duì)流層電波傳播基本概念對(duì)流層電波傳播基本概念2022年年6月月23n對(duì)流層電波傳播對(duì)流層電波傳播無(wú)線(xiàn)電波在無(wú)線(xiàn)電波在對(duì)流層對(duì)流層的傳播的傳播對(duì)對(duì)流流層層圖圖2.11 大氣層的分布大氣層的分布90%90%水汽質(zhì)量水汽質(zhì)量75%75%大氣質(zhì)量大氣質(zhì)量對(duì)流層電波傳播影響因素對(duì)流層電波傳播影響因素n對(duì)流層電波傳播對(duì)流層電波傳播

16、影響因素影響因素n氣體分子與水氣體分子與水汽凝聚物汽凝聚物n具有吸收作用具有吸收作用n云、霧、雨等云、霧、雨等對(duì)電波的散射對(duì)電波的散射n大氣折射率大氣折射率n電波折射，電電波折射，電波彎曲傳播波彎曲傳播2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型24f=22GHzf=60GHz圖圖2.12 大氣吸收衰減大氣吸收衰減彎曲傳播彎曲傳播n對(duì)流層的彎曲傳播對(duì)流層的彎曲傳播n大氣折射率大氣折射率n隨著海拔高度增高而減小隨著海拔高度增高而減小2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型253210nnnn 折折

17、射射率率圖圖2.13 電磁波在對(duì)流層的彎曲傳播電磁波在對(duì)流層的彎曲傳播大氣折射指數(shù)大氣折射指數(shù)2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型26n大氣折射率大氣折射率n ：n對(duì)流層中對(duì)流層中 r 非常接近于非常接近于1，例如靠近地球表面處，例如靠近地球表面處n定義大氣折射指數(shù)定義大氣折射指數(shù)N ： N 單位單位p為大氣總壓強(qiáng)，為大氣總壓強(qiáng)，e是水汽壓強(qiáng)，是水汽壓強(qiáng)，T為絕對(duì)溫度為絕對(duì)溫度(K)。77.64810NpeTT 121210130.121010.20.0035102880.0065p hp he hp hhPae hhPaT hhK大氣折

18、射特點(diǎn)：大氣折射特點(diǎn)：h增大，增大，N 減小。減小。rn 1.000638r 6110Nn：干燥空氣壓強(qiáng)：干燥空氣壓強(qiáng) 1p h等效地球半徑等效地球半徑n由于大氣折射，電波軌跡為曲線(xiàn)由于大氣折射，電波軌跡為曲線(xiàn)n計(jì)算公式都是假設(shè)直線(xiàn)傳播，假設(shè)與實(shí)際不符，計(jì)算公式都是假設(shè)直線(xiàn)傳播，假設(shè)與實(shí)際不符，為了仍然能用公式，需修正為了仍然能用公式，需修正n等效地球半徑等效地球半徑n傳播射線(xiàn)被拉直后，射線(xiàn)到地球的距離仍相等，傳播射線(xiàn)被拉直后，射線(xiàn)到地球的距離仍相等，此時(shí)的地球半徑為等效地球半徑。此時(shí)的地球半徑為等效地球半徑。2022年年6月月27eRe R ：射線(xiàn)曲：射線(xiàn)曲率半徑率半徑圖圖2.14 等效地球

19、半徑等效地球半徑1dndh 等效地球半徑因子等效地球半徑因子n等效地球半徑因子等效地球半徑因子K2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型281111KRdnRdh R : 地球半徑地球半徑(6370km)Re = KR : 等效地等效地球半徑球半徑圖圖2.15 大氣層中無(wú)線(xiàn)電波射線(xiàn)的彎曲和大氣層中無(wú)線(xiàn)電波射線(xiàn)的彎曲和K值 =R, K= = , K=1K=4/3 0, 0K00 R對(duì)流層電波傳播機(jī)制對(duì)流層電波傳播機(jī)制n對(duì)流層電波傳播機(jī)制對(duì)流層電波傳播機(jī)制n對(duì)流層視距傳播對(duì)流層視距傳播n直射波傳播直射波傳播n對(duì)流層散射傳播對(duì)流層散射傳播n米波與分

20、米波的超地平通信米波與分米波的超地平通信n大氣波導(dǎo)傳播大氣波導(dǎo)傳播n米波、厘米波米波、厘米波n大氣折射率梯度滿(mǎn)足一定條件大氣折射率梯度滿(mǎn)足一定條件2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型29對(duì)流層視距傳播對(duì)流層視距傳播n對(duì)流層視距傳播對(duì)流層視距傳播n處于對(duì)流層內(nèi)直射波的傳播方式處于對(duì)流層內(nèi)直射波的傳播方式n射線(xiàn)傳播方向與水平線(xiàn)幾乎平行射線(xiàn)傳播方向與水平線(xiàn)幾乎平行n頻段：頻段：30MHz40GHzn地波衰減大地波衰減大n天波不被反射天波不被反射n視距傳播的特點(diǎn)視距傳播的特點(diǎn)n距離短（距離短（50km）n傳播效應(yīng)傳播效應(yīng)n折射、吸收、衰落折射、吸

21、收、衰落 反射、散射等反射、散射等2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型30圖圖2.16 微波接力通信微波接力通信對(duì)流層散射傳播對(duì)流層散射傳播n散射散射n當(dāng)電磁波的傳播路徑當(dāng)電磁波的傳播路徑上存在小于波長(zhǎng)的物上存在小于波長(zhǎng)的物體，并且單位體積內(nèi)體，并且單位體積內(nèi)這種障礙物體的數(shù)目這種障礙物體的數(shù)目非常巨大時(shí)，發(fā)生散非常巨大時(shí)，發(fā)生散射（亂反射）。射（亂反射）。n對(duì)流層散射傳播對(duì)流層散射傳播n利用大氣層的不均勻利用大氣層的不均勻性對(duì)無(wú)線(xiàn)電波的散射性對(duì)無(wú)線(xiàn)電波的散射作用而實(shí)現(xiàn)作用而實(shí)現(xiàn)超視距傳超視距傳播播。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通

22、信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型31圖圖2.17 對(duì)流層散射的超視距傳播對(duì)流層散射的超視距傳播不均勻不均勻大氣大氣對(duì)流層散射傳播特點(diǎn)對(duì)流層散射傳播特點(diǎn)n頻率：頻率：30MHz10GHzn對(duì)流層適應(yīng)此頻段，對(duì)其他頻段散射作用弱。對(duì)流層適應(yīng)此頻段，對(duì)其他頻段散射作用弱。n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n不受電離層的影響（與短波天波通信相比）不用不受電離層的影響（與短波天波通信相比）不用經(jīng)常變換頻率經(jīng)常變換頻率n所需中繼站少（與微波接力通信相比）（距離所需中繼站少（與微波接力通信相比）（距離100500公里）公里）n傳輸容量大傳輸容量大n不怕高山、湖海和沙漠等自然不怕高山、湖海和沙漠等自然 障礙

23、。障礙。n缺點(diǎn)缺點(diǎn)n傳輸損耗大、衰落較劇烈傳輸損耗大、衰落較劇烈2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型32對(duì)流層散射通信應(yīng)用對(duì)流層散射通信應(yīng)用2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型33地面類(lèi)型地面類(lèi)型AR/TRC-170S-575自適應(yīng)自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器TM-20新型調(diào)制新型調(diào)制解調(diào)器解調(diào)器V2(重型重型)V3(輕型輕型)研制時(shí)間研制時(shí)間1980年試驗(yàn)成功年試驗(yàn)成功1984年投入使用年投入使用1994年年2006年年工作頻段工作頻段C頻段頻段(4.45GHz)C頻段頻段(4.45

24、GHz)C頻段頻段(4.45GHz)Ku頻段頻段(14.315.3GHz)最大可靠最大可靠數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)率4Mb/s2Mb/s8Mb/s40Mb/s最大計(jì)劃最大計(jì)劃工作距離工作距離240km160km240km100km左右左右表表2.3 美軍典型數(shù)字對(duì)流層散射機(jī)調(diào)制解調(diào)器參數(shù)表美軍典型數(shù)字對(duì)流層散射機(jī)調(diào)制解調(diào)器參數(shù)表大氣波導(dǎo)傳播大氣波導(dǎo)傳播(1)n概念：概念：n在一定氣象條件下，由在一定氣象條件下，由于大氣折射率梯度的變于大氣折射率梯度的變化，使在近地層傳播的化，使在近地層傳播的電磁波的軌跡彎向地面，電磁波的軌跡彎向地面，射線(xiàn)的真實(shí)曲率大于地射線(xiàn)的真實(shí)曲率大于地球曲率球曲率時(shí)，電磁波被部時(shí)，電磁

25、波被部分陷獲在一定厚度的大分陷獲在一定厚度的大氣層內(nèi)，無(wú)線(xiàn)電波能量氣層內(nèi)，無(wú)線(xiàn)電波能量好像被限制在最大彎曲好像被限制在最大彎曲高度和地球表面之間或高度和地球表面之間或由它們組成的波導(dǎo)中傳由它們組成的波導(dǎo)中傳播。又稱(chēng)大氣波導(dǎo)傳播。播。又稱(chēng)大氣波導(dǎo)傳播。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型34K= K=1K=4/3K1圖圖2.18 大氣波導(dǎo)傳播大氣波導(dǎo)傳播大氣波導(dǎo)傳播大氣波導(dǎo)傳播(2)n原因原因n大氣層存在逆溫大氣層存在逆溫n濕度隨高度銳減濕度隨高度銳減n易于出現(xiàn)大氣波導(dǎo)現(xiàn)象的天氣現(xiàn)象易于出現(xiàn)大氣波導(dǎo)現(xiàn)象的天氣現(xiàn)象n海平面海水的蒸發(fā)海平面海水

26、的蒸發(fā)n陸地上的夜間輻射陸地上的夜間輻射nn頻段頻段n300MHz30GHzn特點(diǎn)特點(diǎn)n超視距超視距n不是時(shí)時(shí)可用不是時(shí)時(shí)可用2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型35無(wú)線(xiàn)電波傳播無(wú)線(xiàn)電波傳播天波傳播天波傳播n電離層概況電離層概況n電離層的成分電離層的成分n電離層的分層電離層的分層n電離層的吸收電離層的吸收n電離層的反射電離層的反射n無(wú)線(xiàn)電波在電離層中的傳播無(wú)線(xiàn)電波在電離層中的傳播n長(zhǎng)波和超長(zhǎng)波長(zhǎng)波和超長(zhǎng)波n中波中波n短波短波2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型36天波傳播天波傳播n天

27、波傳播天波傳播無(wú)線(xiàn)電波向天空輻射，由電離層無(wú)線(xiàn)電波向天空輻射，由電離層反射到接收點(diǎn)。反射到接收點(diǎn)。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型37電離層電離層圖圖2.19 天波傳播天波傳播電離層概況電離層概況電電離離層層2%2%大氣質(zhì)量大氣質(zhì)量38電離層的成分電離層的成分n電離層：電離層：n60km到到1000km的區(qū)域的區(qū)域n自由電子、正離子、負(fù)離子、中性分子和原子自由電子、正離子、負(fù)離子、中性分子和原子等組成的等離子體。等組成的等離子體。n電離源電離源n太陽(yáng)輻射的紫外線(xiàn)、太陽(yáng)輻射的紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)、高能帶電微粒流射線(xiàn)、高能帶電微粒流n為數(shù)眾多的

28、微流星為數(shù)眾多的微流星n其它星球輻射的電磁波以及宇宙射線(xiàn)等其它星球輻射的電磁波以及宇宙射線(xiàn)等n只占全部大氣質(zhì)量的只占全部大氣質(zhì)量的2左右，但因存在大量左右，但因存在大量帶電粒子，所以對(duì)電波傳播有極大影響帶電粒子，所以對(duì)電波傳播有極大影響n(yōu)具有多變特性。具有多變特性。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型39電離層的分層電離層的分層2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型40圖圖2.20 電離層中典型的電子濃度高度分布電離層中典型的電子濃度高度分布吸收層吸收層反射層反射層電離層的吸收損耗電離

29、層的吸收損耗n吸收的原因吸收的原因n受電場(chǎng)作用的電子與其它粒子相碰撞時(shí)，就將從受電場(chǎng)作用的電子與其它粒子相碰撞時(shí)，就將從電波得到的動(dòng)能傳遞給中性分子或離子，轉(zhuǎn)化為電波得到的動(dòng)能傳遞給中性分子或離子，轉(zhuǎn)化為熱能，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電離層對(duì)電波的吸收。熱能，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電離層對(duì)電波的吸收。n電離層吸收基本規(guī)律電離層吸收基本規(guī)律n與氣體密度、電離層電子密度和電波頻率有關(guān)與氣體密度、電離層電子密度和電波頻率有關(guān)n吸收主要集中在吸收主要集中在D層層n氣體密度越大，吸收越大氣體密度越大，吸收越大n電子密度越大，吸收越大電子密度越大，吸收越大n電波頻率越低，吸收越大電波頻率越低，吸收越大n所以短波天波工作時(shí)，在能

30、反射回來(lái)的前提下，盡所以短波天波工作時(shí)，在能反射回來(lái)的前提下，盡量選擇較高的工作頻率。量選擇較高的工作頻率。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型41n電離層可以看作是相對(duì)介電常數(shù)為電離層可以看作是相對(duì)介電常數(shù)為 r的電介質(zhì)的電介質(zhì) f : 頻率；頻率；N: 電子密度電子密度n折射率折射率n: 2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型42280.81rNf 280.81rNnf 12310nnNNNNN 01231nnnnnnnn 圖圖2.21 電磁波在電離層中的彎曲傳播電磁波在電離層中的

31、彎曲傳播電離層的反射電離層的反射電離層的反射特點(diǎn)電離層的反射特點(diǎn)n在入射角一定的情況下：在入射角一定的情況下：n電波頻率越低，越易反射電波頻率越低，越易反射n電波頻率越低，反射的位置越低電波頻率越低，反射的位置越低2022年年6月月43280.81rNnf 圖圖2.22 電磁波在電離層中的彎曲傳播電磁波在電離層中的彎曲傳播平面分層的平面分層的Snell折射定理折射定理2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型440010011111221101201201200011sinsinsinsinsinsi=,sinsinsinsinsinsin=9

32、0niinnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 當(dāng)當(dāng)或或當(dāng)當(dāng)，全全反反射射圖圖2.23 平面分層的折射平面分層的折射球面分層的球面分層的Snell折射定理折射定理2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型450110000000000111100011100011110000100100sinsinsinsinsinssinsinsinsinsinsinsinsin=90sin=siniinnsnnnnnnnnnx RRRx Rnn Rn Rn RRnn Rn Rnnn Rn Rn RnnRRR 又又以以此此類(lèi)類(lèi)推推反反射射條

33、條件件：圖圖2.24 0與與 0之間的幾何關(guān)系之間的幾何關(guān)系最高可用頻率最高可用頻率2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型46 nnnnnnnnnn Rn RnRRhRNRn RnRhfNh RNh Rffh Rh Rh R 00000000222220sin=1,sin80.8sin1-80.8180.812sin2cos2 將將代代入入hR 為為仰仰角角 MUFNh Rfh R max280.812sin2 MUFf: : 最最高高可可用用頻頻率率MUF：Maximum Usable Frequency最高可用頻率與臨界頻率最高可用頻率

34、與臨界頻率n當(dāng)電波頻率當(dāng)電波頻率超過(guò)最高可用頻率超過(guò)最高可用頻率fMUF時(shí)，無(wú)線(xiàn)電波時(shí)，無(wú)線(xiàn)電波在電離層中不發(fā)生反射，而是在電離層中不發(fā)生反射，而是穿出電離層穿出電離層。n當(dāng)電波頻率當(dāng)電波頻率小于或等于臨界頻率小于或等于臨界頻率fc時(shí)，任意仰角時(shí)，任意仰角的電波都能的電波都能從電離層反射到地面從電離層反射到地面。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型47 MUFMUFcMUFNh Rfh RNh Rfh RffN maxminmax2maxmax80.812sin280.812280.8 臨臨界界頻頻率率R：地球半徑：地球半徑h：電離層離地

35、面的高度：電離層離地面的高度 ：發(fā)射仰角：發(fā)射仰角2022年年6月月48圖圖2.25 fMUF隨時(shí)間變化曲線(xiàn)隨時(shí)間變化曲線(xiàn)04812162024t/h3456920f/MHz最高可用頻率最高可用頻率最佳工作頻率最佳工作頻率建議選用的工作頻率建議選用的工作頻率日頻日頻9MHz夜頻夜頻4.5MHz最佳工作頻率最佳工作頻率FOTMUFff0.85 MUF：Maximum Usable FrequencyFOT：Frequency of Optimum Traffic無(wú)線(xiàn)電波在電離層中的傳播無(wú)線(xiàn)電波在電離層中的傳播2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)

36、模型49圖圖2.26 長(zhǎng)、中、短波從不同高度反射長(zhǎng)、中、短波從不同高度反射超長(zhǎng)波和長(zhǎng)波的電波傳播超長(zhǎng)波和長(zhǎng)波的電波傳播n超長(zhǎng)波和長(zhǎng)波傳播機(jī)制超長(zhǎng)波和長(zhǎng)波傳播機(jī)制(300kHz)n地波傳播和地地波傳播和地電離層波導(dǎo)傳播。電離層波導(dǎo)傳播。n傳播特點(diǎn)傳播特點(diǎn)n頻率低，可被電離層頻率低，可被電離層D層下邊界層下邊界反射。不穿透電離反射。不穿透電離層，地面和電離層的吸收損耗很小。層，地面和電離層的吸收損耗很小。n對(duì)于超長(zhǎng)波，通常認(rèn)為在地面對(duì)于超長(zhǎng)波，通常認(rèn)為在地面電離層組成的波電離層組成的波導(dǎo)中傳播。導(dǎo)中傳播。n遠(yuǎn)距離通信（幾千公里）。遠(yuǎn)距離通信（幾千公里）。n缺點(diǎn)缺點(diǎn)n頻率低，信息容量小，天線(xiàn)很難布置

37、。頻率低，信息容量小，天線(xiàn)很難布置。n應(yīng)用：應(yīng)用：n遠(yuǎn)距離導(dǎo)航遠(yuǎn)距離導(dǎo)航2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型50中波電波傳播中波電波傳播n中波電波傳播機(jī)制（中波電波傳播機(jī)制（300kHz3MHz）n地波傳播和天波傳播。地波傳播和天波傳播。n傳播特點(diǎn)傳播特點(diǎn)n白天地波傳播為主，但受地面吸收衰減影響；可在白天地波傳播為主，但受地面吸收衰減影響；可在E層被反射，但在層被反射，但在D層受到較強(qiáng)的吸收，傳播距離層受到較強(qiáng)的吸收，傳播距離不遠(yuǎn)；不遠(yuǎn)；n晚上服務(wù)范圍比白天大，因?yàn)橐归g晚上服務(wù)范圍比白天大，因?yàn)橐归gD層消失，吸收層消失，吸收減小，比白天增

38、加了電離層傳播；減小，比白天增加了電離層傳播；n通信距離較遠(yuǎn)（幾百公里）通信距離較遠(yuǎn)（幾百公里）n應(yīng)用應(yīng)用n無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航，語(yǔ)音調(diào)幅廣播無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航，語(yǔ)音調(diào)幅廣播2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型51短波電波傳播短波電波傳播(1)n短波電波傳播機(jī)制（短波電波傳播機(jī)制（3MHz30MHz）n地波傳播和天波傳播，以天波傳播為主。地波傳播和天波傳播，以天波傳播為主。n傳播特點(diǎn)傳播特點(diǎn)n傳播距離遠(yuǎn)：幾百傳播距離遠(yuǎn)：幾百幾萬(wàn)幾萬(wàn)km(一跳或多跳反射一跳或多跳反射)；n能以較小的功率實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳播；能以較小的功率實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳播；n白天和夜間要更換頻率

39、；白天和夜間要更換頻率；n設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、便于移動(dòng)。設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、便于移動(dòng)。n缺點(diǎn)缺點(diǎn)n嚴(yán)重的衰落、信號(hào)不穩(wěn)定；嚴(yán)重的衰落、信號(hào)不穩(wěn)定；n電臺(tái)過(guò)分擁擠并互相干擾。電臺(tái)過(guò)分擁擠并互相干擾。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型52短波電波傳播短波電波傳播(2)n應(yīng)用應(yīng)用n各種距離的定點(diǎn)各種距離的定點(diǎn)通信通信n國(guó)際通信及廣播國(guó)際通信及廣播n船岸間的航海移船岸間的航海移動(dòng)通信動(dòng)通信n飛機(jī)地面間的航飛機(jī)地面間的航空移動(dòng)通信空移動(dòng)通信2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型53圖圖2.27 寶

40、麗寶麗2050短波電臺(tái)短波電臺(tái)衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信(1)n衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信：地球上的無(wú)線(xiàn)電通信站間利用衛(wèi)星作：地球上的無(wú)線(xiàn)電通信站間利用衛(wèi)星作為中繼而進(jìn)行的空間微波通信。為中繼而進(jìn)行的空間微波通信。2022年年6月月54圖圖2.28 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)PSTN/PLMN核心網(wǎng)核心網(wǎng)手持終端手持終端移動(dòng)終端移動(dòng)終端網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)控制中心中心NCC衛(wèi)星控制衛(wèi)星控制中心中心SCC用戶(hù)信息用戶(hù)信息管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)星際鏈路星際鏈路用戶(hù)鏈路用戶(hù)鏈路饋送鏈路饋送鏈路信關(guān)站信關(guān)站空間段空間段地面段地面段用戶(hù)段用戶(hù)段軌道高度：軌道高度：500幾萬(wàn)公里幾萬(wàn)公里衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信(

41、2)n適用頻段：適用頻段：140GHzn傳播特點(diǎn)傳播特點(diǎn)n覆蓋面積大，通信距離遠(yuǎn)（幾萬(wàn)公里）覆蓋面積大，通信距離遠(yuǎn)（幾萬(wàn)公里）n傳輸頻帶寬，通信容量大傳輸頻帶寬，通信容量大n通信穩(wěn)定性好，質(zhì)量高通信穩(wěn)定性好，質(zhì)量高n傳播時(shí)延大傳播時(shí)延大n路徑損耗大路徑損耗大n存在日凌中斷、星蝕和雨衰現(xiàn)象。存在日凌中斷、星蝕和雨衰現(xiàn)象。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型55無(wú)線(xiàn)電波傳播方式小結(jié)無(wú)線(xiàn)電波傳播方式小結(jié)地波傳播地波傳播：超長(zhǎng)波、：超長(zhǎng)波、長(zhǎng)波、中波長(zhǎng)波、中波視距傳播視距傳播：VHF及以上及以上大氣波導(dǎo)傳播大氣波導(dǎo)傳播：UHF, SHF對(duì)流層散射

42、傳播對(duì)流層散射傳播：VHF,UHF, SHF天波傳播天波傳播：短波：短波星地通信星地通信：LKa電離層波導(dǎo)傳播電離層波導(dǎo)傳播：超長(zhǎng)波、長(zhǎng)波超長(zhǎng)波、長(zhǎng)波星際通信星際通信：Ka及以上及以上n本章研究重點(diǎn)本章研究重點(diǎn)陸地移動(dòng)通信無(wú)線(xiàn)電波傳播陸地移動(dòng)通信無(wú)線(xiàn)電波傳播n視距傳播：視距范圍之內(nèi)的無(wú)線(xiàn)電波傳播視距傳播：視距范圍之內(nèi)的無(wú)線(xiàn)電波傳播n頻段：頻段：30MHz10GHz陸地移動(dòng)信道的電波傳播機(jī)制陸地移動(dòng)信道的電波傳播機(jī)制2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型57基站基站散射散射陰影衰落陰影衰落散射散射直射直射反射反射移動(dòng)終端（手機(jī)）移動(dòng)終端（手機(jī)

43、）衍衍( (繞繞) )射射. . . . . . . .直射波（最強(qiáng)）直射波（最強(qiáng)）反射波（次強(qiáng)）反射波（次強(qiáng)）繞射波（次強(qiáng)）繞射波（次強(qiáng)）散射波（最弱）散射波（最弱）圖圖2.29 陸地移動(dòng)信道的電波傳播機(jī)制陸地移動(dòng)信道的電波傳播機(jī)制陸地移動(dòng)信道的電波傳播機(jī)制陸地移動(dòng)信道的電波傳播機(jī)制n直射：直射：n是指視距范圍內(nèi)無(wú)遮擋的傳播。直射波傳播的信號(hào)最強(qiáng)。是指視距范圍內(nèi)無(wú)遮擋的傳播。直射波傳播的信號(hào)最強(qiáng)?？砂醋杂煽臻g傳播來(lái)考慮?？砂醋杂煽臻g傳播來(lái)考慮。n反射：反射：n當(dāng)電磁波遇到比波長(zhǎng)大得多的物體時(shí)發(fā)生反射，反射發(fā)生當(dāng)電磁波遇到比波長(zhǎng)大得多的物體時(shí)發(fā)生反射，反射發(fā)生于地球表面、建筑物和墻壁表面。反射

44、波的信號(hào)強(qiáng)度僅次于地球表面、建筑物和墻壁表面。反射波的信號(hào)強(qiáng)度僅次于直射波。于直射波。n繞射：繞射：n收發(fā)之間的傳輸路徑被尖利的邊緣阻擋時(shí)發(fā)生繞射，信號(hào)收發(fā)之間的傳輸路徑被尖利的邊緣阻擋時(shí)發(fā)生繞射，信號(hào)能量繞過(guò)障礙物傳播，繞射波信號(hào)強(qiáng)度與反射波相當(dāng)。能量繞過(guò)障礙物傳播，繞射波信號(hào)強(qiáng)度與反射波相當(dāng)。n散射：散射：n當(dāng)電波傳播遇到小于信號(hào)波長(zhǎng)的障礙物或粗糙表面時(shí)引起當(dāng)電波傳播遇到小于信號(hào)波長(zhǎng)的障礙物或粗糙表面時(shí)引起的漫反射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播機(jī)制，散射波信號(hào)強(qiáng)度最弱。的漫反射后到達(dá)接收點(diǎn)的傳播機(jī)制，散射波信號(hào)強(qiáng)度最弱。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳

45、播預(yù)測(cè)模型58大尺度路徑損耗和小尺度衰落大尺度路徑損耗和小尺度衰落(1)n大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗n用于描述發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的用于描述發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的長(zhǎng)距離長(zhǎng)距離（幾百或（幾百或幾千米）上信號(hào)強(qiáng)度的變化。幾千米）上信號(hào)強(qiáng)度的變化。n小尺度衰落小尺度衰落n用于描述發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的短距離（用于描述發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的短距離（幾個(gè)波幾個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)）或短時(shí)間（秒級(jí)）內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的快速變化。）或短時(shí)間（秒級(jí)）內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的快速變化。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型59移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)的小區(qū)域的小區(qū)域基站基站小尺度衰落小尺度衰落r0(t

46、)大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗m(t)圖圖2.30 衰減區(qū)域衰減區(qū)域2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型60大尺度路徑損耗和小尺度衰落大尺度路徑損耗和小尺度衰落(2)lg(d)接收功率接收功率(dBm)自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗大尺度路徑損耗+小尺度衰落小尺度衰落圖圖2.31 大尺度路徑損耗和小尺度衰落大尺度路徑損耗和小尺度衰落 00lglglgr tm trtr tm trt 第二章內(nèi)容第二章內(nèi)容2.1 無(wú)線(xiàn)電波傳播概述無(wú)線(xiàn)電波傳播概述2.2 自由空間的電波傳播自由空間的電波傳播2.3 三

47、種基本電波傳播機(jī)制三種基本電波傳播機(jī)制2.4 路徑損耗模型路徑損耗模型2.5 多徑衰落信道及特性參數(shù)多徑衰落信道及特性參數(shù)2.6 多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型61大尺度路大尺度路徑損耗徑損耗小尺度小尺度衰落衰落2.2 自由空間的電波傳播自由空間的電波傳播n基本概念基本概念n自由空間：自由空間：n充滿(mǎn)均勻、線(xiàn)性、各向同性理想機(jī)制的無(wú)限大空間。充滿(mǎn)均勻、線(xiàn)性、各向同性理想機(jī)制的無(wú)限大空間。n電波直線(xiàn)傳播電波直線(xiàn)傳播n自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗：電波通過(guò)自由空間介質(zhì)傳播：電波通過(guò)自由空間

48、介質(zhì)傳播時(shí)所生的損耗時(shí)所生的損耗n理想傳播條件，電波在自由空間傳播時(shí)，不存在電理想傳播條件，電波在自由空間傳播時(shí)，不存在電波的反射、折射、繞射、吸收等現(xiàn)象。波的反射、折射、繞射、吸收等現(xiàn)象。n其單位面積中的能量會(huì)因?yàn)閿U(kuò)散而減少，而接收天其單位面積中的能量會(huì)因?yàn)閿U(kuò)散而減少，而接收天線(xiàn)只能接收到部分面積上的能量。線(xiàn)只能接收到部分面積上的能量。2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型62前提條件前提條件n前提：前提：n發(fā)射天線(xiàn)遠(yuǎn)離地球，或沒(méi)有阻擋物發(fā)射天線(xiàn)遠(yuǎn)離地球，或沒(méi)有阻擋物2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電

49、波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型63( (a a) )( (b b) )( (c c) )圖圖2.32 近似于自由空間傳播的傳播機(jī)制近似于自由空間傳播的傳播機(jī)制天線(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)天線(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)(1)n各向同性輻射各向同性輻射：沒(méi)有體積、不存在損耗沒(méi)有體積、不存在損耗的點(diǎn)源均勻輻射器。其方向圖為球體，的點(diǎn)源均勻輻射器。其方向圖為球體，在各個(gè)方向具有相同的輻射強(qiáng)度。在各個(gè)方向具有相同的輻射強(qiáng)度。n天線(xiàn)增益天線(xiàn)增益：方向性天線(xiàn)在某方向的某位方向性天線(xiàn)在某方向的某位置達(dá)到輻射場(chǎng)強(qiáng)置達(dá)到輻射場(chǎng)強(qiáng) 所用的發(fā)射功率所用的發(fā)射功率為為 ，而各向同性輻射的點(diǎn)源天線(xiàn)所，而各向同性輻射的點(diǎn)源天線(xiàn)所需的功率為需的功率為 ，則天線(xiàn)增益為，

50、則天線(xiàn)增益為n有效輻射有效輻射： 相對(duì)于各向同相對(duì)于各向同性輻射器的有效輻射功率性輻射器的有效輻射功率2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型64tP0PmU0ttGPP ttEIRPPGEIRP：Effective Isotropic Radiated Power圖圖2.33 各向同性與有效輻射各向同性與有效輻射天線(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)天線(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)(2)n天線(xiàn)增益天線(xiàn)增益G與天線(xiàn)有效面積與天線(xiàn)有效面積Ae的關(guān)系：的關(guān)系：n拋物面天線(xiàn)，假定天線(xiàn)口面場(chǎng)具有等相、等幅分拋物面天線(xiàn)，假定天線(xiàn)口面場(chǎng)具有等相、等幅分布布12022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電

51、波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型6524erAG 1 天線(xiàn)天線(xiàn) ：（美）克勞斯，（美）馬赫夫克（美）克勞斯，（美）馬赫夫克24eGA EIRP例例2.1 各向同性輻射器和方向性天線(xiàn)的各向同性輻射器和方向性天線(xiàn)的EIRP2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型66圖圖2.34 兩種方式下獲得的相同兩種方式下獲得的相同EIRP收發(fā)參數(shù)收發(fā)參數(shù)n參數(shù)參數(shù)n發(fā)射天線(xiàn)增益：發(fā)射天線(xiàn)增益：n接收天線(xiàn)增益：接收天線(xiàn)增益：n發(fā)射功率：發(fā)射功率：n接收功率：接收功率：n收發(fā)距離：收發(fā)距離：n天線(xiàn)的有效面積天線(xiàn)的有效面積：2022年年6月月第二

52、章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型67tPtGrGdrPeA圖圖2.35 各向同性輻射接收各向同性輻射接收接收功率密度接收功率密度n各向同性輻射各向同性輻射接收功率密度接收功率密度n發(fā)射天線(xiàn)為各向均勻輻射發(fā)射天線(xiàn)為各向均勻輻射時(shí)時(shí)，以發(fā)射源為中心，以發(fā)射源為中心，d為半徑為半徑的球面上單位面積的功率為的球面上單位面積的功率為2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型68 224tPp dW md 224tttGp rGp dPW md n方向性天線(xiàn)方向性天線(xiàn)下的接收功率下的接收功率 密度密度n如天線(xiàn)具有方向性

53、（發(fā)射天線(xiàn)增益為如天線(xiàn)具有方向性（發(fā)射天線(xiàn)增益為 ），），在主波束方向通過(guò)單位面積的功率為：在主波束方向通過(guò)單位面積的功率為：tG圖圖2.36 接收功率接收功率24sdL 接收功率接收功率(1)n接收天線(xiàn)所截取的功率接收天線(xiàn)所截取的功率2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型69 22224444tretrttrtttrsrtGPp rAPGdPG GdPG GPG GdWL Ls：自由空間傳播損耗：自由空間傳播損耗接收功率接收功率(2)n自由空間傳播模型適合遠(yuǎn)場(chǎng)條件自由空間傳播模型適合遠(yuǎn)場(chǎng)條件n選擇一個(gè)參考距離選擇一個(gè)參考距離d0作為接收功

54、率的參考點(diǎn)。作為接收功率的參考點(diǎn)。n選擇依據(jù)：在遠(yuǎn)場(chǎng)，同時(shí)小于通信距離。選擇依據(jù)：在遠(yuǎn)場(chǎng)，同時(shí)小于通信距離。n宏蜂窩：選擇宏蜂窩：選擇d0 為為1kmn微蜂窩：選擇微蜂窩：選擇d0 為為100m或或1m2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型70d0：參考距離：參考距離，D：天線(xiàn)的最大尺寸：天線(xiàn)的最大尺寸202ddD 220020044rttrrrrttrP dPG GddP dP ddP dPG Gd 自由空間的傳播損耗自由空間的傳播損耗2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型712222

55、2444sddfLd fcc 10lgssL dBL 83 10/cm s 2634101010lg20lg20lg3 8sLdBfMHzd kme 32.4520lg20lgsL dBf MHzd km n自由空間的傳播損耗自由空間的傳播損耗 Lsn用用dB描述：描述：n代入代入c：n將將f 的單位改為的單位改為MHz，d 的單位為改的單位為改km，取對(duì)數(shù)，取對(duì)數(shù)鏈路損耗鏈路損耗(1)2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型72圖圖2.37 鏈路損耗鏈路損耗 10lgtrPL dBP Lt：發(fā)端線(xiàn)路損耗：發(fā)端線(xiàn)路損耗Lr：收端線(xiàn)路損耗：收端

56、線(xiàn)路損耗鏈路損耗鏈路損耗(2)n不考慮收發(fā)線(xiàn)路損耗時(shí)（不考慮收發(fā)線(xiàn)路損耗時(shí)（ Lt = Lr = 0dB）n用對(duì)數(shù)表示：用對(duì)數(shù)表示：n考慮收發(fā)線(xiàn)路損耗，總鏈路損耗為：考慮收發(fā)線(xiàn)路損耗，總鏈路損耗為：2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型73 24trtrtrstG GG GdPWLPP strtrLLP PG G trstrLPPLGGdB strtrLLLLGGdB鏈路損耗鏈路損耗(3)2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型74 10lgP dBmP mw 130WdBm 10mWdB

57、m n功率的轉(zhuǎn)換功率的轉(zhuǎn)換n都是功率單位都是功率單位n折算成折算成dB更利于計(jì)算更利于計(jì)算n例：例： rtPPL dBm strtrLLLLGGdB例題例題例例2.2 Pt = 10W = 40dBm；Gr = Gt = 7dBi； f = 1910MHz， d = 500m ，問(wèn)：，問(wèn)：Ls(dB)=? Pr=?2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型75 32.4520lg20lgsL dBf MHzd km rttstrPPLPLGG 32.4565.626.0292.05 dB 32.4520lg 191020lg 0.5 4092.

58、0577 38.05 dBm 課堂練習(xí)課堂練習(xí)課堂練習(xí)課堂練習(xí) 發(fā)射功率為發(fā)射功率為Pt =10mW ，發(fā)射，發(fā)射/接收天線(xiàn)增接收天線(xiàn)增益益Gr = Gt = 9dBi，工作頻率，工作頻率f = 1910MHz (20log1910=65.62dB)，接收靈敏度為，接收靈敏度為Pr =10-7mW，問(wèn)問(wèn)：接收機(jī)距離發(fā)射機(jī)最遠(yuǎn)多遠(yuǎn)時(shí)能正常工作？此：接收機(jī)距離發(fā)射機(jī)最遠(yuǎn)多遠(yuǎn)時(shí)能正常工作？此時(shí)的鏈路損耗為多少？時(shí)的鏈路損耗為多少？接收信號(hào)功率必須大于等于接收靈敏度時(shí)才能正常工接收信號(hào)功率必須大于等于接收靈敏度時(shí)才能正常工作，當(dāng)?shù)扔诮邮侦`敏度時(shí)的通信距離為最遠(yuǎn)距離。作，當(dāng)?shù)扔诮邮侦`敏度時(shí)的通信距離為最

59、遠(yuǎn)距離。1) 鏈路損耗鏈路損耗 L：2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型76 710lg 1010lg 10107080trLPPdB 課堂練習(xí)課堂練習(xí)2) 最遠(yuǎn)傳輸距離最遠(yuǎn)傳輸距離d：2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型77 0/20101dkm strLLGG 809998strLLGGdB 32.4520lg20lgsLf MHzd km 20lg32.4520lg9832.4565.620sdLf MHzdB 第二章內(nèi)容第二章內(nèi)容2.1 無(wú)線(xiàn)電波傳播概述無(wú)線(xiàn)電波傳播概述2.2

60、 自由空間的電波傳播自由空間的電波傳播2.3 三種基本電波傳播機(jī)制三種基本電波傳播機(jī)制2.4 路徑損耗模型路徑損耗模型2.5 多徑衰落信道及特性參數(shù)多徑衰落信道及特性參數(shù)2.6 多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型多徑衰落信道的統(tǒng)計(jì)模型2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型78大尺度路大尺度路徑損耗徑損耗小尺度小尺度衰落衰落2.3 三種基本電波傳播機(jī)制三種基本電波傳播機(jī)制2.3.1 反射反射2.3.2 繞射繞射2.3.3 散射散射2022年年6月月第二章第二章 移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型移動(dòng)通信電波傳播與傳播預(yù)測(cè)模型792.3.1 反射反射n反射反射