無線電波傳播理論

無線電波傳播理論學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)完此課程，您將會(huì)：了解電磁波的相關(guān)基本概念掌握無線電波的幾種實(shí)際傳播途徑掌握無線電波的衰落特性了解常用的宏蜂窩及微蜂窩模型目錄電磁波基礎(chǔ)無線電波的傳播無線電波傳播模型電磁波基礎(chǔ)電磁波的產(chǎn)生電磁波的傳播相關(guān)基本概念電磁波波段劃分提綱電磁波的產(chǎn)生麥克斯韋電磁理論在時(shí)變電磁場中，變化的磁場激發(fā)旋渦電場；而變化的電場同樣可以激發(fā)渦旋磁場。電場與磁場的相互聯(lián)系，相互激發(fā)，時(shí)間上周而復(fù)始，空間上交鏈重復(fù)。

TEM波的傳播形式電場和磁場在空間是相互垂直的，同時(shí)這兩者又都垂直于傳播方向。電磁波的傳播速度v相關(guān)的單位dB/dBm/dBuv/dBi/dBd電磁波的波長λ電磁波的頻率f電磁波的相關(guān)基本概念電磁波的相關(guān)基本概念傳播速度v電磁波的速度只隨介質(zhì)的電和磁的性質(zhì)而變化電磁波在真空中的傳播速度等于光速在其他媒質(zhì)中的傳播速度為：Ｖε＝Ｃ/sqrt(ε)ε為傳播媒質(zhì)的介電常數(shù)波長λ電磁波的傳播具有周期性，這又包括時(shí)間周期性和空間周期性在任意時(shí)刻，波長在空間的分布具有周期性，即物理量在空間周期分布，這種周期性用波長λ來描述。電磁波的波長是指電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，相鄰兩個(gè)波峰與波峰之間，或者波谷與波谷之間的距離，單位為米電磁波基礎(chǔ)頻率f電磁波的傳播具有周期性，這又包括時(shí)間周期性和空間周期性在波場中任一位置（點(diǎn)），該點(diǎn)的物理量經(jīng)過一定的時(shí)間后又恢復(fù)原來的數(shù)值，具有時(shí)間周期性。這種周期性可以用振動(dòng)的周期T來描述，振動(dòng)的頻率為周期的倒數(shù)，表示為f=1/T，單位為Hz。波長、頻率和傳播速度的關(guān)系：λ=v/f電磁波基礎(chǔ)幾個(gè)相關(guān)單位W與dBmP(dBm)=10lg（P(W)/10^-3）dBi與dBddBi-天線相對于理想電源的增益dBd-天線相對于單一對稱半波振子的增益dBi=2.15+dBddBG(dB)=10lgG（G為增益，倍數(shù)）3dBm-1dBm=2dBdBuvdBuv為電壓特定的分貝單位，dBm為功率特定的分貝單位。電磁波基礎(chǔ)波段頻率范圍波長范圍極長波（EFL，極低頻）3～30Hz105～104km特長波（SLF，特低頻）30～300Hz104～103km超長波（ULF，超低頻）300～3000Hz103～102km甚長波（VLF，甚低頻）3～30KHz102～10km長波（LF，低頻）30～300KHz10～1km中波（MF，中頻）300～3000KHz103～102m短波（HF，高頻）3～30MHz102～10m超短波（VHF，甚高頻）30～300MHz10～1m微波分米波（UHF，超高頻）300～3000MHz102～10cm厘米波（SHF，特高頻）3～30GHz10～1cm毫米波（EHF，極高頻）30～300GHz10～1mm亞毫米波（超級高頻）300～3000GHz1～0.1mm電磁波的波段劃分電磁波基礎(chǔ)目錄電磁波基礎(chǔ)無線電波的傳播無線電波傳播模型無線電波的傳播自由空間中的無線電波傳播陸地移動(dòng)通信環(huán)境的特點(diǎn)無線電波的衰落特性菲涅爾區(qū)、多普勒頻移和時(shí)間色散無線電波的實(shí)際傳播途徑視距與非視距傳播提綱自由空間中的電波傳播自由空間中的電波傳播公式為：PL(dB)=32.44+20lgf（MHz）+20lgd（km）其中，PL為自由空間的路損，單位是dB；f為載波的頻率，單位是MHz；d為發(fā)射源與接收點(diǎn)的距離，單位是km。當(dāng)f和d擴(kuò)大一倍時(shí)，損耗均增加6dBGSM1800基站傳播損耗在自由空間就比GSM900基站大6dB。視距傳播視距傳播的一般形式主要是直射波及地面反射波的疊加，結(jié)果可能使信號(hào)加強(qiáng)，也可能使信號(hào)減弱。繞射波對流層反射波電離層反射波非視距傳播無線電波的實(shí)際傳播途徑直射反射繞射（衍射）散射穿透復(fù)雜性開放性波導(dǎo)效應(yīng)人為噪聲嚴(yán)重隨機(jī)移動(dòng)性信號(hào)電平隨機(jī)變化陸地移動(dòng)通信環(huán)境的特點(diǎn)陸地移動(dòng)通信環(huán)境的特點(diǎn)中尺度---陰影衰落衰落特性大尺度---中值信號(hào)小尺度---快衰落無線電波的衰落特性中值，慢衰落，快衰落慢衰落慢衰落的產(chǎn)生原因高大建筑物、樹林和高低起伏的地勢地貌的阻擋，造成電磁場的陰影，致使接收信號(hào)強(qiáng)度下降；大氣折射條件的變化（大氣介電常數(shù)變化）使多徑信號(hào)相對時(shí)延變化，造成同一地點(diǎn)場強(qiáng)中值隨時(shí)間的慢變化。慢衰落的統(tǒng)計(jì)規(guī)律慢衰落是信號(hào)在幾十個(gè)波長范圍里經(jīng)歷慢的隨機(jī)變化，其統(tǒng)計(jì)規(guī)律服從對數(shù)正態(tài)分布，可以理解成接收到的衰落信號(hào)的平均值。在一個(gè)特定的長度L內(nèi)平均得到的信號(hào)電平值（或場強(qiáng)值、損耗值），L的取值一般是40個(gè)波長內(nèi)取30～50個(gè)測試信號(hào)?？焖ヂ淇焖ヂ涞漠a(chǎn)生原因由于信號(hào)的多徑傳播而產(chǎn)生的衰落，反映了小范圍波長量級（短時(shí)間）的接收電平變化選擇性衰落特性空間選擇性衰落時(shí)間選擇性衰落頻率選擇性衰落快衰落的選擇性快衰落惡化量儲(chǔ)備快衰落惡化量儲(chǔ)備是指存在多徑傳播效應(yīng)及人為噪聲（主要是汽車火花干擾）的情況下，為了達(dá)到只有接收機(jī)內(nèi)部噪聲條件下的同樣的話音質(zhì)量所必需的接收電平的增加量。多徑傳播效應(yīng)對于進(jìn)行中的車載臺(tái)和對于停著的車載臺(tái)及手持機(jī)所造成的惡化量是不同的。步行條件下：2.0--5.0dB高速移動(dòng)條件下：0dB在GSM系統(tǒng)中，語音和數(shù)據(jù)兩種業(yè)務(wù)的快衰落量均取3dB。多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)由于波源和接收者之間存在著相互運(yùn)動(dòng)而造成接收者接收到的頻率與波源發(fā)出的頻率之間發(fā)生變化。典型現(xiàn)象：火車由遠(yuǎn)及近開過，聲調(diào)的變化多普勒頻移（DopplerShift）定義：由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間的相對運(yùn)動(dòng)，接收機(jī)接收到的信號(hào)頻率將與發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)頻率之間產(chǎn)生一個(gè)差值，該差值就是多普勒頻移。多普勒頻移符合下面的公式：

f=f0-fdcosθ=f0-(v/λ)cosθ當(dāng)移動(dòng)臺(tái)快速遠(yuǎn)離基站時(shí)為f=f0-fd；當(dāng)移動(dòng)臺(tái)快速靠近基站時(shí)為f=f0+fd。時(shí)間色散時(shí)間色散起源于反射，其反射信號(hào)來自遠(yuǎn)離接收天線的物體約在幾千米遠(yuǎn)處。碼間干擾采用自適應(yīng)均衡技術(shù)可減少時(shí)間色散的影響。目錄電磁波基礎(chǔ)無線電波的傳播無線電波傳播模型常用傳播模型Okumura-HATA-宏蜂窩模型-900MCOST-231-HATA-宏蜂窩模型-1800M通用模型-宏蜂窩模型-900M、1800MCOST231-Walfish-Ikegami-微蜂窩模型提綱OKUMURA-HATA模型HATA的三點(diǎn)假設(shè)作為兩個(gè)全向天線之間的傳播損耗處理；作為準(zhǔn)平滑地形而不是不規(guī)則地形處理；以城市市區(qū)的傳播損耗公式作為標(biāo)準(zhǔn)，其他地區(qū)采用校正公式進(jìn)行修正。適用條件

f為150~1500MHz；基站天線有效高度為30~200米；移動(dòng)臺(tái)天線高度為1~10米；通信距離為1~35km；OKUMURA-HATA模型傳播損耗公式移動(dòng)臺(tái)天線高度修正因子遠(yuǎn)距離傳播修正因子OKUMURA-HATA模型各種修正因子的組合使用情況下的總體路損COST-231-HATA模型COST-231模型思想與Okumura-Hata模型一樣，也是利用測試數(shù)據(jù)擬合的結(jié)果；

在1800頻段比Okumura-Hata模型更合適；修正因子同OKUMURA-HATA模型傳播損耗公式通用模型適用條件GSM900/1800基站天線有效高度為30~200米；移動(dòng)臺(tái)天線高度為1~10米；通信距離為1~35km；基本思想統(tǒng)一Okumura-Hata模型和Cost-231模型的公式；在城區(qū)