第2章电波传播及信道模型汇总

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现代无线通信原理：第二章无线电波传播原理1(2018)

传播损耗与接收功率关系
◼ 在无线通信系统中，接收电平的动态范围很大，常用dBW或dBm为单位表示接收电平。
➢Pr(dBm)=10lgPr(mW); Pr(dBW)=10lgPr(W)
➢0 dBW=30 dBm
dB表示了了諔关系
例：2W 换算dBW、dBm为多少？
10lg2W=3dBW=33dBm
◼ 不同路由的中继段，当地面的地形不同时，对电波传播的影响也不同。主要影响有反射、绕射和地面散射。 f 反射：主要考虑地面反射 f 地面散射：表现为乱反射，对主波束的影响小，不需考虑。 f 绕射：在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过障碍物向前传播，这种现象叫做电波的绕射，将在下节讨论。
地面反射对电波传播的影响
◼ 无线信道模型形式 f物理模型考虑到传播环境的严格物理特性。应用电磁传播理论分析电波传播特性来建立预测模型。物理模型可提供传播特性的最可靠估计，但必须仔细计算。 f统计模型采用实验的方法，测量各种无线环境下的传播特性，然后基于各类环境测得的统计量应用电磁传播理论分析电波在移动环境中的传播特性来建立预测模型。易于描述和使用，但不提供相同的精度。
f 自由空间的电波传播 f 地面反射对电波的影响 f对流层对电波的影响
◼ 3 移动通信系统中的电波传播
自由空间的电波传播
◼ 电波与自由空间的概念
f微波是一种电磁波，微波射频为300MHz～300GHz ，是全部电磁波频谱的一个有限频段。
f根据微波传播的特点，可视其为平面波。平面波沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，故称
d12
+
F2 1
+
d
2 2
+
F2 1
2

第2章移动通信信道的电波传播 2.1 VHF、UHF频段的电波传播特性2.2 阴影效应2.3 移动信道的多径传播

第2章移动通信信道的电波传播
• 2.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 • 2.2 阴影效应 • 2.3 移动信道的多径传播特性 • 2.4 多径衰落的时域特征和频域特征 • 2.5 电波传播损耗预测模型与中值路径损耗
预测
2.1 VHF、UHF频段的电波传播特性
2.1.1 自由空间电波传播方式 2.1.2 视距传播的极限距离 2.1.3 绕射损耗 2.1.4 反射波
d0 3.57( hR (m) hT (m)) (km)
即视距取决于收、发天线的高度。天线架设越高，
视线距离越远。考虑空气不均匀性对电波传播轨迹的
影响，在标准大气折射情况下，等效地球半径
R=8500 km，可得修正后的视距传播的实际极限距
离重点2
d0 4.12( hR (m) hT (m)) (km)
通过电场实测可以得到慢衰落的统计规律。统计分析表明，接收信号的局部均值rlm 近似服从对数正态分布，其概率密度函数为
P(rlm )
1
e
rlm rlm
2 2
2π
式中， rlm 为整个测试区的平均值，即
rlm的期望值，取决于发射机功率、发射和接
收天线高度以及移动台与基站的距离。σ为标
准偏差，取决于测试区的地形地物、工作频率
慢衰落速率主要决定于传播环境，即移动台周围地形，包括山丘起伏，建筑物的分布与高度，街道走向，基站天线的位置与高度，移动台行进速度等，而与频率无关。
慢衰落的深度，即接收信号电平变化的幅度取决于信号频率与障碍物状况。频率较高的信号比频率较低的信号容易穿透建筑物，而频率较低的信号比频率较高的信号更具有较强的绕射能力。
作业
W2-1，简述移动通信中电波传播的方式

电波传播中的信道特性与建模

电波传播中的信道特性与建模在我们的日常生活中，电波无处不在。

从手机通信到广播电视，从卫星导航到无线网络，电波的传播是实现这些技术的关键。

而要理解电波如何有效地传播以及如何优化通信系统的性能，就必须深入研究电波传播中的信道特性和建模。

电波传播的信道，简单来说，就是电波从发射端到接收端所经过的路径和环境。

这个路径和环境可不是简单的直线，而是充满了各种复杂的因素。

比如，地形地貌、建筑物、植被、大气条件等等，都会对电波的传播产生影响。

首先，地形地貌是一个重要的因素。

山地、丘陵、平原、水域等不同的地形，对电波的反射、折射和散射都有着不同的作用。

在山区，电波可能会被山峰阻挡，导致信号衰减甚至中断。

而在平原地区，电波传播相对较为顺畅，但也可能会受到地面反射的影响，产生多径效应。

建筑物也是影响电波传播的重要因素。

城市中的高楼大厦会对电波造成遮挡和反射，形成阴影区域和多径传播。

在室内环境中，墙壁、家具等物体也会对电波产生衰减和散射，使得信号强度减弱，并且可能导致信号的延迟和失真。

植被同样不可忽视。

树木、草丛等植被会吸收和散射电波，特别是在森林地区，电波的传播会受到较大的影响。

而且，随着季节的变化，植被的密度和含水量也会发生改变，从而进一步影响电波传播的特性。

大气条件对电波传播也有着重要的影响。

比如，大气中的水汽、云层、温度和压力的变化，都会导致电波的折射和散射，从而影响信号的传播路径和强度。

了解了这些信道特性，接下来就要进行建模。

电波传播的建模，就是通过数学方法和物理模型来描述电波在信道中的传播行为。

建模的目的是为了能够预测电波传播的效果，从而为通信系统的设计和优化提供依据。

一种常见的建模方法是基于经验的模型。

这些模型是通过大量的实地测量和数据分析得到的。

比如，OkumuraHata 模型就是一种广泛应用于城市环境中电波传播预测的经验模型。

它根据地形、频率、发射功率等因素，给出了信号强度的估算公式。

另一种建模方法是基于物理的模型。

第二章移动通信电波传播及传播预测模型第一讲

2.两径传播模型
在接收天线B处的接收信号功率为
Pr
Pt
4d
2
GrGt
1
Re
j
(1
R) Ae j
2
(2.7)
第二章移动通信电波传播及传播预测模型
第一讲电波传播的基本特性与移动信道的电波传播
在大多数场合下，地面波的影响可以忽略，则有
Pr
Pt
4d
2
Gr
Gt
1 Re j
2
(2.8)
式中，Pr和Pt分别为接收和发射功率，GrGt分别为接收和发射天线增益， R为地面反射系数，为两径信号的相位差。
第二章移动通信电波传播及传播预测模型
第一讲电波传播的基本特性与移动信道的电波传播
关于信道的描述
信道的定义：信号的传输媒质。有线信道和无线信道，广义信道和狭义信道。离散信道和连续信道，恒参信道和随（变）参信道。
➢ 广义信道：包括传输媒质外的有关的变换装置（如：发送设备，接收设备，馈线与天线，调整器，解调器等），平常所说的“调制信道”和“编码信道”就属于这一类。
1.信道-----电波传播的路径。即电波从发射天线到接收天线之间的路径。 2.信道环境-----地形、地物、气候、电磁干扰、移动传播与频率的关系。 3.传播方式-----直射、反射、绕射、散射、折射。 4.衰落现象-----传播环境随时间、地点的变化而变化，移动信道的参数随时间而变化，属于时变参量系统。接收信号的幅度和相位是随机变化的，称为电波的衰落现象。多径传播引起多径衰落。 5.多普勒效应-----移动通信产生多普勒效应，同样会产生衰落现象。 6.大尺度衰落-----收发之间的长距离的信号强度的慢速变化。 7.小尺度衰落-----短距离或短时间的信号强度的快速变化。

移动通信电波传播理论与模型

Pr
Gt Gr 1
L

4 d
2

L dB

10 lg

4 d
2
(dB)

20 lg
4 d
(dB)
[L]dB 32.44 20 lg f0 20 lg d
f0 为工作频率，单位为MHz；
d 为收发天线之间的距离，单位为km。
18
2.3 基本电波传播机制
3
发射机天线发出的无线电波，可依不同的路径到达接收机，当频率f＞30 MHz时，典型的传播通路如图所示。沿路径①从发射天线直接到达接收天线的电波称为直射波，它是VHF和UHF频段的主要传播方式；沿路径②的电波经过地面反射到达接收机，称为地面反射波；路径③的电波沿地球表面传播，称为地表面波。
28
绕射发生在当接收机和发射机之间的无线路径被尖利边缘阻挡时，由阻挡表面产生的二次波散布于空间，即波在传播的过程中，行进中的波前上的每一个点，都可作为产生次级波的点源，这些次级波组合起来形成传播方向上新的波前。另外，当发射机和接收机之间不存在视距路径时（LOS，line of sight，指移动台可以看见基站天线；NLOS，非视距是指移动台看不见基站天线），围绕阻挡体也会产生波的弯曲。
34
图3 – 4 绕射损耗与余隙关系
35
散射发生在介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时。散射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体，反射能量由于散射而散布于所有方向。
36
i
当入射角为 i 时，则表面平整度的参数高度为：
hm 8sini
如果表面上最大的突起高度小于 hm，认为该表面

第2章移动信道电波传播理论详解

d的单位是Km，频率f 的单位是MHz
自由空间路径损耗或自由空间基本传输损耗可以表示为（2.4） · Lbs单位：dB(分贝)。表示自由空间中两个理想点源天线（增益系数G=1的天线）之间的传输损耗。 · 自由空间是不吸收电磁能量的理想介质。
2.1.4 反射波传播
当电波在传播中遇到两种不同介质的光滑面时，如果界面尺寸比电波波长大得多时会产生镜面反射，由于大地和大气是不同的介质，所以入射波会在界面上产生反射，如图2.3所示。
在工程上，大气折射对电波传播的影响通
常用地球等效半径来表征，即认为电波依然
按直线方向行进，只是地球的实际半径
R0(6.37×106 m)变成了等效半径Re。
等效地球半径示意图
等效地球半径：电波在以等效地球半径Re为半径的球面上空沿直线传播与电波在实际地球上空沿曲线传播等效。
· 定义K为等效地球半径系数，即
· 移动环境中电波传播特性研究的结果往往用两种方式给出。方式一：对移动环境中电波传播特性给出某种统计描述。
方式二：建立电波传播模型：如图表、近似计算公式或计算机仿真模型等。
2.1.2 无线电波的传播方式
无线电波传播特性
波长波段波长频率主要用途 — 调幅无线电广播 10km～1km 30kHz～300kHz
中波短波
米波（VHF）
1km～100m 100m～10m
10m～1m
300kHz～3MHz 3MHz～30MHz
30MHz～300MHz 调频无线电广播
微波
分米波（UHF）
厘米波毫米波
1m～0.1m
10cm～1cm 10mm～1mm
300MHz～3GHz
3GHz～30GHz 30GHz～300GHz

第2章电波传播模型

d (A) 20
d＜60 km
200 300
500
h /m
第2章移动通信的电波传播
2. 孤立山岳
第2章移动通信的电波传播孤立山岳的损耗中值:L 山岳 =L 市 -Kjs,修正参数见下图(当 H≠200m时K’js=Kjs*α(
T(基地站)
0.07 H)。 '孤立山岳典型地形H＝200 mT(基地站)
H
R(移动台) 3 d1 A曲线 : d1≥60 km B曲线 : d1＝30 km C曲线 : d1≤15 km d2
互叠加或彼此分离),于是信号在接收端表现为时间上的扩散 (脉冲的数目和幅度是随机变化的)。
第2章移动通信的电波传播频率选择性衰落是和时延扩散紧密相关的，它会影响通信质量，这里要涉及到的一个关键的概念：相关带宽。
相关带宽是频率选择性衰落的关键参数,此衰落会引起信
号的单个矩形脉冲波形发生畸变。
第2章移动通信的电波传播通常可以使用时延扩展来区分窄/宽带信道:时延扩散小于信号周期的定义为窄带信道(传输损耗和衰落是引起信号质量
中等起伏地上的市区损耗中值
LT Lbs Am ( f , d ) 111 .5 30 141 .5dB
第2章移动通信的电波传播当天线为非标准值时依据下图加以修正(增益因子为正时会减小损耗中值即有利于电波传播)。
30 市区 hb ＝ 200 m 20 70～ 100 60 40 20 1～10 d / km 0 d / km 虚实线线
L市=L0+Am(f,d)-Hb(hb,d)-Hm(hm,f) 在标准情况(hb=200m、hm=3m)下,基本损耗中值Am(f,d)是f 和d的函数,具体数据见下图

精选第二章移动通信电波传播及传播预测模型第一讲资料

2
GrGt
1

Re
j
2
(2.8)
式中，Pr和Pt分别为接收和发射功率，GrGt分别为接收和发射天线增益， R为地面反射系数，为两径信号的相位差。
且有 2l /
Байду номын сангаас
(2.9)
l ( AC CB) AB (2.10)
( t 2 f t 2 c t 2 l )
2.两径传播模型
在接收天线B处的接收信号功率为
Pr

Pt

4d

2
GrGt
1

Re
j

(1

R)
Ae
j
2
(2.7)
第二章移动通信电波传播及传播预测模型
第一讲电波传播的基本特性与移动信道的电波传播
在大多数场合下，地面波的影响可以忽略，则有
Pr

Pt

4d

菲涅尔区的半径表示为
rn
nd1d2 ,
d1 d2
n 1时，得到第一菲涅尔半径。
通常认为，在接收点处第一菲涅尔区产生的场强是全部菲涅尔区场强的一半。若收发距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以到达接收机。（接收点场强是个菲涅尔区产生场强的矢量和，以奇数区参考，若奇数区为增强，则偶数区就减弱，因相位差180度，互为倒相。）
2.3.1 反射与多经信号
1.反射
R R e j sin z sin z
式中 z 0 cos2 / 0 (垂直极化)
z 0 cos2 (水平极化) 0 j60 (为介电常数，为电导率，为波长) R 为反射点反射波场强与入射波场强的比值，为反射波相对于入射波的相移

无线电波传播原理及主要传播模型

无线电波传播原理1无线电波传播原理• 1.1 电磁场与电磁波基础• 1.2 无线电波传播原理• 1.3 无线传播环境• 1.4 无线信道分析1.1 电磁场与电磁波基础1820年奥斯特电磁1831年法拉第磁电产生产生变化的电场磁场变化的磁场电场激发?电磁场理论麦克斯韦在总结前人工作的基础上，提出了著名的电磁场理论（经典电磁场理论），指出变化电场和变化磁场形成了统一的电磁场，预言电磁场能以波动的形式在空间传播，称为电磁波；并得到电磁波在真空中传播的速度等于光速，从而断定光在本质上就是一种电磁波。

后来，赫兹用振荡电路产生了电磁波，使麦克斯韦的学说得到了实验证明，为电学和光学奠定了统一的基础。

因此，麦克斯韦的经典电磁场理论是人类对电磁规律的历史性总结，是19世纪物理学发展的最辉煌成就，是物理学发展史上一个重要的里程碑。

电磁波的诞生赫兹----德国物理学家赫兹对人类伟大的贡献是用实验证实了电磁波的存在，发现了光电效应。

1888年，成了近代科学史上的一座里程碑。

开创了无线电电子技术的新纪元。

赫兹用各种实验，证明了不仅电磁波的性质和光波相同，而且传播速度也相同，并可发生反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，即电磁波服从一般波动所具有的一切规律。

如果空间的电场或磁场变化是周期性的，我们用周期和频率来描述变化快慢。

电磁场变化过程中产生的电磁波的频率等于电磁场的变化频率；电磁波在传播中从一种介质进入另一种介质时，其频率不会发生改变，但其传播速度会发生改变。

电磁波的应用从1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在，1895年俄国科学家波波夫发明了第一个无线电报系统。

1914年语音通信成为可能。

1920年商业无线电广播开始使用。

20世纪30年代发明了雷达。

40年代雷达和通讯得到飞速发展，自50年代第一颗人造卫星上天，卫星通讯事业得到迅猛发展。

如今电磁波已在通讯、遥感、空间控测、军事应用、科学研究等诸多方面得到广泛的应用。

无线电通信的起源1897 年：马可尼完成无线通信试验——电报发收两端距离为18 海里试验是在固定站与一艘拖船之间进行的20 世纪初：两次世界大战导致无线通信蓬勃发展步话机、对讲机等1941 年美陆军就开始装备步话机短波波段，电子管电磁波分类-按传输方式电磁波分类-按传输方式电磁波分类-按波长电磁波分类-按波长各波段电磁波特点长波通信：沿地面传播，衰减小、穿透能力强中波通信：地波传播及夜晚电离层反射传播短波通信：天波传播，适合远距离传输超短波通信：直线传播，视距通信，广播电视、移动通信微波通信：工作频带宽，长距离接力通信第1讲无线电波传播原理• 1.1 电磁场与电磁波基础• 1.2 无线电波传播原理• 1.3 无线传播环境• 1.4 无线信道分析传播途径①建筑物反射波②绕射波③直射波④地面反射波①建筑物反射波②绕射波③直射波④地面反射波第1讲无线电波传播原理• 1.1 电磁场与电磁波基础• 1.2 无线电波传播原理• 1.3 无线传播环境• 1.4 无线信道分析1.3 无线传播环境•问题：移动通信比较固定通信有那些特殊性呢?•多径无线传播无线路径是一个很复杂的传播媒介•手机发射功率有限手机的发射功率客观限制了蜂窝小区的服务范围手机电池寿命和对人体危害决定了发射功率大小•频率资源有限带宽一定信道编码等占用额外频率资源频率需要被重复利用==> 产生同频干扰•用户行为的不确定性第1讲无线电波传播原理• 1.1 电磁场与电磁波基础• 1.2 无线电波传播原理• 1.3 无线传播环境• 1.4 无线信道分析无线信道分析在移动通信研究中的意义无线通信系统的信道十分复杂：9地理环境的复杂性和多样性9用户移动的随机性9多径传播无线信道是制约移动通信质量的主要因素无线信道是研究各种技术的主要推动力量无线信道的建模对于整个移动通信系统仿真的正确性和可靠性有着举足轻重的意义1.4 无线信道分析•无线信道中的损耗一般分为三个层次：—大尺度（又称路径损耗）【path loss】—中等尺度（阴影衰落、慢衰落）【shadowing】—小尺度衰落（快衰落）【fast fading】无线信道分析场强平均值随距离增加而衰减（路径损耗，大尺度衰落）•电磁波在空间传播的损耗场强中值呈慢速变化（慢衰落，阴影衰落，中等尺度衰落）•由地形地貌导致场强瞬时值呈快速变化（快衰落，小尺度衰落）•多径效应——由移动体周围的局部散射体引起的多径传播，表现为快衰落•多普勒效应——由移动体的运动引起，多径条件下引起频谱展宽三种衰落区别•大尺度衰落主要是路径损耗，可用自由空间传播模型来近似；其特点是：慢变，信道在很长时间内可以认为是恒定的，而且衰落的幅度很小。

第2章移动通信信道的电波传播.ppt

2、天线长度决定波长，这个频段信号发射和接收时，所使用的无线较短便于移动。
3、抗干扰能力强：VHF/UHF频段，可以使用较小的发射功率获得及爱好的信噪比。
2.1.2 VHF、UHF频段的电波传播特性
移动通信中的传播方式主要有直射波、反射波、地表面波等
传播方式，由于地表面波的传播损耗随着频到率达的接增收天高线而的增大，
30PTGT (V/m) d
H0 =
30PTGT (A/m) 120πd
S
=
PTGT 4πd 2
(W/m2 )
（2-4）（2-5）（2-6）
接收天线获取的电波功率等于该点的电波功率密度乘以接收天线的有效面积，即
PR = S×AR （2-7）
式中，AR为接收天线的有效面积，它与接收天线增益GR满
第2章移动通信信道的电波传播
引言：
移动通信的首要问题就是研究电波的传播特性，掌握移动通信电波传播特性对移动通信无线传输技术的研究、开发和移动通信的系统设计具有十分重要的意义。
对移动无线电波传播特性的研究就是对移动信道特性的研究。移动信道的基本特性就是衰落特性,包括大尺度衰落和小尺度衰落。这种衰落特性取决于无线电波的传播环境，不同的传播环境，其传播特性也不尽相同。而传播环境的复杂，就导致了移动信道特性十分复杂。
合成电场强度与各射线电场的相位有密切关系，当它们同相位时，合成场强最大；当它们反相时，合成场强最小。所以当接收点不同时，合成场强也是变化的。
5.绕射现象
电波在传播过程中有一定绕过障碍物的能力，这种现象称为绕射。由于平面波有一定的绕射能力，所以能够绕过高低不平的地面或有一定高度的障碍物，然后到达接收点。这也就是在障碍物后面有时仍能收到无线电信号的原因。电波的绕射能力与电波的波长有关，波长越长，绕射能力越强，波长越短，则绕射能力越弱。

GMDSS第二章

空间波的视距
超短波和微波: 以空间波传播. 超短波和微波: 以空间波传播.
3.电离层波天波电离层波(天波电离层波天波):
电波经电离层反射达到接收端. 电波经电离层反射达到接收端.
1) 电离层 60 ~ 300km大气层中气体分子→太阳紫外线辐射→产电离层: 300km大气层中气体分子太阳紫外线辐射→ 大气层中气体分子→
2)频谱定义: 2)频谱定义: 频谱定义
指组成信号的各种正弦信号, 指组成信号的各种正弦信号,按频率不同所存在的分布、排列情况。所存在的分布、排列情况。表示频率表示各正弦分量的幅度关系
3)频谱图: 3)频谱图: 频谱图横坐标-----横坐标-----纵坐标-----纵坐标-----u
f
4）.信号带宽 B= Fmax- Fmin 定义: 定义:
●
三、各波段电波传播的特点
（一）中波（MF）、长波（LF）中波（MF）、长波（LF））、长波
1.长波：以地波传播，工作稳定。 1.长波：以地波传播，工作稳定。长波
2.中波： 2.中波：中波白天—以地波传播不能以天波传播，层对波吸收。以地波传播，层对MF波吸收白天以地波传播，不能以天波传播，D层对波吸收。夜间—地波与天波并存，层对天波反射但存在衰落，层对天波反射，夜间地波与天波并存，E层对天波反射，但存在衰落，地波与天波并存这是由于天地波在接收点叠加造成的。这是由于天地波在接收点叠加造成的。
Fmin
Fmax
正弦单音信号和脉冲信号谱线特点：正弦单音信号和脉冲信号谱线特点：
正弦单音信号只有一条谱线; 正弦单音信号只有一条谱线; 只有一条谱线脉冲信号则有无限多个谱线占有无限大的带宽。则有无限多个谱线, 脉冲信号则有无限多个谱线,占有无限大的带宽。

宽带无线通信第二章信道模型1

路径损耗决定，方差通常在4~8dB之间。
国家重点实验室
二、传播预测模型
• 设计无线通信系统时，首要的问题是在给定条件下如何算出接收信号的场强，或接收信号中值。这样，才能进一步设计系统或设备的其他参数或指标。 • 给定条件：发射机天线高度、位置、工作频率、接收天线高度及收发信机之间距离等。 • 这就是电波传播的路径损耗预测问题，又称为信号中值预测。信号的中值是指长区间中值。
Pr ∝ d − n
n≈4
国家重点实验室
一、信道基本特性
举例：Determine the critical distance for the two-ray model in an urban microcell (ht = 10m, hr = 3 m) and an indoor microcell (ht = 3 m, hr = 2 m) for fc = 2 GHz. Solution:
国家重点实验室
信道基本特性
β=2 π / λ
国家重点实验室
信道基本特性
多径的多少取决于基站的高度和周围的环境
国家重点实验室
信道基本特性
地面环境传输效应（对数正态分布）平均值的慢变化
宏观衰落：几十个波长内平均
快变化（瑞利分布）
微观衰落：几个波长内平均
平均路径损耗
接收信号场强的瞬时值呈现快速变化的特征，这就是多径衰落引起的，又称为快衰落，或小尺度衰落。
n+2 L= 37 + 30 log10 R + 18.3n − 0.46 n +1
式中，R 为收发信机的距离间隔(m)，n 为在传播路径中楼层的数目。L在任何情况下应不小于自由空间损耗，可以期望12dB的对数正态阴影衰落标准偏差。

第二章移动通信电波传播与传播预测模型

优点：

缺点

传输损耗大、衰落较剧烈
地球：地下、水下、地球表面地球大气层：对流层、电离层、磁层宇宙空间
图2.6 传输媒质对电磁波的影响 2013年8月
第二章移动通信电波传播与传播预测模型
14
无线电波传播——地波传播

地波传播——电波沿着地球表面传播出现情况：

天线低架于地面上；最大辐射方向沿地球表面；频率：中、长波以下的频率。
地面媒质的电特性

常用相对复介电常数来表示媒质的电特性 60 良导体： 0 r 1 r r j 600 电介质： 0 r 1 60

半电介质：两者相差不大
表2.2 地面媒质的电特性频率 300MHz 30MHz 3MHz 300kHz 超短波 3 30 310-1 30kHz 3kHz
地质 600 r
短波
中波
长波
超长波 3105 3103
海水 r 80, 4
3102 3 1.5
3103 3101
3104 3102
湿土 r 20, 102 310-2
干土 r 4, 103 1.510-2 1.510-1
第一章内容回顾

移动通信的分类及应用系统

移动通信的特点和工作方式移动通信的发展
2013年8月
第二章移动通信电波传播与传播预测模型
1
什么是无线通信信道（链路）？

无线通信链路：从发射机到接收机的整个通信路径链路。
发基站下行链路信道收移动台
收基站
上行链路信道

第2章电波传播

（3）移动体的场强特性（P34）
2.2.2电波传播的衰落特性（P36）
1.慢衰落
2.快衰落(p37)
（1）多径效应（2）多普勒效应
多普勒效应(p37)
多普勒频移fd与移动物体的运动速度 v、接收信号载波的波长、电波到达的入射角有关，即 fd=(v/)cos
2.2.3多径时延与相关带宽（P37）
Chap2.移动信道中的电波传播
【本章重点难点】
掌握移动信道中电波传播方式及主要特性根据预测模型技术掌握自由空间传输衰耗及电波传播衰耗中值的计算方法
2.1.1移动信道中的电波传播方式(p29)
2.1.2直射波（P29)
1)自由空间传播损耗
[L fs ](dB) 32.45 20lg d (km) 20lg f (MHz)
介质介电常数(F/m) 铜 1 海水 80 淡水 80 郊区地面 14 市区地面 3 地面（平均） 15
电导率 (S/m) 5.8*107 4 0.001 0.01 0.0001 0.005
2.2移动信道的电波传播特性(P34)
图2-8固定点的场强特性
图2-9 给定点的场强特性
（2）由近及远的场强特性（P34）
Hb(hb,d)是基站天线高度增益因子(P43)
Hm(hm,f)是移动天线高度增益因子(P43)
(2) 不同环境及不规则地形上的中值传播损耗(P43)
LM=LT - KT
LT为中等起伏地市区传播损耗中值 KT为地形地区修正因子
KT=Kmr(郊区)+Qo(开阔区)+Qr(准开阔区)
+Kh(丘陵)+Khf(丘陵微小)+Kjs(孤立山岳)
自由空间传播损耗只与传播距离和工作频率有关

第2章电波传播与传播预测模型

衰落的原因
复杂的无线电波传播环境
无线电波传播方式
直射、反射、绕射和散射以及它们的合成
衰落的表现
传播损耗和弥散阴影衰落多径衰落多普勒频移
信道的分类
信道的分类
根据信号与信道变化快慢程度的比较分为{ 根据不同距离内信号强度变化的快慢分为{ 小尺度衰落
长期慢衰落短期快衰落
大尺度衰落
大尺度衰落与小尺度衰落
接收功率
小尺度衰落 r0 ( t)
大尺度衰落m( t)
图2－1 无线信道中的大尺度和小尺度衰落
t
电波传播特性的研究
考虑问题
衰落的物理机制功率的路径损耗接收信号的变化和分布特性
应用成果
传播预测模型的建立为实现信道仿真提供基础
基本方法
理论分析方法（如射线跟踪法）应用电磁传播理论分析电波在移动环境中的传播特性来建立预测模型现场测试方法（如冲激响应法）在不同的传播环境中做电波实测实验，通过对测试数据进行统计分析，来建立预测模型
大尺度衰落小尺度衰落（主要特征是多径）描述长距离上信号强度的缓慢变化短距离上信号强度的快速波动原因信道路径上固定障碍物的阴影移动台运动和地点的变化影响业务覆盖区域信号传输质量
衰落特性的算式描述
衰落特性的算式描述
r ( t ) m( t ) r0 ( t )
式中，r(t)表示信道的衰落因子；m(t)表示尺度衰落；r0(t)表示小尺度衰落。
i
c
H c ( j , t )
r0 (t ) xi (t )(1 re j(t ) )
2

(t )
r0 (t )
r
图2-6 两径信道模型

第章电波传播及信道模型

接收点信号功率为
PR

| E |2
20
| E0[1
R e j( )
20
|2
(2 - 24)
2.4.1 双射线传播模型
| E |2
20

PT
(
4d
)2
(2 - 25)
并考虑到地面传播环境下R≈-1，Δφ<<1(弧度)，
所以
PR

PT
(
4d
)
2
| 1 Re j( )
视线传播极限距离
如图，天线的高度分别为ht 和hr，两个天线顶点的连线 AB与地面相切于C点。由于地球等效半径Re远远大于天线高度，不难证明，自发射
天线顶点A到切点C的距离 d1为
图2-2 视线距离示意图
d1 (Re ht )2 Re2 2Reht 2 ht 2 2Reht
四种效应
阴影效应：由于大型建筑物和其他物体遮挡，在电波传播的接收区域产生传播半盲区。
远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站之间的距离也在随机的变化，若各种移动用户发射信号的功率一样，那么到达基站时信号的强弱将不同，离基站近的信号强，反之则弱。
多径效应：由于接收者所处地理环境复杂性，使得接收到的信号不仅有直射波的主径信号，还有从不同建筑物反射及绕射过来的多条不同路径信号，而且它们到达时的信号强度、到达时间及到达时的载波相位都不一样。所接收到的信号实际上是各路径信号的矢量和。多径效应是移动信道中较主要干扰。
(dB)
10 lg( 4df
c
)2 (dB)
20 lg 4 20 lg d 20 lg f 20 lg c

电波传播与信道

• 自由空间损耗(sǔnhào)的计算
散射(sǎnshè)因子
• 若平面(píngmiàn)上的最大突起高度h 小于hc，则认为表面光滑，反之则认为粗糙。
移动通信
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第2章移动环境下的电波传播与移动信道
二. 移动(yídòng)环境下的信道特点
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第2章移动环境下的电波传播与移动信道
移动信道(xìn dào)的特点
移动环境(huánjìng)下的快（多径）衰落
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第2章移动环境下的电波传播与移动信道
多径信道(xìn dào)的包络统计特性
移动通信
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第2章移动环境下的电波传播与移动信道
移动通信
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第2章移动环境下的电波传播与移动信道
瑞利（Rayleigh）分布(fēnbù)
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Hata 模型(móxíng)
• Hata 模型源自Okumura（奥村）模型与 Hata 公式。
• 适用于频率(pínlǜ)100~1500MHz，传播距离在1~20km 的城市场强预测。
修正因子
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第2章移动环境下的电波传播与移动信道
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第2章移动环境下的电波传播与移动信道
展，扩展宽度为绝对多普勒频移
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第2章移动环境下的电波传播与移动信道
多普勒扩展与相关(xiāngguān)时间
• 相关时间的意义 • 一般情况下，Ts<<Tc，多普勒扩展可不考
虑 • 当发送(fā sònɡ)信号的持续时间Ts>Tc，则
会产生时间选择性衰落

2011 LX 移动通信_第二章_移动通信电波传播与传播预测模型 ver3.3 part1

R Re
j
sin z( , ) sin z( , )
f , , , 入射角；介电常数；波长
工作频率>150MHz(λ＜2m)时，θ＜1°
反射系数为-1
0 z( , ) R 1 0 z( , )
29
F1 d1d2 / d
举例：工作频率为900MHz，收发间距离为30Km，求收发之间中点处的第1菲涅尔区半径 d1 d2 d / 2
1 d F1 d1d2 / d F1 d / 4d 2 c / f
2
1 F1 dc / f 2 1 30e3(m) 3e8(m / s) / 900e6( Hz ) 2 1 1000 15.8(m) 2
2
传播损耗，也称为路径损耗
定义，L PT / PR
所以，L (4 d / )2 /(GT GR )
因为， c / f
2
当Gt = Gr=1时，自由空间的传播损耗为
L= (4 d / )2
所以，L (4 df / c ) (4 / c ) d f
2 2
前提：发射功率为Pt 发射天线远离地球，或没有阻挡物接收天线与发射天线的距离为d
Gr
d
P , Gt t
(a)
(b)
(c )
11
发射天线为各向均匀辐射时，以发射源为中心，d为半径的球面上单位面积的功率为：
Save PT (W / m 2 ) 4 d 2
如天线具有方向性（发射天线增益为GT），在主波束方向通过单位面积的功率为：
反射波场强的幅度等于入射波场强的幅 23 度，而相差为180°