移动环境下的电波传播、场强估计(大尺度)和覆盖设计
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
无线通信技术-第三章
16
3.4 三种基本传播机制
• 反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体 时发生反射，如地球表面、墙面等；
• 绕射：当接收机和发射机之间的无线路径 被尖锐的边缘阻拦时发生绕射，由阻挡表 面产生的二次波散布于空间，甚至到达阻 挡体的背面，导致波围绕阻挡体产生弯曲；
• 散射：当波穿行的介质中存在小于波长的 物体并单位体积内阻挡体的个数非常巨大 时，将发生散射，如树叶、街道标志等；
2
远场电场辐射 部分的幅度
13
Pr d Pd Ae
2 PG G t t r
4 d
2
Gr 2 Ae 4
图3-4 在自由空间中，从一个 全向点源发出的能流密度情况
14
如果接收天线建模成接收机的一个匹配阻抗 负载，那么接收天线将会感应出一个均方根 电压进入接收机，它是天线中开路电压的一 半（没有负载时，均方根电压等于开路电 压）。接收功率为：
G
4 Ae
2
c 2 c f c
路径损耗：表示信号的衰减，定义为有效
发射功率与接收功率之间的比值，单dB 10log 10log t r 4 2 d 2 Pr
7
路径损耗也可以不包括天线增益，即假设天 线具有单位增益：
23
2. 布儒斯特角
P
r sini
r cos2i
r sini r cos2i
电磁波投射到介质分界面而不发生反射时的
角度，只发生在水平极化时，其反射系数为 0。 当第一介质为自由空间，第二介质相对介电 常数为εr时，布儒斯特角满足：
sin B
1
r 1
r sini r cos 2 i r cos 2i r cos 2i
移动通信复习知识要点
第一部分概述1.了解移动通信的发展情况古代移动通信-萌芽阶段-开拓阶段-商业阶段-蜂窝思想-第一代移动通信系统-数字化-第二代移动通信系统-宽带、多媒体-第三代移动通信系统-广带IP多媒体-第四代移动通信系统（1897年，马可尼完成莫尔斯电码无线通信实验，标志无线电通信的开始，开创了海上通信业）（1928年，美国底特律警察局率先使用装备贝茨发明的能适应移动车辆震动影响的无线电收发信机——超外差AM接收机的警用车辆无线电移动系统（单向），标志移动通信开始）（1935年，阿姆斯特朗发明了FM方式无线电，是移动通信中的第一个大分水岭）（早在40年代末，美国Bell实验室提出蜂窝构想；1974年正式提出了蜂窝移动通信的概念。
）2.了解通信系统的分类按工作方式分类---单工双工(TDD,FDD) 半双工按信号形式分类---模拟网和数字网按覆盖范围分类---城域网,局域网和个域网按服务特性分类---专用网,公用网按多址方式分类---FDMA,TDMA,CDMA,SDMA 按使用对象分类---民用系统、军用系统按业务类型分类---电话网、数据网、综合业务网、多媒体按使用环境分类---陆地通信、海上通信、空中通信依据通话状态和频率使用方法，可分为单向和双向单工和双工3.了解双工方式双工通信的特点是: 同普通有线电话很相似, 使用方便。
其缺点是: 在使用过程中, 不管是否发话, 发射机总是工作的, 故电能消耗很大, 这对以电池为能源的移动台是很不利的。
针对此问题的解决办法是: 要求移动台接收机始终保持在工作状态, 而令发射机仅在发话时才工作。
这样构成的系统称为准双工系统, 也可以和双工系统兼容。
这种准双工系统目前在移动通信系统中获得了广泛的应用。
基站移动台第二部分移动通信的传播特性1.了解电波的传播方式1) 直射波：电波传播过程中没有遇到任何的障碍物, 直接到达接收端的电波, 称为直射波。
直射波更多出现于理想的电波传播环境中。
第2章移动信道的传播特性
超视距传播
假设A点架设一部发信机，天线的架高是H1，AB是 和地球相切的一条射线。若要接收到来波，接收天线
的架高必须超出这条切线。
A
d1 C d2 B
H1
H2
➢OO
视线传播极限距离
PT GT GR2 (4 )2 d 2
PT
➢ PT = 发射功率 (W) ➢ GT = 发射天线增益 ➢ GR = 接收天线增益 ➢ = c/f 波长(m)，c = 光速 (3×108 m/s)
➢ d = 发射机和接收机之间的距离(m)
自由空间传播损耗
自由空间传播损耗可以定义为：(不考虑天线增益)
前言
无线电波传播特性的研究结果可以用某种统计描述，也 可以建立电波传播模型，如图表、近似计算公式或计算 机仿真模型等。
本章在阐述陆地无线电波传输特性的基础上，重点讨论 陆地移动通信信道的特征、场强（或损耗）的计算方法 ，并对移动通信信道仿真作简要介绍。
内容安排
2.1 陆地无线电波传播特性 2.2 移动通信信道的多径传播特性 2.3 描述多径衰落信道的主要参数 2.4 阴影衰落的基本特性 2.5 电波传播损耗预测模型
Lfs
PT PR
4d
2
以dB计，得到：
或
L fs
(dB)
10
lg
4d
2
Lfs(dB) 32.44 20 lg d (km) 20 lg f (MHz )
可见，自由空间电波传播损耗只与工作频率 f 和传 播距离 d 有关。
2.1.3 大气中的电波传播
在实际移动通信信道中，电波在低层大气中传播。 整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平
移动通信信道-2
N 4
a0
t
五、时延扩展和相关带宽
2、时延扩展的描述
时延功率谱：由不同时延信号分量的平均功率构成
P(τ) 归一化时延谱 P( )
0dB
时延扩展， P(τ )的均方根
P()
30dB
0
m 平均时延
Tm
相对时延值
最大多径时延， P(τ )下 降到-30dB时的时延差
2、多径传播对接收信号产生的影响 典型实例 800MHz室内环境中典型传播时延扩展为
1μs，符号速率200kbps，符号宽度？重叠率？
符号宽度5μs，重叠覆盖率20%
2.2 移动通信信道的多径传播特性
2.2.1 移动通信信道中的电波传播损耗特性 2.2.2 移动环境下的多径传播 2.2.3 多普勒频移 2.2.4 多径接收信号的统计特性（自学） 2.2.5 衰落信号幅度的特征量
2.2.5 衰落信号幅度的特征量
2.2.4 多径接收信号的统计特性（提示）
移动通信信道统计分析：对接收信号的功率或 电压包络进行定量描述。 以瑞利分布为例，接收信号的包络和相位(σ为方差)：
– 包络概率密度函数（瑞利分布）：
r 2 2 p(r ) 2 e
1 2
r2
r0
– 相位概率密度函数（均匀分布）： p( )
深度衰落发生的次数较少，浅度衰落发生得相当频繁。 衰减20dB概率为1%，衰减30dB和40dB的概率分别为 0.1%和0.01%。
正斜率 负斜率
t1
t2
t3
t4
A
1
2
3
4
NA 4 /T
无线通信的信道
大气效应之二：雨雾衰减
? 在10GHz以下频段，雨雾衰减并不严重，一般只 有几dB。
? 在10GHz以上频段，雨雾衰减大大增加，达到几 dB/km。
? 下雨衰减是限制高频段微波传播距离的主要因素。
大气效应之三：大气折射
? 引入等效地球半径的概念：
R Re ? KR ? R dn
1? 2 dh
其中：Re
平衰落
? 当衰落较严重时，接 收点的场强接近瑞利 分布
? 接收点场强小于某个 值的概率
U ?? Pr / P0 ?? ? M ( f )N (d ) ?10? F /10
其中：? 表示和地形、气候有
关的因子，M ( f )、N (d )分别和 频率、距离有关，F＝10 lg Pr / P0 为衰落深度
? 直射：自由空间传播 ? 反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发
生反射。反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表 面。 ? 绕射：当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐 的边缘阻挡时，发生绕射。
? 散射：当电磁波的传播路由上存在小于波长的物 体、并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨 大时，发生散射。散射发生在粗糙表面、小物体 或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯柱 等。
d
扩散而减少。这种减少，称 为自由空间的传播损耗。
PT
? 如图所示，发射功率为PT， 发射天线为各向均匀辐射， 则以发射源为中心，d为半 径的球面上单位面积的功率 为：
S ＝ PT / 4? d2
自由空间传播（2）
? 由于天线有方向性（设发射 天线增益为GT），故在主波 束方向通过单位面积的功率 为：
? 工作频率30－80MHz， 传输距离200－2000km， 传输速率低，用于突发 通信。
无线射频基础知识-无线传播原理与传播模型
P波段：230~1000MHz； L波段：1000MHz~2000MHz；
大家熟知的GPS系统，其工作频率就在此波段（1575MHz左右）；
S波段：2000MHz~4000MHz； C波段：4000MHz~8000MHz；目前主要用于卫星电视转播； X波段：8000MHz~12.5GHz；目前主要用于微波中继； Ku波段：12.5GHz~18GHz；目前主要用于微波中继和卫星电视转播； K波段：18GHz~26.5GHz； Ka波段：26.5GHz~40GHz； 频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远，绕射能力越强。但是，低频段频率 资源紧张，系统容量有限，因此主要应用于广播、电视、寻呼等系统。 高频段频率资源丰富，系统容量大；但是频率越高，传播损耗越大，覆盖距离 越近，绕射能力越弱。另外频率越高，技术难度越大，系统的成本也相应提高。
慢衰落损耗是由于在电波传播路径上受到建筑物及山丘等的阻挡所产生的阴影 效应而产生的损耗。它反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化而 产生的损耗，一般遵从对数正态分布。 快衰落损耗是由于多径传播而产生的损耗，它反映微观小范围内数十波长量级 接收电平的均值变化而产生的损耗，一般遵从瑞利分布或莱斯分布。快衰落又 可以细分为以下3类：
从公式可以推导出以下结论：
无线电波在地面传播时，在同样的传播距离上，其传播损耗比自由空间传播时 要大得多：当取值为4时，距离d加倍，传播损耗增加12dB，即：信号衰减16 倍； 增加天线高度，可以减少传播损耗。
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无线射频基础知识－无线传播原理与传播模型
在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计 算通信概率及系统间的电磁干扰，直到最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传 播特性的研究、了解和据此得到的传播模型进行场强预测。
移动通信中的电波传播与天线第四讲_电波传播模型.
第5章移动通信系统中的场强预测模型☐场强预测——所谓场强预测是指根据移动通信的不同环境得到通信范围内的场强分布（路径损耗），建立电波传播的模型，以便对通信网进行规划和设计（天线、基站站址、小区半径、频率……）☐传播模式——分为经验模式、半经验或半确定模式、确定性模式。
经验模式是根据大量测量结果统计分析后导出的公式，应用经验模式可以容易和快速地预测路径损耗，不需要有关环境的详细信息，但是不能提供非常精确的路径损耗估算值。
确定性模式是对具体现场环境直接应用电磁场理论进行计算，如射线追踪方法，环境的描述可以从地形地物数据库中得到。
半经验或半确定模式是基于把确定性方法用于一般的市区或室内环境中导出的公式，为了改善半经验或半确定模式和实验结果的一致性，有时需要根据实验结果对公式进行修正，得到的公式是天线周围某个规定特性的函数。
传播环境——蜂窝移动通信的最大特点就是小区制。
小区的大小和范围直接和传播条件有关，可以根据需要选择小区的大小和范围。
移动通信系统中主要采用宏小区、微小区（微蜂窝）和微微小区（微微蜂窝）三种形式。
经验模式或半经验模式对具有均匀特性的宏小区是合适的。
半经验模式还适用于均匀的微小区，在那里模式所考虑的参数能很好的表征整个环境。
确定性模式适合于微小区和微微小区不管它们的形状如何。
确定性模式对宏小区是不能胜任的，因为对这种环境所需的计算机CPU时间使人无法忍受☐四种电波传播模型——电波传播模型是指通过对电波传播的环境进行不同方法的分析后所得到的电波传播的某些规律、结论以及具体方法。
利用电波传播模型不仅可以估算服务区内的场强分布，而且还可以对移动通信网进行规划与设计。
统计模型（Statistical Model）——通过对移动通信服务区内的场强进行实地测量，在大量实测数据中用统计的方法总结出场强中值随频率、距离、天线高度等因数的变化规律并用公式或曲线表示出来。
实验模型（Empirical Model）——通过实验方法得出某些电波传播规律，但不像统计模型那样用公式或曲线表示出来。
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
无线电波传播模型与覆盖预测
无线电波传播模型与覆盖预测河北全通通信有限责任公司工程部网络服务组二0 0二年四月二十日第一节无线传播理论1.1 无线传播基本原理在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰，直到最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传播特性的研究、了解和据此进行的场强预测。
它是进行系统工程设计与研究频谱有效利用、电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的基本理论。
众所周知，无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线：直达波或自由空间波、地波或表面波、对流层反射波、电离层波。
如图1-1所示。
就电波传播而言，发射机同接收机间最简单的方式是自由空间传播。
自由空间指该区域是各向同性（沿各个轴特性一样）且同类（均匀结构）。
自由空间波的其他名字有直达波或视距波。
如图1-1（a），直达波沿直线传播，所以可用于卫星和外部空间通信。
另外，这个定义也可用于陆上视距传播（两个微波塔之间），见图1-1（b）。
第二种方式是地波或表面波。
地波传播可看作是三种情况的综合，即直达波、反射波和表面波。
表面波沿地球表面传播。
从发射天线发出的一些能量直接到达接收机；有些能量经从地球表面反射后到达接收机；有些通过表面波到达接收机。
表面波在地表面上传播，由于地面不是理想的，有些能量被地面吸收。
当能量进入地面，它建立地面电流。
这三种的表面波见图1-1（c）。
第三种方式即对流层反射波产生于对流层，对流层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。
它的反射系数随高度增加而减少。
这种缓慢变化的反射系数使电波弯曲。
如图1-1（d）所示。
对流层方式应用于波长小于10米（即频率大于30MHz）的无线通信中。
第四种方式是经电离层反射传播。
当电波波长小于1米（频率大于300MHz）时，电离层是反射体。
从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，见图1-1（e）。
这种传播用于长距离通信。
除了反射，由于折射率的不均匀，电离层可产生电波散射。
第3章 oy移动信道的传播特性-2-移动信道的特征(衰落)
数据传输速率高，则码元宽度小，带 频率选择性衰落（ 200kHz ） 宽宽，多径信号干扰码元程度高，信号 带宽大于信道相关带宽。
数字移动通信 3-24
3.2.4 时延扩展和相关带宽
相关带宽的意义
从频域来看多径现象将导致频率选择性衰落，即 信道对不同频率成分有不同的响应 在相关带宽内信号传输失真小，若信号带宽超过
根据发送信号与信道变化快慢程度（多普勒扩展）
快衰落（信号带宽Bs <多普勒扩展Bd，即码元间隔Ts >相干时间Tc）
慢衰落（信号带宽Bs >多普勒扩展Bd，即码元间隔Ts <相干时间Tc）
数字移动通信 3-32
一、平坦衰落与频率选择性衰落
平坦衰落
在信号带宽范围内，各频点的幅度有基本相同的增益， 即发送信号的频谱基本保持不变；
动，易受时间选择性衰落影响。
数字移动通信 3-31
3.2.3 多径衰落信道的分类
移动信道中的时间色散和频率色散产生衰落效应： 根据信号带宽和信道相关带宽的比较（多径衰落）
频率选择性衰落（码元间隔Ts <时延扩展Δ，即信号带宽Bs >相关
带宽Bc）
平坦衰落 （码元间隔Ts >时延扩展Δ，即信号带宽Bs <相关带宽Bc）
多径衰落
在不到一个波长范围内会出现几十分贝的电 平变化和剧烈的相位摆动
数字移动通信
3.2.2 移动环境的多径传播
1.多径衰落(幅度快衰落)
衰落的分布：没有直射播的N个路径传播时，每径信号的 幅度服从高斯分布，相位在0~2π 间服从均匀分布的各径 信号的合成信号的包络分布为瑞利分布。 幅度快衰落包络概率密度函数p(r)为
移动通信中无线信道的传播特性分析
Ｑ
Ｃｈｉ ｗ ｃｈ ｌ ｇ ｅ ｎ ｏ ｕｃ ｓ ｎａ Ｎｅ Ｔｅ ｎｏ ｏ ｉ ｓ ａ ｄ Ｐｒ ｄ ｔ
信 息 技 术
移 动通 信 中无线 信道 的传 播特性 分析
刘 海 斌
（ 中国联 通 延 安 分 公 司 ， 西 延 安 ７ ６ ０ ） 陕 １０ ０
摘 要 ： 绍 了无线信 道 的概念 和无 线信 道 的传播 特性 ， 析 了无 线信道 中影 响 移动 无线 通信 信 号传 输质 量的 原 因 ， 介 分 对提 高移 动通 信质 量的 可行性 提供 了理 论参 考 。
含 了所有 用于 模拟 和分 析信 道无 线传 播 的信 息， 移动通 信 的信 道是 时变 的 ， 这种 时间变 化
是 由接 收 机在 空 间 的相对 运 动引 起 的， 变 时 信 道可 以用具 有时 变 冲激 响应 的线性 滤波 器 描述。 信道 的滤 波特 性是 在任 意 时刻 多个到 达 波 的幅值 和相 位 的叠加 产 生 的。冲激 响应 是 种非 常有用 的信道 特征 ，可用 它来 预测 和 比较不 同移 动通信 系统 的性能 ，以及 对一 个
。０ ｓ ‘
因 ， 于提 高移 动通 信信 号 的传输 质量 ， 有助 可 为 提 高 移 动 通 信 质 量 的可 行 性 提 供 理 论 参 考。
参 考文献
『 王 鹏， 吉余 ， １ 】 陈 李栋 ． 线信 道 特 性 及仿 真 无 【＿ Ｉ 中国传 煤 大学 学报 自然 科 学 版 ， ０ ６ １ １ ２０ ，３
ｆ（ ｆ４ Ｊ） Ｊ
式 （） ａ ， ｆ分 别 是 在 ｔ 刻 第 ｚ ４中 ， Ｊ ｆ ， ｊ 时 个 多径 分量 的 幅度 和时 延 ； ７ Ｊ ， ｒ是 ２ ｒ￡ ｆ Ｊ ｆ＋ ￡ ， ２ 多径 分量 在 自由空 间传 播造 成 的相移 ， 个 再 加上 在信 道 中的附 加相移 。
中国移动通信电波传播特点与原理
3.1.7 莱斯（Riceam）衰落分布
在移动通信中，如果存在一个起支配作用的 直达波（未受衰落影响），此时，接收端接
收信号的包络为莱斯（Riceam）分布。
P(r)
r
02
(r2 A2 )
e
2 2
I
0
(
Ar
2
)
A 0, r 0 r0
设
若
莱斯分布 瑞利分布
3.2 电波传播特性的估算（工程计算）
图3-4 绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系
3.1.4 反射波
电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑 界面时，就会发生反射现象。
图3-5给出了从发射天线到接收天线的电波由反 射波和直射波组成的情况。反射波与直射波的 行距差为：
d a b c 2hT hR d
两路信号到达接收天线的时间差换算成相位差 为：
在求郊区或开阔区，准开阔区的传播衰耗中 值时，应在市区衰耗中值的基础上，减去由 图3-9或3-10查得的修正因子。
图3-9 郊区修正因子
图3-10 开阔区、准开阔区修正因子
⒊ 不规则地形上的传播衰耗中值
⑴丘陵地的修正因子
丘陵地的地形参数可用“地形起伏”高度 △h表示。其定义是：自接收点向发射点延 伸10km范围内，地形起伏的90%与10%处的 高度差。
⒋任意地形的信号中值预测
⑴ 计算自由空间的传播衰耗 根据式（3-1），自由空间的传播衰耗Lbs为：
⑵计算准平滑地形市区的信号中值
⑶计算任意地形地物情况下的信号中值
LA LT KT
(3.22)
KT k mr Q0 Qr k h k hf k js k sp k s
KT为地形地物修正因子
☆则不平坦的场强公式为
西电《移动通信》复习试题..
西电《移动通信》复习试题..练习一一、填空题1、移动通信按工作方式分（单工）（双工）（半双工）。
2、移动通信按多址方式分（FDMA）,（TDMA）,（CDMA ）。
3、移动通信按信号形式分（模拟网）（数字网）4、移动通信按覆盖范围分（城域网）（局域网）（广域网）。
5、移动通信按业务类型分（ PSTN），（DDN），（ISDN ）6、移动通信按服务特性分（专用网），（公用网）。
7、移动通信按使用环境分（陆地通信），（海上通信），（空中通信）。
8、移动通信按使用对象分（民用系统），（军用系统）。
二、简答题1、什么叫移动通信？答：通信双方至少有一方处在移动情况下(或临时静止)的相互信息传输和交换。
2、移动通信的特点。
答：1、移动通信必须利用无线电波进行信息传输2、移动通信是在复杂的干扰环境中运行的3、移动通信可以利用的频谱资源非常有限4、移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效5、移动台必须适合于在移动环境中使用3、移动通信的发展趋势。
答：1、开发更高频段2、有效利用频谱3、数字化4、向个人移动通信发展5、传输数据速率越来越高。
4、全球3G的三大标准是什么？答：WCDMA 、 CDMA2000、TD-SCDMA 。
5、什么是基站？答：固定不动接发移动台的信号完成与交换中心相连，从而实现移动台信号的收发。
6、什么是移动台？答：接收发送无线信号并且可以移动的终端；包括：手机，车载台、无绳电话等。
7、什么是交换中心？答：交换各种信息的中心，分为有线和无线。
无线交换中心为各个移动台所在的基站之间提供交换服务。
9、数字移动通信系统有哪些优点？答：频谱利用率高、容量大，同时可以自动漫游和自动切换，通信质量好，加上其业务种类多、易于加密、抗干扰能力强、用户设备小、成本低。
10、移动通信有哪些主要技术？答：主要技术有：话音编码技术、调制技术、跳频技术、交织技术、分集技术、天线等技术。
11、常用的移动通信系统有哪几类？答：按工作方式分类---单工，双工(TDD,FDD) 半双工按多址方式分类---FDMA,TDMA,CDMA,SDMA按信号形式分类---模拟网和数字网按覆盖范围分类---城域网，局域网和广域网按业务类型分类---PSTN ，DDN ，ISDN 等按服务特性分类---专用网，公用网按使用环境分类---陆地通信，海上通信，空中通信按使用对象分类---民用系统，军用系统练习二一、填空题：1、自由空间中电波传播损耗和工作频率f 有关，当频率f 增大一倍时，损耗将增加（ 6dB ）。
覆盖
三传播预测模型在GSM系统覆盖设计中，电磁波传播模型起着至关重要的作用。
无线电信道模型大致可以分为大尺度传播模型和小尺度传播模型两类。
大尺度传播模型用来描述发射机和接收机之间相对较长的距离信号场强变化，小尺度传播模型主要描述短距离或短时间的接受场强的快速波动。
这两种模型并不是相互独立的，在同一无线信道中，即存在大尺度衰落也有小尺度衰落。
一般来说大尺度模型表征接收信号在一定时间内的均值传播距离和环境的变化，小尺度模型接收信号短时间内的快速波动。
假设从雁塔校区到大唐芙蓉园的距离约在2—5KM左右。
一般说来，接收功率Pｒ与距离ｄ的指数ｄ−n成正比，在自由空间传播环境中ｎ＝２，在其它情况下３＜ｎ＜４。
下图为接收信号强度随距离变化的趋势，然而在实际无线传播过程中它们并不是线性关系。
图3-1 接收信号强度与距离的非线性关系上图采用的是对数坐标，当发射机和接收机之间距离较小时，为视距传输即n=2，此时包络服从莱斯分布，一小尺度衰落为主，当距离增大时有3<n<4,此时一大尺度衰落为主，包络服从瑞利衰落当然地形不同转折点的位置不同。
在实际传播环境中，从覆盖区域来分。
室外传播环境可分为两类：宏蜂窝模型和微蜂窝模型。
宏蜂窝传输模型功率可达几十瓦，半径为几十公里。
相比之下微蜂窝传播模型的覆盖范围怎小一些200—1000米，微蜂窝传播模型中假定基站不高，发射功率有限，所预测的区域也只在基站附近。
因此此次预测模型为宏蜂窝假设覆盖范围为3KM。
下面将讨论两种预测方案从中择优学则合适的预测模型，来计算电磁波在空间传播过程中路径损耗中值，以便在给定的覆盖范围内确定合适的基站发射功率。
在本次覆盖设计GSM中900MHz集群系统中：基站天线有效高度ℎb为32m；移动台天线高度设ℎb为1.5m；发射频率f为935—960MHz计算时取950MHz；通信距离d设从雁塔校区到大唐芙蓉园的距离约在2—5KM左右，计算时取3KM。
itu-r关于电波传播的描述
itu-r关于电波传播的描述ITU-R是国际电信联盟无线通信部门（R部门）的一个组成部分，负责制定关于无线电通信的技术标准和频谱管理的相关建议。
对于电波传播的描述，ITU-R提供了一系列的参考内容，帮助业界了解和研究电波在大气中的传播规律和特性。
一、大气传播1. 简介：大气传播是指电磁波在地球大气中的传播行为，包括地面-空间传播、地面-地面传播和地面-海面传播等。
2. 传播机制：电磁波在大气中的传播机制主要包括地波传播、天波传播和空间波传播等。
3. 影响因素：大气传播的效果受多种因素影响，如频率、天线高度、天线指向、地形、气候条件和时间等。
二、电波路径损耗1. 定义：路径损耗是指电波在传输过程中，由于各种因素而造成的信号强度减弱。
2. 损耗计算：ITU-R建议了一些数学模型和公式，用于计算电波路径损耗，如自由空间传播模型、二次反射路径损耗模型和多径传播模型等。
3. 损耗因素：路径损耗的主要因素包括自由空间损耗、地形阻隔损耗、大气传播损耗和多径传播损耗等。
三、电波干扰1. 干扰类型：电波在传播过程中可能遇到各种干扰，如共频干扰、邻频干扰、多径干扰和地表反射干扰等。
2. 干扰特性：干扰的强度和频率特性会受到传播路径损耗、传播介质和周围环境等因素的影响。
3. 抑制方法：ITU-R提供了多种抑制电波干扰的方法，如频谱管理、天线方向性设计、编码技术和分集技术等。
四、电波传播模型1. 简介：为了更准确地描述电波在大气中的传播特性，ITU-R 提供了多种电波传播模型，如ITU-R P.526、ITU-R P.528和ITU-R P.1801等。
2. 模型应用：这些模型可用于无线通信系统的规划和设计，包括移动通信、卫星通信、微波通信和射频识别（RFID）等领域。
3. 参数确定：这些模型的使用需要确定一些参数，如频率、天线高度、地形、大气条件和距离等，以获得更准确的传播预测结果。
五、频谱管理1. 频谱规划：ITU-R负责制定全球范围内的频谱分配和规划原则，帮助确保各种无线通信系统的频谱资源合理使用。
第3章 移动通信的电波传播
3.2.1传播路径与信号衰落
30
同时，大气折射也会产生衰落，在气象条件发生变化时，大气介电常数垂 直梯度会发生缓慢的变化，这种变化会随着时间改变，因此是时间的函数。这 种由于大气折射率变化导致的衰落对电波传播的影响远小于由于障碍物产生的 阴影衰落。
而这些由阴影效应和气象条件引起的信号接收电平的变化，主要造成的结 果是接收电平的场强中值缓慢变化，因此称为慢衰落。慢衰落一般服从对数正 态分布，如果用分贝数表示电平中值，则服从正态分布。
3.2.1传播路径与信号衰落
28
1.衰落的概念 由于实际传播环境中复杂的地形、建筑物和障碍物对传播信号的阻碍、反 射、绕射和散射，导致接收信号的随机变化，称为衰落。
3.2.1传播路径与信号衰落
29
1）衰落的类型和产生的原因 （1）阴影衰落和慢衰落 基站发射的电磁波的传播路径遇到阻挡时，例如起伏的地形或者高大的建 筑物，会在这些障碍物的背面产生阴影区。当移动台经过阴影区时，接收到的 信号均值会发生变化，这种变化称之为阴影衰落。 阴影衰落的特点在于：衰落速率与工作频率无关，取决于地形地物的分布、 高度以及移动台的运动速度。
fMAX = 80.8NMAX sec θ0
其中，NMAX是电波发射时的电离层最大电子浓度。发射频率f越高，就要求 反射处电子浓度Nn越高，因此需要在更高的地方才能够进行反射，而反射点越 高，意味着电磁波能够到达的距离就越远。当电波的频率超过最大频率fMAX时， 由于电离层此时不存在比NMAX更高的电子浓度，电磁波将不会被电离层反射回 来，而穿透电离层，进入宇宙空间。
如果出现了两2个0 l或og者10两−个0.以22上5Τ的v 刃形障碍物，则可以根据v ≤单−刃2的.4计算公式 进一步进行推导。目前，常见的求取多刃峰绕射损耗的方法有4 种，分别为
第四章 移动无线电传播：大尺度路径损耗
2
（3）在用低增益天线的1GHz 到2GHz 频段 的系统中，参考距离在室内环境选 取 d 0 1m，而室外选取d0 100 1000m 。
2 2 2
(a) 电场极性平行于入射波平面 (b) 电场极性垂直于入射波平面
理想电介质（无损耗）的绝缘常数与介质常 数有关，即：
0 r
0 8.85 1012 F / m 。 其中
如果电解质是电磁能量损耗介质， 则介电常 数可表为一复数：
其中：
对于A，预测平均场强并用于估计无线覆盖范围 的传播模型，由于它们描述的是发射机和接收机 之间长距离（~百米-~千米）上的信号场强变化， 称为大尺度传播模型。 对于B，通常描述短距离（~波长）或短时间 （~ms-~s）内接收信号场强的快速波动。这种 模型称为小尺度衰落模型。
移动信道的典型特征
Friis自由空间模型的适用条件： （1）远场预测 2D2 d Fraunhofer距离： f , D为天线的最大物理尺寸； 且 d f D和d f
（2）参考距离d（d0位于远场） 且小于系统中 0 所有接收机的距离。于是
或
d0 Pr (d ) Pr (d 0 ) , d d 0 d f d
•小尺度衰落：
变化范围： 30～40dB 速率： 40次/s左右
•大尺度衰落：
信号的局部中 值。
4.2 自由空间传播模型
作用：用于预测接收机和发射机之间完全无 阻挡的视距路径时接收信号的场强； 实例：卫星通信系统、微波视距无线链路等。
预测公式（Friis 公式）：
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2(d1 + d 2 ) 2d1d 2 v=h =α λd1d 2 λ (d1 + d 2 )
刃形绕射波场强Ed为：
( Ed 1 + j ) ∞ exp − jπt 2 dt = F (v ) = ∫ v E0 2 2
(
)
其中：E0为自由空间场强，F(v)为费涅尔数。 对比自由空间，刃形绕射增益为： Gd = 20 log F (v )
散射因子
粗糙表面临界高度为 hc(λ,入射角)：hc =
散射损耗因子用高斯分布来建模。 πσ h sin θ i 2 πσ h sin θ i 2 ρ s = exp − 8 I 0 8 λ λ h>hc的时反射场强：Γrough = ρ s Γ
环境特征不同
应用区域不同
大尺度传播模型
大尺度模型预测距离 >> λ 的电波传 播行为：
距离和主要环境特征的函数，粗略地认 为与频率无关 当距离减小到一定程度时，模型就不成 立了 用于无线系统覆盖和粗略的容量规划建 模
小尺度传播模型
小尺度（衰落）模型描述信号在 λ 尺度内的变化
多径效应（相位抵消）为主，路径 损耗可认为是常数 与载波频率和信号带宽有关 着眼于“衰落”建模：在短距离或数 个波长范围内信号快速变化。
内容 研究无线信道的意义和方法 无线电波传播特性分析 陆地移动通信的场强估算 覆盖设计
电波传播---传播方式
传播路径
直射波---视距传播 反射波 地表面波
x和y是独立随机变量之和。根据中心极限定 律，x和y趋于正态分布，因此合信号复包络为
瑞利分布。
莱斯(Rician)分布
指含有一个强直射波的N个路径，传播时 若每条路径的信号幅度为高斯分布、相位 在0~2π为均匀分布，则合成信号包络分 布为莱斯分布
Nakagami 分布
M=1，瑞利分布 M=0.5，单边指数分布 ，莱斯分布
费涅尔区表示从发射机到接收机次级波路径比LOS路径长nλ /2 的连续区域。假设h<<d1、d2，并且h>>λ、α和β很小，则费 涅尔区同心圆半径rn为：
nλd1d 2 rn = (d1 + d 2 )
T · hT-hR d1
α
hobs-hR d2
β
γ
R
一般来说，当阻挡体不阻挡第一费涅尔区时绕射损失最小，绕射的 影响可以忽略不计。经验表面，在视距微波链路设计时，只要55 ％的第一费涅尔区无阻挡，其它费涅尔区的情况基本不影响绕射损 耗。
距离 ⇒ 路径衰减 多径 ⇒ 相位差
绿色信号比蓝色信号到达红接收点的 传输距离长 1/2λ 。对 2.4 GHz信号， λ (波长) =12.5cm。
模型是特定的
尺度不同
大尺度（数米范围内的平均值） 小尺度（在波长量级范围内的测量值） 室外、室内、陆地、海洋、空间、等等 宏蜂窝（2km）、微蜂窝（500m）、微微 蜂窝
传播到阴影区的信号功率
绕射传播功率是多少?
第一费涅尔区：与自由空间相比低5至25 dB
0 -10 -20 dB -30 -40 -50 -60
LOS
0o 90 180o
Obstruction
Tip of Shadow
费涅尔区⇒
1st
2nd
散射
在实际移动无线环境中，接收信号比单独 绕射和反射模型预测的要强，这是因为当 电波遇到粗糙表面时，反射能量由于散射 而散布于所有方向，给接收机提供了额外 的能量。 临近金属物体（街头标志等）：通常采用 统计模型 若平面上的最大突起高度h小于临界高度 hc，则认为表面光滑，反之则认为粗糙。
信号带宽的增加
智能天线的引入
无线电波
无线电发射包括电磁场
电场分量 ∝ 1/d3 感应场分量 ∝ 1/d2 辐射场分量 ∝ 1/d 在距离 d = E×B 处的场强 ∝ 1/d2 以发射机为球心的表面区域
辐射场具有 E 和 B 分量
一般直觉
影响接收信号强度的两个因素：
λ 4πd
2
f：载波频率； hb：基台天线高度； d：传输距离； hm：移动台天线高度。
电波传播路径地形分类
移动通信环境分类
按照地物的密集程度分为： 开阔地环境：在电波传播路径上无高大树木、 建筑物等障碍物，呈开阔状地面 郊区环境平坦地形：在移动台附近有些障碍 物，但稠密建筑物多为1~2层楼房 城市环境：有较稠密的建筑物和高层楼房
4π A e G = 2 λ
Gλ Ae = 4π
2
接收功率 (Pr) = 功率通量密度 (Pd) * Ae
自由空间 c
1 Pt Gt G r λ Pr ( d ) = 2 Watts 2 d (4π ) L
2
式中：L 为系统损耗因子 Pt 为发射机输出功率 Gt 和 Gr 为天线增益 λ 为载波波长
大都市高楼大厦稠密建筑区 中等稠密建筑区：多为2~8层间或40层高楼 中小建筑区：多为2~5层间或20层高楼 平房建筑区：多为2~4层
在远场选择 d0 测量 PL(d0) 或计算自由空间损耗 测量并根据经验得到n
传播损耗采用实验图表计算法
LT = L fs + Am ( f , d ) − H b ( hb , d ) − H m ( hm , f ) − KT
自由空 间损耗 中等起伏地区 基本衰耗中值 基台天线 移动台天线 高度因子 高度因子 地形地物 修正因子
无干扰，无阻挡。
反射波
反射系数
水平极化波 垂直极化波
Rh
( = sin θ + (ε
sin θ − ε c − cos θ
2 2 c
Rv =
ε c sin θ + (ε c − cos θ )
2
ε c sin θ − (ε c − cos θ ) 2
2 1 1 2
) − cos θ )
1 1
两径地面反射模型
对于 d >> hr和ht，
“低”入射角使地面成为一个反射器 反射信号相移 180° 4 (β=4) Pr ∝ 1/d
T ht
相移!
R hr
地面反射 1
接收信号功率为： ht2 hr2 Pr = Pt G t G r d4
由Pr = |E|2Ae，可推算出场强 E ； Ae 为天线孔径。
内容 研究无线信道的意义和方法 无线电波传播特性分析 陆地移动通信的场强估算 覆盖设计
自由空间传播模型
在距离 d 处，接收信号功率为：
Pt Pr (d ) = K 2 Watts d
式中，Pt 为发射机输出功率，单位 Watts 常数 K 取决于天线增益，系统损耗因子，和 载波波长。
当波撞击在障碍物 边缘时发生绕射
“次级” 传播进入 阴影区 与LOS的路径差导 致相移 费涅尔区表达了相 对于障碍物位置相 移
T R
第一费涅尔区
障碍物
绕射
绕射由次级波的传播进入阴影区而形成，阴影区的绕射 波场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和。
α
T ·
β
d1
h
γ
d2 hobs
R
hT
hR
绕射---费涅尔区几何特征
移动通信---第二课
移动环境下的电波传播、 场强估计（大尺度） 和覆盖设计
内容 研究无线信道的意义和方法 无线电波传播特性分析 陆地移动通信的场强估算 覆盖设计
为什么研究无线信道？
研究无线移动信道模型，预测接收信号场强：
衰减、吸收、折射、散射、绕射... 移动环境... 自然和人为无线电环境... 接收信号场强情况如何？ GSM的均衡 CDMA的多径合并 开发时域多径资源 开发空域多径资源
剩余时延造成的相移 < 180° 反射造成额外的 180° 相移 地面反射路径恶化了 LOS 传播
180°
T ht
p0 p1
R hr
陡峭的小山区
传播可以是LOS， 或由一个或多个峭 壁造成的绕射。 LOS 传播可用地面 反射模型：绕射损 耗 但若无LOS，绕射 可帮助覆盖
绕射（衍射）
2 2
当f>150MHz 时，Rv=Rh=-1 反射波与入射波 相差180°
折射
良导体反射无衰减 绝缘体只反射入射 波能量的一部分
“Grazing角”， 100%反射 直角入射，100% 透射
θ
θr θt
反射造成 180° 相移
电波传播---反射波附加相移
地面反射
直觉：地面阻挡属于第一费涅尔区
典型的移动通信环境多径衰落
场强测试曲线
接收信号的统计分析
移动通信的场强特征
移动通信环境下场强变化剧烈 场强变化的平均值随距离增加而 衰减 场强特性曲线的中值呈慢速变化 ---慢衰落 场强特性曲线的瞬时值呈快速变 化---快衰落
移动通信环境的几个效应
空间传播损耗---Path loss 阴影效应：由地形结构引起，表现为慢衰 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：由于移动体的运动速度和方 向引起多径条件下多普勒频谱展宽