章坚武版教材移动通信原理配套课件第3章

L L A ( f , d ) H ( h , d ) H ( h , f ) T bs m b b m m
例3-2
在前面计算城市地区准平滑地形的路径衰耗中
值的例子中，当hb=200 m, hm=3 m, d=10 km, f=900 MHz时， 计算得LT=141.5 dB。;若将基地站天线高度改为hb=50 m, 移 动台天线高度改为hm=2 m, 利用图3-7、图3-8 可以对路径
20 lg h ( m ) 20 lg h ( m ) 40 lg d ( km ) T R
3.2.2 奥村(Okumura)
OM模型适用的范围：频率为150～1500 MHz，基地站天
线高度为30～200 m，移动台天线高度为1～10 m，传播距离
为1～20 km。
1. 市区传播衰耗中值
图 3-6表明了基本衰耗中值 Am(f, d) 与工作频率、通信距离
的关系。可以看出随着工作频率的升高或通信距离的增大，传 播衰耗都会增加。图中，纵坐标以分贝计量，这是在基地站天 线有效高度hb=200 m，移动台天线高度hm=3 m，以自由空间传 播衰耗为基准(0 dB)， 求得的衰耗中值的修正值Am(f, d)。 换言 之， 由曲线上查得的基本衰耗中值Am(f, d)加上自由空间的传 播衰耗Lbs才是实际路径衰耗LT， 即
播衰耗中值为
L L A ( f , d ) 111 . 5 30 141 . 5 dB T bs m
图3-7 基地站天线高度增益因子Hb(hb,d)
图3-8 移动台天线高度增益因子Hm(hm, f)
在考虑基站天线高度因子与移动台天线高度因子的情况 下，式（3-18）所示市区准平滑地形的路径传播衰耗中值应为
o
Q
r
/ 阔d
区 d
B
阔Q
开
准
开
25
Q
o
20
Q
r
15 1 00
2 00
3 00
5 00
7 00
1 00 0
2 00 0
频 率f / M H z
图3-10 开阔区、准开阔区修正因子（Qo，Qr）
3. 不规则地形上的传播衰耗中值 (1) 丘陵地的修正因子。 丘陵地的地形参数可用“地形起伏”高度 Δh 表示。其
传播衰耗中值重新进行修正。
查图3-7得
H ( h , d ) H ( 50 , 10 ) 12 dB b b b
查图3-8得
H ( h , f ) H ( 2 , 900 ) 2 dB m m m
修正后的路径衰耗中值LT为
L L A (f,d ) H ( h ,d ) H ( h , f) T bs m b b m m 141 .5 H ( 50 , 10 ) H ( 2 , 900 ) b m 141 .5 ( 12 ) ( 2 ) 155 .5 dB
号到达接收天线的时间差换算成相位差Δφ0为
(3-5)
由于直射波和反射波的起始相位是一致的，因此两路信
t 2 2 d 0 T
(3-6)
再加上地面反射时大都要发生一次反相， 实际的两路电 波相位差Δφ为
2 d 0

(3-7)
i 1 i 1
（3-9）
设:
xc (t ) xs (t )
则式（3-9）可写成
R ( t ) cos ( t )
i 1 n i i
n
R ( t ) sin ( t )
i 1 i i
R ( t ) x ( t ) cos ( t ) x ( t ) sin ( t ) U ( t ) cos t ( t ) c c s c c
L L A ( f , d ) T bs m
(3-18)
70
中
市 区 h b＝ 20 0 m hm＝ 3 m 60
10 0 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 3 2 1
d
B 耗
d /km
/ 衰
50
10 0 90 80 70
A本 (f , d )
40
60 50 40
基
3.1.5 多径效应与瑞利型(衰落特性)
设发射机发A cosωct后, 接收机接收端收到的合成信号为
n
R ( t ) R ( t ) cos [ t ( t )]} R ( t ) cos [ t ( t )] i c i i c i
(3-8) 式中: Ri(t)为第i条路径的接收信号；τi(t)为第i条路径的传输时间；
0≤θ≤2π
(3-12)
r E [ r ] rp ( r ) dr 1 . 2533 mea n 0
2
2 2 2 2
方差
2 r 2
E [ r ] E [ r ] r p ( r ) dr 2 0 . 42 2 2
不平坦地区场强时遇到较大的麻烦。 Egli John J.提出一种经
验模型，并根据此模型提出经验修正公式，认为不平坦地区 的场强等于平面大地反射公式算出的场强加上一个修正值， 其修正值为
40 20 lg f
(3-14)
式中, f为工作频率，以MHz为单位。
这样，不平坦地区的场强公式为
4 h h 40 1 2 E ( dB ) E ( dB ) 20 lg 20 lg (3-15) 0 d f
i 1 i 1

n

φi(t)为第i条路径的相位滞后，φi(t)=-ωcτi(t)。
经大量观察表明， Ri(t) 和 φi(t) 随时间的变化与发射信号的 载频周期相比，通常要缓慢得多，所以， Ri(t) 和 φi(t) 可以认为 是缓慢变化的随机过程，故式（3-8)可以写成
n n
R ( t ) R ( t ) cos ( t ) cos t R ( t ) sin ( t ) sin t i i c i i c
离有限，因此在分析移动通信信道时， 主要考虑直射波和
反射波的影响。 图3-1表示出了典型的移动信道电波传播路 径。
图3-1 典型的移动信道电波传播路径
3.1.1 直射波
在自由空间中, 电波沿直线传播而不被吸收, 也不发生 反射、 折射和散射等现象而直接到达接收点的传播方式称 为直射波传播。直射波传播损耗可看成自由空间的电波传 播损耗Lbs, Lbs的表示式为
或者说，不平坦地带传播衰减
4 h h 40 1 2 A ( dB ) 20 lg 20 lg d f
则不平坦地区的传播衰耗LA为
(3-16)
如果hT、hR采用米(m)表示，d用公里(km)表示，f用MHz表示，
L ( dB ) 88 20 lg f ( MHz ) A
(3-17)
L 32 . 45 20 lg d 20 lg f bs 32 . 45 20 lg 10 20 lg 900 111 . 5 dB
查图3-6可求得Am(f, d)，即
A ( f , d ) A ( 900 , 10 ) 30 dB m m
利用式(3-18)就可以计算出城市街道地区准平滑地形的传
0
2


3.1.6 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），这时，接收端接收信号的包络为莱斯（Riceam）
分布。 包络的概率密度函数p(r)为
r<0 式中, A为直达波振幅，r为接收信号的瞬时幅度，σ为噪声方差， I0（· ）为第一类0阶Bessel函数。设
R(t)可视为一个窄带过程。假设噪声为高斯白噪声，σ为噪声方
差，r 为接收信号的损失幅度，则包络概率密度函数 p(r)和相位 概率密度函数p(θ)分别为：
2 r r p (r) 2 exp 2 2
0≤r≤+∞
(3-11)
1 p( ) 2
均值为

因
25
正
d ＝ 1 km 20 d ＝ 5 km d ＝ 10 km
r
修 d
B
15
区 K
m
/
d ≥ 20 k m 10
郊
5
0 1 00
2 00
3 00
5 00 7 00
1 00 0
2 00 0
频 率 /MHz
图3-9 郊区修正因子Kmr
正 正 修
35
Qo :开 阔 区
区
Qr:准 开 阔 区
30Байду номын сангаас
修 B /
L 32 . 45 20 lg d 20 lg f( dB ) bs
式中, d为距离(km), f为工作频率(MHz)。
3.1.2 视距传播的极限距离
图3-2 视距传播的极限距离
已知地球半径为R=6370 km, 设发射天线和接收天线高度 分别为hT和hR(单位为m), 理论上可得视距传播的极限距离d0为
图3-3 菲涅尔余隙 （a） 负余隙; （b）正余隙
根据菲涅尔绕射理论，可得到障碍物引起的绕射损耗与菲 涅尔余隙之间的关系如图3-4 所示。图中, 横坐标为x/x1，x1称菲
涅尔半径（第一菲涅尔半径），且有
d1d 2 x1 d1 d 2
（3-4）
由图 3-4 可见，当横坐标 x/x1>0.5 时，则障碍物对直射波
的传播基本上没有影响。当x=0 时，TR直射线从障碍物顶点
擦过时，绕射损耗约为6 dB；当x<0时，TR直射线低于障碍 物顶点，损耗急剧增加。