移动通信第三章移动信道的传播特性

3.1 电波传播特性
•3. 障碍物的影响与绕射损耗 • 电波的直射路径上存在各种障碍物， 由障碍物引起 的附加传播损耗称为绕射损耗。 • 图中， x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离， 称为 菲涅尔余隙。 规定阻挡时余隙为负无阻挡时余隙为正。
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移动通信第三章移动信道的传播特性
3.1 电波传播特性 •由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系如图
•b 郊区：在靠近移动台近处有些障碍物但不 稠密。
•c 市区：由较密集的建筑物和高层楼房。
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移动通信第三章移动信道的传播特性
3.3 陆地移动信道的传输损耗
•二. 电波传播损耗的估算
• 思想：以中等起伏地市区的传播损耗为基准， 任意地形地物坏境的传播损耗根据具体的地形地 物环境，以相应的地形地物坏境的修正因子加以 修正。
3.2 移动信道的特征
•二. 信号衰落
• 在陆地移动通信中， 移动台往往受到各种障碍物和 其它移动体的影响， 以致到达移动台的信号是来自不同传 播路径的信号之和。
• 移动通信接收点所接收到的信号场强是随机起伏变化 的，这种随机起伏变化称为衰落。
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3.2 移动信道的特征
向行进， 只是地球的实际半径R0(6.37×106m)变成 了等效半径Re， Re与R0之间的关系为：
•式中， k称作地球等效半径系数。
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3.1 电波传播特性
•2. 视距传播距离
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•在标准大气折射情况下， Re=8500km, 故
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3.1 电波传播特性
例 3 - 1 ：设图 3 - 3(a)所示的传播路径中， 菲涅尔余
隙x=-82m, d1=5km, d2=10km, 工作频率为150MHz。
试 求出电波传播损耗。
解： 先由式(3 - 13)求出自由空间传播的损耗Lfs为：
• ［Lfs］ = 32.44+20lg(5+10)+20lg 150 = 99.5dB • 由式(3 - 21)求第一菲涅尔区半径x1为 ：
• 特点：从对众多城市的电波实测中得出的一种小区 域覆盖范围内的电波损耗模式。
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3.4 噪声与干扰
•3.4 噪声与干 扰
•一. 噪声的分类与特性
1) 内部噪声 2•) 自然噪声 3) 人为噪声
•外部噪声
1) 大气噪声 2) 太阳噪声 3) 银河噪声 4) 郊区人为噪声 5) 市区人为噪声 6) 典型接收机的
• 图中， t是相对时延值； E(t)为归一化的时延强度曲线， 它是以不同时延信号强度所构成的时延谱， 也有人称之为多径 散布谱。
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3.2 移动信道的特征
• E(t)的一阶矩为平均多径时延 ； E(t)的均方根为多径 时延散布(简称时散)， 常称作时延扩展， 记作Δ。 可按以下 公式计算 和Δ：
3.3 陆地移动信道的传输损耗
•4. 接收信号功率的估算
• 1）中等起伏地市区中接收信号的功率中值Pp
• 式中：
•P0为自由空间传播条件下的接收信号的功率，即
•（PT ——发射机送至天线的发射功率；λ——工作波长； d——收发天线间的 距离；Gb——基站天线增益；Gm——移动台天线增益。）
•Am(f, d)是中等起伏地市区的基本损耗中值，即假定自由空间损耗为0 dB， 基站天线高度为200m, 移动台天线高度为3 m的情况下得到的损耗中值， 它可由图 3-23 求出。 •Hb(hb, d)是基站天线高度增益因子，它是以基站天线高度200m为基准得 到的相对增益，其值可由图3-24(a)求出。
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移动通信第三章移动信道的传播特性
•1) 中等起伏地形上传播损耗的中值 •A）市区传播损耗的中值
•Lfs：自由空间传播损耗；Am(f,d)：中等起伏地上市区的基本损耗中值； • 在基准天线高度情况下测得的以自由空间的传播损耗为0dB的相对值. • 基准天线高度: hb＝200m，hm＝3m， •Hb(hb,d)：基站天线高度增益因子；Hm(hm,f)：移动台天线高度增益因子；
• 由图 3 - 4 查得附加损耗(x/x1≈-1)为16.5dB, 因此电波 传播的损耗L为：［L］ = ［Lfs］+16.5 = 116.0dB
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3.1 电波传播特性 •4. 反射波
• 由发射点T发出的电波分别经过直射线(TR)与地面 反射路径(ToR)到达接收点R，接收场强E可表示为：
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3.1 电波传播特性
• 二. 自由空间传播损耗 • 对于移动通信系统而言，自由空间传播损耗 Lfs与传播距离d和工作频率f有关，可定义为：
•式中：d为距离，其单位为km；
•
f为频率，单位为Mhz。
•结论：传播距离d越远，自由空间传播损耗Lfs越大；当 传播距离d加大一倍，自由空间传播损耗Lfs就增加6dB； 工作频率f越高，自由空间传播损耗Lfs越大，当工作频 率f提高一倍，自由空间传播损耗Lfs就增大6dB。
•b 不规则地形：形如丘陵、孤立山岳、斜破 和水绿混合地形等统称为不规则地形。
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3.3 陆地移动信道的传输损耗
•2. 地物（或地区）分类 • 不同地物环境其传播环境条件不同，按照地 物的密集程度不同可分为三类地区：
•a 开阔地：在电波传播的路径上无高大树木、 建筑物，呈开阔状地面，或在400m内没有 任何阻挡物的场地。
移动通信第三章移动信 道的传播特性
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2020/11/24
移动通信第三章移动信道的传播特性
目录
•3.1 电波传播特性 •3.2 移动信道的特征 •3.3 陆地移动信道的传输损耗 •3.4 噪声与干扰
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移动通信第三章移动信道的传播特性
3.1 电波传播特性
•3.1 电波传播特性 一. 电波传播特性 二. 1. 自由空间传播损耗 三. 2. 阴影衰落 四. 3. 多径衰落 五. 4. 存在多普勒效应
•地形地区修正因子KT一般可写成
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•（
•Kmr——郊区修正因子，可由图 3 - 26 •Qo、Qr——开阔地或准开阔地修正因子，可由图 3-27 求得； •得K；h、Khf——丘陵地修正因子及微小修正值，可由图 3- 28求
•Kjs——孤立山岳修正因子，可由图 3 - 29 •Ksp——斜坡地形修正因子，可由图 3 - 30 •KS——水陆混合路径修正因子，可由图 3移-动3通1信求第三得章移）动信道的传播特性
3.3 陆地移动信道的传输损耗
• 电波传播损耗预测模型：
•GSM900MHz：
• Hata-Okumura（奥村）电波传播衰减计算模式
• 特点：以平坦地形大城市区的中值场强或路径损耗 作为参考，对其他传播环境和地形条件等因素分别以校 正因子的形式进行修正。
•GSM1800MHz：
• Cost-231-Walfish-Ikegami电波传播衰减计算模 式
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移动通信第三章移动信道的传播特性
3.1 电波传播特性
•三. 电波的三种基本传播机制
1. 直射波：沿直线传播到达接收天线。
2. 反射波：发生于地球表面、建筑物和墙壁，电波传播 遇到比波长大得多的物体时发生反射。
3. 绕射波：当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的 边缘阻挡时发生绕射。绕射使得无线电信号绕地球表 面传播，能够传播到阻挡物后面。
• 多径衰落信号包络服从瑞利分布，是快衰落，局部 中值也在变化，其造成的衰落是慢衰落。
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3.2 移Βιβλιοθήκη Baidu信道的特征
• 还有一种随时间变化的慢衰落， 它也服从对数正态 分布。 这是由于大气折射率的平缓变化， 使得同一地点处 所收到的信号中值电平随时间作慢变化， 这种因气象条件 造成的慢衰落其变化速度更缓慢(其衰落周期常以小时甚至 天为量级计)， 因此常可忽略不计。
• 两相邻场强为最小值得频率间隔是与相对多径时延差
成反比，通常称为多径时散的相关带宽。若所传输的信号
带宽较宽，与多径时散的相关带宽Bc接近，则所传输的
信号会发生明显畸变。
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3.2 移动信道的特征 • 工程上， 对于角度调制信号， 相关带宽可按下式估算：
•地形地区修正因子KT一般可写成：
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•（
•Kmr——郊区修正因子，可由图 3 - 26 •Qo、Qr——开阔地或准开阔地修正因子，可由图 3-27 求得； •得K；h、Khf——丘陵地修正因子及微小修正值，可由图 3- 28求
•Kjs——孤立山岳修正因子，可由图 3 - 29 •Ksp——斜坡地形修正因子，可由图 3 - 30 •KS——水陆混合路径修正因子，可由图 3移-动3通1信求第三得章移）动信道的传播特性
•B）郊区和开阔地损耗的中值
•用相应的市区传播损耗中值减去修正因 子。
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3.3 陆地移动信道的传输损耗
•2）任意地形上传播损耗的中值
• 任意地形地区接收信号的功率中值是以中等起伏地市区传 播损耗LT为基础，减去地形地区修正因子KT，
•（式中， LT为中等起伏地市区传播损耗中值）
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3.2 移动信道的特征
•三. 多径时散与相关带宽
•1. 多径时散
• 假设基站发射 一个极短的脉冲信 号，经过多径信道 后， 移动台接收信 号呈现为一串脉冲， 结果使脉冲宽度被 展宽了。 这种因多 径传播造成信号时 间扩散的现象， 称 为多径时散。
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•Hm(hm, f)是移动天线高度增益因子，它是以移动台天线高度3m为基准 得到的相对增益，可由图324(b)求得
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3.3 陆地移动信道的传输损耗
•2）任意地形地区接收信号的功率中值Ppc
• 任意地形地区接收信号的功率中值是以中等起伏地市区接 收信号的功率中值PP为基础，加上地形地区修正因子KT，即
• 一般情况下，市区的时延比郊区大，说明市区的传播 条件更恶劣些。为了避免码间干扰，要求信号的传输速率 必须比1/Δ低得多。
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3.2 移动信道的特征
•2. 相关带宽
• 从频域观点而言， 多径时散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。 若信号带宽过 大， 就会引起严重的失真。
内部噪声
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4. 散射波：当电波穿行的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，发生散射。
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3.1 电波传播特性
•四. 大气中的电波传 播 •1. 大气折射
大气折射对电波传播的影响， 在工程上通常用
“地球等效半径”来表征， 即认为电波依然按直线方
移动通信第三章移动信道的传播特性
3.2 移动信道的特征
• 实际上， 各个脉冲幅度是随机变化的， 它们在时间上可以 互不交叠， 也可以相互交叠， 甚至随移动台周围散射体数目的 增加， 所接收到的一串离散脉冲将会变成有一定宽度的连续信 号脉冲。 根据统计测试结果， 移动通信中接收机接收到多径的 时延信号强度大致如图 3 - 16 所示。
•R为反射系数，Δψ为路径差引起的相移 。
• |R|为反射点上反射波场强与入射波场强的振幅比， ψ代表反射波相对于入射波的相移。
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3.2 移动信道的特征
•3.2 移动信道的特征 •一. 传播路径
•接收信号的场强由几种电波的矢量合成。
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•式中， Δ为时延扩展。
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3.3 陆地移动信道的传输损耗
•3.3 陆地移动信道的传输损耗
•一. 地形、地物对电波传播的影响
•1. 地形的分类与定义
•a 中等起伏地形：指传播路径的地形剖面图 上，地面起伏高度不超过20m，且起伏缓慢， 峰点与谷点之间的水平距离大于起伏高度。