中国移动通信电波传播特点与原理

❖ 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) 0r2e(r2 2 A 22)I0(A2r)
A0,r0 r0
设
A2
K(d)b10 lg22
(dB )
若 A0,K莱斯分布 瑞利分布
3.2 电波传播特性的估算（工程计算）
（a）负余隙
（b）正余隙
图3-3 菲涅尔余隙
❖ 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。其中x1称菲 涅尔半径（第一菲涅尔半径）。
❖ 结论：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6dB；当x<0时，TR 直射线低于障碍物顶点，损耗急剧增 加。
i(t)oi(t)
Ri (t)和 i (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，可以认为是缓慢变 化的随机过程 。
所以（3-8）式可写成：
n
n
R ( t )R i( t ) co i( t ) s co c t sR i( t ) sii( n t ) sic t n
2 描述短距离（几个波长）或短时间（秒 级）内的接收场强的快速波动的传播模 型。
3.1 VHF﹑UHF频段电波传播特性
❖ 当前陆地移动通信主要使用的频段VHF和 UHF, 即150MHz、450MHz、900MHz、 1800MHz。
❖ 其频率收发间隔分别为：5.7MHz 、 10MHz 、 45MHz 、 95MHz。
U(t) xc 2(t)xs 2(t)
(t) tg1 xc(t)
xs (t)
U (t ) 为合成波R(t)的包络； (t)为合成波R(t )的相位。
通常U (t )满足瑞利分布，相位 (t)满足均匀分布，R(t)可视 为一个窄带过程。
则：
P (r)r2ex p 2 r2 ( 2)
0r
P ()2 1
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：
dabc2hThR d
❖ 两路信号到达接收天线的时间差换算成相位差
3.1.3 绕射损耗
❖ 绕射：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。由阻挡表面产生的 二次波散布于空间，甚至于阻挡体的背面。
❖ 绕射损耗 ：各种障碍物对电波传输所引起的损 耗。
❖ 菲涅尔余隙 ：设障碍物与发射点、接收点的相 对位置如图3-3所示，图中x表示障碍物顶点P至 直线TR之间的垂直距离，在传播理论中x称为菲 涅尔余隙。
i 1
i 1
（3-9）
n
设： xc (t) Ri (t) cos i (t) i 1
n
xs (t) Ri (t) sin i (t) i 1
则（3-9）式可写为：
R ( t) x c ( t) co c ( t) s x s( t) sic ( t n )U (t)coc st [(t)]
设发射机发出的信号为： Acos ct
则接收机接收端收到的合成信号为：
n
R(t) R i(t)co sc[{ ti(t)]}
i 1
n
Ri(t)co{s[cti(t)]} i1
（3-8）
式中 Ri (t) 为第i条路径的接收信号； i (t ) 为第i条 路径的传输时间； i (t)为第i条路径的相位滞后，
0 2
由上式可得出瑞利衰落的一些特性：
均值为：
rmea n E[r] r
0
P (r)d r1.2
2
53
3
方差为：
r 2 E [ r 2 ] E 2 [ r ] 0 r 2 P ( r ) d r 2 2 2 ( 2 2 ) 0 .42 2
3.1.7 莱斯（Riceam）衰落分布
❖ 直射波传播损耗可看成自由空间的电波传播损耗:
L b 3 . s 4 2 2 l d 5 ( k g 0 ) 2 l m f ( M g 0 ) d
其中,d为距离(km),f为工作频率(MHz)。
3.1.2 视距传播的极限距离
❖ 视线所能到达的最远距离称为视线距离
d0。 ❖ 已知地球半径为R=6370km，设发射天
线和接收天线高度分别为hT和hR(单位
m)，理论上可得视距传播的极限距离为：
d 0 3 .5 (h 7 R ( m ) h T ( m ) ) ( k )m( 3 .2 )
Baidu Nhomakorabea
❖ 当考虑空气的不均匀性对电波传播轨 迹的影响后，等效为地球半径
R=8500km，可得修正后的视距传播的
极限距离：
d 0 4 .1 (h 2 R ( m )h T ( m ) ) ( k)m ( 3 .3 )
无线电波传播特点：
❖ 由移动所带来的随机性； ❖ 复杂的路径带来信号电平的衰耗； ❖ 移动台的速度也会对信号电平的衰落带来影
响。
传播模型的建立：
❖ 集中于给定范围内平均接收场强的预测， 和特定位置附近场强的变化。
❖ 分为大尺度传播模型和小尺度传播模型：
1 大尺度传播模型：描述发射机和接收机 之间（T-R）长距离（几百米或几千米） 上的场强变化的模型。
3.2.1 Egli.John.J. 场强计算公式
☆在实际中，由于移动通信的移动体在不停地 运动。计算绕射损耗中的x、x1的数值处于 变化中。
为： 0 T t2 2 d
(3.6)
图3-5 反射波和直射波
3.1.5 散射
❖ 散射：当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。
❖ 散射波产生于粗糙表面，小物体或其他不规 则物体。在实际的通信系统中，树叶、街道 标志和灯柱等会引发散射。
3.1.6 多径效应与瑞利型衰落特性
❖ 移动通信中传播的方式主要有直射波、反射 波、绕射波、散射波和地表面波等传播方式。
❖ 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为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
❖ 直射波传播 ：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。