第3讲 无线电波传播理论
《无线电波的发射、接收和传播》 讲义
《无线电波的发射、接收和传播》讲义一、无线电波的概述在我们生活的这个充满信息的世界里，无线电波扮演着至关重要的角色。
从手机通讯到广播电视，从卫星导航到无线局域网，无线电波无处不在。
那究竟什么是无线电波呢？无线电波是一种电磁波，其频率范围非常广泛，通常被划分为不同的频段。
它们能够在空间中传播，不需要任何有形的介质，这使得它们能够实现远距离的通信和信息传递。
二、无线电波的发射要实现无线电通信，首先要将信息加载到无线电波上并发射出去。
这就涉及到无线电波的发射过程。
无线电波的发射需要一个振荡器，它能够产生高频的交流电流。
这个交流电流通过天线时，会在天线周围产生变化的电磁场，从而向外辐射无线电波。
为了有效地发射无线电波，天线的长度和形状至关重要。
天线的长度通常与所发射无线电波的波长有关。
一般来说，天线的长度为无线电波波长的四分之一时，发射效果较好。
此外，发射的无线电波还需要进行调制。
调制就是把要传递的信息（比如声音、图像等）加载到无线电波上。
常见的调制方式有调幅和调频。
调幅是改变无线电波的振幅来表示信息，而调频则是改变无线电波的频率来表示信息。
在实际的发射系统中，还需要功率放大器来增强信号的强度，以确保信号能够传播到足够远的距离。
三、无线电波的传播无线电波在空间中的传播方式主要有地波传播、天波传播和空间波传播。
地波传播是指无线电波沿着地球表面传播。
这种传播方式适用于中波和长波，它们能够沿着地面绕过障碍物，传播距离较远，但信号容易受到地面吸收和干扰。
天波传播是无线电波被发射到高空的电离层后，被反射回地面的传播方式。
短波主要通过这种方式传播。
电离层的特性会随着时间和季节等因素发生变化，这可能导致信号的不稳定和衰落。
空间波传播则是指无线电波像光线一样直线传播。
这种传播方式适用于超短波和微波，常用于卫星通信、雷达等领域。
但由于是直线传播，其传播距离受到地球曲率的限制，需要通过中继站来延伸传播距离。
此外，无线电波在传播过程中还会受到衰减和干扰。
第三讲无线电通信电波传播特性
直接辐射波和地面反射波合起来称为地波。地波在传播的过程中 ，受到地面吸收损耗的影响，其强度随着距离的增加而逐渐减弱。 频率越高（即波长越短）损耗越大，衰减也越快。
• 无线电波----依靠自由空间传播的频率从几赫兹到 3000GHz范围内的电磁波。
• 电磁波----利用电能和磁能在空间相互转换而进行传播的波。电 磁波是一种物质。
正弦波是电磁波的最基本波形。
电磁波每秒传播的距离就是它的传播速度。在自由空间内，无 论电磁波波长是多少，它的传播速度都接近光速，大约为每 秒30万公里（3.0×108米/秒）。
10
3×1
0
-10 10 20
太阳噪 声 40 60 100 200 400 600 100
30× 3 1
30× 2
20100
MH
人为噪声的功率和频率的0 关系0
z
北京邮电大学培训中心
第二十七页，共82页。
f
22727
超短波传播的特点
主要传播方式由直线、绕射、反射、散射等构成， 因为受地形、建筑物、树木、移动车辆的影响较大，因 此比较复杂，由三大部分的损耗和衰落组成。
信号经过不同方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒 扩散，因而增加了信号带宽
23
第二十三页，共82页。
中波
• 频率f：0.3 － 3 MHz
• 波长 ：1000 － 100m
• 主要沿地（海平面）绕射 • 又称地波（Ground Wave）
短波
频率f：3 － 30 MHz 波长 ：100 － 10m
《无线传播理论》PPT课件
振 子
电场
磁场
Page 5
电场 电波传输方向
磁场
电场
基本原理－电磁波的传播
• 池塘中的波纹：能量从源点向四周传播，并逐渐减弱 • 电磁波的传播与此类似，不同之处（当辐射源是各向同性的理想点源时）：
– 在三维空间以球面波的形式传播 – 传播介质不同，空气、障碍物、反射物
Page 6
基本原理－传播途径
• 空间分集
– 采用主、分集天线接收。主、分集天线的接收信号 不具有同时衰减的特性。基站接收机对一定时间范 围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的 形式。
• 极化分集 • 频率分集
– GSM体制采用跳频 – CDMA体制采用扩频技术
Page 13
电波时延扩展
• 起源于反射，主要指到达接收机的主信号和其他多径信号在空间传输时间 差异而带来的同频干扰问题，当多径信号不能被接收机区分时就产生同信 道干扰（CCI），
Page 9
无线传播环境
•电波传播受地形结构和人为环境的影响， 无线传播环境直接决定传播模型的选取。 影响环境的主要因素：
– 自然地形（高山、丘陵、平原、水域） – 人工建筑的数量、分布、材料特性 – 该区域植被特征 – 天气状况
Page 10
地形分类
T
•准平滑地形
表面起伏平缓，起伏高度小于等于20
Classification
Extremely Low Frequency Voice Frequency
Very-low Frequency Low Frequency
Medium Frequency High Frequency
Very High Frequency Ultra High Frequency Super High Frequency Extremely High Frequency
无线电波的传播机制
接收天线获取的电波功率：
PR = SAR AR与GR关系为：
λ2 AR 4π GR
λ2/4π为各向同性天线的有效面积。
可以得到：
PR
PTGTGR
λ 4πd
2
第2章 移动信道的传播特性
当GR = GT = 1时，
PR
PT
λ 4πd
2
自由空间传播损耗Lfs为
Lfs
PT PR
4πd λ
2
以dB计，得：
第2章 移动信道的传播特性
图2-6 惠更斯-菲涅尔原理
第2章 移动信道的传播特性
图2-7 菲涅尔区的概念
xn
nd1d2
d1 d2
第2章 移动信道的传播特性
（2）刃形绕射模型 当障碍物是单个物体，且障碍物的宽度与其高度
相比很小，称为刃形障碍物。
图2-8 障碍物与余隙
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第2章 移动信道的传播特性
由电磁场理论可知，若各向同性天线（亦称全向
天线或无方向性天线）的辐射功率为PT W，则距辐 射源d（单位m）处的电场有效值Eo为：
E0
磁场有效值H0为：
30PT (V / m) d
H0
30PT 120πd
d 2ht hr d
第2章 移动信道的传播特性
由路径差Δd 引起的附加相移Δφ为
2π d
式中，2π/λ称为传播相移常数。 这时接收场强E可表示为：
E E0 (1 R ej ) E0 (1 R ej() )
可见，直射波与地面反射波的合成场强将随反射 系数以及路径差的变化而变化，有时会同相相加，有 时会反相抵消，这就造成了合成波的衰落现象。|R|越 接近于1，衰落就越严重 。
无线电波传播理论
电离层传播模型需要考虑电离层 的结构、成分、电子密度等参数 ，以及电离层对电波的吸收和反 射等作用。
地面对无线电波的吸收
地面对无线电波的吸收是指电波在传 播过程中，由于地面物质的吸收作用 而导致的能量损耗。
VS
地面对无线电波的吸收与地面的物质 成分、湿度、温度等因素有关，不同 的地面类型对电波的吸收程度不同。
对流层传播模型
对流层传播模型适用于电波在对流层中的传播，由于对流层的气象条件复杂多变，电波传播受到大气 折射、散射、吸收等因素影响。
对流层传播模型需要考虑大气温度、湿度、气压等参数，以及气象条件对电波传播的影响。
电离层传播模型
01
电离层传播模型适用于电波在电 离层中的传播，电离层对电波的 折射、反射、散射等作用会影响 电波的传播路径和强度。
、雷达等领域。
无线电波的产生与传播
产生
无线电波可以通过电子运动、振荡器 、天线等设备产生。
传播
无线电波在传播过程中会受到多种因 素的影响，如大气、地形、建筑物等 ，其传播方式和距离也会因此而有所 不同。
02 无线电波传播方式
直射传播
直射传播是指无线电波直接从发射天线沿直线到达接收设备 ，不经过其他介质或物体的反射、折射或散射。直射传播的 路径损耗较小，信号质量较好，但受地形、建筑物等遮挡物 的影响较大。
自由空间传播模型
自由空间传播模型适用于电波在自由 空间中的传播，其假设电波在均匀介 质中沿直线传播，不受地球曲率、大 气折射等因素影响。
自由空间传播模型的公式为：$d = frac{c}{2pi f sqrt{epsilon}}$，其中 $d$为电波传播距离，$c$为光速，$f$ 为电波频率，$epsilon$为介电常数。
无线电传播理论
视距传播对于导航信号而言是一种优秀的传播方式,获 得了非常广泛的应用。目前,民用航空所使用的绝大部分 导航系统,如VOR、DME、ILS、MLS、LRRA以及GNSS 等,均采用了这种传播方式。
4.三种传播方式特点的比较及导航信号的传播方式
导航信号的传播方式有三种。 ➢ 地波传播、 ➢ 视距传播、 ➢ 波导模传播（OMEGA系统）
图 地波传播（Ground-Wave Propagation）
地波传播的优点和缺点可以看出,地波传播是适合传播导航 信号的,但对于要求苛刻的航空用户而言,相比于视距传播, 地波传播并不是一种优秀的传播方式。采用地波传播的导 航系统主要有奥米加导航系统、罗兰-A和罗兰-C以及 ADF-NDB,但对于民用航空使用的奥米加导航系统和ADFNDB来讲,ICAO已在20世纪90年代停止使用奥米加导航系 统,ADF-NDB尽管还在使用,但只能作为辅助导航系统。
2.天波传播（Ionospheric Propagation）
天波传播是指电波由发射天线向高空辐射,在高空被电离 层连续折射或散射而返回地面接收点的传播方式,有时也 称为电离层电波传播,如图2-x所示。长、中、短波都可 以利用电离层反射传播,但以短波为主。
电离层是地球高空大气层的一部分,高度从60km一直 延伸到1000km左右。在此范围内,主要由于太阳的紫 外辐射和高能微粒辐射,也受其他星体紫外辐射的影响, 使大气分子部分游离,形成了自由电子、正负离子和中 性分子、原子等组成的等离子体。
3.视距传播（Direct-Wave Propagation）
视距传播是指在发射天线和接收天线之间能相互“看 见”的距离内,电波直接从发射点传播到接收点的一种传 播方式,也常称为直达波传播,如图2-x所示。这种传播方 式主要发生在甚高频(VHF)以及VHF以上各频段信号的 传播。
《无线电波的发射、接收和传播》 讲义
《无线电波的发射、接收和传播》讲义一、无线电波的概述在我们的日常生活中，无线电波无处不在。
从手机通信到广播电视，从卫星导航到无线局域网，无线电波在信息传递中扮演着至关重要的角色。
那么，什么是无线电波呢？无线电波是一种电磁波，其频率范围非常广泛，从低频的几千赫兹到高频的几十亿赫兹。
它们能够在自由空间中传播，不需要像电线那样的物理连接就能传递信息。
二、无线电波的发射要实现无线电通信，首先需要发射无线电波。
无线电波的发射主要依靠天线和发射机。
天线是发射和接收无线电波的重要设备。
发射时，电流通过天线，产生变化的电磁场，从而向周围空间辐射出无线电波。
天线的形状和尺寸会影响发射的效率和方向性。
发射机则负责产生高频振荡电流。
这个电流具有特定的频率和功率，决定了发射的无线电波的特征。
为了有效地发射无线电波，发射机通常会对信号进行调制。
调制就是把要传递的信息加载到高频载波上。
常见的调制方式有调幅（AM）和调频（FM）。
调幅是使载波的振幅随信号变化，而调频则是使载波的频率随信号变化。
经过调制后的信号，能够携带更多的信息，并且更适合在空间中传播。
三、无线电波的传播无线电波在空间中的传播方式主要有地波传播、天波传播和直线传播三种。
地波传播是指无线电波沿着地球表面传播。
这种传播方式适合频率较低的无线电波，如长波和中波。
地波传播比较稳定，但传播距离有限，且容易受到地面障碍物和地球曲率的影响。
天波传播是指无线电波被发射到高空的电离层，然后被反射回地面。
这种传播方式适合中波和短波。
电离层是地球大气层中的一个区域，其中存在大量的自由电子和离子，能够反射无线电波。
但电离层的状态会随时间和季节变化，导致天波传播的稳定性较差。
直线传播是指无线电波以直线的方式传播。
这种传播方式适合频率较高的无线电波，如超短波和微波。
直线传播的信号强度随距离的增加而迅速衰减，因此需要通过中继站来延长传播距离。
此外，无线电波在传播过程中还会受到各种因素的影响，如大气衰减、障碍物阻挡、多径传播等。
无线电波传播基础理论
•
共站址的方法实现有效的室外覆盖。 同时也要求GSM900实现良好的室内覆盖
Location probablity GSM1800 Location probablity GSM900
100 95
90
Location Probablity %
85
80
75
70
65
60
55
50
-7 0
-7 4
-7 8
-8 2
rule-of-thumb: +3 dB = factor 2 +7 dB = factor 5 +10 dB = factor 10
1.3 dB概念的介绍
• Power • Voltages
P dB 10 log P0
[ Plin. ] 10
P ( dB )
10
E dB 20 log E0
1.1 研究电波传播特性的必要性
• 无线电波传播特性的研究和了解是移动通信网络规划和建设的基础,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。 • 无线电波传播与工作频率有关，如450MHz、900MHz和1800MHz的 电波传播特性差别很大； • 无线电波传播特性与各区域的电波传播环境有关，确定某一特定地区 的传播环境的主要因素有： 自然地形（高山、丘陵、平原、水域等） 人工建筑的数量、高度、分布和材料特性 该地区的植被特征 天气状况 自然和人为的电磁噪声状况 • 另外，无线电波传播还受到移动台运动因素的影响。静止的移动台与 高速运动的移动台的传播特性也大不相同。 • 电波传播具有可逆性，即电波从A点传播到B点所经历的损耗和衰减同 电波从B点传播到A点所经历的是一样的。
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。
无线电波传播的基础知识.课件
无线电波在传播过程中会受到介质的吸收作用，导致能量逐渐衰减。不同的介质 具有不同的衰减系数，因此会影响无线电波的传播距离和信号强度。
04
无线电波的应用领域
通信领域
无线电波在通信领域有着广泛的应用，包括长波通信、中波 通信、短波通信、微波通信等。
长波通信主要用于海底电缆、大地导电等场合，中波通信主 要用于广播、导航等，短波通信主要用于远程通信、广播、 电视等，而微波通信则主要用于现代移动通信、卫星通信等 。
01
02
03
04
无线电波可以在各种介质中传 播，包括空气、水、土壤等。
无线电波的传播速度等于光速 ，不受介质影响。
无线电波的传播距离受发射功 率、天线高度、频率等因素影
响。
无线电波易受到干扰，如其他 电磁波、雷电等。
02
无线电波的传播介质
电离层
01
电离层概述
电离层是地球大气的一个区域，其中包含自由电子和离子。它对于长波
雷达领域
无线电波在雷达领域的应用主要包括 雷达测距、雷达测速和雷达测角等。
雷达通过发射无线电波并接收回波， 可以实现对目标物体的距离、速度、 角度等参数的测量，广泛应用于军事 、航空、气象等领域。
导航领域
01
无线电波在导航领域的应用主要 包括航海导航、航空导航和卫星 导航等。
02
航海导航主要利用长波和超长波 ，航空导航主要利用中波和短波 ，而卫星导航则主要利用微波无 线电波进行定位和导航。
信号相对稳定，但易受到干扰。
无线电波的分类
短波：频率在30-300MHz之间，波长在10-1m之间。 主要用于短距离通信和广播。
信号传输稳定，但传输速率较慢。
无线电波的分类
人教版高中物理选修3-4课件《13.4无线电波的发射、传播和接收》
调制
调频 调幅
调制 方法一：调幅AM
调制 方法二：调频FM
3、发射过程:
⑴调制：在电磁波发射技术中，使电磁波随各种 信号而改变叫调制。
⑵调频：使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅； 使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频．
调幅广播(AM)：中波和短波波段； 调频广播(FM)：微波（甚高频和超高频波段）
2）使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调 谐的接收电路叫做调谐电路。
3）检波：从接收到的高频振荡中“检”出所携带的 信号，叫做检波，它是调制的逆过程，因此也叫解 调。
高中物理课件
灿若寒星整理制作
§3.4无线电波的发射、传播和接收
无线电波的波段分布（根据：波长/频率）
一、无线电波的传播方式：
长波
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
短波
微波
微波
问题讨论:
为什么不同波段的无线电电波采用 不同的传播方式?
长波
长波: 波长较长，容易产生衍射现象。 长波在地面传播时能绕过障碍物 （大山、高大建筑物……）
短波
长波容易被电离层吸收； 短波容易被电离层反射； 微波容易穿过电离层。
微波
微波:频率很高；直线传播。
微波
中国试验通信卫星“东方红2号” 中国实用通信广播卫星
二、无线电波的发射与接收:
发射端
接收端
二、无线电波的发射
怎样才能有效的将电磁波发射出去？ 1、振荡电路产生的电场、磁场必须分布到广大开放 空间。“开放电路” 2、要有足够高的振荡频率。
三、无线电波的接收：
选台（电谐振） 调谐
接收电路
在无线电技术中，用天线和地线组成的接收 电路来接收电磁波．
接收
《无线电波的发射、接收和传播》 讲义
《无线电波的发射、接收和传播》讲义一、无线电波的发现与发展在我们生活的这个充满信息的时代，无线电波扮演着至关重要的角色。
从手机通信到广播电视，从卫星导航到无线网络，无线电波无处不在，为我们的生活带来了极大的便利。
但你是否知道无线电波是如何被发现和发展的呢？早在 19 世纪，英国物理学家麦克斯韦就从理论上预言了电磁波的存在。
而后，德国物理学家赫兹通过实验成功地证实了电磁波的存在，并测量了电磁波的波长和频率，为无线电技术的发展奠定了基础。
随着时间的推移，科学家们不断地探索和研究，无线电技术得到了迅猛的发展。
从最初的简单无线电通信，到如今的复杂的无线通信网络，无线电波的应用领域不断扩大，技术也越来越先进。
二、无线电波的发射要实现无线电通信，首先要将需要传输的信息加载到无线电波上进行发射。
那么，无线电波是如何发射出去的呢？无线电波的发射需要一个发射机，它主要由振荡器、放大器和天线组成。
振荡器产生高频振荡电流，这就是我们所说的载波。
而要传输的信息，比如声音、图像或数据，通过调制器加载到载波上，使载波的某些特性（如振幅、频率或相位）随着信息的变化而变化。
其中，常见的调制方式有调幅（AM）和调频（FM）。
调幅是使载波的振幅随着信息信号的变化而变化，而调频则是使载波的频率随着信息信号的变化而变化。
天线是将调制后的无线电波发射出去的重要部件。
天线的形状和尺寸会影响无线电波的发射方向和强度。
为了增强发射效果，有时会使用定向天线，将无线电波集中向特定的方向发射。
三、无线电波的传播无线电波发射出去后，就会在空间中传播。
那么，它们是如何传播的呢？无线电波的传播方式主要有地波传播、天波传播和空间波传播。
地波传播是指无线电波沿着地球表面传播。
这种传播方式适合中波和长波，因为它们的波长较长，能够绕过障碍物，并且在地面上的衰减较小。
例如，一些中波广播电台就是通过地波传播来覆盖较大的区域。
天波传播是指无线电波通过电离层的反射和折射进行传播。
无线电波传播基础理论-PPT文档资料27页
Location P robablity %
-70 -74 -78 -82 -86 -90 -94 -98 -102 -106 -110
1.8 传播模型
• 总体而言GSM1800MHz频段的覆盖比GSM900M频段要差一些：
– Okumura – Hata公式中GSM1800M频段的路径损耗比GSM900M频段大
9.79dB
– 功率预算中GSM1800M频段MS发射功率比GSM900M频段小3dB(各自 分别为30dBm和33dBm）
– 50m长 7/8” 电缆损耗差值为0.97dB – GSM1800与GSM900相比较，所有以上各项给出了 13.77 dB差值 • 但实际的场强测量和1800M频段的模型校正发现平均差值并没有这么大 – 通常 Okumura – Hata模型1800M频段的修正因子比900M频段小3～6dB。
1.1 研究电波传播特性的必要性
• 无线电波传播特性的研究和了解是移动通信网络规划和建设的基础,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。
• 无线电波传播与工作频率有关，如450MHz、900MHz和1800MHz的电 波传播特性差别很大；
1805-1850MHz(BS)
CDMA
825-835MHz (MS) 870-880MHz (BS)
由上表可以看出移动通信频段位于UHF频段范围内，是以空 间波的方式进行传输的。
1.3 dB概念的介绍
• Calculations in dB (deci-Bel) • logarithm ic, relative scale
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ε μ
E2
θ θ E1
WdBm XdBm
穿透损耗=X-W=B dB
电磁波穿透墙体的反射和折射
物体阻挡/穿透损耗为：
隔墙阻挡：5～20dB
楼层阻挡：＞20dB，
室内损耗值是楼层高度的函数，-1.9dB/层
家具和其它障碍物的阻挡： 2～15dB
厚玻璃： 6～10dB
火车车厢的穿透损耗为：15～30dB
基本原理－传播路径
①建筑物反射波 ②绕射波 ③直达波 ④地面反射波
在一个典型的蜂窝移动通信环境中，在蜂窝基站与
移动台之间的通信不是通过直达路径，而是通过许多其
他路径完成的。
无线电波以视距内直射波、反射波和散射为主要传
播方式，大部分情况是移动台附近散射体产生的多个反
射波。这些经过不同传播路径到达接收机的信号将具有
3.3无线电波传播模型
无线传播模型是计算电磁波在传播过程中的传播损耗
的数学模型。
传播模型是十分重要的，是移动通信网规划的基础。
无线电波的传播模型就是通过实际的测量，并借助计 算机，对不同区域的测量结果进行曲线拟合，最终勾 勒出电波在不同地形条件的传播公式。
传播模型的准确与否关系到小区规划是否合理，运营
号，在接收端对不同频率的信号进行合成，利用不同频
率的无线载波的不同路径减少或消除衰落的影响。
由于频率资源的限制，在移动通信系统中一般不
采用这种分集技术。
抗多径衰落技术—分集接收
分集的含义 ������ 接收机对多个携带同一信息且衰落特性相互独立 的接收信号处理后达到克服多径衰落的目的
两种处理方法：
无线传播环境十分复杂，传播方式多种多样，几乎 包括了电波传播的所有过程，如：直射、绕射、反射、 散射。 直射： 直射是无线电波在自由空间传播的方式。自由空间 是一个理想的无限大的空间，是为了减化问题的研究而 提出的一种科学的抽象。在自由空间的传播衰落不考虑 其它衰落因素，仅考虑由能量的扩散而引起的损耗。
由上表可以看出移动通信频段位于UHF频段范围内。
在不同的频段内的频率具有不同的传播特性：
• 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。 移动通信系统选择的UHF频段与其他频段相比，在 覆盖效果和容量之间折衷的比较好。随着人们对移动通 信的需求越来越多，需要的容量越来越大，移动通信系 统必然要向高频段发展。
根据接收信号场强变化的作用时间，无线电波在无 线空间中传输时经历的衰落分为2类损耗: 慢衰落——接收信号强度下降，但该场强中值随地理 改变变化缓慢，故称慢衰落。又称为阴影衰落。 快衰落——在足够短的时间间隔内接收信号强度的快 速变化，并且合成波的振幅和相位随移动台的运动起 伏变化很大 ，称为快衰落。
为了对抗多径传播而引起的衰落，移动通信采用分 集接收技术。
分集接收：是指接收端对它接收到的多个衰落特性相互 独立（携带同一信息）的信号进行特定的处理，以降 低信号电平起伏的办法。
分集的含义：一是分散传输，使接收端能够获得多个统 计独立的、携带同一信息的衰落信号；二是集中处理， 即接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并 （包括选择与组合）以降低衰落的影响。
时间分集
采用一定的时延来发送同一消息或者在系统所能 承受的时延范围内在不同的时间内发送消息的一部分 。 时间分集的弊病是导致信道容量能离减少，因为 相同的码组被发射几次，而不管传输信道的信能如何。 在移动通信系统中，交织与纠错编码就是一种有 效和实用的时间分集方法。
频率分集
频率分集是指用两个以上的频率同时传送一个信
空间分集
在空间设立两副接收天线，独立地接收同一信号，
再合并输出，衰落的程度能被大大地减小。
两天线间隔距离越大，多径传播的差异就越大，所
接收场强的相关性就越小。所谓相关性是指信号间相似
的程度。
空间分集是GSM数字移动通信系统中最常用的一种
分集方法。
极化分集
由于移动台的小型化，对移动台接收采用空间分集
选择信噪比最大的信号
最大比率合并信号（同相和加权方式）
1 G1
切换逻辑或解 调器
2
G2
m 天线
Gm 可变增益
空间分集
信道均衡——克服码间干扰
自适应均衡器
yk Z
1 -
yk+1
Z
1
-
yk+2
Z
1
-
yk+N
W0k
W1k
W2k
WNk
dk ∑
dk
自适应算法
ek
∑
xk
检测器
多普勒频移
多普勒频移：由于波源和接收者之间存在着相互运动而造 成接收者接收到的频率和波源发出的频率之间发生变化。 快速运动的移动台会产生多普勒频移现象，这是因为 在移动台高速运动时接收和发送信号将导致信号频率发生 偏移而引起的干扰。接收机收到的信号频率将与发射机发 出的信号频率之间产生一个差值。
第三章 无线电波传播 理论
参考书目：
樊昌信.《通信原理》
马玉珉.《通信系统理论》
闻映红.《天线与电波传播理论》 马华兴.《传播模型优化的研究》
主要内容： 3.1 无线电波传播机制 3.2 无线电波衰落特性 3.3 无线电波传播模型
3.1无线电波传播机制 无线电波传播特性的研究和了解是移动通信 网络规划和建设的基础,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。
绕射损耗
特点： –电磁波在绕射点四处扩散 –绕射波函盖除障碍物外的所有方向 –扩散损耗最为严重 –计算公式复杂，随不同绕射常数变化
建筑物穿透损耗
室内信号取决于建筑物的穿透损耗 室内窗口处与室内中部信号差别较大 建筑物材质对穿透损耗影响较大 电磁波的入射角对穿透损耗影响较大
w1 ε 0μ 0 d D w2 ε 0μ 0
根据接收信号场强变化的大小，无线电波在无线空
间中传输时经历的衰落分为3类损耗:
大尺度衰落——描述由距离引起的信号的衰减，大尺度
区间（数百或千米）内接收信号强度随发射接收距离变 化的特性 中尺度衰落——中等尺度区间（数百波长）内接收信号 强度中值的慢速变化特性 小尺度衰落——小尺度区间（数十波长）内接收信号场 强瞬时值的快速变化特性
电梯的穿透损耗： 30dB左右
茂密树叶损耗：10dB
阴影衰落（慢衰落）：
它是由于电波传播路径上的障碍物的阻挡而产生的 损耗。当电波传播路径上遇到高大建筑物、树林、地形起 伏等障碍物的阻挡，就会产生电磁场的阴影。这种衰落变 化率较慢，服从对数正态分布，又称为慢衰落。
多径衰落（快衰落）：
无线电波通过反射、绕射和散射等传播途径建立收 发的无线链路，接收处合成波的幅度和相位随移动台的运 动产生很大的起伏变化。这种由于多径传播引起的衰落称 为多径衰落或快衰落，服从瑞利分布。
在蜂窝环境中有两种影响：第一种是多径，从建筑物 表面或其他物体反射、散射而产生的短期衰落；第二种是 直接可见路径产生的主要信号强度的缓慢变化，即长期场 强变化。信道工作于符合瑞利分布的快衰落并叠加有信号 幅度满足对数正态分布的慢衰落。
传播损耗－自由空间传播损耗
自由空间的传播损耗可以由下式表示：
L p 32.4 20log(f MHz ) 20log( d km )
高速技术---AFC自动频率校正
问题: 高速引起无线频率偏移---多普勒频移 解决: 自动频率矫正技术可以有效克服频率偏移，确保无线链路质量 支持最高速度: 超过500km/h 适用业务：语音、CSD、GPRS
f：接收频率 v：速度
fc：工作频率 λ ：波长
fd：多普勒频移 θ ：夹角
传播损耗－反射损耗
地面性质 等效地面反射 系数 反射损耗 （dB） 水面 0.9～1 稻田 0.6～0.8 田野 0.3～0.5 城市、山地 、森林 0.1～0.2
0～1
2～4
6～10
14～20
传播损耗－其他传播损耗
绕射损耗
T
T R R
穿透损耗
在分析山区或者城市中摩天大楼密布的密集市区的传 输损耗时，通常还要分析绕射损耗和穿透损耗。一般室内 的电波分量是穿透分量和绕射分量的叠加。
一般比较困难，在固定基站上采用大距离的空间分集也
不可能总行得通。 把两副接收天线的极化方向互成一定的角度进行接 收，可以获得较好的分集效果 。极化分集可以把两副天
线集成在一副天线内实现，这样对于一个小区只需一副
发送天线和接收天线即可，如果采用双工器，则只需一 副收发合一的天线，大大减少了天线的数量。
其中f为频率(MHz)，d为距离(km)。上式与距离d成 反比，当距离增加一倍时，自由空间的路径损耗增加6dB 。同时，减小波长提高频率也会使路径损耗增大。当已知 频率f还可以简化上式： L p L0 10 log( d km ) γ 称为路径损耗倾斜因子。在实际蜂窝环境中，随着 环境的不同γ 的取值范围在2～6之间变化。
移动通信中频段的划分为：
GSM CDMA ê ±× ¼ GSM900² ¨¶ Î 1800² ¨¶ Î 890-915MHz(MS) 1710-1755MHz(MS) 935-960MHz(BS) 1805-1850MHz(BS) 825-835MHz (MS) µÂ Æ Ê· ¶Î § 870-880MHz (BS) ©Õ À ¹ GSM² ¨¶ Î 885-915MHz(MS) 930-960MHz(BS) ¼Ê õ