移动通信信道的电波传播2
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第2章 移动通信信道的电波传播
引言：
移动通信的首要问题就是研究电波的传播特性，掌握移动通信 电波传播特性对移动通信无线传输技术的研究、开发和移动通 信的系统设计具有十分重要的意义。
对移动无线电波传播特性的研究就是对移动信道特性的研究。 移动信道的基本特性就是衰落特性,包括大尺度衰落和小尺度衰 落。这种衰落特性取决于无线电波的传播环境，不同的传播环 境，其传播特性也不尽相同。而传播环境的复杂，就导致了移 动信道特性十分复杂。
2.1.2 HF、UHF频段的电波传播特性
当前陆地移动通信主要使用的频段为VHF和UHF，即 150MHz，450MHz、900MHz和1800MHz。
为何移动通信通信主要使用VHF和UHF频段？
1、VHF/UHF频段适合于移动通信： 从VHF/UHF频段电波 的传播特性来看，主要是视距范围内，一般为几十公里，而 大部分车辆的日常移动半径在几十公里范围内，因此，这个 频段适合于移动通信。
2.1.1 电波传播方式及特点 电磁波从发射机发出，传播到接收天线，可以有
不同的传播方式，主要的传播方式四种:
电离层
地球面
地波传播：是一种沿着地球表面传播的电磁波，称为地面波或 表面波传播，简称地表波。
天波传播：电波向天空辐射并经电离层反射回到地面的传播方 式称为天波传播，也称电离层传播。
直射波传播：电波从发射天线直射到接收天线的传播方式，称 为直射波传播，有时也称视距传播或视线传播，其信号最强。
传播距离有限。
信号是直射波、 反射波和绕射波
的矢量合成．
图2-1 典型的移动信道电波传播路径
2.2 自由空间电波传播
自由空间电波传播是指天线周围为无限大真空时的电波传 播，它是理想传播条件。
电波在自由空间传播时，可以认为是直射波传播，其能量 既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。
物体的无穷大空间）中，若此天线无方向性，辐射功率为Pr瓦， 则距辐射天线d米处的电场强度E0为：
E0
30 PT d
（V/m）
（2-1）
式(2-1)表明，电场强度与传播距离成反比，这种随着传播距 离的增加而电场强度逐渐减弱的现象，完全是由电波在自由空 间中能量的扩散而引起的。
实际情况下，电磁波在大气中传播时，会遇到各种有损耗的介 质、导体或半导体，因而损耗了一部分能量。这种现象叫做电 磁波能量吸收。因此当考虑了电波吸收后，空间任一点场强的 大小将小于(2-1)式的值。
sin 1 v1 2 sin 2 v2 1
（2-2）
上式中，v1、v2分别为电波在媒质1和媒质2中的传播速度，和
是媒质1和媒质2的介电常数。
因此，当两种媒质的介电常数相差越大时，电波在它们中传播 速度相差也就越大，引起的电波传播方向的变化也就越大。
4. 电波的干涉
由同一波源所产生的电磁波，经过不同的路径到达某接收点， 则该接收点的场强由不同路径来的电波合成。这种现象称为波 的干涉，也称作多径效应。
本章主要介绍了移动通信电波传播的基本概念和原理，并介 绍了常用的几种传播预测模型。首先介绍了电波传播的基本特 性，在此基础上讲解了影响电波传播的三种基本的机制反射、 绕射和散射。然后较详细地论述了移动无线信道及其特性参数。 最后将在介绍主要的用于无线网络工程设计的无线传播损耗预 测模型。同时，还给出了传播模型校正的例子 。
散射传播：这种传播主要是由于电磁波投射到大气层（如对流 层）中的不均匀气团时产生散射，其中一部分电磁波到达接收 地点。其信号最弱。
电磁波的波长不同，传播方式与特点也不一样。但电磁波在传 播过程中有些特性，主要有下列几点：
1. 电波在均匀媒质中沿直线传播
一般辐射到空间的电磁波都是球面波，即以场源为中心的球面 上电场的大小、相位都相同。但是当我们仅考虑离开场源很远 的一小部分空间范围内的波面时，可以近似地看成均匀平面波。 在均匀媒质中，电波的各射线的传播速度相同，传播过程中各 射线互相平行，电磁场方向不变，所以传播方向不变，即按原 先的方向直线向前传播。
2、天线长度决定波长，这个频段信号发射和接收时，所使 用 的无线较短便于移动。
3、抗干扰能力强：VHF/UHF频段，可以使用较小的发射功 率获得及爱好的信噪比。
2.1.2 VHF、UHF频段的电波传播特性
移动通信中的传播方式主要有直射波、反射波、地表面波等
传播方式，由于地表面波的传播损耗随着频到率达的接增收高天线而的增大，
合成电场强度与各射线电场的相位有密切关系，当它们同相位 时，合成场强最大；当它们反相时，合成场强最小。所以当接 收点不同时，合成场强也是变化的。
5.绕射现象
电波在传播过程中有一定绕过障碍物的能力，这种现象称为 绕射。由于平面波有一定的绕射能力，所以能够绕过高低不平 的地面或有一定高度的障碍物，然后到达接收点。这也就是在 障碍物后面有时仍能收到无线电信号的原因。电波的绕射能力 与电波的波长有关，波长越长，绕射能力越强，波长越短，则 绕射能力越弱。
要求
理解电波传播的基本特性 了解三种电波传播的机制 掌握握自由空间和阴影衰落的概念 掌握多径衰落的特性和多普勒频移 掌握多径信道的统计分析及多径信道的分类 掌握多径衰落信道的特征量的概念和计算 理解传播损耗和传播预测模型的基本概念，理解几种典型
模型 了解模型校正的概念和基本方法
2.1 无线电传播特性
3. 反射与折射
当电波由一种媒质传到另一种媒质时，在两种媒质的分界面上， 传播方向要发生变化，产生反射与折射现象。
当电波在两种媒质分界面上改变传播方向以后，又返回到原来 的媒质，这种现象称为反射，电磁波的反射和光的反射一样， 符合反射定律，即入射角等于反射角，即电波在分界面改变传 播方向进入第二种媒质中传播，这种现象称为折射，它同样遵 守光学折射定理，即
2. 能量的扩散与吸收
当电磁波离开天线以后，向四面八方扩散，随着传播距离的增 加，电磁波能量分布在越来越大的面积上，由于天线辐射的总 能量一定，因此分布的面积越大，则通过
单位面积上的能量就越小。所以离开天线的距离越远，空间的 电磁场就越来越弱。
假若发射天线置于自由空间（一个无任何能反射或吸收电磁波
引言：
移动通信的首要问题就是研究电波的传播特性，掌握移动通信 电波传播特性对移动通信无线传输技术的研究、开发和移动通 信的系统设计具有十分重要的意义。
对移动无线电波传播特性的研究就是对移动信道特性的研究。 移动信道的基本特性就是衰落特性,包括大尺度衰落和小尺度衰 落。这种衰落特性取决于无线电波的传播环境，不同的传播环 境，其传播特性也不尽相同。而传播环境的复杂，就导致了移 动信道特性十分复杂。
2.1.2 HF、UHF频段的电波传播特性
当前陆地移动通信主要使用的频段为VHF和UHF，即 150MHz，450MHz、900MHz和1800MHz。
为何移动通信通信主要使用VHF和UHF频段？
1、VHF/UHF频段适合于移动通信： 从VHF/UHF频段电波 的传播特性来看，主要是视距范围内，一般为几十公里，而 大部分车辆的日常移动半径在几十公里范围内，因此，这个 频段适合于移动通信。
2.1.1 电波传播方式及特点 电磁波从发射机发出，传播到接收天线，可以有
不同的传播方式，主要的传播方式四种:
电离层
地球面
地波传播：是一种沿着地球表面传播的电磁波，称为地面波或 表面波传播，简称地表波。
天波传播：电波向天空辐射并经电离层反射回到地面的传播方 式称为天波传播，也称电离层传播。
直射波传播：电波从发射天线直射到接收天线的传播方式，称 为直射波传播，有时也称视距传播或视线传播，其信号最强。
传播距离有限。
信号是直射波、 反射波和绕射波
的矢量合成．
图2-1 典型的移动信道电波传播路径
2.2 自由空间电波传播
自由空间电波传播是指天线周围为无限大真空时的电波传 播，它是理想传播条件。
电波在自由空间传播时，可以认为是直射波传播，其能量 既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。
物体的无穷大空间）中，若此天线无方向性，辐射功率为Pr瓦， 则距辐射天线d米处的电场强度E0为：
E0
30 PT d
（V/m）
（2-1）
式(2-1)表明，电场强度与传播距离成反比，这种随着传播距 离的增加而电场强度逐渐减弱的现象，完全是由电波在自由空 间中能量的扩散而引起的。
实际情况下，电磁波在大气中传播时，会遇到各种有损耗的介 质、导体或半导体，因而损耗了一部分能量。这种现象叫做电 磁波能量吸收。因此当考虑了电波吸收后，空间任一点场强的 大小将小于(2-1)式的值。
sin 1 v1 2 sin 2 v2 1
（2-2）
上式中，v1、v2分别为电波在媒质1和媒质2中的传播速度，和
是媒质1和媒质2的介电常数。
因此，当两种媒质的介电常数相差越大时，电波在它们中传播 速度相差也就越大，引起的电波传播方向的变化也就越大。
4. 电波的干涉
由同一波源所产生的电磁波，经过不同的路径到达某接收点， 则该接收点的场强由不同路径来的电波合成。这种现象称为波 的干涉，也称作多径效应。
本章主要介绍了移动通信电波传播的基本概念和原理，并介 绍了常用的几种传播预测模型。首先介绍了电波传播的基本特 性，在此基础上讲解了影响电波传播的三种基本的机制反射、 绕射和散射。然后较详细地论述了移动无线信道及其特性参数。 最后将在介绍主要的用于无线网络工程设计的无线传播损耗预 测模型。同时，还给出了传播模型校正的例子 。
散射传播：这种传播主要是由于电磁波投射到大气层（如对流 层）中的不均匀气团时产生散射，其中一部分电磁波到达接收 地点。其信号最弱。
电磁波的波长不同，传播方式与特点也不一样。但电磁波在传 播过程中有些特性，主要有下列几点：
1. 电波在均匀媒质中沿直线传播
一般辐射到空间的电磁波都是球面波，即以场源为中心的球面 上电场的大小、相位都相同。但是当我们仅考虑离开场源很远 的一小部分空间范围内的波面时，可以近似地看成均匀平面波。 在均匀媒质中，电波的各射线的传播速度相同，传播过程中各 射线互相平行，电磁场方向不变，所以传播方向不变，即按原 先的方向直线向前传播。
2、天线长度决定波长，这个频段信号发射和接收时，所使 用 的无线较短便于移动。
3、抗干扰能力强：VHF/UHF频段，可以使用较小的发射功 率获得及爱好的信噪比。
2.1.2 VHF、UHF频段的电波传播特性
移动通信中的传播方式主要有直射波、反射波、地表面波等
传播方式，由于地表面波的传播损耗随着频到率达的接增收高天线而的增大，
合成电场强度与各射线电场的相位有密切关系，当它们同相位 时，合成场强最大；当它们反相时，合成场强最小。所以当接 收点不同时，合成场强也是变化的。
5.绕射现象
电波在传播过程中有一定绕过障碍物的能力，这种现象称为 绕射。由于平面波有一定的绕射能力，所以能够绕过高低不平 的地面或有一定高度的障碍物，然后到达接收点。这也就是在 障碍物后面有时仍能收到无线电信号的原因。电波的绕射能力 与电波的波长有关，波长越长，绕射能力越强，波长越短，则 绕射能力越弱。
要求
理解电波传播的基本特性 了解三种电波传播的机制 掌握握自由空间和阴影衰落的概念 掌握多径衰落的特性和多普勒频移 掌握多径信道的统计分析及多径信道的分类 掌握多径衰落信道的特征量的概念和计算 理解传播损耗和传播预测模型的基本概念，理解几种典型
模型 了解模型校正的概念和基本方法
2.1 无线电传播特性
3. 反射与折射
当电波由一种媒质传到另一种媒质时，在两种媒质的分界面上， 传播方向要发生变化，产生反射与折射现象。
当电波在两种媒质分界面上改变传播方向以后，又返回到原来 的媒质，这种现象称为反射，电磁波的反射和光的反射一样， 符合反射定律，即入射角等于反射角，即电波在分界面改变传 播方向进入第二种媒质中传播，这种现象称为折射，它同样遵 守光学折射定理，即
2. 能量的扩散与吸收
当电磁波离开天线以后，向四面八方扩散，随着传播距离的增 加，电磁波能量分布在越来越大的面积上，由于天线辐射的总 能量一定，因此分布的面积越大，则通过
单位面积上的能量就越小。所以离开天线的距离越远，空间的 电磁场就越来越弱。
假若发射天线置于自由空间（一个无任何能反射或吸收电磁波