第2章-2移动通信信道

2.2 移动通信信道

主要内容

•(一）无线电波传播特性

•（二）移动信道的特征

•(一）无线电波传播特性

1.直射波

2.折射--大气中的电波传播

3.绕射--障碍物的影响与绕射损耗

4.反射波

5.散射波

1.直射波

传播模型

自由空间传播模型

自由空间传播

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，其能量既不会被障碍物所吸收，也不

会产生反射或散射。

实际情况下，只要地面上空的大气层是各向同性的均匀媒质，

其相对介电常数ε和相对导磁率μ都等于1，传播路径上没有障

碍物阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不

计。

2.折射--大气中的电波传播

大气对电波的折射定义：

当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，从而使电波射束发生弯曲，弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度d n/d h。这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象

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3.绕射--障碍物的影响与绕射损耗

绕射现象

绕射：在电波的直射路径上存在障碍物时，电磁波绕过障碍物遮挡向前传播

绕射使得无线电信号可以传播到阻挡物后面

绕射产生机理

绕射可用惠更斯原理解释

9波前上的所有点均为产生次级波的点

源，这些次级波组合起来形成传播方

向上新的波前。

9当电波到达阻挡物的边缘时，由次级

波的传播进入阴影区。

绕射对电波传播的影响

绕射损耗：在实际情况下，电波的直射路径上存在各种障碍物，障碍物会带来的一定的传播损耗，这种附加传播损耗称为绕射损耗。

推导第一费涅尔半径：

|TR|=d

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么？

在空间上所有满足Δ么？的反射点构成的以T、R两点为焦点形成的一个旋转椭

障碍物对微波视距传播的影响

传播余隙（H c ，菲涅尔传播余隙x ）：收、发天

线的连线与障碍物最高点之间的垂直距离。要确保电波无阻挡的传播，Hc 至少要等于多少？

障碍物对微波视距传播的影响

要确保电波无阻挡的传播，传播余隙H c至少要等于最小费涅尔半径，即H c≥F0。

H c/F1

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【例】：设图（a）所示的传播路径中，菲涅尔

余隙x=-82m，d 1=5km，d 2=10km，f=150MHz，求

传播损耗。

计算说明：

传播损耗=自由空间传播损耗+附加绕射损耗

解：（1）自由空间传播损耗（2）求第一菲涅尔区半径为查图表得：附加绕射损耗为16.5dB

所以，实际损耗为：［L ］= ［L f s ］+16.5 = 116.0dB

(dB)32.4420lg (km)20lg (MHz)fs L d f ⎡⎤=++⎣⎦

()32.4420lg 51020lg15099.5dB fs L ⎡⎤=+++=⎣⎦34

12131225101081.7m

1510d d x d d λ×××==+×＝1/1

x x ≈−

4.反射波

定义：当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如果界面尺寸比电波波长大得多，就会产生镜面反射。

反射波与直射波

反射系数：通常，在考虑地面对电波的

反射时，按平面波处理，即电波在反射点

的反射角等于入射角。不同界面的反射特

性用反射系数R 表征，它定义为反射波场强

与入射波场强的比值，R 可表示为R = |R |e ‐j ψ

式中，|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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4 行程差Δr与天线高度h 1、h 2有关，因此合成场强的大小也与天线高度h 1、h 2有关。

5 当h1 h2 =ndλ/4（n=1,3,5,…)时，接收端合成场强等于最大值2E0。

衰减系数α与行程差Δr 的关系

地表反射系数全反射场强E

直射波完全被

反射波抵消

E=E 0+E 1=0

6. 收信点的场强幅值随反射波与直射波的行程差Δr 周期变化。Δr 等于整数倍波长λ的情况下，衰减达到极大值；地表反射系数ρ值越大，曲线的起伏程度越大。

5.散射波
散射产生的原理
对对于于陆陆地地移移动动通通信信，，树树叶叶、、街街道道标标志志 和和灯灯柱柱等等会会引引发发散散射射。。
‡ 粗糙的表面会向所有方向散射电磁波。
散射对电波传播的影响
‡ 散射造成实际中接收信号强度比单独考虑绕射和反射模型时预 测的要强。
散射和反射的区别
‡ 物体表面的光滑程度及物体大小与波长的比较决定了对电波进 行散射还是反射。
9 远大于波长的平滑表面 —> 反射模型。 9 小于波长的粗糙表面 —> 散射模型。
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•（二）移动信道的特征
• 阴影衰落 • 多普勒频移 • 多径传播特性
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‡ 大尺度和小尺度
概述
路径损耗
大尺度衰落 （阴影衰落）
z 大尺度衰落
小尺度衰落 （瑞利，莱斯）
• 波动发生在大约10‐40个波长范围内
z 小尺度衰落
• 波动发生在大约一个波长范围内
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