第二章移动通信电波传播环境与传播预测模型

移动信道的 基本特性 衰落特性
衰落的 复杂的无线电 原因 波传播环境
直射、反射、 绕射和散射以 及它们的合成
无线电 波传播
方式
衰落的 表现
传播损耗和弥散 阴影衰落 多径衰落 多普勒频移
Mobile Communication Theory
3
信道的分类
信道的分类
大尺度衰落 根据不同距离内信号强度变化的快慢分为{
4
衰落特性的算式描述
衰落特性的算式描述 r(t ) m(t ) r0 (t )
式中，r(t)表示信道的衰落因子；m(t)表示大尺度衰落； r0(t)表示小尺度衰落。
小尺度衰落
大尺度衰落
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2.1.2 电波传播特性的研究方法
电波传播 特性的研究
菲涅尔区
基尔霍夫公式
Mobile Communication Theory
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惠更斯－菲涅尔原理
原理
波前（面）上每点产生的次级波组合形成传播方向上新的波前（面） 绕射由次级波的传播进入阴影区而形成 场强为围绕阻挡物所有次级波的矢量和
说明
任一P’点，只有夹角为θ
（即
）的次级波前
接收点信号的合成
P”
• n为奇数时，两信号抵消
d n / 2
Pm
• n为偶数时，两信号叠加
d 3 / 2
菲涅尔区同心半径
d 2 / 2 d /2
rn
nd1d2
d1 d2
90
P"
T
r1 P '
R
d1
d2
r3
r2
第一菲涅尔区半径（n=1）特点
• 在接收点处第一菲涅尔区的场强是全部场强的一半
7
2.3 三种基本电波传播机制
反射
阻挡体比传输波 长大的多的物体
产生多径衰落的 主要因素
绕射 阻挡体为尖利边缘
散射 产生于粗糙表面、小物体或其
它不规则物体
Mobile Communication Theory
8
2.3.1 反射
理想介质表面反射
极化特性
多径信号
Mobile Communication Theory
9
理想介质表面反射
如果电磁波传输到理想介质表面，则能量都将反射回来 反射系数（R） 入射波与反射波的比值
R sin z sin z
z 0 cos2 （垂直极化）
0
z 0 cos2 （水平极化）
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小尺度衰落 长期慢衰落 根据信号与信道变化快慢程度的比较分为{ 短期快衰落
大尺度衰落与小尺度衰落
大尺度衰落
描述 长距离上信号强度的缓慢变化
原因 信道路径上固定障碍物的阴影
影响
业务覆盖区域
小尺度衰落（主要特征是多径） 短距离上信号强度的快速波动 移动台运动和地点的变化 信号传输质量
பைடு நூலகம்
Mobile Communication Theory
第二章 移动通信电波传播 与传播预测模型
目录
1
概述
2
自由空间的电波传输
3 三种基本电波的传播机制
4
阴影衰落的基本特性
5
多径传播模型
6 电波传播损耗预测模型
Mobile Communication Theory
2
2.1.1 电波传播的基本特性
基站天线、移 动用户天线和 两付天线之间
移动通信 信道
的传播路径
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2.3.3 散射
粗糙表面，反射能量于所有方向 表面光滑度的判定 粗糙表面下的反射场强
Mobile Communication Theory
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2.4 阴影衰落的基本特性
阴影衰落（慢衰落）
能到达T接P'收R 点R
θ在0º到180º之间变化
T
到达接收点辐射能量与
θ成正比
P”
d 2 / 2
90
次级波前 P’
d/2
P
d
扩展波前
Mobile Communication Theory
R 14
菲涅尔区和基尔霍夫公式
菲涅尔区
从发射点到接收点次级波路径长度直接路径长度大的连续区域
损耗
传播 损耗
自由空间 电波传播
接收 功率
Pr

Ar
4d 2
Pt Gt
分贝表示
传播
损耗
L 32.45 20 log f 20 log d
接收 Pr (dBm) 10log Pr (mW )
换算
Pr (dBW ) 10log Pr (W )
Mobile Communication Theory
两径传播模型
A d
接收信号功率
hb
Pr

Pt

4d

2
Gr
Gt
1
Re ( 1
R )Ae

2
....
简化后
直射波
B

hm

C
Pr

Pt

4d

2
Gr
Gt
1
Re
2
相位差
2l
l (AC CB) AB
• 发射机和接收机的距离略大于第一菲涅尔区，则大部分能量可以达到 接收机。
基尔霍夫公式
从波前点到空间任何一点的场强
ER

1
4
s
Es
e jkr
n

r


e jkr r
Es n
ds
式中，E是波面场强，Ens 是与波面正交的场强导数。
Mobile Communication Theory
考虑问题 •衰落的物理机制 •功率的路径损耗 •接收信号的变化和分布特性
应用成果 •传播预测模型的建立 •为实现信道仿真提供基础
基本方法 •理论分析方法（如射线跟踪法） •现场测试方法（如冲激响应法）
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2.2 自由空间的电波传播
在理想的、均 匀的、各向同 性的介质中传 播，只存在电 磁波能量扩散 而引起的传播
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极化特性
极化 电磁波在传播过程中，其电场矢量的方向和幅度随时间变 化的状态
电磁波的极化形式 线极化、圆极化和椭圆极化
线极化的两种特殊情况 水平极化（电场方向平行于地面）
垂直极化（电场方向垂直于地面）
Mobile Communication Theory
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2.3.1 多径信号
多径传播模型
Pr

Pt

4d

2
Gr
Gt
1
N 1
Ri
i1
exp(
j i
2
)
其中，N为路径数。当N很大时，无法用公式准确计算出接收信号的 功率，必须用统计的方法计算接收信号的功率
Mobile Communication Theory
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2.3.2 绕射
惠更斯－菲涅尔 原理