《移动通信原理》课程_第二章

PT 4d 2 Lbs ( ) PR
传播一般性分析计算（补充）
工程应用：以dB表示，有
4d 2 4d [ Lbs ] 10 lg( ) 20 lg( ) 32.45 20 lg d 20 lg f
(dB )
式中，f为波长换算的相应的工作频率(MHz)，d为收发间距离(km)。
信道分类
从信道特性参数随外界各种因素的影响而变化分类： –恒参信道：恒参信道是指其传输特性的变化量极其微小。 且变化速度极慢，或者说，在足够长的时间内，其参数基 本不变。 –变参信道：变参信道是指传输特性随时间的变化较快。 移动信道为典型的变参信道。
示例：
信道特征 •复杂动态
•变化大
•严重衰落
有限空间传播问题
分析图:负余隙条件。
分析图:正余隙条件=无阻挡 注意判定其效果=？ 方向或坐标?
菲涅尔余隙的计算
基本思路：无线空间转化为有限空间。版图演示转化过程 x1是第一菲涅尔区在P点横截面的半径，它由下列关系式求得
x1
d1d 2
d1 d 2
分析过程： 见上图所示。图中x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离(菲涅尔 余隙)。 由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系=？
10～
10～ 10～ 100～ 10～ 10～1分米 10～1厘米 10～1毫米
8 甚高频（VHF） 9 特高频（UHF） 10 超高频（SHF） 11 极高频（EHF）
12
至高频
300～3000吉赫（GHz）
丝米波
10～1丝米
2.1移动信道的特点
移动通信信道的3个主要特点： – 传播的开放性：一切无线信道都是基于电磁波在空间的传 播来实现开放式信息传输的。 – 接收环境的复杂性：接收点地理环境的复杂性与多样性。 按接收点地理环境划分为3类典型区域， 1) 高楼林立的城市繁华区 2) 以一般性建筑物为主体的近郊区 3) 以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区 – 通信用户的随机移动性 1) 准静态的室内用户通信 2) 慢速步行用户通信 3) 高速车载用户通信（>=70Km）
简化分析
频率f>30MHz的典型传播通路： 1)直射波：直接到达接收天线的电波，对VHF和UHF频段=主要方式； 2)地面反射波：经过地面反射到达接收机的电波； 3)地表面波：沿地球表面传播的电波，对VHF和UHF频段的地表面波 可以忽略不计。[原因=地表面波的损耗随频率升高而急剧增大， 传播距离迅速减小]。 4)反射和散射：在移动信道中，电波遇到各种障碍物时会发生反射 和散射现象，它对直射波形成干涉，产生多径衰落现象。
效应：直接影响视线传播的极限距离。 大气对电波的折射: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，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dn／dh。这种由大 气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象，称为大气对电波的 折射。 版图示意折射效果图
视线传播极限距离
分析图： 天线高度分别为ht和hr，两个天线顶点的连线AB与地面相切于c点。 求直线距离=？
示意图： 视线传播的极限距离
视线传播极限距离（-->数学解决问题）
条件近似：d=R’sin(alpha),sin(alpha)=(1-cos2)(1/2) 地球等效半径Re远远大于天线高度，因此，自发射天线顶点A 到切点c的距离d1为[简推下式：余弦、正弦。角度转换]
第2章 无线传播与移动信道 讨论及解决问题：
移动信道及3个主要特点 信道中的电磁波传播过程 传播一般性分析计算 接收信号中的3类损耗与4种效应 三类主要快衰落 实际移动通信中3类选择性衰落如何产生 传播类型与信道模型的定量分析
本章概要
概念、术语；简单分析过程；计算方法及公式应用。 移动通信的主要特点：传播的开放性、接收环境的复杂 性和用户的随机移动性； 接收信号的3类损耗：路径传播损耗、慢衰落损耗和快衰 落损耗； 4类效应：阴影效应、远近效应、多径效应与多普勒效应。 传播过程简要分析过程及常规公式； 对大范围、大尺度传播损耗进行了定量的分析和计算。 （模型） 对小范围、小尺度传播特性各类快衰落做了进一步定量 分析.（模型，统计及瞬时） ****移动通信中的几种主要噪声和干扰（自选看）**
典型的传播通路
传播一般性分析计算（补充） ****4st-12****
(1)自由空间的传播损耗： –分析对象：直射波分析 –目标：接收点接收功率
传播图形理论抽象为右图= 过程简述
自由空间传播损耗
图上描述：设： –原点O有一辐射源，均匀地向各方向辐射，辐射功率为PT –经辐射后，能量均匀地分布在以O点为球心，d为半径的球面上 –球面的表面积为4π d2
与用户数，常规城 市分类相似
2.1.2移动通信信道中的电磁波传播
移动信道的传播路径
观察特点=?
反射波 散射波 直射波 MS接收N条路径信号
传播规律分析

电磁波传播角度观察： 1) 直射波：是指在视距覆盖区内无遮挡的传播。它是超短波、 微波的主要传输方式，经直射波传播的信号最强。 2) 反射波：是指从不同建筑物或其它反射体反射后到达接收 点的传播信号。信号强度较直射波弱,近距离的多普勒效 应。 3) 绕射波：从较大的建筑物与山丘绕射后到达接收点的传播 信号。但它需要满足电波产生绕射的条件，其信号强度较 直射波弱。 4) 其它：穿透建筑物的传播及空气中离子受激后,二次发射 的漫反射产生的散射波，但它们相对于直射波、反射波、 绕射波都比较弱。
3个传播模型
–大尺度传播模型：发射机与接收机之间(T-R)长距离(几百米或 几千米)上的场强变化。当移动台远离发射机时，当地平均接收 场强逐渐减弱，该平均接收场强由大尺度传播模型预测。 –中尺度衰减模型：中范围(中尺度、数百波长量级)的阴影效应， –小尺度衰减模型：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。当接收机移动距离与波长相当时， 其接收场强可以发生3或4个数量级(30dB或40dB)的变化。 解释；以3cm信号示例表述以上距离分类
移动通信场强实测记录(f=160 MHz)
应对方法
各类新技术解决的问题： –针对移动信道的动态时变特性，为解决移动通信中的有 效性、可靠性和安全性的基本指标而设计的。。 移动信道一般分析方法： –不能简单地应用固定点无线通信的电波传播模式； –根据移动通信的特点，按照不同的传播环境和地形特征， 运用统计分析结合实际测量的方法，找到移动条件下的传 播规律，以获得准确预测接收信号场强的方法。
目的： –获得准确预测接收信号场强的方法。
移动通信占用频率： –150 MHz(VHF)： 30MHz～300MHz（含300MHz）=甚高频 –450 MHz、900 MHz(UHF)频段：300MHz～3000MHz=特高频， 又称分米波
无线电频谱和波段划分
段 号 1 2 3 频段名称 极低频(ELF) 超低频(SLF) 特低频(ULF) 频段范围 （含上限，不含下限） 3～30赫（Hz） 30～300赫（Hz） 300～3000赫（Hz） 波段名称 极长波 超长波 特长波 波长范围 （含上限，不含下限） 100～10兆米 10～1兆米 100～10万米
d1 2Re ht
同理：
d 2 2Re hr
故：视线传播的极限距离为
d d1 d 2 2Re ( ht hr )
典型数据[工程公式]
在标准大气折射情况下，Re=8500 km
d 4.12( ht hr )
扩展应用意义：考虑=最小天线高度？ 实际天线高度？ 障碍物的影响与绕射损耗[有限空间问题] –绕射损耗: 实际情况中，电波在直射传播中存在各种障碍物， 由障碍物引起的附加传播损耗。 –菲涅尔余隙: 障碍物顶点P至直射线TR的距离 分析绕射引起的附加损耗：绕射引起的附加损耗即相对于自由空 间传播的分贝数。 规定:阻挡时余隙为负。
传播一般性分析计算（补充）
已知球面的表面积为4π d2，因此，在球面单位面积上的功率应为
P T／4 π d 2
若接收天线所能接收的有效面积取为A=λ2／4π，则接收功率为
PT PR PT 2 4 4d
2
4d
2
定义： 传播损耗=发射功率与接收功率的比值， 则，自由空间传播损耗Lbs,为
分析结论
示意图：障碍物、余 隙、绕射损耗与菲涅 尔余隙的关系。 图中，纵坐标为绕射 引起的附加损耗 图上规律分析=？
结果表示
–当x/x1>0.5时，附加损耗约为 0 dB，即障碍物对直射波传播基 本上没有影响； –当x<0，即直射线低于障碍物顶点时，损耗急剧增加； –当x=0时，即TR直射线从障碍物顶点擦过时，附加损耗约为6dB 意义： 在选择天线高度时，根据地形尽可能使服务区内各处的菲涅尔 余隙x>0.5x1 例：设在上图 (a) 所示的传播路径中，菲涅尔余隙 x1=-82m，d1=5 km，d2=10km，工作频率为150 MHz。试求电波传播损耗。 解: 先求出自由空间传播损耗： [Lbs]=32.45+20lg(5+10)+20lgl50=99.5 dB 求第一菲涅尔区半径： x1=81.7m 由上图 查得附加损耗（x/x1≈-1）为17dB，所以电波传播的损耗 为 [L]=[Lbs]+17=116.5 dB 问题：损耗的正负代表的物理意义？工程上典型值=？
基本情况
通信的3项基本指标 –有效性：是指在占有尽可能少的信道资源[=?]，如频段、 时隙和功率等的条件下尽可能多地传送信源的信息，是通 信的数量上的指标。 –可靠性：主要是指在传输过程中抵抗各类客观自然干扰 的能力，但是在特殊的军事通信中，它还包含抵抗人为设 臵干扰的能力。 –安全性：主要是指在传输中的安全保密性能，即收端防 窃听、发端防伪造和篡改等的能力。 信道分类->按传输媒质 –有线信道：有线信道包括架空明线、电缆及光纤。 –无线信道。无线信道中有中、长波地表面波传播，短波 电离层反射传播，超短波和微波直射传播以及各种散射传 播。
地球等效半径
思路：认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径 Ro(6370Km)变成了等效半径Re
Re与R之间的关系为：
Re k R0
1 dn 1 R0 dh
式中，k称作地球等效半径系数。 典型数据： 1) 标准大气折射情况下[即当dn／dh≈-4×10-8(m-1)时]， 2) 等效地球半径系数k=4／3， 3) 地球等效半径Re=8500 km。 大气折射对传播的影响： 大气折射有利于超视距的传播 在视线距离内，也会产生多径衰落[因为由折射现象所产生的 折射波会同直射波同时存在]（效果自判=？）。
2.1.3接收信号中的3类损耗与4种效应
传播方式：上面结论=3种**6st-12** 主要特征： –强烈的绕射损耗：大多数蜂窝无线系统运作在城区，发射机和 接收机之间无直接视距路径，而且高层建筑产生了强烈的绕射 损耗。 –多路径反射：由于不同物体的多路径反射，经过不同长度路径 的电磁波相互作用引起多径损耗， –电磁波强度的衰减：随着发射机和接收机之间距离的不断增加 而引起电磁波强度的衰减。 研究方法：预测平均场强. 对传播模型的研究，传统上集中于给定范围内平均接收场强的预 测、特定位臵附近场强的变化。 已有的结果：对于预测平均场强并用于估计无线覆盖范围的传播 模型：3个，按范围考虑
4ຫໍສະໝຸດ Baidu
5 6 7
甚低频（VLF）
低频（LF） 中频（MF） 高频（HF）
3～30千赫（KHz）
30～300千赫（KHz） 300～3000千赫（KHz） 3～30兆赫（MHz） 30～300兆赫（MHz） 300～3000兆赫（MHz） 3～30吉赫（GHz） 30～300吉赫（GHz）
甚长波
长波 中波 短波 超短波 分米波 厘米波 微波 毫米波
分析及讨论：=>(上式的变化规律=？）
结论： 自由空间传播损耗只与工作频率、和传播距离d有关。当工作频率 提高一倍，或者说工作波长减小一半时，电波在自由空间的传播 损耗就增加6dB。同样，当传播距离加大一倍时，传播损耗也增加 6dB。
(2）大气折射及地球等效半径
大气折射：*****4st**-14*** 原因： 实际的移动信道中，电波在低层大气中传播，低层大气为非均 匀介质，它的温度、湿度以及气压均随时间和空间而变化，因此 产生折射及吸收现象。在VHF(150MHz)、UHF(900MHz)频段，折射 现象尤为突出，